PL184959B1

PL184959B1 - Linia napowietrzna do przesyłania energii elektrycznej

Info

Publication number: PL184959B1
Application number: PL97322864A
Authority: PL
Inventors: Böhme┴Helmut; Fitterer┴Gerd; Paschen┴Rolf; Smailus┴Bernd
Original assignee: Abb Research Ltd
Priority date: 1996-10-30
Filing date: 1997-10-28
Publication date: 2003-01-31
Also published as: DE19645001A1; BR9705167A; EP0840423A3; PL322864A1; EP0840423A2; US5965956A; AU4282297A; AU737489B2

Abstract

1. Linia napowietrzna do przesylania energii elektrycznej, z dodatkowa petla obejmujaca co naj- mniej jeden przewód fazowy, znamienna tym, ze petla kompensacyjna (1) jest zasilana za pomoca czynnego napiecia, pradem kompensacyjnym ( I k o m p ) , którego polozenie fazowe i amplituda tak sa ustalone w stosunku do polozenia fazowego i am- plitudy pradu fazowego (iR , is, iT ) plynacego w przewodzie fazowym (L1, L2, L3), ze wytworzo- ny przez to strumien magnetyczny przeciwdziala strumieniowi magnetycznemu wytworzonemu przez prad fazowy, przy czym czynne napiecie dla pradu kompensacyjnego jest wytwarzane w petli kompen- sacyjnej i co najmniej w jednej petli dodatkowej (2, 5), która obejmuje co najmniej jeden przewód fazo- wy (L1, L2, L3), i polaczona jest z petla kompensa- cyjna (1) tak, ze dzieli linie napowietrzna na co najmniej dwa odcinki glówne, z których jeden odci- nek zawiera petle kompensacyjna (1) i co najmniej jeden odcinek, który zawiera petle dodatkowa (2). Fig. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest linia napowietrzna do przesyłania energii elektrycznej, z dodatkową pętlą obejmującą co najmniej jeden przewód fazowy.

W otoczeniu linii napowietrznej powstaje zawsze pole magnetyczne, powodowane przez przesyłane prądy. Między innymi charakteryzuje się ono wartością skuteczną indukcji magnetycznej.

Aby uniknąć szkodliwego oddziaływania tego pola magnetycznego na zdrowie ludzkie, w miejscach, które przewidziane są nie tylko jako chwilowe miejsce pobytu ludzi, powinno być ono możliwie małe i nie może w żądnym przypadku przekraczać ustalonych i/lub prawnie zatwierdzonych wartości granicznych.

Celem wynalazku jest opracowanie linii napowietrznej do przesyłania energii elektrycznej, która na wybranych odcinkach linii, a zwłaszcza w obszarze poniżej przewodów i w pobliżu górnej powierzchni ziemi, korzystnie aż do wysokości 2 do 3 m powyżej powierzchni, wytwarza znacznie zmniejszone pole magnetyczne.

Linia napowietrzna według wynalazku, jest przeznaczona do przesyłania energii elektrycznej i jest zaopatrzona w dodatkową pętlę obejmującą co najmniej jeden przewód fazowy. Linia tego rodzaju charakteryzuje się tym, że pętla kompensacyjna jest zasilana za pomocą czynnego napięcia, prądem kompensacyjnym, którego położenie fazowe i amplituda tak są ustalone w stosunku do położenia fazowego i amplitudy prądu fazowego płynącego w przewodzie fazowym, że wytworzony przez to strumień magnetyczny przeciwdziała strumieniowi magnetycznemu wytworzonemu przez prąd fazowy. Ponadto, czynne napięcie dla prądu kompensacyjnego jest wytwarzane w pętli kompensacyjnej i co najmniej w jednej pętli dodatkowej, która obejmuje co najmniej jeden przewód fazowy i połączona jest z pętlą kompensacyjną tak, że dzieli linię napowietrzną na co najmniej dwa odcinki główne, z których jeden odcinek zawiera pętlę kompensacyjną i co najmniej jeden odcinek, który zawiera pętlę dodatkową.

Korzystnym jest, że w co najmniej jednej pętli dodatkowej włączony jest kondensator szeregowy.

W sieci prądu trójfazowego z trzema przewodami fazowymi, umieszczonymi bezpośrednio jeden na drugim, pierwszy przewód pętli kompensacyjnej umieszczony jest nad górnym przewodem fazowym, a drugi przewód pętli kompensacyjnej umieszczony jest pod dolnym przewodem fazowym.

W sieci prądu trójfazowego z trzema przewodami fazowymi, pierwszy przewód pętli kompensacyjnej umieszczony jest obok pierwszego, zewnętrznego przewodu fazowego, a drugi przewód pętli i kompensacyjnej umieszczony jest obok drugiego zewnętrznego przewodu fazowego.

184 959

Korzystnym jest, że pętla dodatkowa obejmuje tylko jeden przewód fazowy, a pierwszy przewód pętli dodatkowej połączony jest z pierwszym przewodem pętli kompensacyjnej, natomiast drugi przewód pętli dodatkowej połączony jest z drugim przewodem pętli kompensacyjnej.

