Mengapa kabel bawah tanah “memerlukan tingkat kompensasi daya reaktif yang lebih tinggi” daripada saluran udara?

Saya sedang membaca lembaran kebanggaan untuk sebuah transformer raksasa perusahaan tertentu, dan saya menemukan kalimat ini:

Selain itu, di beberapa daerah, saluran kepala yang ada diganti dengan kabel bawah tanah, yang membutuhkan tingkat kompensasi daya reaktif yang lebih tinggi .

Kenapa ini?

transformer power-grid

— pengguna60561
sumber

Saya bukan EE, jadi saya tidak akan mencoba menjawab, tetapi ingat bahwa saluran di jaringan listrik adalah saluran transmisi . Mereka telah mendistribusikan induktansi sepanjang konduktor, dan mereka telah mendistribusikan kapasitansi antara konduktor. Geometri garis bawah tanah sangat berbeda dari geometri garis overhead, jadi Anda harus mengharapkannya memiliki impedansi karakteristik yang berbeda dan, saya tidak tahu apa lagi.

— Solomon Slow

Benar @ jameslarge, impedansi Karakteristik adalah perbedaan utama dan tentu saja panjang garis. Apakah Anda tahu apa itu untuk kabel daya U / G dan O / H?

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Saya juga menemukan kuliah ini, yang menjelaskan cara kerja saluran transmisi: egr.unlv.edu/~eebag/TRANSMISSION%20LINES.pdf Saya sangat menghargai jawabannya, saya memahami cara ini dengan lebih baik dari sebelumnya. Banyak matematika yang terlibat, saya kira saya harus duduk dan mencari tahu kapan :)

— user60561

Kapasitansi antara kabel listrik di saluran bawah tanah jauh lebih tinggi daripada kabel overhead karena kabelnya sangat berdekatan. Ukuran kabel dipilih karena daya dukungnya saat ini - jadi, jika Anda menuntut agar kabel daya membawa arus reaktif, Anda perlu membeli kabel daya pengukur yang lebih berat. Jadi, greenies lebih merugikan masyarakat.

— Brian

@ Brian "karena kabelnya lebih dekat satu sama lain" - ini tidak benar. Setiap kawat memiliki lapisan, jadi itu sebabnya kapasitansi jauh lebih tinggi, kedekatan kabel lainnya jauh lebih kecil. Lihat jawaban Tony Stewart (yang saya sudah konfirmasi dengan melihat kabel bawah tanah tegangan tinggi dalam katalog)

— user60561

Jawaban:

Jawaban singkat: Kabel Underground (U / G) menggunakan coaxial dengan earth gnd shield.

Jadi itu adalah bahan PE putih (polietilen) yang meningkatkan kapasitansi bawah tanah karena memisahkan inti tengah dan selubung tanah jalinan tembaga dan bukan kedekatan garis fasa ke fasa (walaupun ini memiliki beberapa efek.)

Di bawah ini hanyalah contoh fase tunggal.

Desain kabel distribusi daya telah meningkat selama beberapa dekade dan sekarang memiliki pengalaman historis tentang apa yang terbaik.

Mereka menggunakan inti baja berpakaian non-koaksial dengan / tanpa kelongsong isolasi. Hal ini membuat kapasitansi saluran listrik dapat diabaikan dibandingkan dengan kabel koaksial yang digunakan untuk U / G karena jalur insulasi ke ground adalah urutan yang lebih tinggi pada kabel koaksial.

Unit ABB tersebut memiliki jangkauan dinamis yang unggul untuk menangani berbagai macam koreksi faktor daya impedansi reaktif kabel yang mungkin termasuk kabel U / G koaksial O / H dan XLPE.

• Reaktor shunt digunakan untuk mengkompensasi kapasitansi shunt saluran di bawah beban ringan atau tanpa beban untuk mengatur tegangan.
• Kapasitor seri sering digunakan untuk mengkompensasi reaktansi induktif saluran untuk mentransfer lebih banyak daya dan meningkatkan stabilitas jaringan

Kabel Overhead (triaksial) terhunus

setiap bundel 3 kawat membawa tegangan yang sama untuk mengurangi efek busur dan angin.

Kabel bawah tanah (dan kadang di atas kepala) (kabel XLPE berpelindung)

Kabel tegangan tinggi berpelindung Cross Link selalu digunakan untuk saluran listrik bawah tanah.

Latar belakang teknis

Kapasitansi saluran transmisi satu fase diberikan oleh rasio pemisahan dan jari-jari efektif.

$C=\dfrac{2πε}{ln(\frac{D}{r})}$

Jalur O / H mendapat manfaat dari jarak 2,3 atau 4 konduktor berjauhan untuk menambah kekuatan terhadap angin dan meningkatkan efek kerusakan dari berkurangnya radius divergensi medan E. Ini menurunkan L dan menaikkan C sedikit tetapi masih nilai C sangat rendah / km membandingkan C / km tinggi kabel U / G koaksial karena celah kecil r konduktor tengah ke selubung koaksial.

