SE527870C2

SE527870C2 - Compensating apparatus for the longitudinal reactance in overhead lines and compensation systems comprising a plurality of compensating devices

Info

Publication number: SE527870C2
Application number: SE0402812A
Authority: SE
Inventors: Bror Axelsson
Original assignee: Stri Ab
Priority date: 2004-11-17
Filing date: 2004-11-17
Publication date: 2006-06-27
Also published as: SE0402812L; WO2006054932A1; SE0402812D0

Abstract

System comprising a number of compensating devices (1) for the reactance per unit length of an overhead cable (9) in a power line. One compensating device comprises a capacitor device (4) for serial compensation for the inductance of the overhead cable and a transformer device provided with an iron core (6), a primary winding (2) and a secondary winding (5). The capacitor device is arranged to be magnetically connected to a phase conductor (3) of an overhead cable via the transformer device by an electrical serial connection of the capacitor device (4) in the secondary winding (5), and an electrical serial connection of the ends of the primary winding (2) to the phase conductor (3). This causes the magnetic saturation property of the iron core (6) in the transformer device to form an over-voltage protection for the capacitor device at excess currents in the phase conductor.

Description

20 25 30 527 870 hov till en fasförskjutning av strömmen i förhållande till spän- ningen. 20 25 30 527 870 hoof to a phase shift of the current in relation to the voltage.

Resistansen i luftledningar ger upphov till en resistiv förlust- effekt som man vill minimera, medan induktansen ger upphov till ett reaktivt spänningsfall. Genom att reducera det reaktiva lin- jespänningsfallet kan man höja linjespänningen, varvid fasström- men minskar, eftersom samma effekt kan överföras med lägre ström. Därigenom minskas även de resistiva förlusterna, eftersom den resistiva förlusteffekten är proportionell mot kvadraten på strömvärdet, enligt det välkända sambandet P(effekt)=R(resistans)'I2(ström).The resistance in overhead lines gives rise to a resistive loss effect that you want to minimize, while the inductance gives rise to a reactive voltage drop. By reducing the reactive line voltage drop, the line voltage can be increased, whereby the phase current decreases, since the same power can be transmitted with lower current. This also reduces the resistive losses, since the resistive loss power is proportional to the square of the current value, according to the well-known relationship P (power) = R (resistance) 'I2 (current).

Förut känd teknik för att reducera längsreaktansen i luftled- ningar innebär att en seriekondensatorstation kopplas in elekt- riskt direkt i alla tre faserna i en eller ett par punkter i luftledningen, varvid en inkopplad högspänd seriekapacitans kom- penserar för luftledningens induktans. Vid dimensioneringen av en seriekondensatorstations kapacitans kan man utgå ifrån vilken kompensationsgrad man vill åstadkomma, dvs. hur stor andel av luftledningens positiva reaktans (dvs. induktans) som man önskar kompensera för med hjälp av den negativa reaktans (seriekapaci- tans) som adderas genom den inkopplade högspända seriekondensa- torn, vilken normalt har en nominell spänning i kV-området. Be- greppet kompensationsgrad definieras således som den del av luftledningen naturliga reaktans per längdenhet som kompenseras bort med hjälp av en kompenserande seriekapacitans.Prior art for reducing the longitudinal reactance in overhead lines means that a series capacitor station is electrically connected directly in all three phases at one or a few points in the overhead line, whereby a connected high-voltage series capacitance compensates for the inductance of the overhead line. When dimensioning the capacitance of a series capacitor station, you can start from the degree of compensation you want to achieve, ie. what proportion of the positive reactance (ie inductance) of the overhead line is desired to be compensated for by means of the negative reactance (series capacitance) which is added through the connected high-voltage series capacitor, which normally has a nominal voltage in the kV range. The term degree of compensation is thus defined as the part of the overhead line natural reactance per unit length that is compensated away by means of a compensating series capacitance.

Förut känd teknik inom detta omrâde beskrivs exempelvis av pa- tentskriften SE 457 588, som beskriver en seriekondensator- ut- rustning för att reducera längsreaktansen i en kraftledning ge- nom att kompensera för ledningens induktans med hjälp av kapaci- tansen i seriekondensatorerna. 10 15 20 25 30 527 870 Denna förut kända teknik är dock så dyr och komplicerad att det endast vid mycket höga spänningar och effektbelopp lönar sig att minska de resistiva förlusterna på detta sätt. Det finns således idag ett behov av en enklare, billigare och flexiblare kompense- ring för längsreaktansen i luftledningar.Prior art in this field is described, for example, by patent specification SE 457 588, which describes a series capacitor equipment for reducing the longitudinal reactance of a power line by compensating for the inductance of the line by means of the capacitance of the series capacitors. However, this prior art technique is so expensive and complicated that it only pays to reduce the resistive losses in this way only at very high voltages and power amounts. Thus, today there is a need for a simpler, cheaper and more flexible compensation for the longitudinal reactance in overhead lines.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är således att möjliggöra flexibel kompensering för längsreaktansen i luftledningar, till låg kostnad. Detta och andra syften uppnås genom uppfinningen enligt de efterföljande patentkraven, vilka anger en kompense- ringsapparat och ett kompenseringssystem innefattande ett fler- tal sådana kompenseringsapparater.DISCLOSURE OF THE INVENTION The object of the present invention is thus to enable flexible compensation for the longitudinal reactance in overhead lines, at low cost. This and other objects are achieved by the invention according to the appended claims, which state a compensation device and a compensation system comprising a plurality of such compensation devices.