Pętla dodatkowa obejmuje korzystnie jeden przewód fazowy, a pierwszy przewód pętli dodatkowej połączony jest z drugim przewodem pętli kompensacyjnej, natomiast drugi przewód pętli dodatkowej połączony jest z pierwszym przewodem pętli kompensacyjnej.

W innym korzystnym rozwiązaniu pętla dodatkowa obejmuje dwa przewody fazowe, a pierwszy przewód pętli dodatkowej połączony jest z pierwszym przewodem pętli kompensacyjnej, natomiast drugi przewód pętli dodatkowej połączony jest z drugim przewodem pętli kompensacyjnej.

Korzystnym jest, że pętla dodatkowa obejmuje dwa przewody fazowe a pierwszy przewód pętli dodatkowej połączony jest z drugim przewodem pętli kompensacyjnej, natomiast drugi przewód pętli dodatkowej połączony jest z pierwszym przewodem pętli kompensacyjnej.

W korzystnym rozwiązaniu pętla dodatkowa obejmuje trzy przewody fazowe, a pierwszy przewód pętli dodatkowej połączony jest z drugim przewodem pętli kompensacyjnej, natomiast drugi przewód pętli dodatkowej połączony jest z pierwszym przewodem pętli kompensacyjnej.

Pętle dodatkowe umieszczone są korzystnie po obydwu stronach pętli kompensacyjnej. Każda z obydwu dodatkowych pętli, korzystnie, obejmuje inny przewód. Pierwszy przewód pierwszej pętli dodatkowej połączony jest z pierwszym przewodem pętli kompensacyjnej, natomiast drugi przewód pierwszej pętli dodatkowej połączony jest z drugim przewodem pętli kompensacyjnej. Pierwszy przewód drugiej pętli dodatkowej połączony jest z drugim przewodem pętli kompensacyjnej, natomiast drugi przewód drugiej pętli dodatkowej połączony jest z pierwszym przewodem pętli kompensacyjnej.

Każda z obydwu dodatkowych pętli obejmuje inny przewód, a pierwszy przewód pętli dodatkowej połączony jest z drugim przewodem pętli kompensacyjnej, natomiast drugi przewód pierwszej pętli dodatkowej połączony jest z pierwszym przewodem pętli kompensacyjnej a pierwszy przewód drugiej pętli dodatkowej połączony jest z pierwszym przewodem pętli kompensacyjnej. Natomiast drugi przewód drugiej pętli dodatkowej połączony jest z drugim przewodem pętli kompensacyjnej.

Korzystnym jest, że każda z obydwu pętli dodatkowych obejmuje dwa przewody, a pierwszy przewód pierwszej pętli dodatkowej połączony jest z pierwszym przewodem pętli kompensacyjnej, natomiast drugi przewód pierwszej pętli dodatkowej połączony jest z drugim przewodem pętli kompensacyjnej, a pierwszy przewód drugiej pętli dodatkowej połączony jest z drugim przewodem pętli kompensacyjnej. Natomiast, drugi przewód drugiej pętli dodatkowej połączony jest z pierwszym przewodem pętli kompensacyjnej.

Pierwsze przewody pętli kompensacyjnej i pętli dodatkowej odpowiadają górnym przewodom przy pionowym układzie przewodów fazowych, względnie lewym przewodom, przy poziomym układzie przewodów fazowych. Drugie przewody pętli kompensacyjnej i pętli dodatkowej odpowiadają dolnym przewodom, przy poziomym układzie przewodów fazowych, względnie prawym przewodom, przy poziomym układzie przewodów fazowych.

Zalety wynikające ze stosowania rozwiązania według wynalazku polegają zwłaszcza na tym, że znacznej redukcji ulegają zarówno maksimum wartości skutecznej indukcji magnetycznej Bemax ^w obszarze aż 2 do 3 m powyżej ziemi, jak i odstęp X_a2u_T, do osi linii napowietrznej, przy którym wartość skutecznej indukcji magnetycznej na wysokości 2 m ponad krawędzią ziemi osiąga wartość 0,2_μτ, a dla większych odstępów jest mniejsza.

W tym obszarze 2 do 3 m powyżej górnej krawędzi ziemi, pola magnetyczne mogą ulegać redukcji do mniej niż 10% w porównaniu do niekompensowanej, znanej linii. Powodem tego jest to, że pętla kompensacyjna (zwłaszcza faza i amplituda prądu kompensacyjnego) i linia napowietrzna dobrane są do siebie pod względem sprzężenia magnetycznego, tzn. pętla kompensacyjna, pętla dodatkowa i linia napowietrzna traktowane są jako zespół geometryczny i elektryczny.

