Pourquoi les lignes électriques aériennes à haute tension avec le même potentiel sont-elles isolées?

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Le pôle
Photo n ° 1

La ligne de transmission
Photo n ° 2

Point de connexion agrandi
Photo # 3 - Un zoom de la photo # 1

Point de séparation agrandi
Photo # 4 - Un zoom de la photo # 2

J'ai pris ces photos en voyageant sur une autoroute. Dans chaque groupe de lignes, il y a trois lignes distinctes. Je pense que les trois lignes de chaque groupe ont le même potentiel électrique (sinon, pourraient-elles être si proches les unes des autres?).

Pourquoi les trois lignes de chaque groupe sont-elles isolées les unes des autres?
Y a-t-il une raison électrique à cela?

high-voltage isolation

— hkBattousai
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Pourquoi les trois lignes de chaque groupe sont-elles isolées les unes des autres?
Y a-t-il une raison électrique à cela?

L'impédance, le facteur de puissance, la décharge corona et les effets de perte résistive sont améliorés en espaçant un certain nombre de conducteurs pour former un seul conducteur efficace plus grand.
La combinaison de plusieurs fils de cette manière est généralement appelée "faisceau".

Notes sur Wikipédia

Les conducteurs en faisceau sont utilisés pour réduire les pertes corona et le bruit audible.

Les conducteurs en faisceau sont constitués de plusieurs câbles conducteurs reliés par des entretoises non conductrices *.

Pour les lignes à 220 kV, des faisceaux à deux conducteurs sont généralement utilisés,
pour les lignes à 380 kV généralement trois ou même quatre.
American Electric Power [4] construit des lignes de 765 kV en utilisant six conducteurs par phase dans un faisceau.
Les entretoises doivent résister aux forces dues au vent et aux forces magnétiques lors d'un court-circuit.

Les conducteurs en faisceau sont utilisés pour augmenter la quantité de courant qui peut être transportée dans une ligne.
En raison de l'effet de peau, l'ampacité des conducteurs n'est pas proportionnelle à la section, pour les plus grandes tailles.
Par conséquent, les conducteurs en faisceau peuvent transporter plus de courant pour un poids donné.

Un conducteur en faisceau entraîne une réactance inférieure à celle d'un conducteur unique. Il réduit la perte de décharge corona à très haute tension (EHV) et les interférences avec les systèmes de communication.
Il réduit également le gradient de tension dans cette plage de tension.

Comme inconvénient, les conducteurs de faisceau ont une charge de vent plus élevée.

* Entretoises isolées / non isolées: Notez que la référence ci-dessus indique "entretoises non conductrices". En fait, certains le sont et d'autres non. Il n'y a aucun gain évident à isoler entre les fils, bien qu'une entretoise conductrice transporte probablement du courant avec le potentiel de pertes supplémentaires au niveau des joints de serrage. Bien que le potentiel de tous les fils d'un faisceau soit nominalement identique, l'ampleur des champs produits et les déséquilibres dus à la ligne, à la terre et à la tour de ligne signifient qu'il y aura des différences de tension - probablement faibles mais plus importantes que possible être intuitivement évident. De nombreux espaceurs utilisent des bagues en élastomère aux points de support des fils - visant principalement à amortir les oscillations éoliennes dans les fils. Comme les différences de tension sont faibles, ces bagues peuvent fournir une isolation fonctionnelle.