Kompenseringsapparaten 1 enligt uppfinningen är avsedd för kom- pensering av längsreaktansen i luftledningar 9 som ingår i ett kraftledningsnät, och den innefattar en kondensatoranordning 4 för seriekompensering av induktansen i luftledningen samt en transformatoranordning försedd med järnkärna 6, primärlindning 2 och sekundärlindning 5. Kondensatoranordningen 4 är anordnad att anslutas magnetiskt till en fasledare 3 i luftledningen via nämnda transformatoranordning genom att den seriekopplas elekt- riskt i sekundärlindningen, medan primärlindningens ändar serie- kopplas elektriskt till nämnda fasledare. Därigenom utgör den magnetiska mättningsegenskapen i transformatoranordningens järn- kärna 6 ett överspänningskydd för kondensatoranordningen vid överströmmar i fasledaren.The compensating apparatus 1 according to the invention is intended for compensating the longitudinal reactance in overhead lines 9 which are part of a power line network, and it comprises a capacitor device 4 for series compensation of the inductance in the overhead line and a transformer device provided with iron core 6, primary winding 2 and secondary winding 4. arranged to be magnetically connected to a phase conductor 3 in the overhead line via said transformer device by electrically connecting it in series in the secondary winding, while the ends of the primary winding are electrically connected in series to said phase conductor. As a result, the magnetic saturation property in the iron core 6 of the transformer device constitutes an overvoltage protection for the capacitor device in the event of overcurrents in the phase conductor.

Kompenseringsapparaten kan innefatta ett monteringsarrangemang 7a, 7b, 8 för montering i någon av fasledarna 3a, 3b, 3c i mon- teringspunkter ll, 12, 13 fördelade över luftledningens 9 längd, och monteringsarrangemanget kan innefatta elektriskt ledande hållare 7a, 7b och elektriskt isolerande distanselement 8 utfor- 10 15 20 25 30 527 870 made så att kompenseringsapparatens totala vikt bärs upp av en fasledare.The compensating apparatus may comprise a mounting arrangement 7a, 7b, 8 for mounting in one of the phase conductors 3a, 3b, 3c at mounting points 11, 12, 13 distributed over the length of the air duct 9, and the mounting arrangement may comprise electrically conductive holders 7a, 7b and electrically insulating spacers. 8 is designed so that the total weight of the compensation device is supported by a phase conductor.

Kompenseringsapparaten enligt uppfinningen kan vara avsedd att ingå i ett kompenseringssystem innefattande ett flertal kompen- seringsapparater, varvid kompenseringssystemets kompensations- grad för en luftledning med en given längd är inställbar genom en ändring av det totala antalet monterade kompenseringsappara- ter i nämnda luftledning. Kompenseringsapparaterna kan vara för- sedda med monteringsarrangemang för montering i respektive fasledare i nämnda luftledning i lämpliga monteringspunkter ll, 12, 13 fördelade över luftledningens längd.The compensating apparatus according to the invention may be intended to be part of a compensating system comprising a plurality of compensating apparatuses, the compensating degree of the compensating system for an overhead line of a given length being adjustable by changing the total number of mounted compensating apparatus in said overhead line. The compensating apparatus may be provided with mounting arrangements for mounting in respective phase conductors in said overhead line at suitable mounting points 11, 12, 13 distributed over the length of the overhead line.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGAR Uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan under hänvisning till figurer 1 - 4, av vilka - figur 1 illustrerar den elektriska inkopplingen av en kom- penseringsapparat enligt uppfinningen i en monteringspunkt i en fasledare, - figur 2 illustrerar schematiskt de ingående komponenterna i en kompenseringsapparat enligt uppfinningen och hur de är anslutna till varandra och till fasledaren, - figur 3 illustrerar en utföringsform av en kompenserings- apparat försedd med ett monteringsarrangemang för monte- ring i en monteringspunkt i en fasledare, och - figur 4 illustrerar en sektion av en trefasledning med tre monteringspunkter för kompenseringsapparater enligt upp- finningen. 10 15 20 25 30 527 870 DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Denna uppfinning åstadkommer således en enklare, billigare och flexiblare kompensering för den naturliga längsreaktansen i en luftledning i ett kraftledningsnät, och den kan implementeras i mycket högre utsträckning än förut känd teknik. Med hjälp av denna uppfinning kan de resistiva förlusterna minskas på ett kostnadseffektivt sätt genom kompensering för längsreaktansen i luftledningen. Den lägre reaktansen per längdenhet i luftled- ningen leder till ett nàgot lägre linjespänningsfall, varvid linjespänningen ökar och fasströmmen minskar något. Den minskade efter- fasströmmen leder till en minskad resistiv förlusteffekt, som denna är kvadratiskt beroende av fasströmmarnas storlek.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be described in more detail below with reference to Figures 1 - 4, of which - Figure 1 illustrates the electrical connection of a compensation device according to the invention in a mounting point in a phase conductor, Figure 2 schematically illustrates the components a compensating apparatus according to the invention and how they are connected to each other and to the phase conductor, - figure 3 illustrates an embodiment of a compensating apparatus provided with a mounting arrangement for mounting at a mounting point in a phase conductor, and - figure 4 illustrates a section of a three-phase line with three mounting points for compensation devices according to the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION This invention thus provides a simpler, cheaper and more flexible compensation for the natural longitudinal reactance of an overhead line in a power line network, and it can be implemented to a much greater extent than prior art. By means of this invention, the resistive losses can be reduced in a cost-effective manner by compensating for the longitudinal reactance in the overhead line. The lower reactance per unit length in the overhead line leads to a slightly lower line voltage drop, whereby the line voltage increases and the phase current decreases slightly. The reduced post-phase current leads to a reduced resistive loss effect, as this is quadratically dependent on the magnitude of the phase currents.