Przedmiot wynalazku zostanie bliżej objaśniony na podstawie przykładów wykonania przedstawionych na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ linii napowietrznej o zredu184 959 kowanym polu magnetycznym, fig. 2 - widok perspektywiczny układu podstawowego linii, fig. 3-7 przedstawiają odmiany układu podstawowego, z pętlą kompensacyjną i pętlą dodatkową, fig. 8 przedstawia zasadnicze położenie fazowe prądów kompensacyjnych w dolnym przewodzie pętli kompensacyjnej, przy możliwej kolejności faz prądów w przewodach i przy przewodach umieszczonych jeden nad drugim względnie obok siebie, fig. 9 - tworzenie odpowiedniego napięcia czynnego przez dodawanie napięcia kompensacyjnego i napięcia dodatkowego (odpowiada wariantom z fig. 3, 4 i różnym kolejnościom faz), fig. 10 - tworzenie odpowiedniego napięcia czynnego przez odejmowanie od napięcia kompensacyjnego napięcia dodatkowego odpowiada wariantom z fig. 5, 6, 7 i różnej kolejności faz), fig. 11 - możliwe położenie pętli kompensacyjnej w przypadku przewodów fazowych umieszczonych obok siebie, fig. 12-16 przedstawiają dalsze odmiany linii z pętlą kompensacyjną i pętlami dodatkowymi, a fig. 17 przedstawia zależność indukcji magnetycznej istniejącej pod linią napowietrzną od odstępu od osi linii.

Na figurze 1 przedstawiony jest podstawowy układ linii napowietrznej ze zmniejszonym polem magnetycznym. Stanowi ona trzy przewody fazowe L1, L2, L3 sieci prądu trójfazowego umieszczonych jeden nad drugim (o prądach przesuniętych w fazie o 120° względem siebie, przy czym kąt fazowy φ (iR) = 0°, kąt fazowy φ (iS) = -12θ°, kąt fazowy φ (iT) = -240°), przy czym trzy przewody fazowe otoczone są otwartą pętlą, kompensacyjną 1. Przewód górny (zwany dalej również przewodem pierwszym) pętli kompensacyjnej 1, przebiega ponad górnym przewodem fazowym L3, a przewód dolny (zwany dalej również, przewodem drugim) pętli kompensacyjnej 1, przebiega poniżej dolnego przewodu fazowego L1. Za pomocą bocznych pierwszych przewodów łączących górny i dolny przewód, względnie pierwszy i drugi przewód pętli kompensacyjnej, połączone są one ze sobą.

Na figurze 2 przedstawiony jest perspektywiczny widok układu podstawowego. Widać z niego, że górny przewód pętli kompensacyjnej, trzy przewody fazowe L1, L2, L3 i dolny przewód linii kompensacyjnej i umieszczone są bezpośrednio jeden pod drugim, natomiast przewody łączące przebiegają obok nich.

W celu redukcji pola magnetycznego powstającego poniżej linii napowietrznej w obszarze powierzchni ziemi, do pętli kompensacyjnej 1 doprowadza się prąd kompensacyjny I_komp. Pole magnetyczne wytwarzane przez ten prąd kompensacyjny nakłada się na pole magnetyczne wytwarzane przez przewody fazowe powodując taką kompensację, że pole magnetyczne pomiędzy powierzchnią ziemi i wysokością 2 do 3 m ulega dużej redukcji. Żądana kolejność faz prądu kompensacyjnego Ikomp jest zależna od tego z którą z możliwych kolejności faz mamy do czynienia. Zasadniczo w sieci prądu trójfazowego można stosować sześć różnych kolejności faz, mianowicie L1 = R, L2 = S, L3 = T (oznaczamy RST) lub L1 = R, L2 = T, L3 = S (TRS), lub L1 = T, L2 = S, L3 = R (TSR), lub L1 = S, L2 = T, L3 = R (STR), albo L1=S, L2 = R, L3 = T (SRT).

Na fig. 8 dla przedstawienia kolejności faz przedstawione jest zasadnicze konieczne położenie wektorów prądów kompensacyjnych Iko_mp, w celu uzyskania maksymalnej redukcji pola magnetycznego, w podanych poprzednio możliwych kolejności faz. Położenie prądów fazowych zaznaczone jest i_R, i_s, i_T. Jak widać, kolejności faz prądów kompensacyjnych Iko_mpkonieczne do optymalnej redukcji pola magnetycznego, są prawie w przeciwfazie do najniższej w każdym przypadku, tzn. najbliżej powierzchni ziemie położonej fazy. Te konieczne kolejności faz prądów kompensacyjnych I_toinp, oraz konieczne amplitudy są wyliczane przy uwzględnieniu oporności czynnych i biernych toru prądowego i istniejącego konkretnie układu (geometrii) przewodów fazowych oraz pętli kompensacyjnej, jak i amplitud prądów fazowych iR, is, iT.

Przy prawidłowej kolejności fazy i amplitudy prądu kompensacyjnego i^mp zasilającego pętlą kompensacyjną 1, powstaje bardzo duża redukcja wartości skutecznej indukcji tak, że B_efma; i Χο,2μ ulegają dużemu zmniejszeniu, jak to było żądane. Przykładowo natężenie prądu kompensacyjnego wynosi około 40% prądu fazowego.

W układzie podstawowym według fig. 1, 2 kłopotliwym jest, że prąd kompensacyjny I_tomp musi być doprowadzany do pętli kompensacyjnej 1 z osobnego źródła napięcia. Dlatego na fig. 3-7 oraz 12 do 16 przedstawione są odmiany układu podstawowego z pętlami

184 959 kompensacyjnymi i pętlami dodatkowymi, które nie mają już tej wady i są bierne pod względem wytwarzania napięcia koniecznego dla prądu kompensacyjnego. We wszystkich tych odmianach napięcie czynne konieczne do wytwarzania prądu kompensacyjnego wytwarzane jest przez samą sieć trójfazową.