Bonne discussion ici

Résumé de leurs commentaires:

Les conducteurs groupés sont principalement utilisés pour réduire la perte corona et les interférences radio. Cependant, ils présentent plusieurs avantages:
Les conducteurs groupés par phase réduisent le gradient de tension au voisinage de la ligne. Réduit ainsi la possibilité de décharge corona.
Amélioration de l'efficacité de transmission car la perte due à l'effet corona est contrée. Les lignes conductrices groupées auront une capacité au neutre plus élevée que les lignes simples. Ainsi, ils auront des courants de charge plus élevés, ce qui contribue à améliorer le facteur de puissance.
Les lignes conductrices groupées auront une capacité plus élevée et une inductance plus faible que les lignes ordinaires, elles auront une charge d'impédance de surtension plus élevée (Z = (L / C) 1/2). Une charge d'impédance de surtension (SIL) plus élevée aura une capacité de transfert de puissance maximale plus élevée.
Avec l'augmentation de l'inductance GMD ou GMR par phase, elle sera réduite par rapport à une ligne à conducteur unique. Il en résulte une réactance moindre par phase par rapport à une ligne simple ordinaire. D'où une moindre perte due à la baisse de réactance.

entrez la description de l'image ici

Un cas extrême: {d'ici}

entrez la description de l'image ici

Joli jouet de calcul. Power_lineparam ici, y compris les effets des bundles.

La fonction power_lineparam calcule les matrices de résistance, d'inductance et de capacité d'un arrangement arbitraire de conducteurs d'une ligne de transmission aérienne. Pour une ligne triphasée, les valeurs de composante symétrique RLC sont également calculées.

entrez la description de l'image ici

3 :

— Russell McMahon
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Qui a rejeté cette réponse ??

— Rocketmagnet

3

@Russell: Vous dites qu'une entretoise conductrice pourrait transporter du courant, et donc des pertes supplémentaires aux points de serrage. Celles-ci seraient plus que compensées par les pertes non subies dans le câble que le courant n'utilise pas alors. L'ajout de conducteurs ne peut que réduire la résistance totale, ce qui réduit les pertes globales. Votre déclaration soulève cependant une autre raison possible, à savoir que les entretoises et leurs pinces ne sont pas équipées pour faire face au courant qui pourrait se produire si les choses se déséquilibraient un peu, provoquant un échauffement local et peut-être de la corrosion. Certes, deviner.

— Olin Lathrop

2

Un ami qui travaille sur les réseaux HT m'a assuré que ces entretoises sont normalement appelées amortisseurs d'espacement et que leur fonction principale est mécanique plutôt qu'électrique. Ils ne sont cependant pas divisés en isolants et non isolants - il n'en a jamais vu un qui soit véritablement isolé électriquement, juste ceux qui ont des bagues en néoprène.

— Cybergibbons

@Cybergibbons: Même si l'on s'efforçait d'utiliser des entretoises isolantes, le potentiel maximal qui pourrait exister entre les fils d'un faisceau sans que quelque chose ne se forme en arc serait assez limité. Je m'attendrais à ce qu'une conception d'espaceur ne se soucie pas de prévenir la rupture diélectrique, mais plutôt de garantir que les courants intra-conducteurs qui s'écoulent puissent le faire sans causer de dommages. S'il y avait deux conducteurs A et B dans un faisceau et qu'un espaceur les divisait en segments A1, B1, A2, B2 et si les variations de matériau font que la résistance de A1 dépasse B1 et B2 dépasse A2 ...

— supercat

... cela impliquerait que si l'entretoise avait une résistance nulle, le courant la traverserait, et si elle avait une résistance non nulle, un potentiel existerait à travers elle. Dans quelle mesure les conducteurs d'un faisceau sont-ils parfaitement uniformes?

— supercat

6

En fait, ils sont connectés les uns aux autres. Le but de la chose sur la photo 4 est de maintenir l'espacement mécanique souhaité entre les lignes, pas d'isoler.

La raison de 3 lignes ensemble est pour une capacité de courant plus élevée et pour diminuer les pertes corona.

Vous pouvez rendre le câble plus épais pour obtenir une capacité de courant plus élevée, mais en raison de l'effet de peau, vous obtenez des retours par rapport à la racine carrée de la quantité de métal utilisé, non linéaire avec la quantité de métal. Les câbles épais sont également difficiles à manipuler. Trois câbles plus petits ont moins d'effet de peau par rapport à la quantité de métal utilisée.

