Perché i cavi sotterranei "richiedono un livello più elevato di compensazione della potenza reattiva" rispetto alle linee aeree?

Stavo leggendo un foglio di vantarsi per i trasformatori giganti di una certa azienda e mi sono imbattuto in questa frase:

Inoltre, in alcune regioni, le linee aeree esistenti vengono sostituite da cavi sotterranei, che richiedono un grado più elevato di compensazione della potenza reattiva .

Perchè è questo?

transformer power-grid

— user60561
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Non sono un EE, quindi non proverò a rispondere, ma ricorda che le linee nella rete elettrica sono linee di trasmissione . Hanno distribuito induttanza lungo la lunghezza dei conduttori e hanno distribuito capacità tra i conduttori. La geometria di una linea sotterranea è molto diversa dalla geometria di una linea aerea, quindi dovresti aspettarti che abbia un'impedenza caratteristica diversa e, non so cos'altro.

— Solomon Slow

Corretto @jameslarge, l'impedenza caratteristica è la differenza fondamentale e, naturalmente, la lunghezza della linea. Sai cos'è per cavi di alimentazione U / G e O / H?

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75,

Mi sono anche imbattuto in questa lezione, che spiega come funzionano le linee di trasmissione: egr.unlv.edu/~eebag/TRANSMISSION%20LINES.pdf Apprezzo molto le risposte, capisco in questo modo meglio di prima. Un sacco di matematica, però, credo che dovrei sedermi e capirlo qualche volta :)

— user60561

La capacità tra i cavi di alimentazione in un condotto sotterraneo è molto più elevata rispetto ai cavi aerei perché i fili sono molto più vicini tra loro. La dimensione del cavo viene scelta per la sua capacità di carico corrente, quindi, se si richiede che i cavi di alimentazione trasportino corrente reattiva, è necessario acquistare cavi di alimentazione di calibro più pesante. Quindi, i green costano di più alla società.

— Brian,

@Brian "perché i fili sono molto più vicini tra loro" - questo non è corretto. Ogni filo è rivestito, quindi è per questo che la capacità è molto più alta, la vicinanza degli altri fili è molto meno significativa. Vedi la risposta di Tony Stewart (che ho confermato guardando i cavi sotterranei ad alta tensione nei cataloghi)

— user60561

Risposte:

Risposta breve: il cavo sotterraneo (U / G) utilizza un cavo coassiale con schermatura di terra.

Quindi è il materiale PE bianco (polietilene) che aumenta la capacità sotterranea poiché separa il nucleo centrale e la guaina di terra della treccia di rame e non la vicinanza delle linee fase-fase (anche se questo ha qualche effetto.)

Di seguito è riportato solo un esempio monofase.

La progettazione dei cavi di distribuzione dell'alimentazione è migliorata nel corso dei decenni e ora hanno esperienza storica su ciò che funziona meglio.

Usano un nucleo in acciaio rivestito con conduttore non coassiale con / senza rivestimento isolante. Ciò rende la capacità della linea di alimentazione trascurabile rispetto al cavo coassiale utilizzato per U / G poiché la linea di isolamento verso terra ha ordini di grandezza superiori nel cavo coassiale.

L'unità ABB in questione ha una gamma dinamica superiore per la gestione della vasta gamma di correzione del fattore di potenza dell'impedenza reattiva dei cavi che possono includere cavi U / G coassiali O / H e XLPE.

• I reattori di derivazione vengono utilizzati per compensare la capacità di derivazione della linea sotto carico leggero o nessun carico per regolare la tensione.
• I condensatori della serie vengono spesso utilizzati per compensare la reattanza induttiva di linea al fine di trasferire più potenza e aumentare la stabilità della rete

Cavo aereo (triassiale) non rivestito

ogni fascio di 3 fili porta la stessa tensione per ridurre gli effetti di arco e vento.

Cavo inguainato sotterraneo (e talvolta sopraelevato) (cavo XLPE schermato)

Cavo schermato ad alta tensione Cross Link utilizzato sempre per linee di alimentazione sotterranee.