W tym celu linię napowietrzną dzieli się poziomo co najmniej na dwa odcinki główne, tzn. na co najmniej pierwszy odcinek główny z pętlą kompensacyjną 1, i co najmniej drugi odcinek główny z pętlą dodatkową 2, która połączona jest z pętlą kompensacyjną. W pierwszym odcinku głównym z pętlą kompensacyjną B_efflnax i Χ^μτ są silnie zredukowane, natomiast te wielkości charakteryzujące pole magnetyczne na drugim odcinku z pętlą dodatkową są trochę większe ze względu na zastosowanie pętli dodatkowej. Należy to uwzględnić przy projektowaniu linii napowietrznych, a zwłaszcza przy wyborze długości i położenia pętli kompensacyjnej i pętli dodatkowej. Oczywiście, można podzielić linię napowietrzną na trzy, cztery lub więcej odcinków z wieloma pętlami dodatkowymi i/lub wieloma pętlami kompensacyjnymi. Ważnym jest, aby wiedzieć na których odcinkach konieczna jest największa redukcja pola magnetycznego, a na których odcinkach nie jest to konieczne.

Kondensator szeregowy 4 usytuowany w pętli dodatkowej kompensuje indukcyjny spadek napięcia w pętli dodatkowej i powoduje żądany obrót fazowy prądu kompensacyjnego dla koniecznej kolejności faz. Amplituda napięcia jałowego lĄ;s indukowanego w pętli dodatkowej zależy od długości pętli dodatkowej.

W odmianie według fig. 3 pętla dodatkowa 2 obejmuje tylko górny przewód fazowy L3. Istnieje skrzyżowanie 3, w którym połączenie pomiędzy dolnym przewodem pętli dodatkowej 2 (zwanej dalej również drugim przewodem pętli dodatkowej), i dolnym przewodem pętli kompensacyjnej 1, krzyżuje się z obydwoma dolnymi przewodami fazowymi L1, L2. W drugim odcinku głównym, z pętlą dodatkową 2, powstaje pionowy układ przewodów od góry do dołu jak następuje: górny przewód pętli dodatkowej L3 - dolny przewód pętli dodatkowej L2 - Ll. W pierwszym odcinku głównym z pętlą kompensacyjną 1 powstaje znany już z układu podstawowego pionowy układ górnego przewodu pętli kompensacyjnej - L3 - L2 - Ll dolny przewód pętli kompensacyjnej.

W odmianie według fig. 4 pętla dodatkowa 2, obejmuje obydwa górne przewody fazowe L2, L3. Istnieje skrzyżowanie 3, w którym połączenie pomiędzy dolnym przewodem pętli dodatkowej 2 i dolnym przewodem pętli kompensacyjnej 1 krzyżuje się z dolnym przewodem fazowym L1. Na drugim odcinku głównym głównym (z pętlą dodatkową) powstaje pionowy układ od góry do dołu jak następuje: górny przewód pętli dodatkowej -L3, - L2 - dolny przewód dodatkowej - L1. Na pierwszym odcinku głównym (z pętlą kompensacyjną) istnieje pionowy układ znany już z układu podstawowego i składający się z: górnego przewodu pętli kompensacyjnej - L1 -L2-L1 - dolnego przewodu pętli kompensacyjnej.

Przez połączenie pętli kompensacyjnej 1 i pętli dodatkowej 2 zgodnie z fig. 3 i 4, napięcia indukowane w obydwu pętlach dodają się.

W odmianie według fig. 5 pętla dodatkowa 2 obejmuje tylko górny przewód fazowy L3. Powstaje skrzyżowanie, w którym połączenie pomiędzy dolnym przewodem pętli dodatkowej 2 i górnym przewodem pętli kompensacyjnej 1, krzyżuje się z górnym przewodem fazowym L3. W podobny sposób, połączenie górnego przewodu pętli dodatkowej 2 (zwanej dalej także pierwszym przewodem pętli dodatkowej) z dolnym przewodem pętli kompensacyjnej 1, krzyżuje się z obydwoma dolnymi przewodami fazowym L1, L2. W drugim odcinku głównym powstaje pionowy układ od góry do dołu następująco: górny przewód pętli dodatkowej - L3 dolny przewód pętli dodatkowej - L2 - L1. W pierwszym odcinku głównym powstaje znany już z układu podstawowego pionowy układ w postaci górnego przewodu pętli kompensacyjnej - L3 - L2 - L1 - i dolnego przewodu pętli kompensacyjnej.

W odmianie według fig. 6 pętla dodatkowa 2 obejmuje obydwa górne przewody fazowe L2, L3. Powstaje skrzyżowanie, w którym połączenie pomiędzy dolnym przewodem pętli dodatkowej 2 i górnym przewodem pętli kompensacyjnej 1 krzyżuje się z obydwoma górnymi przewodami fazowymi L2, L3. W podobny sposób połączenie górnego przewodu pętli dodatkowej 2 z dolnym przewodem pętli kompensacyjnej 1 krzyżuje się z wszystkimi trzema przewodami fazowymi L1, L2, l3. Na drugim odcinku głównym (pętla dodatkowa) powstaje

184 959 następujący pionowy układ biorąc z góry do dołu: górny przewód pętli dodatkowej- L3 - L2 .dolny przewód pętli dodatkowej - L1. W pierwszym odcinku głównym (z pętlą kompensacyjną) powstaje znany z układu podstawowego, układ pionowy złożony z: górnego przewodu pętli kompensacyjnej - L3 - L2 - L1 i dolnego przewodu pętli kompensacyjnej.

