Warum benötigen Erdkabel „eine höhere Blindleistungskompensation“ als Freileitungen?

Ich habe ein Prahlerblatt für die riesigen Transformatoren einer bestimmten Firma gelesen und bin auf diesen Satz gestoßen:

Darüber hinaus werden in einigen Regionen die vorhandenen Freileitungen durch Erdkabel ersetzt, die einen höheren Blindleistungsausgleich erfordern .

Warum ist das?

transformer power-grid

— user60561
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Ich bin kein EE, also werde ich nicht versuchen zu antworten, aber denke daran, dass die Leitungen im Stromnetz Übertragungsleitungen sind . Sie haben eine verteilte Induktivität entlang der Länge der Leiter und eine verteilte Kapazität zwischen den Leitern. Die Geometrie einer U-Bahn-Leitung unterscheidet sich stark von der Geometrie einer Freileitung. Sie sollten also erwarten, dass sie eine andere charakteristische Impedanz hat, und ich weiß nicht, was sonst.

— Solomon Slow

Korrigieren Sie @jameslarge, dass die charakteristische Impedanz der Hauptunterschied und natürlich die Länge der Leitung ist. Wissen Sie, was es für U / G- und O / H-Stromkabel ist?

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Ich bin auch auf diesen Vortrag gestoßen , in dem erklärt wird, wie Übertragungsleitungen funktionieren: egr.unlv.edu/~eebag/TRANSMISSION%20LINES.pdf Ich weiß die Antworten wirklich zu schätzen, so verstehe ich das besser als zuvor. Viel Mathe, ich denke, ich sollte mich hinsetzen und es irgendwann herausfinden :)

— user60561

Die Kapazität zwischen den Stromkabeln in einem unterirdischen Kanal ist viel höher als bei Freileitungen, da die Drähte sehr viel enger beieinander liegen. Die Kabelgröße richtet sich nach der Strombelastbarkeit. Wenn Sie also verlangen, dass die Stromkabel Blindstrom führen, müssen Sie dickere Stromkabel kaufen. Greenies kosten die Gesellschaft also mehr.

— Brian

@Brian "weil die Drähte sehr viel näher beieinander liegen" - das ist nicht korrekt. Jeder Draht ist beschichtet, weshalb die Kapazität viel höher ist und die Nähe der anderen Drähte viel weniger wichtig ist. Siehe Tony Stewarts Antwort (die ich durch einen Blick auf Hochspannungs-Erdkabel in Katalogen bestätigt habe)

— user60561

Antworten:

Kurze Antwort: Erdkabel (U / G) werden koaxial mit Erdungsschirm verwendet.

Es ist also das weiße PE-Material (Polyethylen), das die Erdkapazität erhöht, da es den zentralen Kern und den Erdungsmantel des Kupfergeflechts trennt und nicht die Nähe der Phasen zu den Phasenleitungen (obwohl dies einen gewissen Effekt hat).

Nachfolgend finden Sie nur ein einphasiges Beispiel.

Das Design von Stromverteilungskabeln hat sich im Laufe der Jahrzehnte verbessert, und sie haben jetzt historische Erfahrungen damit, was am besten funktioniert.

Sie verwenden einen nicht koaxialen Leiter ummantelten Stahlkern mit / ohne Isolationsummantelung. Dies macht die Netzleitungskapazität im Vergleich zu dem für U / G verwendeten Koaxialkabel vernachlässigbar, da die Isolationsleitung zur Erde im Koaxialkabel um Größenordnungen höher ist.

Die betreffende ABB-Einheit verfügt über einen überlegenen Dynamikbereich für die Bearbeitung des breiten Bereichs der Blindleistungsfaktorkorrektur von Kabeln, die O / H- und XLPE-Koaxial-U / G-Kabel enthalten können.

• Shunt-Drosseln dienen zur Kompensation der Leitungs-Shunt-Kapazität unter leichter Last oder ohne Last zur Spannungsregelung.
• Serienkondensatoren werden häufig verwendet, um die induktive Leitungsreaktanz zu kompensieren, um mehr Leistung zu übertragen und die Netzwerkstabilität zu erhöhen

Oberleitung (dreiachsig) nicht ummantelt

Jedes 3-Draht-Bündel führt die gleiche Spannung, um Lichtbogen- und Windeffekte zu reduzieren.

Erdkabel (und manchmal auch Freileitungskabel) (geschirmtes XLPE-Kabel)

Abgeschirmtes Cross Link-Hochspannungskabel, das immer für unterirdische Stromleitungen verwendet wird.

