Навантаження від стрибка імпедансу є дуже важливим параметром при вивченні систем електропостачання, оскільки використовується для прогнозування максимальної пропускної здатності ліній передачі електроенергії.
Проте, перед тим як зрозуміти SIL, спочатку потрібно мати уявлення про те, що таке стрибок імпедансу (Zs). Його можна визначити двома способами: один простіший, а інший більш складний.
Метод 1
Відомо, що довгі лінії передачі електроенергії (> 250 км) мають розподілену індуктивність та емпітність як власну властивість. Коли лінія заряджена, емпітнісна компонента підсилює реактивну потужність до лінії, а індуктивна компонента поглинає реактивну потужність. Тепер, якщо ми врахуємо баланс обох реактивних потужностей, то отримаємо наступне рівняння
Емпітнісна ВАР = Індуктивна ВАР
Де,
V = Фазова напруга
I = Струм лінії
Xc = Емпітнісна реактанція на фазу
XL = Індуктивна реактанція на фазу
Після спрощення
Де,
f = Частота системи
L = Індуктивність на одиницю довжини лінії
l = Довжина лінії
Отже, ми отримуємо,
Ця величина, яка має розмірність опору, є стрибком імпедансу. Її можна розглядати як чисто опорне навантаження, яке, коли підключено до приймаючого кінця лінії, повністю поглине реактивну потужність, генеровану емпітнісною реактанцією лінії.
Це ніщо інше, як характеристичний імпеданс (Zc) беззагубної лінії.
Метод 2
З рішення для довгої лінії передачі електроенергії ми отримуємо наступне рівняння для напруги та струму в будь-якій точці лінії на відстані x від приймаючого кінця
Де,
Vx та Ix = Напруга та струм в точці x
VR та IR = Напруга та струм на приймаючому кінці
Zc = Характеристичний імпеданс
δ = Константа поширення
Z = Серійний імпеданс на одиницю довжини на фазу
Y = Побічна провідність на одиницю довжини на фазу
Після підстановки значення δ в рівняння напруги ми отримуємо
Де,
Ми спостерігаємо, що миттєва напруга складається з двох членів, кожен з яких є функцією часу та відстані. Таким чином, вони представляють два хвильові процеси. Перший — це позитивна експоненціальна частина, яка представляє хвилю, що рухається до приймаючого кінця, і тому називається інцидентною хвилею. Другий — це частина з негативною експонентою, яка представляє відбиту хвилю. У будь-якій точці вздовж лінії, напруга є сумою обох хвиль. Те саме справедливо і для струмів.
Тепер, якщо припустити, що опір навантаження (ZL) обрано таким чином, що ZL = Zc, і ми знаємо
Отже
і, отже, відбита хвиля зникає. Така лінія називається нескінченною. Вона здається джерелу, що лінія не має кінця, оскільки не отримує відбитих хвиль.
Отже, такий імпеданс, який перетворює лінію на нескінченну, називається стрибковим імпедансом. Його значення становить близько 400 ом, а фазовий кут варіюється від 0 до –15 градусів для надземних ліній, і близько 40 ом для підземних кабелей.
Термін "стрибковий імпеданс" використовується в зв'язку зі стрибками на лінії передачі електроенергії, які можуть бути викликані блискавками або комутацією, де втрати на лінії можна знехтувати, так що
Тепер, коли ми зрозуміли, що таке стрибковий імпеданс, ми можемо легко визначити навантаження від стрибка імпедансу.
SIL визначається як потужність, яку лінія доставляє до чисто опорного навантаження, рівного за значенням стрибковому імпедансу цієї лінії. Отже, ми можемо записати
Одиниця SIL — ватт або МВт.
Коли лінія завершується стрибковим імпедансом, напруга на приймаючому кінці дорівнює напрузі на відправному кінці, і цей випадок називається плоским профілем напруги. Наступний малюнок показує профіль напруги для різних випадків навантаження.
Також слід звернути увагу, що стрибковий імпеданс і, отже, SIL незалежні від довжини лінії. Значення стрибкового імпедансу буде однаковим в усіх точках лінії, і, отже, напруга.
У випадку компенсованої лінії, значення стрибкового імпедансу буде відповідно змінено як
Де, Kse = % серійної капацитивної компенсації Cse
KCsh = % побічної капацитивної компенсації Csh
Klsh = % побічної індуктивної компенсації Lsh