W odmianie według fig. 7 pętla dodatkowa 2 obejmuje wszystkie trzy przewody fazowe L1, L2, L3. Istnieje skrzyżowanie 3, w którym połączenie pomiędzy dolnym przewodem pętli dodatkowej 2 i górnym przewodem pętli kompensacyjnej 1 krzyżuje się z wszystkimi trzema przewodami fazowymi L1, L2, L3.

Podobnie połączenie górnego przewodu pętli dodatkowej 2 z dolnym przewodem pętli kompensacyjnej 1 krzyżuje się ze wszystkimi trzema przewodami fazowymi L1, L2, L3. W drugim odcinku głównym powstaje pionowy układ od góry do dołu jak następuje: górny przewód pętli dodatkowej - L3 - L2 - L1 -dolny przewód pętli dodatkowej. Na pierwszym odcinku głównym (z pętlą kompensacyjną) powstaje znany już z układu podstawowego, pionowy układ składający się z górnego przewodu pętli kompensacyjnej - L3 - L2 - L1 - dolnego przewodu pętli kompensacyjnej. Przez połączenie pętli kompensacyjnej 1 i pętli dodatkowej 2 zgodnie z fig. 5 do 7, napięcia indukowane w obydwu pętlach odejmują się.

Przedstawione na fig. 8 i już poprzednio omawiane w związku z układem podstawowym, zasadnicze położenie prądów kompensacyjnych przy możliwej kolejności faz, jest podobne jak w odmianach według fig. 3-7.

Dla optymalnej redukcji pola magnetycznego kąt fazowy φ pomiędzy koniecznym prądem kompensacyjnym I_komp i indukowanym napięciem U_s w połączonych pętlach kompensacyjnej i dodatkowej musi być mniejszy od kąta 90°, ażeby za pomocą pojemnościowej kompensacji szeregowej można było ustalić konieczną kolejność faz prądu kompensacyjnego. Jak uzyskuje się to dla poszczególnych kolejności faz przy zastosowaniu uprzednio opisanych odmian, omówione zostanie na podstawie fig. 9 i 10. Ogólnie biorąc w pętli dodatkowej indukuje się takie napięcie, że nakładanie się obydwu napięć (w pętli dodatkowej i w pętli kompensacyjnej) spełnia wspomniany warunek fazowy.

Na figurze 9 przedstawione jest przykładowo tworzenie odpowiedniego napięcia czynnego (= napięciu sumarycznemu U_s) przez dodawanie napięcia kompensacyjnego (= napięcie jałowe U_ko_mp) i napięciu dodatkowemu (= napięcie jałowe U_ZUs). Dodawanie napięć konieczne jest dla kolejności faz L3 = T, L2. = S, L1 = R (TSR) lub L3 = R, L2 = T, L1 = S (RTS) albo dla L3 =S, L2 = R, L1 = T (SRT), przy których kąt fazowy φ pomiędzy I_tomp i Us jest mniejszy od kąta 90° (np. fig. 3 gdzie L1 = R, L2 = S, l3 = T). Widoczne jest konieczne położenie fazowe prądu kompensacyjnego I_tomp, napięcie jałowe Uzus indukowane w pętli kompensacyjnej 1, kąt fazowy φ, i napięcie jałowe' Uzus indukowane w pętli dodatkowej. Jak widać, przez wektorowe dodawanie napięć jałowych Uzus + Ukomp wytwarza się napięcie sumaryczne Us, które tak obrócone jest w kierunku żądanego położenia fazowego prądu kompensacyjnego Ikomp, ^że kąt fazowy φ pomiędzy I_kp i Us jest mniejszy od 90°. Wspomniane wyżej trzy kolejności faz mogą więc pracować według jednej z odmian zgodnych z fig. 3 lub 4, przy których powoduje się dodawanie napięć.

Na figurzelO przedstawione jest przykładowo tworzenie odpowiedniego napięcia czynnego ( = napięcie sumaryczne Us) przez odejmowanie napięcia kompensacyjnego (=napięcie jałowe U_tomp) i napięcia dodatkowego (= napięcie jałowe U^js). Odejmowanie napięć konieczne jest dla kolejności faz L3 = S, L2 = T, L1 = R (STR) lub L3 = T, L2 = R, L1 = S (TRS), albo L3 = R, L2 = S, L1 = T (RST), aby pomiędzy i U_s uzyskać kąt fazowy φ mniejszy od 90° (np. fig. 5, gdzie L1 = R, L2 = T, L3 = S). Widoczne są konieczne położenie fazowe prądu kompensacyjnego I_tomp, napięcie jałowe U^ indukowane w napięciu dodatkowym, i napięcie Us połączonych pętli, a także kąt fazowy φ. Jak widać, przez odejmowanie wektorowe U^ - Uzus wytwarza napięcie różnicowe, które obraca się w kierunku żądanego położenia prądu kompensacyjnego I_tomp. Wspomniane poprzednio trzy kolejności faz muszą pracować przy pomocy jednej z odmian z fig. 5 do 7, w których przez dodatkowe krzyżowanie przewodów pętli kompensacyjnej 1 i pętli dodatkowej 2 powoduje się odejmowanie napięć.

