SE501657C2 - Förfarande för åstadkommande av låga magnetfält från trefasiga elektriska ledningsarrangemang, samt arrangemang och användning - Google Patents

Description

501 10 15 20 25 30 35 657 2 Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en metod för magnetfältsreduktion som inte krä- ver omfattande symmetriska fasledarkonfigurationer. Ännu ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en metod för magnetfältsreduktion som lämpar sig mycket väl för tillämpning på befintliga trefasar- rangemang med tre fasledare i plan konfiguration.

Ytterligare ett syfte med uppfinningen är att åstad- komma en metod som gör det möjligt att utöver magnetfälts- reduktion även alternativt enkelt utnyttja fasledare i varierande konventionella arrangemang med tre fasledare. Ännu ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma en metod som gör det möjligt att i ett trefasarrangemang för överföring över långa avstånd samtidigt öka överförings- förmågan och minska det alstrade magentfältet jämfört med ett konventionellt arrangemang med trefasledare.

Sammanfattning_av uppfinningen Ovannämnda syften uppnås genom ett förfarande, ett arrangemang och en användning som uppvisar de särdrag som är angivna i bifogade patentkrav.

Till grund för uppfinningen ligger sålunda en insikt om att ett osymmetriskt arrangemang av fyra fasledare, varav två är förbundna med en och samma fas och bildar en slinga, överraskande ger en väsentlig magnetfältsreduktion relativt ett konventionellt arrangemang av tre fasledare.

De två "uppsplittrade" fasledarna är härvid anordnade på varsin sida om och utanför de två i mitten liggande fasledare, som hör till de icke uppsplittrade faserna.

Slingan bildas genom att de båda yttre fasledarna förbinds inbördes åtminstone vid början respektive slutet av fasuppsplittringen. Förbindningar kan utföras på konventionellt sätt. I samband med luftledningar kan de till exempel utgöras av hängande tvärledare (slackar) i anslutning till upphängning i utnyttjade stolpkonstruk- tioner. 10 15 20 25 30 35 501 657 3 I arrangemanget enligt uppfinningen är sålunda de fyra fasledarna, sett tvärs fasledarnas utsträckning, an- ordnade i en utsträckt konfiguration, företrädesvis åt- minstone väsentligen plant eller rakt. Fasledarna har med fördel lika inbördes avstånd, vilket hålls så litet som möjligt med beaktande av erforderliga krav på isolation etc. Fasledararrangemanget kan vara väsentligen horison- tellt, vertikalt eller allmänt lutande.

Enligt en första aspekt på uppfinningen gäller att en väsentlig del av magnetfältsreduktionen fås genom de strömmar som kommer att cirkulera i en av de yttre fas- ledarna bildad oskruvad slinga. Alstrandet av dessa cirkulerande strömmar kan befrämjas genom att kapacitiva element inkopplas i slingan. Sådana kapacitiva element, till exempel kondensatorer, inkopplas med fördel i de slingskapande förbindningarna, företrädesvis symmetriskt, dvs i båda de förbindningar som bildar en slinga. I samband med luftledningar kan de kapacitiva elementen till exempel hängas upp i tvärförbindande ledare (slackar).

Jämfört med plant fasarrangemang med tre fasledare innebär utnyttjande av föreliggande uppfinning att magnet- fältet vid oskruvad slinga kan minskas till i vart fall cirka en tredjedel av det normala. Om optimal kompensering (cirka 60%) av slingans induktans med hjälp av i slingen inkopplade kapacitiva element utnyttjas, kan en ytterliga- re halvering av magnetfältet uppnås. Totalt minskar då magnetfältet till cirka en sjättedel. Den cirkulerande strömmen kan då typiskt vara cirka 20% av fasströmmen, mot cirka 10% i det okompenserade fallet.

Det inses att föreliggande uppfinning med fördel kan utnyttjas för att kontrollerat minska magnetfältet från en speciell sträcka av ett konventionellt plant arrangemang av tre fasledare genom ombyggnad av sträckan ifråga i enlighet med föreliggande metod.

