Surge Impedance Loading er en viktig parameter når det gjelder studiet av kraftsystemer, da den brukes for å forutsi maksimal lastekapasiteten til overføringslinjer.
Men før vi forstår SIL, må vi først ha en idé om hva Surge Impedance (Zs) er. Det kan defineres på to måter, én enklere og en litt mer nøyaktig.
Metode 1
Det er et velkjent faktum at lange overføringslinjer (> 250 km) har fordelt induktans og kapasitans som sine innebygde egenskaper. Når linjen er opladet, gir kapasitansen reaktiv effekt til linjen, mens induktansen absorberer reaktiv effekt. Hvis vi nå tar balansen mellom de to reaktive effektene, kommer vi frem til følgende ligning
Kapasitiv VAR = Induktiv VAR
Der,
V = Fase spenning
I = Linje strøm
Xc = Kapasitiv reaktans per fase
XL = Induktiv reaktans per fase
Ved forenkling
Der,
f = Frekvensen i systemet
L = Induktans per enhetslengde av linjen
l = Lengden av linjen
Så får vi,
Denne størrelsen, som har dimensjonene av motstand, er Surge Impedance. Den kan betraktes som en ren motstandsbelastning som, når den kobles til mottakerenden av linjen, vil absorbere all reaktiv effekt generert av kapasitiv reaktans fra induktiv reaktans i linjen.
Det er ikke noe annet enn Karakteristisk Impedans (Zc) til en tapeløs linje.
Metode 2
Fra den nøyaktige løsningen av en lang overføringslinje får vi følgende ligning for spenning og strøm ved et punkt på linjen på en avstand x fra mottakerenden
Der,
Vx og Ix = Spenning og Strøm ved punktet x
VR og IR = Spenning og Strøm ved mottakerenden
Zc = Karakteristisk Impedans
δ = Propagationskonstant
Z = Seriereaktans per enhetslengde per fase
Y = Shuntadmittenans per enhetslengde per fase
Ved å sette verdien av δ i ovennevnte spenningsligning får vi
Der,
Vi observerer at den øyeblikkelige spenningen består av to ledd, hvert av dem er en funksjon av tid og avstand. Dermed representerer de to reisende bølgene. Det første er den positive eksponentielle delen som representerer en bølge som reiser mot mottakerenden og kalles derfor inngående bølge. Mens den andre delen med negativ eksponent representerer reflekterte bølger. Ved ethvert punkt langs linjen, er spenningen summen av begge bølgene. Det samme gjelder for strømbølger også.
Nå, hvis belastningsimpedansen (ZL) velges slik at ZL = Zc, og vi vet
Så
og dermed forsvinner reflekterte bølger. En slik linje kalles en uendelig linje. Den virker for kilden som om linjen ikke hadde noen slutt, fordi den ikke mottar noen reflekterte bølger.
Derfor kalles en slik impedans, som gjør linjen til en uendelig linje, for surge impedans. Den har en verdi på ca. 400 ohm og fasewinkel som varierer fra 0 til –15 grader for overvannslinjer og rundt 40 ohm for underjordiske kabler.
Terminen surge impedans brukes imidlertid i forbindelse med surget på overføringslinjen, som kan være forårsaket av lyn eller skruing, hvor linjetap kan ignoreres slik at
Nå som vi har forstått Surge Impedance, kan vi lett definere Surge Impedance Loading.
SIL defineres som effekten levert av en linje til en rent resistiv belastning med samme verdi som surge impedansen til linjen. Så kan vi skrive
Enheten for SIL er Watt eller MW.
Når linjen termineres med surge impedans, er mottakerendens spenning lik senders endens spenning, og dette tilfellet kalles flat spenningsprofil. Følgende figur viser spenningsprofiler for ulike lastingsforsøk.
Det bør også merkes at surge impedans, og dermed SIL, er uavhengig av linjens lengde. Verdien av surge impedans vil være den samme på alle punkter langs linjen, og dermed også spenningen.
I tilfelle en kompensert linje, vil verdien av surge impedans bli justert etter behov som
Der, Kse = % seriekapasitiv kompensasjon av Cse
KCsh = % shunt-kapasitiv kompensasjon av Csh
Klsh = % shunt-induktiv kompensasjon av Lsh
Ligningen for SIL vil nå bruke den modifiserte Zs.
Erklæring: Respekt original, godartede artikler verdt å dele, ved kränking kontakt for sletting.
