Dlaczego kable podziemne „wymagają wyższego stopnia kompensacji mocy biernej” niż linie napowietrzne?

Czytałem przechwałkę dla gigantycznych transformatorów pewnej firmy i natknąłem się na to zdanie:

Ponadto w niektórych regionach istniejące linie napowietrzne są zastępowane podziemnymi kablami, które wymagają wyższego stopnia kompensacji mocy biernej .

Dlaczego to?

Krótka odpowiedź: kabel podziemny (U / G) wykorzystuje kabel koncentryczny z uziemieniem.

Tak więc jest to biały PE (polietylen), który zwiększa pojemność podziemną, ponieważ oddziela rdzeń środkowy i miedzianą osłonę plecionki, a nie bliskość linii międzyfazowych (chociaż ma to pewien efekt).

Poniżej znajduje się tylko przykład jednofazowy.

Konstrukcja kabli dystrybucji energii uległa poprawie na przestrzeni dziesięcioleci i mają one teraz historyczne doświadczenie w zakresie tego, co działa najlepiej.

Wykorzystują nieosiowy rdzeń pokryty stalowym rdzeniem z / bez okładziny izolacyjnej. To sprawia, że ​​pojemność linii elektroenergetycznej jest znikoma w porównaniu z kablem koncentrycznym stosowanym dla U / G, ponieważ linia izolacyjna do ziemi jest o rząd wielkości wyższa w kablu koncentrycznym.

Wspomniana jednostka ABB ma doskonały zakres dynamiczny do obsługi szerokiego zakresu korekcji współczynnika mocy impedancji biernej kabli, które mogą obejmować kabel koncentryczny U / G O / H i XLPE.

• Dławiki bocznikowe służą do kompensacji pojemności bocznikowej linii przy niewielkim obciążeniu lub bez obciążenia w celu regulacji napięcia.
• Kondensatory szeregowe są często stosowane do kompensacji reaktancji indukcyjnej linii w celu przeniesienia większej mocy i zwiększenia stabilności sieci

Kabel napowietrzny (trójosiowy) bez osłony

• każda wiązka 3 drutów przenosi to samo napięcie, aby zmniejszyć efekt łuku i wiatru.

Podziemny (a czasem napowietrzny) kabel w osłonie (ekranowany kabel XLPE)

Ekranowany kabel wysokiego napięcia Cross Link zawsze stosowany w podziemnych liniach energetycznych.

Zaplecze techniczne

Pojemność jednofazowej linii przesyłowej wynika ze stosunku separacji i promienia efektywnego.

$C=\dfrac{2πε}{ln(\frac{D}{r})}$ gdzie r jest promieniem efektywnym przewodnika fazowego.

Linie O / H korzystają z oddalenia 2,3 lub 4 przewodów daleko od siebie, aby zwiększyć wytrzymałość na wiatr i zwiększyć efekty rozpadu ze zmniejszonego promienia rozbieżności pola E. To obniża L i nieznacznie podnosi C, ale wciąż jest bardzo niskie Wartości C / km porównują wysokie C / km kabla koncentrycznego U / G ze względu na małą szczelinę r środkowego przewodu do osłony koncentrycznej.

Poniżej znajduje się model wszystkich linii transmisyjnych Telegraphera, w tym ethernet, telewizja kablowa, linie telefoniczne oraz linie prądu przemiennego lub stałego. (z wyjątkiem tego, że przeciek przeciekowy R jest tutaj pominięty)

Rezystancja przy DC nie jest taka sama jak impedancja rozproszona, która wpływa na odbicia i przepięcia z powodu zakłóceń.

Linie O / H są często trójosiowe, jak powyżej.

Kabel O / H ma często znamionową impedancję falową SIL wynoszącą 400 omów, a kable U / G wynoszą 50 omów = +/- 25% w zależności od natężenia prądu i wartości BIL.

To powoduje, że prądy udarowe rozruchu na czarno są wyższe dla kabli U / G, więc należy dostosować reaktancję bocznikową.

Zdjęcia do naśladowania.

Inny

Napowietrzne kable O / H są znacznie tańsze na zakup i instalację na kilometr, ale częstotliwość napraw jest wyższa z powodu wyładowań atmosferycznych, huraganu i ekspozycji drzew. Ale są też szybsze i tańsze w naprawie. Ale patrząc na dewastację w Puerto Rico i innych miejscach o słabej infrastrukturze korzyści cyklu życia podziemnych kabli zasilających U / G, pomimo wyższych kosztów służebności, kosztów kabli i kosztów naprawy, ale przy wyższych MTBF (jeśli są wykonane właściwie) przy niższych kosztach cyklu życia. Stres środowiskowy zawsze wpływa na tę decyzję.

Ponieważ przewodniki linii podziemnych są upakowane bliżej siebie niż w przypadku linii napowietrznych, pojemność jest wyższa. Ta pojemność może zająć dość znaczny prąd ładowania.

Nawiasem mówiąc, indukcyjność, ponieważ obejmują one mniejszy obszar pętli, jest niższa.

Pytanie: Dlaczego kable podziemne „wymagają wyższego stopnia kompensacji mocy biernej” niż linie napowietrzne?

Odpowiedź:

Ponieważ pojemność linii podziemnej dla kabli zasilających jest znacznie wyższa niż pojemność linii napowietrznej.

Główne powody tego:

• Przewody są bliżej siebie.

• Przewody są bliżej ziemi (w odległości kilku cali).

Indukcyjność jest również niższa.

Ponadto, ponieważ (w wyniku powyższych cech) linie podziemne mają 20-75 razy prąd ładowania linii, jaki ma linia napowietrzna (w zależności od napięcia linii).

Źródło:

https://www.puc.nh.gov/2008IceStorm/ST&E%20Presentations/NEI%20Underground%20Presentation%2006-09-09.pdf

Ponadto, jeśli chcesz przyjrzeć się bliżej ogólnej charakterystyce linii przesyłowych za pomocą matematyki, możesz również sprawdzić ten dokument (inni też go opublikowali):

http://www.egr.unlv.edu/~eebag/TRANSMISSION%20LINES.pdf