4.2
Základní vztahy
4.2.1
Činný odpor vedení vn
Činný odpor vedení se značí R [Ω] a pro vedení stejnosměrného proudu ho počítáme dle známého vztahu Rss=ρlS [Ω], kde
ρ je měrný odpor (rezistivita) daného materiálu při teplotě 20 ºC [Ωmm2.m-1, příp. Ωmm2.km-1],
l je délka vodiče [m, příp. km],
S je průřez vodiče [mm2].
Při přenosu střídavého proudu dochází vlivem magnetického pole v jádru vodiče ke skinefektu, který se projevuje vytlačováním proudové hustoty k povrchu vodiče. Vliv skinefektu můžeme zahrnout činitelem α
α=1+m412- m8180+m162442 , m=μfS2ρ ,
µ je permeabilita materiálu vodiče (pro měď a hliník jako neferomagnetické materiály je rovna zhruba µ0 = 4π.10-7 Hm-1),
f je frekvence protékajícího proudu [Hz],
S je průřez vodiče [mm2].
Potom můžeme počítat činný odpor vedení s vlivem skinefektu Rstř ze vztahu:
Rstř=αRss [Ω].
Zvýšení odporu skinefektem je pro hliníkové dráty a lana při kmitočtu 50 Hz zanedbatelné (do 1 %). [15]
Značného omezení skinefektu se dosahuje používáním složených jader vodičů.
Odpor vodiče se ale také zvyšuje vlivem zvýšení teploty vodiče (např. průchodem zkratového proudu nebo vlivem ohřátí vodičů z atmosférických příčin). Toto zvýšení může činit až desítky procent, takže ho již zanedbat nelze. Zvýšení odporu vlivem teploty lze vyjádřit známým vztahem (pokud za výchozí teplotu považujeme 20 ºC) Rϑ=R201+αϑ-20 [Ω], kde
Rϑ je odpor při zvýšené teplotě ϑ [Ω],
α je teplotní součinitel odporu [ºC-1, K-1], pro Cu a Al je α = 0,004 ºC-1,
ϑ zvýšená teplota [ºC].
Pro výpočty proto lze využívat parametry vodičů z tabulek, kde je odpor již přepočtený na provozní teplotu 60 °C a kilometr délky, viz tab. 2 pro měděné a hliníkové kabely vn a tab. 4 pro lana AlFe 6.
4.2.2
Indukční reaktance vedení
Indukční reaktance se značí XL, jednotkou je Ω. Závisí na vlastnostech vodiče, ale také na frekvenci přenášeného proudu (napětí). Můžeme ji určit ze známého vztahu XL=ωL=2πfL [Ω], kde
L je vlastní indukčnost vodiče, která je závislá na délce vodiče, jeho materiálu a geometrickém tvaru [H],
ω je úhlová frekvence [rads-1].
Proud, který teče vodičem, vybudí magnetický tok Φ=LI=BdS=μ0μrHdS [Wb], kde
B je magnetická indukce [T],
H je intenzita magnetického pole [Am-1],
S je plocha, kterou se uzavírá indukční tok (plocha vodiče) [m2].
Intenzita magnetického pole uvnitř vodiče stoupá lineárně, nejvyšší je na povrchu vodiče a pak klesá nepřímo úměrně se vzdáleností od vodiče. Průběh magnetické indukce odpovídá průběhu intenzity (viz obr. 30), protože je mezi nimi lineární vztah (ale pozor: pouze pro neferomagnetické materiály, u feromagnetických je to jinak!).
Chceme-li určit intenzitu magnetického pole vodiče v určité vzdálenosti x od vodiče, můžeme psát podle Biot-Savartova zákona H=I2πx [A.m-1].
Magnetická indukce pak bude pro vodič ve vzduchu (μr = 1) B=μ0I2πx [T].
Celkový magnetický tok Φ bude mít dvě složky:
  • tok Φ1 ve vzduchu mezi vodiči,
  • tok Φ2 uvnitř vodiče.
Magnetický tok představuje vlastně plochu vyšrafovanou v obr. 30, modře je vyznačen tok Φ1 a zeleně tok Φ2.