Di bawah ini adalah model Telegrapher untuk semua saluran transmisi termasuk ethernet, TV kabel, saluran telepon dan kabel listrik AC atau DC. (kecuali kebocoran shunt R diabaikan di sini)

Resistansi pada DC tidak sama dengan impedans terdistribusi yang memengaruhi pantulan dan voltase lonjakan karena gangguan.

Garis O / H seringkali triaksial seperti di atas.

Kabel O / H sering diberi nilai impedansi gelombang karakteristik SIL 400 ohm dan kabel U / G adalah 50 ohm = + / - 25% tergantung pada ampacity dan peringkat BIL.

Hal ini membuat arus lonjakan start hitam lebih tinggi untuk kabel U / G sehingga reaktansi shunt perlu disesuaikan.

Foto yang harus diikuti.

Lain

Overhead, kabel O / H jauh lebih murah per km untuk membeli dan menginstal tetapi frekuensi perbaikan lebih tinggi karena petir, badai, dan paparan pohon. Tetapi kemudian mereka juga lebih cepat dan lebih murah untuk diperbaiki. Tetapi melihat kehancuran di Puerto Riko dan lokasi lain dengan infrastruktur yang buruk, siklus hidup keunggulan biaya kabel listrik U / G bawah tanah meskipun biaya easement yang lebih tinggi, biaya kabel dan hasil perbaikan tetapi pada hasil MTBF yang lebih tinggi (jika dilakukan dengan benar) hasilnya dalam biaya siklus hidup yang lebih rendah. Stres lingkungan selalu memengaruhi keputusan ini.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
sumber

Catatan cepat; XLPE adalah polietilen yang terhubung silang, bukan polyurethane yang saling terhubung.

— Li-aung Yip

Kentut otak. TY Yip

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Karena konduktor saluran bawah tanah dikemas lebih dekat daripada untuk saluran overhead, kapasitansi lebih tinggi. Kapasitansi ini dapat mengambil arus pengisian yang cukup besar.

Kebetulan, induktansi, karena mereka termasuk area loop yang lebih kecil, lebih rendah.

— Neil_UK
sumber

Kabel bawah tanah (U / G) untuk distribusi selalu dilapisi tanah dan hanya kadang-kadang untuk kabel O / H oleh karena itu kabel berselubung memiliki uF / km jauh lebih tinggi. Tidak ada perbandingan dengan celah kawat. Ini dapat bervariasi dari 0,1 hingga 2uF / km

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Bukan celah kawat fase-fase pada kabel U / G, melainkan celah fase untuk melindungi (gnd sheath) yang membuat perbedaan dalam C dan panjang / diam vs panjang untuk L

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Saluran overhead cenderung memiliki lebih banyak induktansi, yang hanya membutuhkan kapasitor murah secara paralel untuk dikoreksi. Namun saluran bawah tanah didominasi oleh kapasitansi yang membutuhkan induktor mahal untuk memperbaiki faktor daya

— teambob

Tetapi magnet apa pun itu bumi lebih besar daripada udara, sehingga induktansi (dan kerugian induktif) dari kabel yang terkubur akan lebih besar dari kabel yang sama yang tergantung di udara.

— Hot Licks

@Neil_UK Jika Anda memeriksa konstruksi khas kabel O / H vs U / G, Anda akan menemukan bahwa U / G adalah pelindung koaksial per fase. BUKAN bundling fase lebih dekat yang meningkatkan kapasitansi tetapi fakta bahwa semua U / G perlu koaksial untuk alasan kelembaban, mekanik, dan termal dan karenanya menggunakan kemurnian isolasi XLPE tingkat tinggi dalam kabel koaksial. Jadi lebih dekat ya tapi salah, itu bukan alasan C lebih tinggi. Maaf -1

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Pertanyaan: Mengapa kabel bawah tanah “membutuhkan tingkat kompensasi daya reaktif yang lebih tinggi” daripada saluran udara?

Menjawab:

Karena kapasitansi saluran bawah tanah untuk kabel listrik jauh lebih tinggi daripada kapasitansi saluran udara.

Alasan utama untuk ini:

Kabel lebih dekat satu sama lain.
Kabel lebih dekat ke bumi (dalam beberapa inci).

Induktansi juga lebih rendah.

Juga, karena (sebagai akibat dari karakteristik di atas) saluran bawah tanah memiliki 20-75 kali arus pengisian garis yang dimiliki saluran udara (tergantung pada tegangan saluran).

Sumber:

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

Juga, jika Anda ingin melihat lebih dekat karakteristik umum saluran transmisi melalui matematika, Anda juga dapat memeriksa dokumen ini (yang lain juga telah memposting ini):

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

— Eric Votava
sumber

Karena kabel U / G terlindung, lebih dekat tidak menjadi masalah dalam hal ini atau lebih dekat ke tanah, atau Induktansi lebih rendah yang didasarkan pada rasio panjang / pengukur kawat yang dalam hal ini harus membawa arus pengenal yang serupa jika kita membandingkan apel dan jarak. Jadi tidak ada asumsi Anda yang benar , tetapi tautan matematika itu benar. Lain kali bandingkan kabel terbuka untuk membujuk. Maaf tapi -1

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75