Pourquoi les câbles souterrains «nécessitent-ils un degré plus élevé de compensation de puissance réactive» que les lignes aériennes?

Je lisais une feuille de vantardise pour les transformateurs géants d'une certaine entreprise, et je suis tombé sur cette phrase:

De plus, dans certaines régions, les lignes aériennes existantes sont remplacées par des câbles souterrains, qui nécessitent un degré plus élevé de compensation de la puissance réactive .

Pourquoi est-ce?

Réponse courte: le câble souterrain (U / G) utilise un blindage coaxial avec mise à la terre.

C'est donc le PE blanc (polyéthylène) qui augmente la capacité souterraine car il sépare le noyau central et la gaine de masse de la tresse de cuivre et non la proximité des lignes de phase (bien que cela ait un certain effet).

Ci-dessous est juste un exemple monophasé.

La conception des câbles de distribution d'énergie s'est améliorée au fil des décennies et ils ont maintenant une expérience historique sur ce qui fonctionne le mieux.

Ils utilisent un noyau en acier plaqué de conducteur non coaxial avec / sans revêtement isolant. Cela rend la capacité de la ligne électrique négligeable par rapport au câble coaxial utilisé pour U / G car la ligne d'isolation à la terre est de plusieurs ordres de grandeur plus élevée dans le câble coaxial.

L'unité ABB en question a une plage dynamique supérieure pour gérer la large gamme de correction du facteur de puissance d'impédance réactive des câbles qui peuvent inclure des câbles coaxiaux U / G O / H et XLPE.

• Les réacteurs shunt sont utilisés pour compenser la capacité de shunt de ligne sous une charge légère ou sans charge pour réguler la tension.
• Les condensateurs série sont souvent utilisés pour compenser la réactance inductive de la ligne afin de transférer plus de puissance et augmenter la stabilité du réseau

Câble aérien (triaxial) non gainé

• chaque faisceau de 3 fils transporte la même tension pour réduire les effets d'arc et de vent.

Câble sous gaine souterrain (et parfois aérien) (câble XLPE blindé)

Câble haute tension blindé Cross Link toujours utilisé pour les lignes électriques souterraines.

Contexte technique

La capacité d'une ligne de transmission monophasée est donnée par le rapport de séparation et de rayon effectif.

$C=\dfrac{2πε}{ln(\frac{D}{r})}$

Les lignes O / H bénéficient d'un espacement de 2, 3 ou 4 conducteurs très éloignés pour une résistance accrue contre le vent et des effets de claquage accrus dus à un rayon de divergence de champ E réduit. Cela abaisse L et augmente légèrement C, mais les valeurs C / km sont toujours très faibles comparez le C / km élevé du câble coaxial U / G en raison du petit écart r du conducteur central à la gaine coaxiale.

Vous trouverez ci-dessous le modèle de télégraphe de toutes les lignes de transmission, y compris Ethernet, télévision par câble, lignes téléphoniques et lignes d'alimentation CA ou CC. (sauf que la fuite shunt R est négligée ici)

La résistance à DC n'est pas la même que l'impédance distribuée qui affecte les réflexions et les surtensions dues aux perturbations.

Les lignes O / H sont souvent triaxiales comme ci-dessus.

Le câble O / H a souvent une impédance d'onde caractéristique SIL de 400 ohms et les câbles U / G sont de 50 ohms = + / - 25% en fonction de l'intensité et de la valeur BIL.

Cela rend les courants de surtension de démarrage noirs plus élevés pour les câbles U / G, de sorte que la réactance de shunt doit être ajustée.

Photos à suivre.

Autre

Au-dessus, les câbles O / H sont beaucoup moins chers par km à acheter et à installer, mais la fréquence des réparations est plus élevée en raison de la foudre, des ouragans et de l'exposition aux arbres. Mais ils sont également plus rapides et moins chers à réparer. Mais en regardant la dévastation à Porto Rico et dans d'autres endroits avec une infrastructure médiocre, les avantages du coût du cycle de vie des câbles d'alimentation souterrains U / G en dépit des coûts de servitude, des coûts de câble et des coûts de réparation plus élevés, mais à un MTBF plus élevé (si fait correctement) dans des coûts de cycle de vie inférieurs. Le stress environnemental affecte toujours ces décisions.

Comme les conducteurs des lignes souterraines sont plus rapprochés que pour les lignes aériennes, la capacité est plus élevée. Cette capacité peut prendre un courant de charge assez important.

Par ailleurs, l'inductance, car ils incluent une zone de boucle plus petite, est plus faible.

Question: Pourquoi les câbles souterrains «nécessitent-ils un degré de compensation de puissance réactive plus élevé» que les lignes aériennes?

Répondre:

Parce que la capacité de la ligne souterraine pour les câbles d'alimentation est bien supérieure à la capacité de la ligne aérienne.

Principales raisons à cela:

• Les fils sont plus proches les uns des autres.

• Les fils sont plus proches de la terre (à quelques centimètres près).

L'inductance est également plus faible.

En outre, parce que (en raison des caractéristiques ci-dessus), les lignes souterraines ont 20 à 75 fois le courant de charge d'une ligne aérienne (en fonction de la tension de la ligne).

La source:

https://www.puc.nh.gov/2008IceStorm/ST&E%20Presentations/NEI%20Underground%20Presentation%2006-09-09.pdf

De plus, si vous souhaitez regarder de plus près les caractéristiques générales des lignes de transmission via les mathématiques, vous pouvez également consulter ce document (d'autres ont également publié celui-ci):

http://www.egr.unlv.edu/~eebag/TRANSMISSION%20LINES.pdf