Pourquoi un câble d'alimentation aurait-il besoin d'un blindage en fil de cuivre?


10

Aujourd'hui, j'ai été témoin de l'enfouissement d'un câble d'alimentation de 10 kilovolts dans le sol. J'ai noté la marque du câble et l'ai recherchée sur Google. La description est plutôt intéressante. Il s'agit d'un câble à conducteur unique - il en faut trois pour une ligne triphasée. La spécification (c'est en russe, donc je risque de mal faire la traduction) répertorie les composants suivants:

  • un jeu de fils d'aluminium d'une section totale de 240 millimètres carrés
  • plusieurs couches de plastique entourant cet ensemble de fils
  • une "couche de séparation" en "ruban conducteur bloquant l'eau"
  • un blindage de fils de cuivre d'une section totale d'au moins 25 millimètres carrés
  • une "couche de séparation"
  • une couche de plastique de plus

Maintenant, je comprends qu'à 10 kilovolts, l'isolation n'est pas anodine - une couche de ruban adhésif ne fera pas l'affaire et cela explique pourquoi il y a tant de couches de plastique. De plus, le câble ne doit pas être insignifiant à endommager, il y a donc besoin de la couche extérieure.

Mais quelle est la raison du blindage du fil de cuivre? A quoi est-ce que ça sert?

Réponses:


20

TLDR: Shield exclut les pertes diélectriques et uniformise la contrainte sur le diélectrique intérieur.

Real EE stuff ci-dessous:

Pas d'accord avec les réponses ci-dessus (ci-dessous) sur l'aspect sécurité. Non, ce n'est pas pour la sécurité. L'aspect dominant de la distribution d'énergie est les pertes. Le fait d'avoir un champ électrique alternatif contenu dans un espace prévisible empêchera les diélectriques et les conducteurs avec perte de participer à la dissipation d'énergie (argent).

Si le câble n'est pas blindé, alors pour 3 de cette ligne triphasée, l'air environnant, le béton et le sol feront partie de la ligne, agissant comme diélectrique avec perte dans un condensateur 100 microfarad AC étiré sur plusieurs kilomètres et ayant des pertes diélectriques massives.

Dans les cas extrêmes, un objet conducteur pointu à côté du câble focalisera les lignes de gradient potentielles et le diélectrique peirce. Le bouclier supprime complètement ce type de stress. La même contrainte pour le champ le plus proche du conducteur central est exclue en utilisant une couche semi-conductrice.

Le mystère est pourquoi est-ce un cuivre. Peut-être, si l'on fait le calcul, l'aluminium ou le fer ne seront pas aussi efficaces pour le même aspect (immunité aux pertes diélectriques).

Creuser plus loin: Si le blindage n'est pas suffisamment conducteur, la chute de tension ohmique au blindage au point éloigné de la ligne (induite par un transformateur coaxial zéro tour + une ligne comme condensateur) peut atteindre des centaines de volts et provoquer d'autres problèmes. Ici, la sécurité et les pertes sont en partie mieux couvertes de cuivre que d'aluminium.

Et peut-être que le blindage doit également être mis à la terre et interconnecté pour 3 câbles en quelques points médians pour les mêmes "raisons de perte" afin de réduire le courant induit et de raccourcir le chemin du courant shiled car la trigonométrie triphasée donne un tel avantage (avantage à créer terrain flottant virtuel à mi-chemin sur une longue ligne ou juste un terrain réel).

Autre observation: s'il s'agit d'un client russe à Moscou, alors il y a probablement un espace très limité pour les transformateurs de puissance en ville, donc un tel câble est économiquement raisonnable, lorsqu'il est nécessaire de fournir une tension relativement basse avec un courant très élevé à partir des parcelles avec moins de terrain coût à des parcelles de terrain très chères.

À propos du câble coaxial à rayon de braquage nul: un générateur de centrale électrique en Ukraine a des sorties 50KV / 10KA blindées avec un tube en cuivre massif, ouvertes à une extrémité et mises à la terre sur le châssis du générateur. À l'extrémité ouverte, la tension est d'environ 500 V. Le courant alternatif du tube est inconnu, mais peut être proche de zéro ou de quelques ampères. Si ce n'est pas pour ce tube, un courant beaucoup plus élevé induit par un condensateur triphasé ouvert pourrait traverser les tiges de fer à l'intérieur des murs du bâtiment, les pertes D / E chaufferont également les murs en béton et feront tout fondre.