Enligt denna uppfinning utförs kompenseringen för längsreaktan- sen i en luftledning med hjälp av små kompenseringsapparater som innefattar en seriekapacitans och är utformade så att en serie- kondensator kopplas magnetiskt till en befintlig fasledare via en strömtransformatoranordning, i stället för med en direkt elektrisk serieinkoppling av en högspänd kondensatoranordning enligt den förut kända tekniken inom området. Dessutom monteras en kompenseringsapparat i var och en av de tre fasledarna i lämpliga monteringspunkter fördelade över luftledningens längd, stället för med hjälp av en eller ett par stora, högspända och dyra seriekondensatorer enligt förut känd teknik.According to this invention, the compensation for the longitudinal reactance in an overhead line is carried out by means of small compensation devices which comprise a series capacitance and are designed so that a series capacitor is magnetically connected to an existing phase conductor via a current transformer device, instead of with a direct electrical series connection of a high voltage capacitor device according to the prior art in the field. In addition, a compensating apparatus is mounted in each of the three phase conductors at suitable mounting points distributed over the length of the overhead line, instead of by means of one or a pair of large, high-voltage and expensive series capacitors according to the prior art.

En kompenseringsapparat enligt denna uppfinning innefattar en liten strömtransformatoranordning med en järnkärna, en primärf lindning som kopplas in elektriskt i serie med en fasledare, samt en isolerad sekundärlindning som belastas med en enkel och billig seriekondensator. Ett urladdningsmotstånd är parallell- kopplat över kondensatorn, och är vanligen en integrerad del av denna. Kondensatorn skyddas mot alla typer av överströmmar i fasledaren, t.ex. vid kortslutningar och jordfel pà linjen, genom att järnkärnan går i mättning, varvid den starka 10 15 20 25 30 527 870 magnetiska kopplingen mellan primärlindning och sekundärlindning bryts, och kondensatorspänningen begränsas, vilket är en viktig fördel med denna uppfinning jämfört med förut känd teknik inom området. Tack vare den magnetiska inkopplingen av kondensatorn till fasledaren med hjälp av strömtransformatoranordningen kan också en billig lágspänd kondensator användas utan att några extra överspänningsskydd behövs, vilket är en väsentlig fördel jämfört med förut kända seriekondensatorelement, vilka är utformade att kopplas in direkt i serie en fasledare, och då kan utsättas för mycket höga överspänningar. I denna uppfinning fungerar således järnmättningen av transformatorns järnkärna i praktiken som ett överspänningsskydd för kondensatorn.A compensating apparatus according to this invention comprises a small current transformer device with an iron core, a primary winding which is electrically connected in series with a phase conductor, and an insulated secondary winding which is loaded with a simple and inexpensive series capacitor. A discharge resistor is connected in parallel across the capacitor, and is usually an integral part of it. The capacitor is protected against all types of overcurrents in the phase conductor, e.g. in the event of short circuits and earth faults on the line, as the iron core goes into saturation, whereby the strong magnetic coupling between primary winding and secondary winding is broken, and the capacitor voltage is limited, which is an important advantage of this invention compared to prior art in the field. the area. Thanks to the magnetic connection of the capacitor to the phase conductor by means of the current transformer device, a cheap low-voltage capacitor can also be used without any additional overvoltage protection, which is a significant advantage compared to previously known series capacitor elements, which are designed to be connected directly to a series series phase conductor. and then can be exposed to very high overvoltages. Thus, in this invention, the iron saturation of the transformer iron core acts in practice as an overvoltage protection for the capacitor.