Ogólnie biorąc, dla wszystkich poprzednio omawianych odmian obowiązuje to, że napięcie jałowe indukowane w napięciu dodatkowym jest największe, gdy pętla dodatkowa

184 959 obejmuje tylko jeden przewód fazowy, tak jak to przedstawione jest na fig. 3 i 5. Gdy pętla dodatkowa obejmuje wszystkie trzy przewody fazowe tak jak na fig. 7, to napięcie jałowe indukowane w napięciu dodatkowym jest najmniejsze.

Następnie, gdy według kolejności faz ustali się napięcie sumaryczne U_s = U_komp + U_zi;s, lub napięcie sumaryczne U_s = Uk_onip - U_zi:s, można ustalić konieczną, długość pętli dodatkowej 2, konieczną pojemność kondensatora szeregowego 4 i odpowiednią rezystancję pętli dodatkowej 2, biorąc pod uwagę wymaganą wysokość i położenie fazowe prądu kompensacyjnego. Z koniecznej długości pętli dodatkowej i odpowiedniej rezystancji wynika konieczna grubość linii w pętli dodatkowej 2 i w pętli kompensacyjnej 1. Celowo długość pętli dodatkowej jest całkowitą liczbową wielokrotnością długości pętli kompensacyjnej, aby można było zrealizować wymagane połączenia przewodów i ich skrzyżowania na słupach linii napowietrznej.

Dotychczasowe rozważania odnosiły się przykładowo do rozwiązań z trzema pionowo pod sobą umieszczonymi przewodami fazowymi, gdyż przy takim układzie przewodów fazowych uzyskuje się największą redukcję pola magnetycznego. Rozwiązanie według wynalazku możliwe jest jednak również przy poziomo obok siebie rozmieszczonych przewodach fazowych. Na fig. 11 przedstawiony jest odpowiedni układ. Zaznaczone jest położenie pętli kompensacyjnej 1. Przedstawione na fig. 3 do 7 boczne widoki dla pionowego układu przewodów stanowią jednocześnie widok z góry przy poziomym układzie przewodów. Skutek działań według wynalazku przy poziomych, obok siebie umieszczonych przewodach fazowych jak już wspomniano, nie jest tak duży jak w przypadku przewodów fazowych umieszczonych pionowo jeden nad drugim. Uzasadniono jest to tym, że przy pionowo pod sobą umieszczonych przewodach fazowych pole magnetyczne poniżej linii napowietrznej polaryzowane jest liniowo, co ułatwia kompensację.

Podawanie kolejności faz może być w znacznym stopniu niepotrzebne, gdy położenie fazowe środkowego przewodu fazowego wprowadzi się jako fazę odniesienia. Gdy prąd fazowy w przewodzie zewnętrznym jest opóźniony w fazie, to pętlę dodatkową, która otacza ten przewód, przyłącza się bez skrzyżowania (dodawanie napięć). Przykład na to przedstawiony jest na fig. 3 gdzie prąd fazowy w L1 = jest wyprzedzający w fazie, prąd fazowy w L2 = faza odniesienia, prąd fazowy w L3 = opóźniony w fazie.

Pętla dodatkowa 5, która obejmuje przewód z prądem fazowym wyprzedzającym w fazie, połączona jest jako skrzyżowana z pętlą kompensacyjną 1, (odejmowanie napięć). Przykład taki przedstawiony jest na fig. 12, gdzie prąd fazowy w L1 = wyprzedzający w fazie, prąd fazowy w L2 = faza odniesienia, prąd fazowy w L3 = opóźniony w fazie.

Możliwe jest również, aby z pętlą kompensacyjną 1 połączyć wspólnie zarówno pętlę dodatkową z fig. 3, jak i pętlę dodatkową 5 z fig. 12, a w wyniku tworzy się układ przedstawiony na fig. 13, zawierający dwie pętle dodatkowe 2, 5 i jedną pętlę kompensacyjną 1 z prądem fazowym w L1 = wyprzedzającym w fazie, prądem fazowym w L2 = fazie odniesienia, i z prądem fazowym w l3 = opóźnionym w fazie.

Przy pionowych układach przewodów, ze względów na ochronę odgromową ważnym jest, aby najwyższy przewód miał potencjał zbliżony do potencjału ziemi. Możliwe to jest dla każdej kolejności faz. W tym celu można ustalić następujące reguły: gdy prąd fazowy górnego przewodu jest opóźniony w fazie, to należy wybrać układ pętli dodatkowej bez skrzyżowania, zgodnie z fig. 3, natomiast gdy prąd fazowy górnego przewodu jest wyprzedzający w fazie, to należy przyłączyć do pętli kompensacyjnej pętlę dodatkową skrzyżowaną zgodnie z fig. 5.