J'ai toujours lu que les générateurs ne produisent que des tensions plutôt basses - quelque chose comme plusieurs centaines de volts, donc je suis plutôt surpris que vous mentionniez un générateur de 50KV.
sharppt

@sharptooth: Je pense que les générateurs de centrales électriques (type 400 MW) sont généralement de 11kV ou 17kV. Ne me citez pas là-dessus, mais certainement beaucoup plus que "plusieurs centaines de volts".
Li-aung Yip

8

Non, ce n'est pas du tout trivial, les câbles enterrés haute tension sont hautement conçus et coûtent jusqu'à 100 € le mètre. Par rapport aux câbles aériens haute tension (> 10kV) qui sont généralement nus (pas d'isolation du tout).

Le câblage normalement haute tension comprendra:

  1. Le conducteur (cuivre / aluminium)
  2. Une fine couche isolante.
  3. Une couche semi-conductrice épaisse qui est conçue pour conduire en cas de surtension.
  4. Une fine couche isolante.
  5. Un bouclier conducteur.
  6. Matériau beaucoup plus isolant.

C'est un câble 20kV, la photo est prise depuis mon téléphone mais vous avez l'idée. Diamètre environ 5cm. entrez la description de l'image ici

La cause principale du blindage conducteur est un mécanisme de retour en cas de défaut:

  1. Dans le cas d'un défaut de surtension, le blindage semi-conducteur fera passer le courant du conducteur au blindage conducteur qui est mis à la terre.
  2. Dans le cas d'une coupure accidentelle de la ligne par des engins de terrassement, le blindage conducteur devrait (en théorie) toucher le conducteur avant les engins et fournir un chemin moins résistif vers la terre.

En fait, nous utilisons le courant à travers le blindage pour tester les défauts de surtension. Si des capteurs de courant au point de mise à la terre détectent un courant, ils déclenchent automatiquement des mesures de sécurité. Par exemple, si un transformateur utilisé pour injecter de l'énergie sur le réseau reçoit une surtension à l'entrée (basse tension), la sortie sera également surtendue. La détection d'un courant de fuite à travers le blindage ouvrira le disjoncteur à l'extrémité haute tension.

Je suis sûr qu'il existe plusieurs autres utilisations telles que la protection mécanique de la couche semi-conductrice, etc.


La détection des dommages aux câbles est la principale raison que je connaisse. (Le câble écrasé -> l'écran en fil de cuivre touchera le conducteur de phase -> le défaut phase-terre -> la protection contre les défauts à la terre fonctionne.)
Li-aung Yip

4

Le blindage en cuivre doit fournir un chemin de retour connu en cas de panne de câble où le câble est coupé. Mais ce n'est pas pour protéger la personne qui le coupe; il s'agit de réduire les problèmes de "potentiel de contact" lorsque le courant sort des fils d'aluminium et trouvera le chemin le plus simple vers la terre qui induit des tensions potentiellement dangereuses partout où il circule. Voir Augmentation du potentiel terrestre .


@ FedericoRusso, et votre déclaration est? Expliquez le problème que vous rencontrez, partagez quelques liens expliquant pourquoi vous savez qu'il y a un problème, ou dites simplement que vous souhaitez des références car cela n'est pas conforme à votre propre expérience.
Kortuk

2
@Kortuk: IMO ! Si c'est censé être un chemin de retour, il doit y avoir une connexion, ce que la coupure ne garantit pas. Le soi-disant chemin de retour peut transporter beaucoup moins de courant et pourrait / pourrait provoquer une chute de tension dangereuse. OMI, il n'offre aucune sécurité.
Federico Russo

1
@Federico, La déclaration non crédible sans un texte substantiel est une critique non constructive. Essayez simplement de faire savoir à l'utilisateur quel est le problème ou dites que vous souhaitez des liens, le simple fait de dire à quelqu'un qu'il n'est pas crédible est une chose relativement négative à lire pour l'utilisateur.
Kortuk

1
@Kortuk: Je peux comprendre que nous sommes gentils les uns avec les autres, mais cela ne signifie pas que nous sommes tous oui, n'est-ce pas? Eh bien, j'espère que non. Si quelqu'un donne une réponse, j'aimerais avoir le droit de dire que je ne crois pas que ce soit correct. Dites que vous prenez un verre avec un ami. Raconte-lui une histoire. Il dit qu'il ne vous croit pas. Sortez-vous de lui ???
Federico Russo

@Federico, c'est à ça que sert un downvote. Laissez un commentaire si vous souhaitez laisser une critique constructive.
Kortuk
En utilisant notre site, vous reconnaissez avoir lu et compris notre politique liée aux cookies et notre politique de confidentialité.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.