Figur 1 visar en kompenseringsapparat 1 enligt uppfinningen som är inkopplad i en fasledare 3, och den avser att illustrera den elektromagnetiska inkopplingen av en seriekondensator till en fasledare när seriekondensatorn ingår i en kompenseringsapparat l enligt denna uppfinning. En primärlindning 2 i kompenserings- apparaten l är direkt elektriskt inkopplad i fasledaren 3, varvid den làgresistiva primärlindningen genomflyts av den vanliga fasströmmen. En kondensator 4 är elektriskt inkopplad i en lâgresistiv sekundärlindning 5. En järnkärna 6 omsluter både primärlindningen 2 och sekundärlindningen 5 och kopplar dessa magnetiskt till varandra, så att en ström induceras i sekundär- lindningen när en fasström flyter genom primärlindningen 2.Figure 1 shows a compensating apparatus 1 according to the invention which is connected in a phase conductor 3, and it is intended to illustrate the electromagnetic connection of a series capacitor to a phase conductor when the series capacitor is included in a compensating apparatus 1 according to this invention. A primary winding 2 in the compensation apparatus 1 is directly electrically connected in the phase conductor 3, the low-resistive primary winding being traversed by the ordinary phase current. A capacitor 4 is electrically connected in a low-resistive secondary winding 5. An iron core 6 encloses both the primary winding 2 and the secondary winding 5 and connects them magnetically to each other, so that a current is induced in the secondary winding when a phase current flows through the primary winding 2.

Figur 2 illustrerar schematiskt hur primärlindningen 2, järnkär- nan 6, sekundärlindningen 5 och kondensatorn 4 är anslutna till varandra. Följaktligen blir kondensatorn 4 strömtransfofmato- riskt, eller magnetiskt, ansluten till primärlindningen 2 via sekundärlindningen 5 och järnkärnan 6. När strömrusning sker i fasledaren 3, exempelvis p.g.a. kortslutning, leds kortslut- ningsströmmen genom kompenseringsapparatens primärlindningen 2.Figure 2 schematically illustrates how the primary winding 2, the iron core 6, the secondary winding 5 and the capacitor 4 are connected to each other. Consequently, the capacitor 4 becomes current transphofmatorically, or magnetically, connected to the primary winding 2 via the secondary winding 5 and the iron core 6. When current surges occur in the phase conductor 3, for example due to short-circuit, the short-circuit current is conducted through the primary winding of the compensation device 2.

Vid en viss ström kommer en mättning av järnkärnan att ske, be- 10 15 20 25 30 527 870 roende pà järnkärnans egenskaper och utformning, så att den ström som induceras i sekundärlindningen 5 begränsas, och serie- kondensatorn 4 skyddas mot farliga överspänningar.At a certain current, a saturation of the iron core will take place, depending on the properties and design of the iron core, so that the current induced in the secondary winding 5 is limited, and the series capacitor 4 is protected against dangerous overvoltages.

I föredragna utföringsformer av kompenseringsapparaten enligt uppfinningen består primärlindningen 2 av mellan ett varv och några 10-tals varv. Primärlindningen ansluts elektriskt i serie till fasledaren 3 i sina bägge ändar och genomflyts således av linjens normala fasström. Sekundärlindningen 5 har mellan några 10-tals varv och nâgra 100-tals varv, och i sekundärlindningen inkopplas en eller ett antal parallellkopplade kondensatorer 4, med en kapacitans i storleksordning mellan några 10-tals och några 100-tals uF, med en nominell spänning på mellan några 10- tals och några 100-tals volt. En högeffektiv järnkärna 6 omslu- ter båda lindningarna och kopplar primär- och sekundärlindning- arna strömtransformatoriskt, eller magnetiskt, till varandra, och därigenom blir även kondensatoranordningen ansluten till fasledaren, varigenom dess kapacitans belastar ledningen och kan kompensera för luftledningens induktans. Dock utsätts kondensa- torn inte för de höga spänningar som beror på momentant ökad ström i fasledaren, eftersom transformatoranordningens järnkärna då går i mättning och den starka magnetiska kopplingen mellan primärlindning och sekundärlindning bryts.In preferred embodiments of the compensating apparatus according to the invention, the primary winding 2 consists of between one revolution and a few tens of revolutions. The primary winding is electrically connected in series to the phase conductor 3 at both its ends and is thus flowed through by the normal phase current of the line. The secondary winding 5 has between a few tens of revolutions and a few hundred revolutions, and in the secondary winding one or a number of capacitors 4 connected in parallel, with a capacitance of the order of a few tens and some 100s of uF, with a nominal voltage of between a few tens and a few hundred volts. A high-efficiency iron core 6 encloses both windings and connects the primary and secondary windings current-transformatively, or magnetically, to each other, and thereby the capacitor device is also connected to the phase conductor, whereby its capacitance loads the line and can compensate for the inductance of the air line. However, the capacitor is not exposed to the high voltages due to momentarily increased current in the phase conductor, since the transformer device's iron core then saturates and the strong magnetic connection between primary winding and secondary winding is broken.

