SE460447B - Saett foer skaermning av magnetfaelt fraan elektriska kraftledningar samt kraftledningsarrangemang - Google Patents

Description

460 447. skärmlinornas impedans_ Enligt uppfinningen höjs den kompenserande effekten hos skärm- linornas magnetfält på faslinornas magnetfält väsentligt genom att a plituden och fasen hos strömmarna i skärmlinorna påverkas för uppnående av en väsentligen optimal kombination däremellan.

Det speciellt karakteristiska för det inledningsvis angivna sättet är därvid att ytterligare minst en som skärm tjänande lina upphänges utanför varje faslina och inkopplas i en krets, så att magnefältet från de i skärmlinorna inducerade strömmarna motverkar magnetfältet från strömmarna i fas- linorna, och att amplituden och fasen hos strömmarna i skärm- linorna påverkas för att höja den kompenserande effekten hos dessas magnetfält på faslinornas magnetfält.

Det föredrages att skärmlinorna upphänges så att de bildar hörnpunkterna i en faslinornas triangel åtminstone delvis omgivande triangel, varvid skärmlinorna lämpligen upphänges så, att de bildar hörnpunkterna i en väsentligen likbent triangel, varvid den under den lägst upphängda faslinan anordnade skärmlinan kan nedgrävas i marken.

(I Den eftersträvade påverkan av amplituden och fasen hos ström~ marna i skärmlinorna kan ske genom kompensation av dessas induktiva reaktans. härför inkopplas lämpligen en kondensator i serie med varje skärmlina, vilken medför dels att den totala impedansen minskar, varvid induktionsströmmarna ökar, dels att induktionsströmmarna får väsentligen motsatt fas mot strömmarna i faslinorna.

Alternativt kan nämnda påverkan av amplituden och fasen hos strömmarna i skärmlinorna ske genom att en spännings- källa ansluts till varje skärmlina, vilken driver en ström genom tillhörande lina som tillsammans med den däri flytande induktrionsströmmen bildar en resulterande ström, som ger 00 oc inte 00 co n 0 u o c o 0 01 0 n 00. 0 0 I 0 c u c 0 0: annu 10 0øoo 460 447 önskat kompenserande magnetfält. Detta sätt medger att man kan uppnå den kompensation man önskar genom lämpligt val av spänningskälla.

Man kan givetvis även utnyttja kombinationen av en konden~ sator och en spänningskälla för att uppnå det eftersträvade, kompenserande magnetfältet.

Det föredrages, att amplituden och fasen hos strömmen i respektive skärmlina påverkas i beroende av dennas position relativt övriga skärmlinor och faslinorna. Lämpligen av- kännes magnetfältet från kraftledningen och styrs nämnda spänningskällor i beroende härav så att fältet reduceras.

Det speciellt karakteristiska för ett kraftledningsarrange- mang konstruerat med tillämpning av sättet enligt uppfinningen framgår av patentkraven.

Uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan under hän- visning till bifcgade ritningar.

Fig. 1 visar en del av en kraftledning med i hörnpunkterna hos en liksidig triangel upphängda faslinor.

Fig. 2 visar principen för vektoriell summering av två magnetfält. _ Fig. 3 visar principen med skärmlinor enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 3A är en sektion genom ett linsystem enligt fig. 3.

Fig. 3B är en sektion genom ett något modifierat linsystem.

Fig. 4 illustrerar principen för en kompensationsmetod enligt uppfinningen.

Fig. 5 illustrerarprincipen för en alternativ kompensations- metod enligt uppfinningen.

I fig. 1 betecknar 1 två kraftledningsstolpar, vardera med två divergerande stolpben 2, vilka upptill är sammanbundna med en tvärgående regel 3. I utrymmet mellan stolpbenen är 00 Û C 0 0 00 0 0 0000 0 0 0 0 0 0 00 0000 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 00 00 00 00 00 00 0000 00 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 00 0 0 0 0 0 0 460 447 de tre faslinorna R, S och T upphängda i isolatorer 4. Linor- nas upphängningspunkter motsvarar väsentligen punkterna i en liksidig triangel. Varje faslina består vanligen av flera paral- lella linor. Med 5 betecknas två topplinor, vilka tjänar som åskskydd och är jordade via respektive stolpe.

