Innehåll. Kraftledningar. Högspänning lönsamt I R. Räkneexempel. Verkningsgrad Kraftledningsstolpen Fält Modell Kabel Effektöverföring Transformatorn

Transkript

1 Kraftledningar Vad ska en kraftledning tåla? Innehåll Verkningsgrad Kraftledningsstolpen Fält Modell Kabel Effektöverföring Transformatorn Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 1 Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson Högspänning lönsamt I R x I R x Räkneexempel V 1 /V V >>V 1 V /V 1 U h =400 kv, I=1 ka, cosϕ=0.866: P överförd? A=600 mm, R=0.03 Ω/km: radie, P förlust? Samma ledning och P överförd vid 400 V: P förlust? Sänker strömmen och RI -förluster Vinst trots transformeringsförluster Samma P överförd och P förlust vid 400V: Radie? Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 3 Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 4

2 Kraftledningen Ström Fasledaren Typ Designfaktorer Friledning Kabel Hängkabel Överföra effekt Aluminium Stål Skin-effekt (strömförträngning) Maxström Tvärsnittsarea Spänning Uppvärmning Vind och is Ström Bära optofiber Ferral-ledare Nerhängning Draghållfasthet Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 5 Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 6 Ekonomisk fasledardimension Spänning Isolation Årlig kostnad/km Totalt Anläggningskostnad Tallriksisolator i isolatorkedja Tvärsnittsarea A RI -förluster Spänningsisolation Ekonomiskt optimum Area A Portalstolpe 400 kv Avstånd Längd isolatorkedja Salt/fukt Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 7 Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 8

3 Spänning Stolpen Designfaktorer E-fält, B-fält Utseende Kraftledningsgata Blixtnedslag Portalstolpe 400 kv Stolphöjd Geometri Topplinor Spänning Fasledaren Spänning E-fält vid ledare ~1/radie Aluminium Stål Corona-effekt Ljud/ljus Öka ledardiametern Duplex eller triplex ökar evivalent radie Ferral-ledare Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 9 Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 10 B-fält under kraftledning B (t, r) = µ 0 i(t) πr e B Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 11 B (t, r) = µ 0 i(t) πr e B B-fält Avstånd Avtar som 1/r Ström Växelström Trefas Max(abs(B tot )) Gränsvärden 100µT (EU) 0.µT (Skåne län) Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 1

4 E-fält Avstånd Avtar som 1/r Spänning Växelspänning Trefas Max(abs(E tot )) Kraftledningsgata SE 1000km Begränsad Skötsel Ängsmark Biologisk mångfald! MW/m bredd Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 13 Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 14 Design Ledningsmodell R X X>10R@ 400 kv G C C G Egentligen Ω/km etc. Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 15 Viktigast X seriereaktans [Ω] Mellanviktig R ledarresistans [Ω] Mellanviktig B kapacitans [F] Minst viktig G coronaförluster [Ω -1 ] Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 16

5 Skruvning av fasledare Symmetri Faserna lika Mitt Ytterläge Byt plats Skruvning Transponering Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 17 Enkelledare Trefaskabel Kabel Ledare isolerade Från varandra Från blixt, snö, träd Nedgrävd Stadsmiljö Hängkabel Landsbygd Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 18 G Kabelmodell C R Mellanviktig X seriereaktans [Ω] Mellanviktig R ledarresistans [Ω] Viktigast B kapacitans [F] Minst viktig G coronaförluster [Ω -1 ] X C G Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 19 Maxlängd AC-kabel C genererar Q C varje km P och Q genom R och X Q C ~längd, S begränsat Mindre utrymme för P Vid maxlängd (några mil) Hela kapaciteten för Q Inget utrymme för P DC fördelaktigare Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 0

6 Kabel kostar Samma anläggningskostnad Grävarbeten Anläggning Felsökning, reparation Tillförlitlighet Fel sällsynta Fel dyra Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 1 Dyrt gräva 1 km 400 kv luftledning 50 m 400 kv jordkabel Billigt att plöja 1 km 10 kv luftledning 1 km 10 kv jordkabel Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson Orkanen Gudrun Kabel ersätter friledning i Småland Dyrt trädsäkra friledning Jordkabel ersätter friledning Provisoriskt på mark, permanent markförlagd Modern hängkabel starkare än stolparna! Monteras nu med brytpinne 000 mil ledning skadad 0 mil ledning måste ersättas Sydkraft moderniserade 10 mil 004 Operation Gudrun 505 manår på sex veckor Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 3 Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 4

7 Effektöverföring V s,v m konstanta θ 1 -θ V s =V s θ s V m =V m θ m P s =V s V m /X sin(θ s -θ m ) Q s =V s /X-V s V m /X cos(θ s -θ m ) P s P max P max =V s V m /X (θ s -θ m ) max =90 Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 5 Ökad överföringskapacitet P max =V s V m /X Ledarmaterial- och dimension bestämmer I max Grövre eller fler ledare Reducerar X Högre spänning Reaktiv seriekompensering High Voltage Direct Current Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 6 Höj spänningen 750 kv-nät avbröts Högre spänningar har införts 130 kv 0 kv 1936 i Sverige och världen 380 kv 195 i Sverige och världen Justera spänningarna 380 kv blir 400 kv blir 410 kv Starkare nät för kärnkraft 750 kv planerat på 1970-talet Provsträcka norr om Mälaren Drivs idag som x400 kv 380 kv 750 kv 750 kv-stolpe, 004 Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 7 Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 8

8 Dubbla antalet fasledare Reaktiv seriekompensering R jx L jx C Seriereaktans har impedans jx L Inför seriekondensator med -jx C Totalt: jx L jx C <jx L Kortare ledning 50 % kompensation Norrland-Svealand Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 9 Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 30 Transformator Byter spänningsnivå Endast 1- % förluster För enfas och trefas Energiomvandling El till el via magnetisk Järn och koppar Oljefyllda för isolering Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 31 Uppbyggnad transformator Induktion bak- och framlänges MMK-balans Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 3 e 1 e = N 1 N N 1 i 1 = N i i 1 i = N N 1

9 Transformering av impedans Transformatormodell R 1 X 1 X R R m X m N 1 N Ideal transformator Z ' = U ' I ' = N 1 U N = N I N 1 N 1 N Z R1, R lindningsförluster X1, X läckflöden Rm magnetiseringsförluster Xm huvudflöde Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 33 Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 34 Trefastransformator 0 V 380 V 380 V 0 V 110 V 110 V För varje fas Primär- och sekundärlindning samma flöde Y- eller deltakoppling Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 35 Y Delta Sammanfattning Friledning Många faktorer styr stolpdesign Kabel Färre störningar, maxlängd, dyrt att gräva Överföringskapacitet Höj U, sänk X Transformator Ger fritt val av spänning Elenergiteknik G4 - Olof Samuelsson 36