Eftersom en kompenseringsapparat enligt denna uppfinning är av- sedd för montering pà en fasledare i en luftledning i ett kraft- ledningsnät, måste komponenterna sättas samman med hjälp av de- taljer som isolerar respektive ansluter dessa både elektriskt och mekaniskt på ett ändamålsenligt sätt. Kompenseringsapparaten och den mekaniska monteringen av denna måste således utformas för att tåla de elektriska och mekaniska påkänningar som kan fö- rekomma vid en luftledning. Det är vidare fördelaktigt om monte- ringen kan utföras även vid spänningssatt ledning. Företrädesvis är kompenseringsapparaten inklusive monteringsarrangemang utfor- 10 15 20 25 30 527 870 mad med så làg total vikt att en fasledare kan bära en kompense- ringsapparat utan behov av extra stödanordningar. En kompense- ringsapparat försedd med ett monteringsarrangemang enligt en fö- redragen utföringsform av uppfinningen illustreras i figur 3, i vilket en kompenseringsapparat 1 är ansluten till en fasledare 3 i en monteringspunkt i en luftledning. Monteringsarrangemanget innefattar två kraftiga elektriskt ledande hållare 7a, 7b, vilka är mekaniskt förbundna med varandra via en kraftig armerad distans 8, som är elektriskt isolerande. Hàllarnas 7a, 7b första ändar är infästa i fasledaren 3 och dess andra ändar är fästa vid varsin ände av kompenseringsapparaten 1 som då avlastas mekaniskt och de mekaniska påkänningarna tas upp av hàllarna 7a, 7b samt distansen 8.Since a compensating apparatus according to this invention is intended for mounting on a phase conductor in an overhead line in a power line network, the components must be assembled by means of insulators which insulate or connect them both electrically and mechanically in a suitable manner. The compensation device and the mechanical assembly thereof must thus be designed to withstand the electrical and mechanical stresses that can occur at an overhead line. It is also advantageous if the installation can be carried out even with a live cable. Preferably, the compensation device, including mounting arrangements, is designed with such a low total weight that a phase conductor can carry a compensation device without the need for additional support devices. A compensating apparatus provided with a mounting arrangement according to a preferred embodiment of the invention is illustrated in Figure 3, in which a compensating apparatus 1 is connected to a phase conductor 3 at a mounting point in an overhead line. The mounting arrangement comprises two strong electrically conductive holders 7a, 7b, which are mechanically connected to each other via a strongly reinforced spacer 8, which is electrically insulating. The first ends of the holders 7a, 7b are attached to the phase conductor 3 and its other ends are attached to each end of the compensating apparatus 1 which is then mechanically relieved and the mechanical stresses are absorbed by the holders 7a, 7b and the spacer 8.

I det följande kommer ett föredraget förfaringssätt för den me- kaniska monteringen av kompenseringsapparaten på fasledare med hjälp av monteringsarrangemanget visat i figur 3 att beskrivas.In the following, a preferred method for the mechanical mounting of the compensation apparatus on phase conductors by means of the mounting arrangement shown in Figure 3 will be described.

Först fästes de första ändarna, 7a och 7b, av de elektriskt le- dande hâllarna, inklusive den kraftigt armerade distansen 8, i två anslutningspunkter i fasledaren 3. Kompenseringsapparaten l fästes därefter i de två andra ändarna av hàllarna 7a, 7b, och slutligen avlägsnas den del av fasledaren som ligger mellan de två anslutningspunkterna i fasledaren pà lämpligt sätt, eventu- ellt med hjälp av ett specialverktyg utformat att kunna användas vid spänningssatt ledning. Monteringsarrangemanget är lämpligen utformat att tillsammans med kompenseringsapparaten ha så liten storlek och så låg vikt att ett sådant totalt arrangemang kan hängas i var och en av fasledarna i en monteringspunkt i en luftledning, utan någon extra stödanordning.First, the first ends, 7a and 7b, of the electrically conductive holders, including the heavily reinforced spacer 8, are attached to two connection points in the phase conductor 3. The compensating apparatus 1 is then attached to the two other ends of the holders 7a, 7b, and finally removed. the part of the phase conductor that lies between the two connection points in the phase conductor in a suitable manner, possibly with the help of a special tool designed to be able to be used for live wiring. The mounting arrangement is suitably designed to have, together with the compensating apparatus, such a small size and such a low weight that such a total arrangement can be hung in each of the phase conductors at a mounting point in an overhead line, without any additional support device.

