Tại sao cáp ngầm lại đòi hỏi mức độ bù công suất phản kháng cao hơn so với đường dây trên không?

Tôi đang đọc một tờ giấy khoe khoang cho một máy biến áp khổng lồ của một công ty nào đó, và tôi đã bắt gặp câu này:

Hơn nữa, ở một số khu vực, các đường dây trên đầu hiện có đang được thay thế bằng cáp ngầm, đòi hỏi mức độ bù công suất phản kháng cao hơn .

Tại sao lại thế này?

transformer power-grid

— người dùng60561
nguồn

Tôi không phải là EE, vì vậy tôi sẽ không cố gắng trả lời, nhưng hãy nhớ rằng các đường dây trong lưới điện là đường truyền . Chúng có độ tự cảm phân phối dọc theo chiều dài của dây dẫn, và chúng có điện dung phân tán giữa các dây dẫn. Hình dạng của đường dây ngầm rất khác với hình dạng của đường dây trên không, vì vậy bạn nên mong đợi nó có trở kháng đặc tính khác và tôi không biết gì nữa.

— Solomon chậm

Đúng @jameslarge, trở kháng Đặc tính là sự khác biệt chính và tất nhiên là độ dài của dòng. Bạn có biết nó là gì cho cáp điện U / G và O / H không?

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Tôi cũng đã xem qua bài giảng này, nó giải thích cách các đường truyền hoạt động: egr.unlv.edu/~eebag/TRANSMISSION%20LINEES.pdf Tôi thực sự đánh giá cao câu trả lời, tôi hiểu cách này tốt hơn trước. Mặc dù có rất nhiều toán học liên quan, tôi đoán rằng đôi khi tôi nên ngồi xuống và tìm ra nó :)

— user60561

Điện dung giữa các dây dẫn điện trong ống ngầm cao hơn nhiều so với dây trên không vì các dây gần nhau hơn rất nhiều. Kích thước cáp được chọn cho khả năng mang hiện tại của nó - vì vậy, nếu bạn yêu cầu dây nguồn mang dòng điện phản kháng, bạn cần mua dây nguồn đo nặng hơn. Vì vậy, greenies chi phí xã hội nhiều hơn.

— Brian

@Brian "vì các dây gần nhau hơn rất nhiều" - điều này không đúng. Mỗi dây được nối, vì vậy đó là lý do tại sao điện dung cao hơn nhiều, độ gần của các dây khác ít có ý nghĩa hơn nhiều. Xem câu trả lời của Tony Stewart (mà tôi đã xác nhận bằng cách xem cáp ngầm điện áp cao trong các danh mục)

— user60561

Câu trả lời:

Câu trả lời ngắn: Cáp ngầm (U / G) sử dụng đồng trục với tấm chắn gnd đất.

Vì vậy, nó là vật liệu PE trắng (polyetylen) làm tăng điện dung dưới đất vì nó tách lõi trung tâm và vỏ bọc đất bằng đồng và không phải là sự gần gũi của pha với các pha pha (mặc dù điều này có một số ảnh hưởng.)

Dưới đây chỉ là một ví dụ pha duy nhất.

Thiết kế của cáp phân phối điện đã được cải thiện qua nhiều thập kỷ và giờ đây họ có kinh nghiệm lịch sử về những gì hoạt động tốt nhất.

Họ sử dụng lõi thép mạ không đồng trục có / không có lớp cách điện. Điều này làm cho điện dung của đường dây điện không đáng kể so với cáp đồng trục được sử dụng cho U / G do đường dây cách điện nối đất là các đơn đặt hàng có cường độ cao hơn trong cáp đồng trục.

Thiết bị ABB được đề cập có dải động vượt trội để xử lý phạm vi rộng của hiệu chỉnh hệ số công suất trở kháng của cáp có thể bao gồm cáp U / G đồng trục O / H và XLPE.

• Lò phản ứng shunt được sử dụng để bù điện dung shunt dòng dưới tải nhẹ hoặc không tải để điều chỉnh điện áp.
• Các tụ điện thường được sử dụng để bù cho phản ứng cảm ứng dòng để truyền thêm năng lượng và tăng tính ổn định của mạng

Cáp trên cao (ba trục) không có vỏ bọc

mỗi bó 3 dây mang cùng điện áp để giảm hiệu ứng hồ quang và gió.

Cáp bọc (và đôi khi trên cao) (cáp XLPE được bảo vệ)

Cáp điện áp cao được bảo vệ Cross Link luôn được sử dụng cho các đường dây điện ngầm.

Nền tảng kỹ thuật

Điện dung của đường truyền một pha được cho bởi tỷ lệ phân tách và bán kính hiệu dụng.

$C=\dfrac{2πε}{ln(\frac{D}{r})}$

Các đường O / H được hưởng lợi từ khoảng cách 2,3 hoặc 4 dây dẫn cách xa nhau để tăng thêm sức mạnh chống lại gió và tăng hiệu ứng phá vỡ từ bán kính phân kỳ trường E giảm. Điều này làm giảm L và tăng C một chút nhưng vẫn có giá trị C / km rất thấp so với C / km cao của cáp U / G đồng trục do khe hở nhỏ của dây dẫn trung tâm với vỏ bọc đồng trục.