Przy pionowych układach przewodów korzystnym jest, aby najniżej położony przewód miał potencjał zbliżony do potencjału ziemi, ażeby zredukować pole elektryczne ponad górną krawędzią ziemi. Również to łatwo jest przeprowadzić dla każdej kolejności faz. W tym celu należy przestrzegać następujących reguł: jeżeli prąd fazowy najniższego przewodu jest wyprzedzający w fazie to należy zastosować układ pętli dodatkowej według fig. 12, natomiast gdy prąd fazowy dolnego przewodu jest opóźniony w fazie, to należy przyłączyć do pętli kompensacyjnej pętlę dodatkową zgodnie z fig. 14, przy czym prąd fazowy w L1 = opóźniony w fazie, prąd fazowy w L2 = fazie odniesienia, prąd fazowy w L3 = wyprzedzający w fazie.

Oczywiście możliwe jest połączenie z pętlą kompensacyjną zarówno pętli dodatkowej 2, według fig. 5, jak i pętli dodatkowej według fig. 14, przez co tworzy się układ przedstawiony

184 959 na fig. 15 z dwoma pętlami dodatkowym 2, 5 i jedną pętlą kompensacyjną 1, gdzie prąd fazowy w L1 = opóźniony w fazie, prąd fazowy w L2 = fazie odniesienia, prąd fazowy w L3 = wyprzedzający w fazie.

Na figurze 16 przedstawiono jak można tworzyć również układy z dwoma pętlami dodatkowymi 2, 5 dołączonymi do pętli kompensacyjnej 1, w których każdą z pętli dodatkowych obejmuje dwa przewody, z prądem fazowym w L1 = wyprzedzającym w fazie, prądem fazowym w L2 = fazie odniesienia, prądem fazowym w L3 = opóźnionym w fazie.

Na figurze 17 przedstawiona jest przykładowo zależność indukcji magnetycznej poniżej linii napowietrznej od odstępu względem osi linii, w tym przykładzie dla wysokości 2 m ponad powierzchnią ziemi (zarys pola magnetycznego z kompensacją i bez kompensacji). W punkcie X = 0 m przebiega oś linii napowietrznej stojąca prostopadle na powierzchni ziemi. Wartość skuteczna indukcji B_eff w przypadku braku kompensacji ma w X = 0_m swoje maksimum Bema wynoszące około 10 μΤ, i zmniejsza się po obydwu stronach od X = 0 m. W odstępach X = +47 m i X = -47 m względem osi linii, Bef osiąga wartość 0,2 μΤ charakteryzującą pole magnetyczne, tzn. wartość X0,2LtT wynosi 47 m. Przy zastosowaniu kompensacji wartość X0,2^iT redukuje się korzystnie do 17 m.

Dla właściwego przedstawienia czynności w celu uzyskania linii napowietrznej o zredukowanym polu magnetycznym, w pierwszej operacji określa się, przy istniejącym układzie linii, konieczny prąd kompensacyjny pod względem jego wielkości i fazy. W drugiej operacji ustala się układ pętli dodatkowej względem pętli dodatkowych. W trzeciej operacji ustala się napięcie jałowe w połączonych pętlach określając jego wielkość i fazę. W czwartej operacji ustala się indukcyjność połączonych pętli, ewentualnie z uwzględnieniem indukcyjności wzajemnej względem układu trójfazowego. W piątej operacji, ze stosunku amplituda/położenie fazowe napięcia jałowego i prądu kompensacyjnego oraz indukcyjność połączonych pętli ustala się konieczną pojemność kondensatora szeregowego i konieczną omową odporność połączonych pętli. Przy ustaleniu koniecznego przekroju przewodów na podstawie oporności omowej, należy uwzględnić ewentualnie wpływ zjawiska naskórkowości.