Figur 4 illustrerar monteringspunkter i en sektion av en trefas- ledning, enligt en utföringsform av kompenseringssystemet med ett flertal kompenseringsapparater enligt denna uppfinning. Led- ningen 9 består av tre fasledare 3a, 3b, 3c, och denna sektion 10 15 20 25 30 527 870 av ledningen är försedd med sammanlagt nio stycken kompense- ringsapparater 1a,b,c,d,e,f,g,h,i. Dessa är monterade i var och en av fasledarna i var och en av de tre monteringspunkterna 10, 11 och 12, vilka är fördelade över luftledningens längd. Avstån- ,det D1 mellan monteringspunkt 10 och 11 är större en avståndet D2 mellan monteringspunkt 11 och 12. Såsom illustreras i denna figur behöver intervallen mellan olika monteringspunkter således inte vara lika stora, utan de kan variera beroende på var lämp- liga monteringspunkter finns. Lämpliga monteringspunkter kan ex- empelvis vara i anslutning till vägar, ej över vattendrag, etc.Figure 4 illustrates mounting points in a section of a three-phase line, according to an embodiment of the compensation system with a plurality of compensation devices according to this invention. The line 9 consists of three phase conductors 3a, 3b, 3c, and this section of the line is provided with a total of nine compensating devices 1a, b, c, d, e, f, g, h ,in. These are mounted in each of the phase conductors in each of the three mounting points 10, 11 and 12, which are distributed over the length of the overhead line. The distance D1 between mounting points 10 and 11 is greater than the distance D2 between mounting points 11 and 12. As illustrated in this figure, the intervals between different mounting points do not have to be equal, but they can vary depending on where suitable mounting points are located. Suitable mounting points can, for example, be adjacent to roads, not over watercourses, etc.

Ett utföringsexempel av en kompenseringsapparat enligt uppfin- ningen kommer nu att beskrivas detaljerat nedan för att illustrera den kompensationsgrad man kan erhålla vid en viss ut- formning av kompenseringsapparaten. Detta utföringsexempel avser även att illustrera hur kompensationsgraden pâverkas av dimen- sionering av kompenseringssystemet enligt uppfinningen, innefat- tande ett flertal kompenseringsapparater vilka är avsedda att monteras i lämplig monteringspunkter fördelade över luftledning- ens längd, med en kompenseringsapparat monterad i var och en av fasledarna i varje monteringspunkt.An exemplary embodiment of a compensation device according to the invention will now be described in detail below to illustrate the degree of compensation that can be obtained with a certain design of the compensation device. This exemplary embodiment is also intended to illustrate how the degree of compensation is affected by dimensioning of the compensation system according to the invention, comprising a plurality of compensation devices which are intended to be mounted in suitable mounting points distributed over the length of the overhead line, with a compensation device mounted in each of the phase conductors. each mounting point.

Med användning av detta utföringsexempel av denna uppfinning ut- förs kompensering för den naturliga längsreaktansen i en fasle- dare som utgörs av en s.k. ”Waxwing”, standard ACSR (Aluminum Conductor Steel Reinforced) ledare, vilken består av 18 alumini- umlinor och en stållina, med en total diameter på 15,46 mm. Det maximala absolutvärdet på strömmen uppskattas till 300 A (1,6 A/mmz), vilket alltså motsvarar fasströmmen vid full last.Using this embodiment of this invention, compensation for the natural longitudinal reactance is performed in a phase conductor which consists of a so-called “Waxwing”, standard ACSR (Aluminum Conductor Steel Reinforced) conductor, which consists of 18 aluminum ropes and a steel rope, with a total diameter of 15.46 mm. The maximum absolute value of the current is estimated at 300 A (1.6 A / mmz), which corresponds to the phase current at full load.

