Por que os cabos subterrâneos "exigem um maior grau de compensação de energia reativa" do que as linhas aéreas?

Eu estava lendo uma folha de gabar-se dos transformadores gigantes de uma certa empresa e me deparei com esta frase:

Além disso, em algumas regiões, as linhas aéreas existentes estão sendo substituídas por cabos subterrâneos, que exigem um maior grau de compensação de potência reativa .

Por que é isso?

Resposta curta: O cabo subterrâneo (U / G) usa coaxial com blindagem de aterramento.

Portanto, é o material branco de PE (polietileno) que aumenta a capacitância subterrânea, uma vez que separa o núcleo central e a bainha trançada de cobre e não a proximidade das linhas fase a fase (embora isso tenha algum efeito).

Abaixo está apenas um exemplo de fase única.

O design dos cabos de distribuição de energia melhorou ao longo das décadas e agora eles têm experiência histórica no que funciona melhor.

Eles usam núcleo de aço revestido de condutor não coaxial com / sem revestimento de isolamento. Isso torna a capacitância da linha de energia desprezível em comparação com o cabo coaxial usado para U / G, uma vez que a linha de isolamento para o terra é de ordem de magnitude maior no cabo coaxial.

A unidade ABB em questão possui faixa dinâmica superior para lidar com a ampla faixa de correção do fator de potência de impedância reativa de cabos que podem incluir cabos U / G coaxiais O / H e XLPE.

• Os reatores de derivação são utilizados para compensar a capacitância da derivação de linha sob carga leve ou sem carga para regular a tensão.
• Os capacitores da série são frequentemente usados ​​para compensar a reatância indutiva da linha, a fim de transferir mais energia e aumentar a estabilidade da rede

Cabo aéreo (triaxial) não revestido

• cada pacote de 3 fios carrega a mesma voltagem para reduzir os efeitos de arco e vento.

Cabo revestido subterrâneo (e às vezes aéreo) (cabo XLPE blindado)

Cabo de alta tensão blindado Cross Link sempre usado para linhas de energia subterrâneas.

Formação técnica

A capacitância de uma linha de transmissão monofásica é dada pela razão de separação e raio efetivo.

$C=\dfrac{2πε}{ln(\frac{D}{r})}$

As linhas O / H se beneficiam do espaçamento de 2,3 ou 4 condutores distantes para aumentar a resistência ao vento e aumentar os efeitos de quebra devido ao menor raio de divergência no campo E. Isso reduz L e eleva C ligeiramente, mas ainda é muito baixo. Os valores de C / km comparam o alto C / km de cabo U / G coaxial devido à pequena folga r do condutor central à bainha coaxial.

Abaixo está o modelo da Telegrapher de todas as linhas de transmissão, incluindo Ethernet, TV a cabo, linhas telefônicas e linhas de energia CA ou CC. (exceto que o vazamento de derivação R é negligenciado aqui)

A resistência em CC não é a mesma que a impedância distribuída que afeta reflexos e tensões de sobretensão devido a distúrbios.

As linhas O / H são frequentemente triaxiais como acima.

O cabo O / H é frequentemente classificado com impedância de onda característica SIL de 400 ohms e os cabos U / G são 50 ohms = + / - 25%, dependendo da ampacidade e classificação BIL.

Isso aumenta as correntes de pico de arranque em preto nos cabos U / G, para que a reatância de derivação precise ser ajustada.

Fotos a seguir.

De outros

Os cabos aéreos, O / H são muito mais baratos por km para comprar e instalar, mas a frequência de reparos é maior devido a raios, furacões e exposição de árvores. Mas eles também são mais rápidos e baratos de reparar. Mas olhando para a devastação em Porto Rico e em outros locais com infraestrutura precária, as vantagens de custo do ciclo de vida dos cabos U / G subterrâneos, apesar dos custos mais altos de servidão, do cabo e dos custos de reparo, mas com resultados mais altos de MTBF (se feitos corretamente) em custos mais baixos do ciclo de vida. O estresse ambiental sempre afeta essas decisões.

Como os condutores das linhas subterrâneas ficam mais próximos do que nas linhas aéreas, a capacitância é maior. Essa capacitância pode levar uma corrente de carregamento bastante substancial.

Aliás, a indutância, como eles incluem uma área de loop menor, é menor.

Pergunta: Por que os cabos subterrâneos "exigem um maior grau de compensação de energia reativa" do que as linhas aéreas?

Responda:

Porque a capacitância da linha subterrânea para cabos de energia é muito maior que a capacitância da linha aérea.

Principais razões para isso:

• Os fios estão mais próximos um do outro.

• Os fios estão mais próximos da terra (a alguns centímetros).

A indutância é menor também.

Além disso, porque (como resultado das características acima) as linhas subterrâneas têm de 20 a 75 vezes a corrente de carga da linha que uma linha aérea possui (dependendo da tensão da linha).

Fonte:

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

Além disso, se você quiser examinar mais de perto as características gerais das linhas de transmissão via matemática, também pode fazer check-out deste documento (outros também postaram este):

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