Surge Impedance Loading is een zeer belangrijke parameter bij het bestuderen van elektriciteitsnetwerken, omdat het wordt gebruikt om de maximale belastingscapaciteit van transmissielijnen te voorspellen.
Echter, voordat we SIL begrijpen, moeten we eerst een idee hebben van wat Surge Impedance (Zs) is. Het kan op twee manieren worden gedefinieerd, een eenvoudige en een meer gedetailleerde.
Methode 1
Het is algemeen bekend dat lange transmissielijnen (> 250 km) verdeelde inductie en capacitance als inherent kenmerk hebben. Wanneer de lijn wordt opgeladen, levert de capacitaire component reactieve vermogen aan de lijn, terwijl de inductieve component het reactieve vermogen absorbeert. Als we nu het evenwicht tussen de twee reactieve vermogens nemen, komen we tot de volgende vergelijking
Capacitieve VAR = Inductieve VAR
Waarbij,
V = Fase spanning
I = Lijnstroom
Xc = Capacitaire reactantie per fase
XL = Inductieve reactantie per fase
Bij vereenvoudigen
Waarbij,
f = Frequentie van het systeem
L = Inductie per lengteenheid van de lijn
l = Lengte van de lijn
Dus krijgen we,
Deze hoeveelheid met de dimensies van weerstand is de Surge Impedance. Het kan worden beschouwd als een puur resistieve belasting die, wanneer deze aan het ontvangende einde van de lijn wordt aangesloten, het reactieve vermogen dat door de capacitaire reactantie wordt gegenereerd, volledig zal absorberen door de inductieve reactantie van de lijn.
Het is niets anders dan de Karakteristieke Impedantie (Zc) van een verliesloze lijn.
Methode 2
Uit de grondige oplossing voor een lange transmissielijn krijgen we de volgende vergelijking voor spanning en stroom op elk punt op de lijn op een afstand x van het ontvangende einde
Waarbij,
Vx en Ix = Spanning en stroom op punt x
VR en IR = Spanning en stroom op het ontvangende einde
Zc = Karakteristieke impedantie
δ = Propagatieconstante
Z = Serie impedantie per lengteeenheid per fase
Y = Shunt toevoegbaarheid per lengteeenheid per fase
Door de waarde van δ in de bovenstaande vergelijking voor spanning in te vullen, krijgen we
Waarbij,
We observeren dat de instantane spanning uit twee termen bestaat, elk waarvan een functie is van tijd en afstand. Dus vertegenwoordigen ze twee reizende golven. De eerste is het positieve exponentiële deel dat een golf vertegenwoordigt die naar het ontvangende einde reist en wordt daarom de incidentele golf genoemd. Terwijl het andere deel met negatief exponent de reflectiegolf vertegenwoordigt. Op elk punt langs de lijn is de spanning de som van beide golven. Hetzelfde geldt ook voor stroomgolven.
Nu, als de belastingsimpedantie (ZL) zo wordt gekozen dat ZL = Zc, en we weten
Dus
en dus verdwijnt de reflectiegolf. Zo'n lijn wordt een oneindige lijn genoemd. Het lijkt voor de bron alsof de lijn geen einde heeft, omdat er geen reflectiegolf wordt ontvangen.
Dus zo'n impedantie die de lijn als oneindige lijn maakt, wordt surge impedantie genoemd. Het heeft een waarde van ongeveer 400 ohm en een fasewinkel die varieert van 0 tot –15 graden voor bovengrondse lijnen en ongeveer 40 ohm voor ondergrondse kabels.
De term surge impedantie wordt echter gebruikt in verband met surges op de transmissielijn die kunnen worden veroorzaakt door bliksem of schakelen, waarbij de lijnverliezen kunnen worden genegeerd, zodat
Nu we surge impedantie hebben begrepen, kunnen we gemakkelijk Surge Impedance Loading definiëren.
SIL wordt gedefinieerd als het vermogen dat door een lijn wordt geleverd aan een puur resistieve belasting die gelijk is aan de surge impedantie van die lijn. Dus kunnen we schrijven
De eenheid van SIL is Watt of MW.
Als de lijn wordt beëindigd door de surge impedantie, is de spanning aan het ontvangende einde gelijk aan de spanning aan het verzendende einde en dit wordt een plat voltageprofiel genoemd. De volgende figuur toont het voltageprofiel voor verschillende belastingsgevallen.
Het moet ook worden opgemerkt dat surge impedantie en dus SIL onafhankelijk is van de lengte van de lijn. De waarde van de surge impedantie zal hetzelfde zijn op alle punten op de lijn en dus ook de spanning.
In het geval van een gecompenseerde lijn, zal de waarde van de surge impedantie dienovereenkomstig worden aangepast als
Waarbij, Kse = % van serie capacitieve compensatie door Cse
KCsh = % van shunt capacitieve compensatie door Csh
Klsh = % van shunt inductieve compensatie door Lsh
De vergelijking voor SIL zal nu de aangepaste Zs gebruiken.
Verklaring: Respecteer het oorspronkelijke, goede artikelen zijn de moede gedeeld, indien er een inbreuk is wordt gecontacteerd om te verwijderen.