Background tecnico

La capacità di una linea di trasmissione monofase è data dal rapporto tra separazione e raggio effettivo.

$C=\dfrac{2πε}{ln(\frac{D}{r})}$ Dove r è il raggio effettivo del conduttore di fase.

Le linee O / H beneficiano della distanza tra i conduttori 2,3 o 4 distanti tra loro per una maggiore resistenza contro il vento e un aumento degli effetti di rottura dal raggio di divergenza del campo E ridotto. Questo abbassa L e aumenta leggermente C ma è ancora molto basso valori C / km confronta l'alto C / km del cavo U / G coassiale a causa del piccolo spazio r del conduttore centrale con la guaina coassiale.

Di seguito è riportato il modello di Telegrapher di tutte le linee di trasmissione tra cui Ethernet, TV via cavo, linee telefoniche e linee di alimentazione CA o CC. (tranne qui la perdita di shunt R viene trascurata)

La resistenza a CC non è la stessa dell'impedenza distribuita che influenza riflessi e sovratensioni dovute a disturbi.

Le linee O / H sono spesso triassiali come sopra.

Il cavo O / H è spesso classificato con impedenza d'onda caratteristica SIL di 400 ohm e i cavi U / G sono 50 ohm = + / - 25% a seconda dell'ampiezza e della classificazione BIL.

Ciò aumenta le correnti di sovracorrente di black start per i cavi U / G, quindi è necessario regolare la reattanza di shunt.

Foto da seguire.

Altro

I cavi ambientali, O / H sono molto più economici per km da acquistare e installare, ma la frequenza delle riparazioni è maggiore a causa di fulmini, uragani ed esposizione agli alberi. Ma poi sono anche più veloci ed economici da riparare. Ma osservando la devastazione a Puerto Rico e in altre località con scarse infrastrutture, il ciclo di vita comporta vantaggi in termini di costi dei cavi di alimentazione sotterranei U / G nonostante i costi di allentamento più elevati, i costi dei cavi e dei costi di riparazione ma a risultati MTBF più elevati (se eseguiti correttamente) con costi del ciclo di vita inferiori. Lo stress ambientale influenza sempre queste decisioni.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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Nota veloce; XLPE è polietilene reticolato, non poliuretano reticolato.

— Li-aung Yip

Lapsus. TY Yip

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75,

Poiché i conduttori delle linee sotterranee sono raggruppati più vicini rispetto alle linee aeree, la capacità è maggiore. Questa capacità può richiedere una corrente di carica abbastanza consistente.

Per inciso, l'induttanza, poiché includono un'area di loop più piccola, è inferiore.

— Neil_UK
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I cavi sotterranei (U / G) per la distribuzione sono sempre collegati a terra e solo a volte per cavi O / H, quindi i cavi rivestiti hanno uF / km molto più alti. Non ha paragoni con l'intercapedine. Può variare da 0,1 a 2uF / km

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Non è lo spazio tra i fili fase-fase nei cavi U / G, piuttosto è lo spazio tra schermatura (guaina gnd) che fa la differenza in C e lunghezza / diametro d vs lunghezza per L

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Le linee aeree tendono ad avere più induttanza, il che richiede solo un condensatore economico in parallelo per correggere. Tuttavia le linee sotterranee sono dominate dalla capacità che richiede costosi induttori per correggere il fattore di potenza

— teambob

Ma il magnetico qualunque sia la terra è maggiore di quello dell'aria, quindi l'induttanza (e le perdite induttive) del cavo interrato sarà maggiore dello stesso cavo sospeso in aria.

— Hot Licks

@Neil_UK Se si esamina la tipica costruzione di cavi O / H vs U / G, si noterà che gli U / G sono schermati coassiali per fase. Non è quella fase più stretta che aumenta la capacità, ma il fatto che tutti gli U / G devono essere coassiali per motivi di umidità, meccanici e termici e quindi utilizzare un'elevata purezza di isolamento XLPE nel cavo coassiale. Così più vicino sì ma sbagliato, non è per questo che C è più alto. Siamo spiacenti -1