Dưới đây là mô hình của Telegograph về tất cả các đường truyền bao gồm ethernet, truyền hình cáp, đường dây điện thoại và đường dây điện AC hoặc DC. (ngoại trừ rò rỉ shunt R bị bỏ qua ở đây)

Điện trở tại DC không giống như trở kháng phân tán ảnh hưởng đến phản xạ và điện áp tăng do nhiễu.

Các dòng O / H thường là ba trục như trên.

Cáp O / H thường được đánh giá trở kháng sóng đặc trưng của SIL là 400 ohms và cáp U / G là 50 ohms = + / - 25% tùy thuộc vào độ khuếch đại và xếp hạng BIL.

Điều này làm cho dòng điện khởi động màu đen cao hơn đối với cáp U / G do đó cần phải điều chỉnh phản ứng shunt.

Hình ảnh để làm theo.

Khác

Trên cao, cáp O / H rẻ hơn nhiều cho mỗi km để mua và cài đặt nhưng tần suất sửa chữa cao hơn do sét, bão và phơi nhiễm cây. Nhưng sau đó họ cũng nhanh hơn và rẻ hơn để sửa chữa. Nhưng nhìn vào sự tàn phá ở Puerto Rico và các địa điểm khác có cơ sở hạ tầng kém, lợi thế về chi phí vòng đời của cáp điện U / G ngầm mặc dù chi phí giảm, chi phí cáp và sửa chữa cao hơn nhưng với kết quả MTBF cao hơn (nếu được thực hiện đúng) trong chi phí vòng đời thấp hơn. Căng thẳng môi trường luôn ảnh hưởng đến những quyết định này.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
nguồn

Sổ tay; XLPE là polyetylen liên kết ngang, không phải polyurethane liên kết ngang.

— Li-aung Yip

Rối não. TY Yip

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Vì các dây dẫn của các đường ngầm được đóng gói gần nhau hơn so với các đường dây trên không, điện dung cao hơn. Điện dung này có thể mất một dòng sạc khá đáng kể.

Ngẫu nhiên, độ tự cảm, vì chúng bao gồm một vùng vòng nhỏ hơn, thấp hơn.

— Neil_UK
nguồn

Cáp ngầm (U / G) để phân phối luôn được bọc đất và đôi khi chỉ dành cho cáp O / H do đó cáp có vỏ bọc có uF / km cao hơn nhiều. Nó không có so sánh với khoảng cách dây. Nó có thể thay đổi từ 0,1 đến 2uF / km

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Đó không phải là khoảng cách dây pha trong cáp U / G, mà chính là khoảng cách pha để che chắn (vỏ bọc gnd) tạo ra sự khác biệt về C và chiều dài / diam d so với chiều dài cho L

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Các đường dây trên không có xu hướng có nhiều điện cảm hơn, chỉ cần một tụ điện giá rẻ song song để sửa. Tuy nhiên, các đường dây ngầm bị chi phối bởi điện dung đòi hỏi các cuộn cảm đắt tiền để điều chỉnh hệ số công suất

— teambob

Nhưng dù từ tính của trái đất lớn hơn không khí, do đó độ tự cảm (và tổn thất cảm ứng) của cáp chôn sẽ lớn hơn cùng loại cáp treo trong không khí.

— Licks nóng

@Neil_UK Nếu bạn kiểm tra cấu trúc điển hình của cáp O / H so với U / G, bạn sẽ thấy U / G là lá chắn đồng trục trên mỗi pha. KHÔNG phải là bó pha gần hơn làm tăng điện dung mà thực tế là tất cả các U / G cần phải đồng trục vì lý do độ ẩm, cơ học và nhiệt và do đó sử dụng độ cách điện XLPE có độ tinh khiết cao trong cáp đồng trục. Vì vậy, gần hơn có nhưng sai, đó không phải là lý do tại sao C cao hơn. Xin lỗi -1

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Câu hỏi: Tại sao dây cáp ngầm đòi hỏi mức độ bù công suất phản kháng cao hơn so với đường dây trên không?

Câu trả lời:

Bởi vì điện dung đường dây ngầm cho cáp điện cao hơn nhiều so với điện dung đường dây trên không.

Lý do chính cho việc này:

Các dây gần nhau hơn.
Dây ở gần trái đất hơn (trong một vài inch).

Độ tự cảm cũng thấp hơn.

Ngoài ra, vì (do kết quả của các đặc điểm trên), các đường ngầm có 20-75 lần dòng sạc mà đường dây trên không có (tùy thuộc vào điện áp đường dây).

Nguồn:

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

Ngoài ra, nếu bạn muốn xem xét kỹ hơn các đặc điểm chung của đường truyền qua toán học, bạn cũng có thể kiểm tra tài liệu này (những người khác cũng đã đăng bài này):

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

— Eric Votava
nguồn

Vì cáp U / G được che chắn, trong trường hợp này không quan trọng hơn cũng không gần mặt đất hơn, cũng không phải là Độ tự cảm thấp hơn dựa trên tỷ lệ chiều dài / thước dây mà trong trường hợp này phải mang dòng điện định mức tương tự nếu chúng ta so sánh táo và khoảng cách. Vì vậy, không có giả định nào của bạn là đúng , nhưng các liên kết toán học là chính xác. Lần sau so sánh dây mở để dỗ. Xin lỗi nhưng -1

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75