Linie przesyłowe

Linia przesyłowa pełni kluczową funkcję transportu energii elektrycznej od stacji wytwarzających do różnych jednostek dystrybucyjnych. Efektywnie przesyła fale napięcia i prądu z jednego końca na drugi. Strukturalnie linia przesyłowa składa się z przewodnika, który utrzymuje stałe przekrój poprzeczny wzdłuż całej długości. Tymczasem powietrze funkcjonuje jako izolator lub środek dielektryczny znajdujący się między przewodnikami, odgrywając kluczową rolę w zapobieganiu przeciekowi elektrycznemu i zapewnianiu bezpiecznej i efektywnej transmisji energii elektrycznej.

Ze względów bezpieczeństwa między linią przesyłową a ziemią utrzymywana jest znaczna odległość. W celu podtrzymywania przewodników linii przesyłowej wykorzystywane są wieże elektryczne. Te wieże są budowane z żelaza, aby nadać przewodnikom wysoką wytrzymałość i stabilność, zapewniając niezawodną transmisję energii. W przypadku transmisji wysokiego napięcia na duże odległości często wykorzystywany jest prąd stały o wysokim napięciu (HVDC) w liniach przesyłowych ze względu na jego unikalne zalety w minimalizacji strat mocy i poprawie efektywności transmisji.

Parametry linii przesyłowej

Wydajność linii przesyłowej zależy od jej wewnętrznych parametrów. Linia przesyłowa ma głównie cztery kluczowe parametry: opór, indukcyjność, pojemność i przewodzenie szeregowe. Te parametry są równomiernie rozłożone wzdłuż całej długości linii, dlatego też nazywane są parametrami rozłożonymi linii przesyłowej. Każdy z tych parametrów odgrywa kluczową rolę w określeniu sposobu transmisji sygnałów elektrycznych i mocy, wpływając na takie aspekty jak straty mocy, spadek napięcia i integralność sygnału.

Indukcyjność i opór tworzą impedancję szeregową, podczas gdy pojemność i przewodzenie razem tworzą admitytance szeregowy. Poniżej niektóre kluczowe parametry linii przesyłowej są szczegółowo wyjaśnione:

Indukcyjność linii

Gdy prąd płynie przez linię przesyłową, indukuje on strumień magnetyczny. Gdy prąd w linii przesyłowej ulega wahaniom, strumień magnetyczny również odpowiednio się zmienia. Ta zmiana strumienia magnetycznego prowadzi do indukcji siły elektromotorycznej (emf) w obwodzie. Wielkość indukowanej emf jest bezpośrednio proporcjonalna do tempa zmiany strumienia magnetycznego. Wygenerowana emf w linii przesyłowej przeciwstawia się przepływowi prądu przez przewodnik, a ta cecha jest znana jako indukcyjność linii.

Pojemność linii

W liniach przesyłowych powietrze pełni rolę środka dielektrycznego. Ten materiał dielektryczny skutecznie tworzy kondensator między przewodnikami, co pozwala na przechowywanie energii elektrycznej, zwiększając tym samym pojemność linii. Pojemność przewodnika definiuje się jako stosunek ładunku do różnicy potencjałów na nim.

W krótkich liniach przesyłowych wpływ pojemności można często uznać za zaniedbywalny. Jednak w długodystansowej transmisji staje się to jeden z najważniejszych parametrów. Znacząco wpływa na różne aspekty systemu elektrycznego, w tym jego wydajność, regulację napięcia, współczynnik mocy i ogólną stabilność.

Przewodzenie szeregowe

Powietrze działa jako środek dielektryczny między przewodnikami w linii przesyłowej. Gdy do przewodników zastosowany jest napęd zmienny, z powodu niedoskonałości dielektryka, pewna ilość prądu płynie przez środek dielektryczny. Ten prąd nazywany jest prądem przeciekającym. Wielkość prądu przeciekającego zależy od warunków atmosferycznych i środowiskowych, takich jak wilgotność i osady powierzchniowe. Przewodzenie szeregowe definiuje się jako przepływ tego prądu przeciekającego między przewodnikami. Jest ono równomiernie rozłożone wzdłuż całej długości linii, reprezentowane symbolem "Y", i mierzone w Siemensach.

Wydajność linii przesyłowych

Koncepcja wydajności linii przesyłowych obejmuje obliczenia różnych parametrów, w tym napięcia na początku, prądu na początku, współczynnika mocy na początku, strat mocy w liniach, wydajności transmisji, regulacji napięcia, a także granic przepływu mocy zarówno w stanach ustalonych, jak i przejściowych. Te obliczenia wydajności odgrywają kluczową rolę w planowaniu systemów elektrycznych. Poniżej omówiono niektóre kluczowe parametry:

Regulacja napięcia

Regulacja napięcia definiuje się jako różnica w wielkości napięcia między początkiem i końcem linii przesyłowej.

Ważne punkty

Admitytance to kluczowy parametr elektryczny, który mierzy zdolność obwodu elektrycznego, a szczególnie wydajność linii przesyłowej, do umożliwienia swobodnego przepływu prądu zmiennego (AC). Jego jednostką w układzie SI jest Siemens, a najczęściej oznaczany jest symbolem "Y". W istocie, wyższa wartość admitytance oznacza, że obwód lub linia przesyłowa oferuje mniejsze opory dla przepływu AC, umożliwiając mu swobodniejsze przepływanie.

Z kolei impedancja jest odwrotnością admitytance. Mierzy całkowite opory, jakie linia przesyłowa przedstawia dla przepływu AC. Gdy AC przepływa przez linię przesyłową, impedancja uwzględnia łączone efekty oporu, indukcyjności i kapacytancji, które wspólnie tworzą przeszkodę dla przepływu prądu. Impedancja mierzona jest w ohmach i reprezentowana symbolem "Z". Wyższa wartość impedancji oznacza większe trudności dla przepływu AC przez linię, co prowadzi do obniżenia poziomu prądu i potencjalnych strat mocy.