Allmänt gäller som bekant att styrkan B hos magnetfältet alstrat» av strömmen i en ledare är proportionell mot strömstyrkan och omvänt proportionell mot avståndet från ledaren. Med strömmen I~i ampêre och avståndet R i meter gäller därvid för en oänd- ligtlång och rak ledare att B = 0,2 I/R.pT. Fältet är således konstant utmed varje cirkulär yta som omger och ligger på samma radiella avstånd från linan. Fältets riktning är tangentiell relativt varje sådan cylinderyta. Det totala fältet från flera parallella ledare kan beräknas genom vektoriell summering av delfälten. ' I' I fig. 2 betecknar 6 och 7 tvâ parallella, vinkelrätt mot papperet löpande ledare med ett inbördes avstånd f. Strömmen genom ledaren 6 är I och genom ledaren 7 -I. Den resulterande magnetfältstyrkan B längs symmetriaxeln x blir därvid B = 0,2 __Ã_š_É__ _ f2 + X2 4 f2 2 1 När -í- << x avtar fältet väsentligen som -ï~ , d.v.s. om- x vänt kvadratiskt mot avståndet från ett gemensamt plan genom ledarna. Fältstyrkan är därvid nära proportionell mot av- ståndet f mellan ledarna. För att helt släcka ett magnetfält från en slinga bestående av två parallella strömbanor krävs således att fram- och returströmmen går i samma bana.

Man kan emellertid uppnå en mycket stor reduktion av magnet- fältet från ett kraftledningsarrangemang genom lämplig ut- formning av ett arrangemang av skärmlinor, som ger upphov till ett kompenserande magnetfält. oo 0 o oo o o o oo oo o 0 000 o 0 0 o 0000 o 0 0 o 0 0 0 oo 0000 oo oooo oo oo 00 0000 00 00 0 0 0 0 0 0 0 o 0 0 00 00 o 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 o on oo 00 460 447 I fig. 3 visas schematiskt de tre faslinorna R, S och T enligt' fig. 1 samt en utanför var och en av dessa anordnad skärmlina 8, 9 respektive 10 enligt föreliggande uppfinning. Fastän så- väl faslinorna som skärmlinorna här visats bestå av enskilda linor kan var och en av dessa enligt ovan bestå av flera, på visst inbördes avstånd anordnade linparter.

Som fackmannen inser kommer strömmar att induceras i dessa skärmlinor, vilka strömmar ger upphov till ett magnetfält som motverkar magnetfältet från strömmarna som flyter genom faslinorna.

De tre faslinorna R, S och T ger således ett av den totala strömmen genom linorna beroende, resulterande magnetfält av vissstyrka, vilket delvis upphäves av det resulterande magnetfält som på motsvarande sätt erhålles till följd av induktionsströmmarna i de triangelformigt placerade skärm- linonuz 8, 9 och 10. Bl.a. på grund av impedansen i skärmlinorna blir amplituden hos dessa induktionsströmmar lägre, vilket medför att magnetfältet från varje skärmlina blir mindre än det från motsvarande faslina. Då skärmlinorna emellertid befinner sig på större inbördes avstånd än faslinorna ger dessa mindre strömmar upphov till ett resulterande magnet- fält som proportionellt sett är större än fältet från fas- strömmarna, jfr. beskrivningen av fig. 2 ovan.

Till följd av impedansen i skärmlinorna erhålles, såsom an- v givits tidigare, även en faseftersläpning hos de inducerade strömmarna, som medför att det.idæda motfasförhållandet mellan strömmarna i skärmlinorna och strömmarna i faslinorna ej upp- nås. Beräkningar visar emellertid att man med en eller två» skärmlinor för varje faslina, placerade såsom visas i fig. 3A, kan erhålla en reduktion av magnetfältet, så att detta vid en 400 kV kraftledning endast utgör storleksordningen 1/5 av det fält som erhålles vid en motsvarande kraftledning utan skärmlinor och med i ett gemensamt horisontalplan placerade faslinor. Likartad reduktion kan även uppnås med ett arrange- mang enligt fig. 3B, där den nedre skärmlinan 10 är nedgrävd under markytan 11. 460 447 ._6- För att emellertid kunna reducera magnetfältet ytterligare måste amplituden hos de i skärmlinorna inducerade strömmarna höjas under bibehållande av ett lämpligt fasläge, så att en för bästa kompensation erforderlig, väsentligen optimal kom- bination mellan amplitud och fas uppnås.

Detta kan, som schematiskt illustreras i fig. 4, åstadkommas genom att seriekondensatorer12 inkopplas i varje skärmlina 8, 9 respektive 10, vilka i övrigt utföres med så stor area som är praktiskt och ekonomiskt möjligt. Genom att på detta sätt kompensera för linans induktiva reaktans och reducera resistansen reduceras linans totala impedans med åtföljande ändring av fasen för strömmen. Inkopplingen av seriekonden- satorer 12 enligt fig. 3 och minskning av resistansen medför således, såsom fackmannen inser, att såväl de inducerade ström- marnas amplitud som fasläge ändras i en riktning som ökar den kompenserande effekten hos det av dessa alstrade magnetfältet på fältet från faslinorna R, S och T. Kondensatorernas 12 storlek får bestämmas utgående från de aktuella förhållandena, varvid man bl.a. får ta hänsyn till det inbördes avståndet mellan skärmlinorna 8, 9, 10 och avstånden mellan dessa och faslinorna R, S, T samt storleken hos aktuella strömmar och resistansen i skärmlinorna. Vid osymmetriska skärmarrangemang kan olika stora kondensatorer inkopplas i de olika skärmlinor- na. Detta är exempelvis fallet om man för undvikande av krav på allt för höga stolpar väljer att gräva ned den understa skärmlinan 10 i marken under kraftledningen, se fig. 3B. Skärm- linorna kommer därvid att bli belägna i hörnpunkterna hos en likbent triangel.