Kompenseringsapparaten enligt detta utföringsexempel är utformad med en primärlindning som är 15x15 mm och bestàr av 20 varv alu- miniumledare och en sekundärlindning som består av 520 varv kop- partråd med en tráddiameter på 2 mm. Kondensatorn som är inkopp- 10 15 20 25 30 527 870 10 lad i sekundärlindningen har en kapacitans, C, på 133,9 pF och en nominell spänning pá 275 V, vilket är ett realistiskt värde för en eller ett antal parallellkopplade lågspända standardkon- densatorer som kan erhållas till låg kostnad. Urladdningsmot- ståndet över kondensatorn uppskattas till ca 50 kohm, vilket ger en nominell effekt på 1,5 W vid full last. Järnkärnan i kompen- seringsapparaten är av elektroplàt och har en cylindrisk form med en inner- och ytterdiameter på 120 respektive 160 mm och en längd på 60mm. Elektroplàtens relativa permeans uppskattas till cirka 10000, och den är dimensionerad för en magnetisk flödes- täthet på maximalt 2 Vs/m2, vilket motsvarar effektivvärdet 1,41 Vs/m2 vid maximal ström pá 300 ampere (effektivvärde) vid full last. Mattning antas ska vid flödastathetan 2.2 till 2.4 va/mz dvs. vid storleksordning 10 till 20 % högre flödestäthet jämfört med full last. Varvspänningen vid frekvensen 50 Hz kan med hjälp av data ovan beräknas till 0,53 V, varvid spänningen på primär- lindningen blir 20'0,53=10,6 V, och spänningen pà sekundärlind- ningen, dvs. över kondensatorn, blir 520 0,53=275 V.The compensating apparatus according to this embodiment is designed with a primary winding which is 15x15 mm and consists of 20 turns of aluminum conductor and a secondary winding which consists of 520 turns of copper wire with a wire diameter of 2 mm. The capacitor connected in the secondary winding has a capacitance, C, of 133.9 pF and a nominal voltage of 275 V, which is a realistic value for one or a number of parallel-connected low-voltage standard capacitors which can be obtained at low cost. The discharge resistance across the capacitor is estimated at about 50 kohm, which gives a nominal power of 1.5 W at full load. The iron core in the compensating device is made of electroplate and has a cylindrical shape with an inner and outer diameter of 120 and 160 mm and a length of 60 mm. The relative permeability of the electric plate is estimated at around 10,000, and it is dimensioned for a magnetic flux density of a maximum of 2 Vs / m2, which corresponds to the rms value of 1.41 Vs / m2 at a maximum current of 300 amperes (rms value) at full load. Supply shall be assumed at the flow state 2.2 to 2.4 va / mz, ie. on the order of 10 to 20% higher flux density compared to full load. The revolution voltage at the frequency 50 Hz can be calculated with the help of the data above to be 0.53 V, whereby the voltage on the primary winding becomes 20'0.53 = 10.6 V, and the voltage on the secondary winding, ie. over the capacitor, becomes 520 0.53 = 275 V.

Egenförlusterna i kompenseringsapparaten enligt detta utförings- exempel kan beräknas till l30 till 150 W vilket är försumbart jämfört med fasledarens egna förluster som uppskattas till 20000 till 25000 W per km och fas. Total vikt för kompenseringsanord- ningen, inklusive ett monteringsarrangemang, kan beräknas till mellan 10 kg och 15 kg, och denna belastning klaras av fasleda- ren, vars egenvikt som jämförelse är cirka 430 kg/km.The self-losses in the compensation device according to this exemplary embodiment can be calculated at 130 to 150 W, which is negligible compared with the phase conductor's own losses, which are estimated at 20,000 to 25,000 W per km and phase. The total weight of the compensating device, including a mounting arrangement, can be calculated to be between 10 kg and 15 kg, and this load can be handled by the phase conductor, whose dead weight by comparison is approximately 430 kg / km.

Eftersom en luftlednings naturliga reaktans består av en induk- tans som kan uppskattas till ungefär 0,3 ohm/fas/km, erhålls ett reaktivt (induktivt) spänningsfall på 300'0,3=9O V per km i varje fas vid full last ( fasströmmen 300 A ).Since the natural reactance of an overhead line consists of an inductance that can be estimated at approximately 0.3 ohm / phase / km, a reactive (inductive) voltage drop of 300'0.3 = 90 V per km is obtained in each phase at full load ( phase current 300 A).

Enligt detta utföringsexempel monteras fyra stycken kompense- ringsapparater per fas och km i en luftledning, dvs. en kompen- 10 15 20 25 30 527 870 ll seringsapparat i var och en av fasledarna i monteringspunkter utspridda över luftledningens längd med intervall på i medeltal 250 meter. Om kompenseringapparaterna är utformade och dimen- sionerade enligt detta utföringsexempel erhålls härigenom ett tillskott med 4'l0,6=42,4 V kapacitiv spänning per km i varje fas. Detta innebär en kompensering för en del av det induktiva spänningsfall som förorsakas av luftledningen reaktans. Den kom- pensationsgrad som erhålls i detta utföringsexempel är 42,4/90 = 0,47, dvs. 47%, vilket innebär att det reaktiva (dvs. induktiva) spänningsfallet per fas och km nästan halveras. Detta medför en högre linjespänning och en lägre fasström, varigenom de resis- tiva förlusterna i luftledningen reduceras proportionellt mot kvadraten på fasströmsreduceringen.According to this exemplary embodiment, four compensation devices are mounted per phase and km in an overhead line, ie. a compensation device in each of the phase conductors at mounting points spread over the length of the overhead line at intervals of on average 250 meters. If the compensation devices are designed and dimensioned according to this exemplary embodiment, an addition of 4'l0.6 = 42.4 V capacitive voltage per km is obtained in each phase. This compensates for some of the inductive voltage drop caused by the overhead line reactance. The degree of compensation obtained in this embodiment is 42.4 / 90 = 0.47, ie. 47%, which means that the reactive (ie inductive) voltage drop per phase and km is almost halved. This results in a higher line voltage and a lower phase current, whereby the resistive losses in the overhead line are reduced in proportion to the square of the phase current reduction.