+
30. Závislost magnetické indukce na vzdálenosti od vodiče
Obr. 30. Závislost magnetické indukce na vzdálenosti od vodiče
Pro elementární tok 1 vně vodiče platí dΦ1=BxdS=μ0I2πxldx .
Potom Φ1=μ0Il2πra1xdx=4π10-7Il2πlna-lnr , po úpravě Φ1=210-7Illnar  [Wb], kde
r je poloměr vodiče [m],
a je vzdálenost mezi vodiči [m],
l je délka vodiče [m],
I je proud protékající vodičem [A].
Vlastní indukčnost vodiče L1 můžeme určit L1=Φ1I=210-7IlIlnar=210-7llnar [H].
Magnetický tok uvnitř vodiče Φ2 můžeme vyjádřit jako Φ2=BS=Brl [Wb].
Tento magnetický tok ale není spjat s celým proudem I, uvážíme tedy pouze jeho polovinu Φ2/2. Za B uvnitř vodiče dosadíme B=μ0μr4πrI .
Pak L2 spočítáme jako L2=Φ22I=Brl2I=μ0μrIrl2I4πr=4π10-7μrl24π=10-7μrl2  [H].
Celkovou vlastní indukčnost vodiče pak dostaneme součtem
L=L1+L2=210-7llnar+10-72μrl  [H].
Za μr dosadíme μr = 1, přirozený logaritmus převedeme na dekadický a pro jednotkovou délku l = 1 km dostaneme často uváděný vztah LK=0,46logar+0,05  [mH.km-1],
nebo LK=(0,46logar+0,05)10-3  [H.km-1].
Potom indukční reaktanci XL dostaneme jako XLK=0,3140,46logar+0,05  [Ω.km-1].
V tabulkách nebo katalozích bývají uvedeny indukční reaktance vodičů z různých materiálů pro příslušné napěťové hladiny na kilometr XLK.
V tab. 2 jsou uvedeny tyto hodnoty pro kabely z mědi a hliníku, hodnoty pro lana AlFe jsou v tab. 4.
Tabulka 2. Činný odpor a indukční reaktance kabelů vn
Průřez vodiče
[mm2]
RK pro jádro z Cu
[Ω/km]
RK pro jádro z Al
[Ω/km]
XLK 1 fáze pro vodič 10 kV
[Ω/km]
XLK 1 fáze pro vodič 22 kV
[Ω/km]
XLK 1 fáze pro vodič 35 kV
[Ω/km]
35
0,620
1,020
0,100
0,126
-
50
0,434
0,718
0,097
0,116
0,145
70
0,310
0,513
0,094
0,107
0,129
95
0,229
0,378
0,091
0,104
0,123
120
0,181
0,299
0,088
0,097
0,116
150
0,145
0,239
0,085
0,094
0,113
185
0,117
0,194
0,085
0,091
0,107
240
0,090
0,149
0,082
0,088
0,100
Vraťme se ještě ke vztahům pro výpočet LKXLK, ve kterých se počítá se vzdáleností vodičů a. U třífázového vedení musíme počítat se střední vzdáleností fází astř, která je geometrickým průměrem vzájemných osových vzdáleností jednotlivých fází, tedy astř=a1a2a33 [m].
Určení střední vzdálenosti fází si ukážeme na příkladu 4.
Příklad
Příklad 4: Určení střední vzdálenosti fází
Určete střední vzdálenost fází pro vedení 22 kV, jestliže jsou fázové vodiče na rovinné konzoli v jedné rovině, vzdálenost mezi krajní a prostřední fází je 50 cm.
Zobrazit řešení
Skrýt řešení
Řešení
Mezi krajním a prostředním vodičem je vzdálenost 50 cm, což znamená, že mezi dvěma krajními vodiči je 100 cm. Pak astř=a1a2a33=0,510,53=0,63 m.
Činný odpor a indukční reaktance společně tvoří podélnou impedanci vedení Z^=R+jXL [Ω].
Vztahy pro LKXLK s použitím střední vzdálenosti pak budou následující:
LK=(0,46logastřr+0,05)10-3  [H.km-1], XLK=0,3140,46logastřr+0,05  [Ω.km-1].