I samband med konventionella luftledningar uppburna av ledningsstolpar av portaltyp har det visat sig ofta vara möjligt att placera de båda osplittrade fasledarna 501 657 10 15 20 25 30 35 4 mellan respektive ledningsstolpes båda stolpben och de båda genom uppsplittring erhållna fasledarna en på vardera utsidan om de båda stolpbenen med bibehållen erforderlig isolering mellan faserna respektive till stolparna. Härvid kan man sålunda få en halvering av fasavståndet, vilket ger en extra halvering av magnetfältet, som därvid totalt minskar till cirka en tolftedel, om maximal kompensering också utnyttjas.

I samband med markledningar kan det ofta vara förhål- landevis enkelt att placera en ytterligare fasledare vid sidan av tre konventionellt, parallellt och åtskilt place- rade fasledare och med ett avstånd till den närmaste av nämnda tre fasledare företrädesvis ungefär lika med det inbördes avståndet mellan nämnda tre fasledare. Den ytter- ligare fasledaren förbinds med den längst bort liggande fasledaren av nämnda tre övriga fasledare till bildande av den erforderliga slingan. De förbindningar som krävs utgör som regel inte något problem, eftersom det här är fråga om fasledare av kabeltyp, dvs isolerade fasledare som kan korsas utan problem.

I samband med fasledare av skentyp föreligger som regel heller icke några problem vad gäller placering av en ytterligare skena parallellt med tre skenor som utgör ett konventionellt skenarrangemang.

Såsom utan vidare inses kan uppfinningen utnyttjas lika väl vid nybyggnad som vid ombyggnad. Speciellt vid långa ledningssträckor är det lämpligt att utnyttja skruv- ning i syfte att minska obalans mellan de olika fasernas impedanser. Sådan skruvning kan enkelt åstadkommas genom att de tre faserna i tur och ordning splittras enligt uppfinningen över företrädesvis lika långa led- ningsavsnitt. Jämfört med ett konventionellt arrangemang med tre fasledare i plan konfiguration ger ett skruvat arrangemang enligt uppfinningen en cirka 20% lägre induk- tiv reaktans utan kompensering och en cirka 30% lägre induktiv reaktans vid optimal kompensering. Därvid erhålls en ökning av överföringsförmågan med cirka 25% utan kom- 10 15 20 25 30 35 501 657 5 pensering och med cirka 50% med optimal kompensering. För- lusterna vid samma totala ledningsarea blir obetydligt större om vardera av de yttre fasledarna har en area som är minst hälften av de övriga två fasledarnas area.

Enligt en andra aspekt på uppfinningen gäller att magnetfältsreduktion kan åstadkommas samtidigt som sling- förluster undviks, vilket kan vara särskilt fördelaktigt i samband med ledningsarrangemang för överföring över långa avstånd. Härvid används skruvade slingor tillsammans med ledningsskruvning av det slag som omnämnts tidigare. Skru- vade slingor innebär att cirkulerande strömmar i slingorna undvikes samtidigt som det överraskande visat sig att den induktiva reaktansen icke synes påverkas i nämnvärd ut- sträckning. Den magnetfältsreduktion som fås är en halve- ring relativt ett konventionellt treledararrangemang och överföringsförmågan ökar med cirka 25%. Om slingkompen- sering också utnyttjas, vilket är möjligt, ökar över- föringsförmågan ytterligare.

Utnyttjandet av fyra fasledare i enlighet med uppfin- ningen innebär emellertid också ett redundansförhállande, som kan användas för att vid behov åstadkomma olika alter- nativa konfigurationer av arrangemang med endast tre fas- ledare. Detta kan ge möjlighet till fortsatt drift i sam- band med att någon fasledare måste tas ur drift tillfäl- ligt, till exempel på grund av fel, service eller liknan- de. Erforderlig fasomkoppling och brytande/omkoppling av tvärförbindningar måste naturligtvis genomföras. Förbere- delse härför kan vara vidtagna i ett ställverk eller på annan lämplig plats.

I samband med utnyttjande av uppfinningens kopplings- möjlighet kan det i vissa fall vara lämpligt att ge de båda yttre fasledarna åtminstone samma area som de två övriga fasledarna, i enlighet med ett övergripande opti- meringssyfte.

Användning av fyra fasledare i enlighet med uppfin- ningen kan i samband med luftledningar i vissa fall inne- bära förenklad ledningsdragning, i det att ledarna kan 501 657 10 15 20 25 30 35 6 hängas upp parvis i två från varandra fristående stolpar, med en ledare på vardera sidan om respektive stolpe, vilket ger stor flexibilitet.