I fig. 5 visas ett alternativt utförande av ett skärmlin- arrangemang enligt uppfinningen, varvid en spänningskälla 13 har kopplats till varje skärmlina 8, 9, 10 för att driva en ström genom respektive lina som tillsammans med den däri flytande induktionsströmmen ger upphov till en resulterande ström, vilken ger önskat kompenserande magnetfält. Medelst sådana spänningskällor kan förluster hos skärmlinorna aktivt kompenseras i önskad utsträckning. Spänningskällorna 13 kan 00 00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0000 0 0 0 0 00 222) 2; 2: 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0000 00 0000 I OOÛO m . n .

IIOO n c k , k , , C I O o o n 1* o o m. .

ICQ . ., , så: >¿,§,-__ v; 4§j..fl¿ç;šfg¿åefágš-fgfryxwnfišsgw ;i-¿l_f_sv.f'¿»:z:v.-,«;-:,.«¿-.i a _ 4eo 447 (A regleras oberoende av varandra för att även vid ett osymme- triskt skärmlinarrangemang åstadkomma önskat.kompenserande magnetfält. Spänningskällorna representeras lämpligen av till faslinorna anslutna transformatorer, som avger en spän- ning med önskad fas och storlek. Regleringen kan ske automa- tiskt medelst en till ett fältavkännande organ 14 kopplad regleranordning 15, som styr spänningskällorna 13.

Beräkningar visar att man med ett arrangemang enligt fig. 4 kan komma ned i magnetfält av storleksordningen 10 - 15 % och med ett arrangemang enligt fig. 5 av storleksordningen 5 - 10 % av det fält som erhålles vid en kraftledning utan skärmlinor och med horisontellt placerade faslinor.

Som nämnts ovan kan givetsvis kompensationsmetoderna enligt fig. 4 och 5 även kombineras för att uppnå eftersträvat re- sultat. Några värden på lämpliga kondensatorer och spännings- källor har ej angivits, då dessa kommer att variera stort från fall till fall, bl.a. i beroende av vilken spänning kraftledningen är avsedd för och vilka strömmar som skall överföras. Vidare är även skärmlinornas arera och resistans av största betydelse. Det innebär emellertid ej några svårig- heter för fackmannen inom detta område att med kännedom om föreliggande uppfinning och kunskap om förutsättningarna i varje specifikt fall utföra erforderliga beräkningar för optimering av ingående koponenter, då beräkningarna helt kan baseras på kända fysikaliska samband.

Beräkningarna avseende några som exempel valda kraftlednings-V arrangemang visar att en konventionell 400 kv ledning med horisontellt placerade faslinor ger ett magnetfält som är ca 3 gånger större än ett arrangemang i vilket linorna är triangelplacerade enligt fig. 1. Två som topplinor arrange- rade skärmlinor har ringa effekt på magnetfältet under led- ningen. 460 447 _ 8 _ Med tre skärmlinor placerade väsentligen symmetriskt utanför triangelplacerade faslinor enligt fig. 3A erhålles en skärm- verkan som varierar något med skärmlinornas area. I beräk- ningsexemplen blev skärmverkan 14-21 %.

Genom att kompensera skärmlinornas egeninduktans med serie- kondensator kan skärmströmmarna ökas och ytterligare skärm- verkan uppnås, i exemplen 36-45 %f~För att üppnå god effekt med seriekompensering krävs lågresistiva skärmlinor, då fas- vridningen av skärmströmmarna annars blir så ogynnsam att någon nämnvärd reduktion av magnetfältet ej uppnås vid seriekompen- sering. A Den osymmetri som uppstår hos skärmen, då en markledare an- vänds i stället för en symmetriskt placerad nedre skärmlina, har liten inverkan vid okompenserade skärmar. Vid seriekom- penserade skärmar reduceras skärmverkan med ca 10 % om speciella åtgärder ej vidtages med anledning av osymmetrin.

Uppfinningen_är ej begränsad till ovan beskrivna placeringar av skärmlinorna, då dessa kan varieras i beroende av olika omständigheter inom ramen för patentkraven.

