Почему подземные кабели «требуют более высокой степени компенсации реактивной мощности», чем воздушные линии?

Я читал похвальный лист для гигантских трансформаторов определенной компании, и я наткнулся на это предложение:

Кроме того, в некоторых регионах существующие линии электропередачи заменяются подземными кабелями, которые требуют более высокой степени компенсации реактивной мощности .

Почему это?

Краткий ответ: Подземный (U / G) кабель использует коаксиальный заземляющий экран.

Таким образом, именно белый материал PE (полиэтилен) увеличивает подземную емкость, поскольку он разделяет центральный сердечник и заземляющую оболочку из медной оплетки, а не близость фазы к фазовым линиям (хотя это имеет некоторый эффект).

Ниже приведен пример с одной фазой.

За несколько десятилетий конструкция распределительных кабелей улучшилась, и теперь у них есть исторический опыт в отношении того, что работает лучше всего.

В них используется стальной коаксиальный сердечник с изоляцией и без нее. Это делает емкость линии электропередачи пренебрежимо малой по сравнению с коаксиальным кабелем, используемым для U / G, поскольку изоляционная линия к земле на порядки выше в коаксиальном кабеле.

Рассматриваемый блок ABB имеет превосходный динамический диапазон для обработки широкого диапазона коррекции коэффициента мощности реактивного импеданса кабелей, которые могут включать в себя коаксиальный кабель U / G O / H и XLPE.

• Шунтирующие реакторы используются для компенсации шунтирующей емкости линии при малой или нулевой нагрузке для регулирования напряжения.
• Последовательные конденсаторы часто используются для компенсации индуктивного сопротивления линии с целью передачи большей мощности и повышения стабильности сети.

Кабель подвесной (трехосный) без оболочки

• каждый 3-проводной жгут несет одинаковое напряжение, чтобы уменьшить влияние дуги и ветра.

Подземный (а иногда и надземный) кабель в оболочке (экранированный кабель из сшитого полиэтилена)

Экранированный высоковольтный кабель Cross Link всегда используется для подземных линий электропередач.

Техническое образование

Емкость однофазной линии передачи определяется отношением разделения и эффективного радиуса.

$C=\dfrac{2πε}{ln(\frac{D}{r})}$

Линии O / H выигрывают от расстояния 2,3 или 4 проводника далеко друг от друга для дополнительной прочности против ветра и повышенных эффектов пробоя из-за уменьшенного радиуса расхождения поля E. Это снижает L и немного повышает C, но все еще очень низкие значения C / км сравнивают высокое C / км коаксиального кабеля U / G из-за небольшого зазора r центрального проводника и коаксиальной оболочки.

Ниже приведена модель всех линий передачи Telegrapher, включая Ethernet, кабельное телевидение, телефонные линии и линии электропередачи переменного или постоянного тока. (кроме шунтирующей утечки R здесь не учитывается)

Сопротивление на постоянном токе не равно распределенному импедансу, который влияет на отражения и скачки напряжения из-за помех.

Линии O / H часто являются трехосными, как указано выше.

Кабель O / H часто имеет номинальное волновое сопротивление SIL 400 Ом, а для кабелей U / G 50 Ом = +/- 25% в зависимости от амплитуды и номинала BIL.

Это увеличивает пусковые токи пуска черного для кабелей U / G, поэтому необходимо настроить реактивное сопротивление шунта.

Фотографии для подражания.

Другой

Накладные расходы на эксплуатацию и монтаж кабелей O / H намного дешевле, чем на километр, но частота ремонта выше из-за молнии, урагана и воздействия деревьев. Но тогда они также быстрее и дешевле в ремонте. Но, глядя на опустошение в Пуэрто-Рико и других местах с плохой инфраструктурой, преимущества стоимости жизненного цикла подземных силовых кабелей U / G, несмотря на более высокие затраты на обслуживание, стоимость кабелей и затраты на ремонт, приводят к более высокой MTBF (если все сделано правильно) в более низких затратах жизненного цикла. Экологический стресс всегда влияет на это решение.

Поскольку проводники подземных линий упакованы ближе друг к другу, чем для воздушных линий, емкость выше. Эта емкость может принимать довольно значительный зарядный ток.

Между прочим, индуктивность, поскольку они включают меньшую площадь петли, ниже.

Вопрос: Почему подземные кабели «требуют более высокой степени компенсации реактивной мощности», чем воздушные линии?

Ответ:

Потому что емкость подземных линий для силовых кабелей намного выше, чем емкость воздушных линий.

Основные причины этого:

• Провода ближе друг к другу.

• Провода ближе к земле (в пределах нескольких дюймов).

Индуктивность также ниже.

Кроме того, потому что (в результате вышеупомянутых характеристик) подземные линии имеют в 20-75 раз ток зарядки линии, который есть в воздушной линии (в зависимости от линейного напряжения).

Источник:

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

Кроме того, если вы хотите поближе познакомиться с общими характеристиками линий электропередачи с помощью математики, вы можете также проверить этот документ (другие опубликовали и этот):

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