Uppfinningen kommer i fortsättningen att beskrivas ytterligare genom utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritning.

Kort beskrivning av ritningen Fig. 1 illustrerar schematiskt en grundläggande ut- föringsform av uppfinningen.

Fig. 2 illustrerar schematiskt en annan utförings- form av uppfinningen med kompenserad slinga.

Fig. 3 illustrerar schematiskt en tredje utförings- form av uppfinningen, vari skruvning Fig. 4 form av uppfinningen, vari slingskruvning utnyttjas. utnyttjas. illustrerar schematiskt en fjärde utförings- Fig. 5 visar schematiskt ett exempel på ombyggnad av ett konventionellt treledararrangemang till ett fyrledar- arrangemang i enlighet med en utföringsform av uppfin- ningen.

Fig. 6 är ett diagram som illustrerar den magnet- fältsreduktion som erhålls vid en ombyggnad enligt fig. 5.

Beskrivning av utföringsformer I fig. 1 illustreras hur föreliggande uppfinning ut- nyttjas över ett ledningsavsnitt L för reduktion av det av ledningsarrangemanget, som innefattar tre faser R, S, T, alstrade magnetfältet. Tre inkommande fasledare 1, 2, 3 löper parallellt i ett plant fasarrangemang. Vid början av ledningsavsnittet L år R-fasledaren 1 uppsplittrad i två fasledare 4, 5, som löper parallellt med S- och T-fasle- darna 2, 3 och på vardera sidan därom, med bibehållande av det plana fasarrangemanget och med oförändrat, lika inbör- des avstånd mellan fasledarna 2, 3, 4, 5. Vid slutet av ledningsavsnittet L är fasledarna 4, 5 sammanförda, så att R-fasledaren 1 återuppstår. 10 15 20 25 30 35 501 657 7 I det visade exemplet utgör fasledaren 4 en direkt fortsättning på den inkommande fasledaren l, och vid ledningsavsnittets L slut utgör den utgående fasledaren l en direkt fortsättning på fasledaren 4. Fasledaren 5 är ansluten till början av respektive slutet på fasledaren 4 genom tvärförbindningsledare 6 respektive 7. I samband med luftledningar är, tvärförbind- ningarna 6, 7 lämpligen utförda såsom hängande slackar såsom utan vidare inses, placerade i anslutning till en ledningsuppbärande stolp- konstruktion.

Det inses att den utgående fasledaren l alternativt skulle kunna utgöra en direkt fortsättning på fasledaren 5.

I fig. 2 illustreras hur man i ett utförande av det allmänna slag som visas i fig. 1 även kan kompensera för induktansen i den slinga, som bildas av ledarna 4, 5, 6 och 7. Kompenseringen ástadkommes genom att kapacitiva element 8, 9 är inkopplade i tvärförbindingarna 6 respek- tive 7. Dessa element kan till exempel utgöras av i slackar upphängda kondensatorer, såsom illustreras i fig. 5.

I exemplet i fig. 2 utgår den utgående R-fasledaren 1 från den motsatta sidan relativt exemplet enligt fig. 1.

Den utgör med andra ord en direkt fortsättning av fasle- daren 5. Såsom direkt framgår fås härigenom bättre sym- metri, samtidigt som de båda kapacitiva elementen 8, 9 blir placerade i var sin slinghalva.

I fig. 3 visas ett exempel på hur skruvning i syfte att minska impendansobalanser kan appliceras i samband med utnyttjande av föreliggande uppfinning. I det visade fal- let förutsättes ett grundarrangemang i enlighet med vad som visas i fig. 1. R-, S- och T-faserna är härvid upp- splittrade i tur och ordning över varsin delsträcka L/3.

R-fasen är uppsplittrad såsom i fig. 1, ehuru tvärledaren 7, tar två delar 7'och 7". För S-fasen 2 gäller att den är på motsvarande sätt uppsplittrad på två fasledare ll, 12 med hjälp av tvärledare l3', 13" respektive l4', 14", 501 657 10 15 20 25 30 35 8 under det att T-fasen 3 är uppsplittrad på två fasledare 15, 16 med hjälp av tvärledare 17', 17" respektive 18.