Technischer Hintergrund

Die Kapazität einer einphasigen Übertragungsleitung ergibt sich aus dem Verhältnis von Abstand und effektivem Radius.

$C=\dfrac{2πε}{ln(\frac{D}{r})}$

O / H-Leitungen profitieren von einem Abstand von 2,3 oder 4 Leitern, um zusätzliche Stärke gegen Wind und erhöhte Durchschlageffekte aufgrund des verringerten E-Feld-Divergenzradius zu erzielen. Dies senkt L und hebt C leicht an, ist aber immer noch sehr niedrig. C-Werte / km sind vergleichbar mit den hohen C / km des koaxialen U / G-Kabels aufgrund des kleinen Abstands r des Mittelleiters zum koaxialen Mantel.

Nachfolgend finden Sie das Telegrapher-Modell aller Übertragungsleitungen, einschließlich Ethernet-, Kabel-TV-, Telefon- und Wechselstrom- oder Gleichstromleitungen. (außer Shunt-Leckage R wird hier vernachlässigt)

Der Widerstand bei Gleichstrom entspricht nicht der verteilten Impedanz, die sich auf Reflexionen und Spannungsspitzen aufgrund von Störungen auswirkt.

O / H-Linien sind oft dreiachsig wie oben.

O / H-Kabel werden häufig mit einer SIL-Wellenimpedanz von 400 Ohm bewertet, und U / G-Kabel haben je nach Strombelastbarkeit und BIL-Bewertung einen Wert von 50 Ohm = +/- 25%.

Dies erhöht die Schwarzstartstoßströme für U / G-Kabel, sodass die Shunt-Reaktanz angepasst werden muss.

Fotos folgen.

Andere

O / H-Kabel sind viel billiger pro km zu kaufen und zu installieren, die Reparaturhäufigkeit ist jedoch aufgrund von Blitzen, Hurrikanen und Bäumen höher. Dann sind sie aber auch schneller und billiger zu reparieren. Angesichts der Verwüstung in Puerto Rico und an anderen Orten mit schlechter Infrastruktur ergeben sich die Lebenszykluskostenvorteile von unterirdischen U / G-Stromkabeln trotz höherer Unterhaltskosten, Kabelkosten und Reparaturkosten, aber auch höhere MTBF-Werte (wenn dies ordnungsgemäß durchgeführt wird) in niedrigeren Lebenszykluskosten. Umweltbelastungen wirken sich immer auf diese Entscheidung aus.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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Schnelle Notiz; XLPE ist vernetztes Polyethylen, nicht vernetztes Polyurethan.

— Li-aung Yip

Gehirnfurz. TY Yip

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Da die Leiter von Untergrundleitungen enger beieinander liegen als bei Freileitungen, ist die Kapazität höher. Diese Kapazität kann einen beträchtlichen Ladestrom aufnehmen.

Im Übrigen ist die Induktivität geringer, da sie eine kleinere Schleifenfläche aufweist.

— Neil_UK
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Erdkabel (U / G) für die Verteilung sind immer geerdet und nur manchmal für O / H-Kabel, daher haben die ummantelten Kabel viel höhere UF / km. Es hat keinen Vergleich mit Drahtlücke. Es kann von 0,1 bis 2uF / km variieren

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Es ist nicht die Phase-Phase-Drahtlücke in U / G-Kabeln, sondern die Phase-Phase-Abschirmung (GND-Mantel), die den Unterschied zwischen C und der Länge /

— Durchmesser im Verhältnis zur

Freileitungen neigen dazu, mehr Induktivität zu haben, was nur einen billigen Kondensator parallel zur Korrektur erfordert. Untergrundleitungen werden jedoch von Kapazitäten dominiert, die teure Induktivitäten erfordern, um den Leistungsfaktor zu korrigieren

— teambob

Aber die magnetisch der Erde , was auch immer-it-ist größer als die von Luft, so dass die Induktivität (und induktive Verluste) des vergrabenen Kabels größer sein werden als das gleiche Kabel in der Luft schweben.

— Hot Licks

@Neil_UK Wenn Sie den typischen Aufbau von O / H- und U / G-Kabeln untersuchen, werden Sie feststellen, dass die U / G-Koaxialabschirmung pro Phase vorliegt. Es ist NICHT die engere Phasenbündelung, die die Kapazität erhöht, sondern die Tatsache, dass alle U / G aus Feuchtigkeits-, mechanischen und thermischen Gründen koaxial sein müssen und daher eine hochreine XLPE-Isolierung im Koaxialkabel verwendet werden muss. Also näher ja aber falsch, deshalb ist C nicht höher. Sorry -1