Claims (12)

1. oo o o oo o o o oo oo o o o o oaoo o o o ooo o o o o o o o oooo oo oo-o o oo oo oooo oo nu o i o o o o o o o oo oo o o o o o o o o o o o o o o o o oo .o oo o 4eø 447 Patentkrav _ 1; Sätt för skärmning av magnetfält från elektriska kraft- ledningar, vid vilka de tre faslinorna är så upphängda, att de bildar hörnpunkterna i en lämpligen liksidig triangel, :k ä n n e t e c k n_a t a v_ att ytterligare minst en som skärm tjänande lina upphänges utanför varje faslina och in- kopplas i en krets, så att magnetfältet från de i skärmlinorna inducerade strömmarna motverkar magnetfältet från strömmarna i faslinorna, och att amplituden och fasen hos strömmarna i skärmlinorna påverkas för att höja den kompenserande ef- fekten hos dessas magnetfält på faslinornas magnetfält.
2. 2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att skärmlinorna upphänges så att de bildar hörnpunkterna i en faslinornas triangel åtminstone delvis omgivande triangel.
3. 3. Sätt enligt patentkrav 1 eller 2, k ätn n e t e c k - n a t a v att skärmlinorna upphänges så att de bildar hörn- punkterna i en väsentligen likbent triangel och att den under den lägst upphängda faslinan anordnade skärmlinan nedgräves i marken.
4. 4. Sätt enligt nàgot av krav 1-3, k ä rxxi e t e c k xx a t a v att nämnda påverkan av amplituden och fasen hos strömmarna i skärmlinorna sker åtminstone delvis genom kompensation av dessas induktiva reaktans.
5. 5. Sätt enligt krav 4, k ä nin e t e c k n a t a v att en kondensator inkopplas i serie med'varje skärmlina.
6. 6. Sätt enligt något av krav 1-5, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda påverkan av amplituden och fasen hos ström- marna i skärmlinorna sker åtminstone delvis genom att en spänningskälla ansluts till varje skärmlina, vilken driver en ström genom tillhörande lina som tillsammans med den däri flytande induktionsströmmen bildar en resulterande ström, som ger önskat kompenserande magnetfält. äfiïï 11. Arrangemang enligt krav 9 eller 10, k ä n n e t e c k - § n a t a v att skarmlinorna (3, 9, 10) är så uppnängaa, att :'"Å de bildar hörnpunkterna i en väsentligen likbent triangely ;¥'é och att den under den lägst upphängda faslinan (T) anordnade §a:¿ skärmlinan (10) är nedgrävd i marken (11). A f~.ï 12. Arrangemang enligt något av krav 9-11, k ä n n e t e c ka- 'ffif n a t a v att nämnda organ innefattar en i serie med varje aÄ°: skärmlina (8, 9, 10) inkopplad kondensator (12) för kompen- 4eo 447 _ 19.
7. 7. Sätt enligt något av krav 1-6, k ä nln e t e c k n a t a v att amplituden och fasen hos strömmen i respektive skärm- lina påverkas i beroende av dennas position relativt övriga skärmlinor och faslinorna.
8. 8. Sätt enligt krav 6 eller 7,rk ä n n e t e c kin a t a v att magnetfältetfnëïkraftledningen avkännes och att nämnda spänningskällor styrs i beroende härav för att reducera detta fält.
9. 9. Kraftledningsarrangemang vid vilket de tre faslinorna är så upphängda, att de bildar hörnpunkterna i en lämpligen lik- sidig triangel, k ä n n e t e c k n a t a v att ytterligare minst en som skärm tjänande lina (8, 9, 10) är upphängd utan- för varje faslina (R, S, T) och inkopplad i en krets, så att magnetfältet från de i skärmlinorna inducerade strömmarna mot- verkar magnetfältet från strömmarna i faslinorna, och att organ (12, 13) är anordnade för att påverka amplituden och _ fasen hos strömmarna i skärmlinorna för att höja den kompen- serande effekten hos dessas magnetfält på faslinornas magnet- fält.
10. 10. Arrangemang enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a t a v att skärmlinorna (8, 9, 10) är så upphängda, att de bildar hörnpunkterna i en faslinornas (R,S, T) triangel åtminstone delvis omgivande triangel.
11. IUI O 'Ü-3 sation av respektive linas induktiva reaktans. v: av nn sl ann: 460 447 - 11 \ Arrangemang enligt något av krav 9-12, k ä n n e t e,c k - 13¿~' n a t a v att nämnda organ innefattar en till varje skärm- lina (8, 9, 10) ansluten spänningskälla (13), Vilken är inrättad att driva en ström genom tillhörande lina som tillsammans med den däri flytande induktionsströmmen bildar en resulterande ström, som ger önskat kompenserande magnetfält.
12. 14. Arrangemang enligt krav 13, k ä n n e t e c k n a t a v organ (14) för avkänning av magnetfältet från kraftledningen och styrorgan (15) för reglering av nämnda spänningskällor (13) i beroende härav.