Genom detta utföringsexempel framgår hur kompensationsgraden på- verkas av dimensioneringen av komponenterna i en kompenserings- apparat enligt denna uppfinning. En fördel med denna uppfinning är att billiga, standardkondensatorer för lägre spänningar är möjliga att använda, utan behov av något extra överspännings- skydd. Genom detta utföringsexempel framgår även att man kan er- hålla en högre kompensationsgrad, och därigenom få en högre lin- jespänning och ännu mindre resistiva förluster, genom att ha fler kompenseringsapparater fördelade över luftledningens längd, dvs. med ett kortare genomsnittligt intervall mellan monterings- punkterna.This exemplary embodiment shows how the degree of compensation is affected by the dimensioning of the components in a compensation apparatus according to this invention. An advantage of this invention is that inexpensive, standard capacitors for lower voltages are possible to use, without the need for any additional overvoltage protection. This exemplary embodiment also shows that it is possible to obtain a higher degree of compensation, and thereby obtain a higher line voltage and even less resistive losses, by having more compensation devices distributed over the length of the overhead line, ie. with a shorter average interval between the mounting points.

En lämplig dimensionering av ett kompenseringssystem enligt denna uppfinning, innefattande kompenseringsapparater med en viss utformning, kan således enkelt göras utifrân den kompensa- tionsgrad man vill ha genom att montera fler kompenseringsappa- rater i en luftledning med en given längd. Med en kompenserings- apparat, inklusive ett monteringsarrangemang, som har låg total sammanlagd vikt, erhålls en stor flexibilitet i systemet, efter- som önskad kompensationsgrad enkelt kan erhållas genom tätare 10 15 527 870 12 montering, dvs. med kortare genomsnittsintervall mellan monte- ringspunkterna. De individuella intervallen mellan monterings- punkterna behöver däremot inte vara lika stora, utan lämpliga monteringspunkter på luftledningen kan väljas med stor frihet med hänsyn bland annat till geografi och bebyggelse.A suitable dimensioning of a compensation system according to this invention, comprising compensation devices with a certain design, can thus easily be made on the basis of the degree of compensation one wants by mounting more compensation devices in an overhead line of a given length. With a compensation device, including a mounting arrangement, which has a low total total weight, a great flexibility is obtained in the system, since the desired degree of compensation can easily be obtained by denser mounting, ie. with shorter average intervals between the mounting points. The individual intervals between the mounting points, on the other hand, do not have to be as large, but suitable mounting points on the overhead line can be chosen with great freedom with regard to, among other things, geography and buildings.

Eftersom förfarandet för montering av kompenseringsapparaterna i en fasledare kan vara anordnat att utföras direkt i en spän- ningssatt ledning är det enkelt att byta ut kompenseringsappara- ter för underhåll av systemet, men även att öka eller minska an- talet kompenseringsapparater per längdenhet pà ett flexibelt sätt för att härigenom uppnå en önskad kompensationsgrad.Since the method for mounting the compensating devices in a phase conductor can be arranged to be carried out directly in a live line, it is easy to replace compensating devices for maintenance of the system, but also to increase or decrease the number of compensating devices per unit length on a flexible unit. ways to thereby achieve a desired degree of compensation.

Föreliggande uppfinning är inte begränsad till ovan beskrivna utföringsformer utan kan modifieras inom ramen för de bifogade patentkraven.The present invention is not limited to the embodiments described above but may be modified within the scope of the appended claims.

Claims

Claim apparatus (1) for the longitudinal reactance in overhead lines (9) forming part of a power line network, the offset device comprising a capacitor device (4) for series compensation of the inductance in the overhead line and a transformer device provided with iron core (6), primary winding (2) and secondary winding (5), characterized in that the capacitor device (4) is arranged to be magnetically connected to a phase conductor (3) in the overhead line via said transformer device by said capacitor device (4) is electrically connected in series in the secondary winding (5) and the ends of the primary winding (2) are electrically connected in series to said phase conductor (3), whereby the magnetic saturation property in the iron core (6) of the transformer device constitutes a surge protector for the capacitor device (4). Compensating apparatus according to claim 1, characterized in that it comprises a mounting arrangement (7a, 7b, 8) for mounting in one of the phase conductors (3a, 3b, 3c) in mounting points (11, 12, 13) distributed over the length of the overhead line (9). . Compensating apparatus according to claim 2, characterized in that the mounting arrangement comprises electrically conductive holders (7a, 7b) and electrically insulating spacer elements (8) designed so that the total weight of the compensating apparatus can be supported by a phase conductor. Compensation device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that it is intended to be part of a compensation system for the longitudinal reactance of an overhead line (9) in an electric power grid. Compensation system for the longitudinal reactance of an overhead line in a power line network, comprising a plurality of compensation devices (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the compensation system's degree of compensation for an overhead line (9) with a given length can be adjusted by changing the number of compensating devices (1) mounted in said overhead line. Compensation system according to claim 5, characterized in that said compensation devices (1) comprise mounting arrangements (7a; 7b, 8) for mounting in respective phase conductors (3a, 3b, 3c) in said overhead line at suitable mounting points (11, 12, 13) distributed over the length of the overhead line.