ケーブルの充電電流は？
充電電流は送電線のシャント・キャパシタンスを流れる電流と定義され、地下ケーブルと架空線の両方に存在する。地下ケーブルのシャント・キャパシタンスは、架空送電線の10倍から20倍大きい。架空送電線の場合、直列インダクタンスは地下送電線より2～3倍大きい[1]。
充電電流はケーブルの長さに比例して増加し、電圧レベルによっても増加するため、長いケーブル送電では重要な考慮事項となる。通常、送電電圧が220kV未満の場合は40km以上、220kV以上の場合は20km以上となる[2]。
充電電流の影響は、アクティブ負荷を供給するために、ケーブルのキャパシタンスを補償するために、ソースに注入される電流を大きくする必要があることです。充電電流はケーブルに熱損失を発生させ、長い送電線ではケーブルの熱定格と同程度になることもある。
充電電流の現象と、それが伝送路の最大長に与える制限は、ACケーブルにのみ適用されることに注意されたい。ACケーブルとは対照的に、DCケーブルには充電電流がないため、DC経由の伝送距離は事実上無制限となる。
充電電流方程式
充電電流の式（ACケーブルの場合）は次のように表すことができる：
- C = 単位長さ当たりの静電容量（μF/km）
- ω＝電圧の角周波数（s-1）
- U= 線間実効電圧（相間） (kV)
- L = 長さ（km）
- IC= 充電電流 (A)
- ε = 絶縁体の比誘電率（XLPEでは2.5）
- Di = 断熱材（スクリーンを除く）の外径（mm）
- dC= スクリーンを含む導体の直径(mm)
ケーブルの重要な長さ
ケーブル長が長くなると、充電電流が増加するため、負荷に供給される電流は減少する。充電電流が供給電流と等しくなる長さは臨界長として 定義され、この時点で充電電流がケーブルのすべての熱損失を占める。臨界長の式は以下の通りである：
- LC= クリティカル・レングス（km）
- IS= ソースまたは送信側からの定格供給電流 (A)
- U = 線間実効電圧（相間） (kV)
負荷が受け取る有効電力の計算
地中ラジアルリンクの負荷点で受信される最大送信電力は、電源周波数と電圧、ケーブル長、絶縁体にかかる電圧、およびケーブルの静電容量に依存する[1]。伝送路の長さに基づいて負荷で受ける総活動電力を計算するには、次の式を使用します：
どこでだ：
- PL= 負荷点における有効電力（at
- SG= 電源投入電力（MVA）
- L = 地下リンクの長さ（km）
電源における皮相電力SGは、3相構成と仮定して以下のように計算できる：
どこでだ：
- PL= 負荷点における有効電力（at
- SG= 電源投入電力（MVA）
- L = 地下リンクの長さ（km）
電源における皮相電力SGは、3相構成と仮定して以下のように計算できる：
充電電流の補償
ケーブルの容量性リアクタンスを補正するために、シャント誘導リアクタが挿入される。これは通常、ケーブル経路が長い場合に必要となる。目安としては、伝達可能な有効電力がおよそ15%減少した場合に補償を検討することになります[3]。
リアクトルの定格は、無負荷状態での電圧ディップに対処するケーブルシステムの能力を考慮する必要があると同時に、全負荷状態での充電電流の補償を提供する必要がある。分路リアクトルを一定の間隔で配置することもできるが、この配置はコストがかかることが判明する可能性があるため、最適な性能を得るためには徹底的なシステム分析が必要である。地下ケーブルの無効電力要件をまとめた簡単な式を適用することができる[1]。これらの式は、ケーブル補償のための基本的な指標を提供するだけであり、予備的な電力系統調査に使用されるべきであることに留意すべきである。
インダクタンス値の近似値は、以下に示すような簡単な計算式で求めることができる：
- おそらく、メールに書かれているように、方程式(6)と(7)を削除することになるだろう。
どこで
- Lshunt= シャント・インダクター（H）
- Qcable= ケーブル無効電力 (VAR)
- CT= 全伝送長に渡るケーブル容量の合計 (F)
クリティカル・レングスの検討
例1 - 132kVケーブルと22kVケーブルの両方に531Aを送電
図1は、132kVケーブルと22kVケーブルの比較試験です。各ケーブルは、22 kVの電圧で20.23 MWを供給し、531 Aの電流を流します。高い定格電圧のケーブルを使用することで、静電容量定格が低くなるため、臨界長はさらに長くなります。定格静電容量が低くなるのは、ケーブルの絶縁厚が厚くなるためで、(2)から計算できる。
図1からわかるように、両ケーブルが同じ有効電力を供給している場合、132kVケーブルは928kmまで延長されているのに対し、22kVケーブルはわずか386kmしか延長されていない。386 km地点での132 kVケーブルの有効電力は18.4 MWである。これは、公称供給定格から9％しか減少していないため、設計者が意図した送電長に対して電力効率を改善するために、より高い定格電圧のケーブルを使用することができる。
例2 - 異なるサイズの単心132kVケーブル
図 2 は、300 mm2、630mm2、1200mm2 の 3 種類の大きさの単心 132 kV ケーブルを使用した比較試験である。各回路のケーブルは接触しており、三つ葉型に配置され、地下0.5 mに埋設されている。導体直径が大きくなるにつれて、臨界長は短くなる。絶縁体の厚さはすべてのケーブルで変わりませんが、導体サイズの増加により静電容量は増加します。
例3 - 埋設132kVケーブル、50Hzと60Hzの場合
図3は、両方の回路が132kVの定格で、0.5m埋設され、接触し、断面積300mm2の三つ葉型に配置された、異なるシステム周波数の2つのプロットを示している。60 Hz（緑）のプロットは、50 Hz（青）のプロットよりも臨界長が短い。周波数が高くなるにつれて臨界長は短くなることが(3)からわかります。
参考文献
- CIGRE, "ネットワークにおける新しい地下ケーブルシステムの統合のための一般ガイドライン - 作業部会B1.19", CIGRE, 2004.アクセス日：Sep., 12, 2020.[オンライン]。利用可能: https://e-cigre.org/publication/250-technical-and-environmental-issues-regarding-the-integration-of-a-new-hv-underground-cable-system-in-the-network
- CIGRE, "Implementation of Long AC HV and EHV Cable Systems - Working Group B1.47", CIGRE, 2017.Accessed on：Sep., 14, 2020.[Online].利用可能: https://e-cigre.org/publication/680-implementation-of-long-ac-hv-and-ehv-cable-systems
- CIGRE, "A Guide for Rating Calculations of Insulated Cables - Working Group B1.35", CIGRE, 2015.Accessed on：Sep., 12, 2020.[Online].利用可能 https://e-cigre.org/publication/640-a-guide-for-rating-calculations-of-insulated-cables
- 電気ケーブル-定格電流の計算-第 1-1 部：定格電流の式（100% 負荷率）及び損失の計算-一般，IEC 60287-1-1:2014
- ケーブル高圧ソフトウェア・バージョン4.3（2021）。Electrotechnik.
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