184 959

Fig.4

184 959

Fig.8

s

R

T

184 959

Fig.12

13 L2 U 1 a o o o □

184 959

Fig.14

	_.....- ...... X
	A /5	A

Fig.15

L3	Z±3/Z±ZY-;-
	A I)	L
L2	____X ©
L1 λ
Fig.16
	2 1 1 I
L3	X '⁵
IZ	h ⁴ V
	X
Ll	/\

184 959

X=odstę^ od osl linii [mj napowietrznej

184 959

Fig.1


)_n
lo
I o—
	tl

Fig. 2

komp

Fig.3 i

□ o—

Ί

L2°-^z

U o-

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Linia napowietrzna do przesyłania energii elektrycznej, z dodatkową pętlą obejmującą co najmniej jeden przewód fazowy, znamienna tym, że pętla kompensacyjna (1) jest zasilana za pomocą czynnego napięcia, prądem kompensacyjnym (I_kOm_P), którego położenie fazowe i amplituda tak są ustalone w stosunku do położenia fazowego i amplitudy prądu fazowego (i_R, is, i_T) płynącego w przewodzie fazowym (L1, L2, L3), że wytworzony przez to strumień magnetyczny przeciwdziała strumieniowi magnetycznemu wytworzonemu przez prąd fazowy, przy czym czynne napięcie dla prądu kompensacyjnego jest wytwarzane w pętli kompensacyjnej i co najmniej w jednej pętli dodatkowej (2, 5), która obejmuje co najmniej jeden przewód fazowy (L1, L2, L3), i połączona jest z pętlą kompensacyjną (1) tak, że dzieli linię napowietrzną na co najmniej dwa odcinki główne, z których jeden odcinek zawiera pętlę kompensacyjną (1) i co najmniej jeden odcinek, który zawiera pętlę dodatkową (2).
2. Linia według zastrz. 1, znamienna tym, że w co najmniej jednej pętli dodatkowej (2, 5) włączony jest kondensator szeregowy (4).
3. Linia według zastrz. 1, znamienna tym, że w sieci prądu trójfazowego z trzema przewodami fazowymi (L1, L2, L3) umieszczonymi bezpośrednio jeden na drugim, pierwszy przewód pętli kompensacyjnej (1) umieszczony jest nad górnym przewodem fazowym, a drugi przewód pętli kompensacyjnej umieszczony jest pod dolnym przewodem fazowym.
4. Linia według zastrz. 1, znamienna tym, że w sieci prądu trójfazowego z trzema przewodami fazowymi (L1, L2, L3) pierwszy przewód pętli kompensacyjnej (1) umieszczony jest obok pierwszego, zewnętrznego przewodu fazowego, a drugi przewód pętli kompensacyjnej umieszczony jest obok drugiego zewnętrznego przewodu fazowego.
5. Linia według zastrz. 2 albo 3, albo 4, znamienna tym, że pętla dodatkowa (2) obejmuje tylko jeden przewód fazowy, a pierwszy przewód pętli dodatkowej połączony jest z pierwszym przewodem pętli kompensacyjnej, natomiast drugi przewód pętli dodatkowej połączony jest z drugim przewodem pętli kompensacyjnej.
6. Linia według zastrz. 2 albo 3, albo 4, znamienna tym, że pętla dodatkowa (2, 5) obejmuje jeden przewód fazowy, a pierwszy przewód pętli dodatkowej połączony jest z drugim przewodem pętli kompensacyjnej (1), natomiast drugi przewód pętli dodatkowej połączony jest z pierwszym przewodem pętli kompensacyjnej.
7. Linia według z zastrz. 2 albo 3, albo 4, znamienna tym, że pętla dodatkowa (2) obejmuje dwa przewody fazowe, a pierwszy przewód pętli dodatkowej połączony jest z pierwszym przewodem pętli kompensacyjnej (1), natomiast drugi przewód pętli dodatkowej połączony jest z drugim przewodem pętli kompensacyjnej.
8. Linia według zastrz. 2 albo 3, albo 4, znamienna tym, że pętla dodatkowa (2) obejmuje dwa przewody fazowe a pierwszy przewód pętli dodatkowej połączony jest z drugim przewodem pętli, kompensacyjnej (1), natomiast drugi przewód pętli dodatkowej połączony jest z pierwszym przewodem pętli kompensacyjnej.
9. Linia według zastrz. 2 albo 3, albo 4, znamienna tym, że pętla dodatkowa (2) obejmuje trzy przewody fazowe, a pierwszy przewód pętli dodatkowej połączony jest z drugim przewodem pętli, kompensacyjnej (1), natomiast drugi przewód pętli dodatkowej połączony jest z pierwszym przewodem pętli kompensacyjnej.
10. Linia według zastrz. 2 albo 3, albo 4, znamienna tym, że pętle dodatkowe (2, 5) umieszczone są po obydwu stronach pętli kompensacyjnej (1).
11. Linia według zastrz. 10, znamienna tym, że każda z obydwu dodatkowych pętli obejmuje inny przewód, a pierwszy przewód pierwszej pętli dodatkowej (2) połączony jest z pierwszym przewodem pętli kompensacyjnej (1), natomiast drugi przewód pierwszej pętli dodatkowej połączony jest z drugim przewodem pętli kompensacyjnej, a pierwszy przewód drugiej pętli dodatkowej (5) połączony jest z drugim przewodem pętli kompensacyjnej,

184 959 natomiast drugi przewód drugiej pętli dodatkowej połączony jest z pierwszym przewodem pętli kompensacyjnej.
12. Linia według zastrz. 10, znamienna tym, że każda z obydwu dodatkowych pętli obejmuje inny przewód, a pierwszy przewód pętli dodatkowej (2) połączony jest z drugim przewodem pętli kompensacyjnej (1), natomiast drugi przewód pierwszej pętli dodatkowej połączony jest z pierwszym przewodem pętli kompensacyjnej a pierwszy przewód drugiej pętli dodatkowej (5) połączony jest z pierwszym przewodem pętli kompensacyjnej, natomiast drugi przewód drugiej pętli dodatkowej połączony jest z drugim przewodem pętli kompensacyjnej.
13. Linia według zastrz. 10, znamienna tym, że każda z obydwu pętli dodatkowych obejmuje dwa przewody, a pierwszy przewód pierwszej pętli dodatkowej (2) połączony jest z pierwszym przewodem pętli kompensacyjnej (1), natomiast drugi przewód pierwszej pętli dodatkowej połączony jest z drugim przewodem pętli kompensacyjnej, a pierwszy przewód drugiej pętli dodatkowej (5) połączony jest z drugim przewodem pętli kompensacyjnej, natomiast drugi przewód drugiej pętli dodatkowej połączony jest z pierwszym przewodem pętli kompensacyj nej.