L'autre raison est d'éviter une intensité de champ électrique élevée dans l'air. Pensez à un seul câble mince à haute tension. La force du champ électrique immédiatement autour du câble serait très élevée. Cela descend avec le diamètre du câble. Les trois câbles maintenus à la bonne séparation mécanique (d'où l'entretoise de la photo 4) ressemblent à un câble très épais vers l'extérieur à des fins de champ électrique. La raison pour limiter le champ électrique est que l'air se décompose à une certaine intensité de champ. Cela l'amène à conduire un peu et à s'ioniser, ce qui prend de l'énergie, ce qui est une perte du point de vue d'essayer de transmettre de l'énergie d'un endroit à un autre. Parfois, vous pouvez entendre les lignes électriques crépiter, surtout à une humidité élevée. Cela est dû à un peu de cela. Certaines pertes sont acceptables car elles coûtent globalement moins cher qu'une structure plus chère pour les éviter. Les compagnies d'électricité jonglent très soigneusement avec ces compromis, car il y a beaucoup d'argent en jeu.

— Olin Lathrop
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1

Les conducteurs individuels d'un faisceau sont isolés sur une travée - les espaceurs sont des isolants. Cela fournit des effets d'impédance qui n'existeraient pas si une entretoise conductrice était utilisée.

— Russell McMahon

@Russell: Êtes-vous vraiment sûr de cela? Sur votre première photo en particulier, l'entretoise semble être en métal. Dans le second, le disque pourrait être en céramique, c'est supposé. Avez-vous déjà vu l'un de ces entretoises de près? De plus, quels effets d'impédance? Si tout est correctement équilibré, il ne devrait de toute façon pas y avoir de courant dans les entretoises.

— Olin Lathrop

Olin - L'isolation semble se produire souvent et peut avoir des effets positifs, mais ce n'est pas un facteur majeur. Voir ajouté "Entretoises isolées / non isolées:" dans ma réponse.

— Russell McMahon

4

$\sqrt{3}$

Une autre raison est probablement mécanique. Je suppose qu'ils servent également à protéger les câbles contre les chocs en raison des rafales de vent.

Ils ont la même tension.

— Stevenvh
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Les conducteurs individuels d'un faisceau sont isolés sur une travée - les espaceurs sont des isolants. Cela fournit des effets d'impédance qui n'existeraient pas si une entretoise conductrice était utilisée. || Votre commentaire sur sqrt (3) est correct mais l'effet sur l'effet de peau est un peu plus complexe car la profondeur de peau peut être importante et ainsi modifier le rapport relatif des zones de transport actuelles par rapport au rapport des zones de matériau conducteur.

— Russell McMahon

\sqrt{3}

$\sqrt{3}$

@stevenvh - Réessayez. Si nous avons 3 petits conducteurs dia = d et un grand un D et 3.d ^ 2 = D ^ 2 alors SI la profondeur de peau est petite par rapport à d, alors la profondeur de peau x circonférence = zone de transport. MAIS si la profondeur de la peau n'est pas petite par rapport au diamètre, le "bas" ou l'intérieur de la "couche de peau" commencera à interférer avec lui-même à l'approche du centre du fil, de sorte que les 3 petits fils auront une surface de peau moins efficace que le grand fil. Peu importe :-)

— Russell McMahon

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Cette discussion me ramène à la théorie de l'antenne EE au collège et à la discussion sur «l'effet de peau» du conducteur A / C. Si vous regardez des photos d'antennes filaires au tout début de la technologie sans fil, vous les verrez souvent constituées de "faisceaux" également, qui ont servi à abaisser le "Q" de l'antenne et à augmenter sa bande passante (vu comment l'étincelle les émetteurs préféraient utiliser autant de spectre électromagnétique que possible - pensez aux soudeurs à l'arc).

— Joe Snyder
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