I fig. 4 illustreras schematiskt ett exempel på utnyttjande av uppfinningen i samband med en skruvad slinga. R-fasen är här uppsplittrad på två fasledare 21, 22, som bildar en skruvad slinga tillsammans med änd- tvärledare 23, 24 av samma typ som i fig. 1. Slingan har med andra ord allmänt konfigurationen av en åtta, varvid emellertid de tvärgående mittslingdelarna 21", 22" som korsar varandra vid 25 icke är i kontakt med varandra.

Tvärledarna 21", 22" är belägna mitt på ifrågavarande ledningsavsnitt L och kan vara utförda på likartat sätt som tvärledarna 23, 24. Detta slingutförande ger icke några cirkulerande strömmar och därmed inga slingför- luster, samtidigt som den induktiva reaktansen inte ökas nämnvärt.

I fig. 5 illustreras hur en 220 kV kraftledning med tre fasledare kan byggas om i enlighet med föreliggande uppfinning för att ge lägre magnetfält. Ledarna är här upphängda i en ledningsstolpe av portaltyp innefattande, två stolpar 31, 32 och en tvärgående överliggare 33. Med streckade linjer visas den konventionella upphängningen av de tre fasledarna (R), (S) och (T) i isolatorer 35, 36 respektive 37. Vid ombyggnad till ett utförande i enlighet med fig. 2 har det befunnits vara möjligt att minska fas- avståndet till hälften med bibehållen erforderlig isole- ring. Detta innebär att två fasledare S och T kan hängas upp symmetriskt mellan stolparna 31 och 32, lämpligen i vinklade isolatorpar 41, 42 respektive 43, 44. Den tredje fasen R splittras och de båda resulterande fasledarna R/2 hängs upp på vardera sidan utanför stolparna 31, 32, lika- ledes lämpligen i vinklade isolatorpar 45, 46 respektive 47, 48. Det inbördes avståndet mellan fasledarna S och T är lika med avståndet mellan dessa fasledare och respek- tive utanförliggande fasledare R/2 och T/2. 10 15 20 25 30 35 501 657 9 De båda yttre fasledarna R/2 och T/2 är inbördes förbundna genom en tvärförbindning 51 i form av en slakt hängande ledare, i vars lägsta del en kondensator 53 är inkopplad.

I fig. 6 visas kurvor över det alstrade magnetfältets styrka som funktion av avståndet i sidled från en symme- trilinje för ledningsarrangemanget, mätt på en höjd från marken av 1,5 m. Kurvan 61 visar magnetfältet från det konventionella treledararrangemanget. Kurvan 62 visar mag- netfältet från det efter ombyggnaden erhållna fyrledarar- rangemanget, dock utan kompensering, dvs utan kondensato- rer 53. Kurvan 63 visar motsvarande magnetfältet med kom- pensering, dvs med kondensatorer 53 inkopplade. Såsom di- rekt framgår erhålls en synnerligen god reduktion av mag- netfältet. I det visade exemplet gäller härvid att den gjorda halveringen av fasavståndet också bidrager, näm- ligen med en halvering av magnetfältet.

Claims (15)

501 657 10 15 20 25 30 35 10 PATENTKRAV

1. Förfarande för åstadkommande av låga magnetfält från trefasiga elektriska ledningsarrangemang, innefattan- de att man utnyttjar fassplittring och konfigurering av k ä n - n e t e c k n a t av att man splittrar en fas på två fasledare för reducering av alstrat magnetfält, fasledare och anordnar dessa två fasledare en på vardera sidan om de osplittrade fasernas fasledare i ett utsträckt fasarrangemang sett i tvärsektion, varvid förstnämnda två fasledare förbinds så att de bildar en slinga.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k- n a t av att de fyra fasledarna sett i tvärsektion an- ordnas i ett åtminstone väsentligen plant eller rakt fas- arrangemang.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a t av att man anordnar de fyra fasledarna med i huvudsak lika inbördes avstånd sett i tvärsektion.

4. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att man anordnar kapacitativa element i slingan, företrädesvis i en eller flera av de slingbildande förbindningarna så att alstrande av magnet- fältsreducerande cirkulerande strömmar befrämjas.

5. Förfarande enligt något av kraven 1 - 3, k ä n n e t e c k n a t av att man skruvar slingan så att cirkulerande strömmar i slingan åtminstone i huvudsak eli- mineras, varigenom slingförluster undviks.

6. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att man i tur och ordning splittrar de tre faserna över företrädesvis lika långa ledningsavsnitt, så att skruvning som reducerar obalanser mellan fasernas impedanser erhålls.

7. Förfarande enligt något av föregående krav i samband med luftledningar uppburna av ledningsstolpar av portaltyp, k ä n n e t e c k n a t av att man placerar de båda osplittrade fasledarna mellan respektive lednings- stolpes båda stolpben och de båda genom uppsplittring er- hållna fasledarna en på vardera utsidan om de båda stolp- 10 15 20 25 30 35 1501 657 11 benen.

8. Förfarande enligt något av kraven 1 - 6 i sam- band med markledningar, k ä n n e t e c k n a t av att man placerar en extra fasledare vid sidan av tre konven- tionellt, parallellt och åtskilt placerade fasledare och med ett avstånd till den närmaste av nämnda tre fasledare ungefär lika med det inbördes avståndet mellan nämnda tre fasledare, varjämte den extra fasledaren förbinds med den längst bort liggande fasledaren av nämnda tre fasledare till bildande av en slinga.

9. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att man anordnar fasledarna så att vid behov den ena eller båda uppsplittrade fasledarna tillsammans med de de båda övriga respektive en av de båda övriga fasledarna kan utgöra ett konventionellt av tre fasledare uppbyggt trefasigt ledningsarrangemang. 10. av att man använder fyra fasledare med åtminstone

10. Förfarande enligt krav 9, k ä n n e t e c k - n a t väsentligen samma ledningsarea. ll. ström innefattande väsentligen parallellt och åtskilt an- k ä n n e t e c k n a t av att det består av fyra fasledare, varav två centrala, åtskilda

11. Arrangemang för trefasig överföring av elektrisk ordnade fasledare, fasledare är tillordnade var sin fas och varvid de två övriga fasledarna är åtskilt anordnade en på vardera sidan om de två centrala fasledarna och är inbördes förbundna till bildande av en slinga, och är tillordnade den tredje fasen. 12. n a t av att fasledarna sett tvärs ledningsutsträckningen

12. Arrangemang enligt krav ll, k ä n n e t e c k - är anordnade åtminstone i huvudsak i linje med varandra. n e t e c k n a t av att kapacitiva element är anordnade

13. Arrangemang enligt krav 11 eller 12, i slingan för befrämjande av alstrande av magentfälts- reducerande cirkulerande strömmar, varvid nämnda kapaci- tiva element företrädesvis är anordnade i slingbildande förbindningar mellan nämnda två övriga fasledare. 50-1 657 10 15 20 25 30 35 12

14. Användning av fyra åtminstone i huvudsak paral- lellt förlöpande fasledare i ett trefasigt elektriskt led- ningsarrangemang, varvid två åtskilda, centralt anordnade fasledare är tillordnade var sin fas och de båda övriga fasledarna är tillordnade den tredje fasen och är åtskilt anordnade en på vardera sidan om de två centralt anordnade fasledarna och inbördes förbundna till bildande av en slinga, så att det av ledningsarrangemanget alstrade mag- netfälet minskas längs den av slingan omfattande utsträck- ningen av ledningsarrangemanget, varvid slingans induktans företrädesvis kompenseras genom anordnande av kapacitiva element i slingan för befrämjande av alstrande av cirkule- rande strömmar däri.

15. lellt förlöpande fasledare i ett trefasigt elektriskt led- Användning av fyra åtminstone i huvudsak paral- ningsarrangemang, varvid två åtskilda, centralt anordnade fasledare är tillordnade var sin fas och de båda övriga fasledarna är tillordnade den tredje fasen och är åtskilt anordnade en på vardera sidan om de två centralt anordnade fasledarna och inbördes förbundna till bildande av en slinga, varvid de tre faserna i tur och ordning är splitt- rade över företrädesvis lika långa ledningsavsnitt, så att skruvning som reducerar obalanser mellan fasernas impedan- ser erhålls, och varvid respektive slinga är skruvad, så att cirkulerande strömmar i slingan åtminstone i huvudsak elimineras, varigenom alstrat magnetfält reduceras, sling- förluster undviks och överföringsförmågan ökas relativt ett konventionellt ledningsarrangemang med tre fasledare.