¿Por qué se aíslan las líneas eléctricas aéreas de alto voltaje con el mismo potencial?

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El polo
Foto n. ° 1

La línea de transmisión
Foto # 2

Punto de conexión ampliado
Foto # 3 - Un zoom de la Foto # 1

Punto de separación ampliado
Foto # 4 - Un zoom de la Foto # 2

Tomé estas fotos mientras viajaba en una carretera. En cada grupo de líneas tiene tres líneas separadas. Creo que las tres líneas en cada grupo tienen el mismo potencial eléctrico (si no, ¿podrían estar tan cerca una de la otra?).

¿Por qué las tres líneas en cada grupo están aisladas unas de otras?
¿Hay alguna razón eléctrica para esto?

high-voltage isolation hkBattousai
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¿Cuánta altura de sondeo? ¿Línea de alta tensión 132kv?

Respuestas:

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¿Por qué las tres líneas en cada grupo están aisladas unas de otras?
¿Hay alguna razón eléctrica para esto?

  • La impedancia, el factor de potencia, la descarga de corona y los efectos de pérdida resistiva se mejoran separando varios conductores para formar un solo conductor efectivo más grande.

  • La combinación de múltiples cables de esta manera generalmente se denomina "paquete".

Notas de Wikipedia

  • Los conductores combinados se utilizan para reducir las pérdidas de corona y el ruido audible.

    Los conductores combinados consisten en varios cables conductores conectados por espaciadores no conductores *.

    Para líneas de 220 kV, generalmente se utilizan haces de dos conductores,
    para líneas de 380 kV generalmente tres o incluso cuatro.
    American Electric Power [4] está construyendo líneas de 765 kV utilizando seis conductores por fase en un paquete.
    Los espaciadores deben resistir las fuerzas debidas al viento y las fuerzas magnéticas durante un cortocircuito.

    Los conductores de paquete se utilizan para aumentar la cantidad de corriente que puede transportarse en una línea.
    Debido al efecto de la piel, la ampacidad de los conductores no es proporcional a la sección transversal, para los tamaños más grandes.
    Por lo tanto, los conductores de haz pueden transportar más corriente para un peso dado.

    Un conductor de haz da como resultado una menor reactancia, en comparación con un solo conductor. Reduce la pérdida de descarga de corona a un voltaje extra alto (EHV) y la interferencia con los sistemas de comunicación.
    También reduce el gradiente de voltaje en ese rango de voltaje.

    Como desventaja, los conductores de haz tienen una mayor carga de viento.

* Separadores aislados / no aislados: tenga en cuenta que la referencia anterior dice "separadores no conductores". De hecho, algunos son y otros no. No hay una ganancia obvia por el aislamiento entre cables, aunque un separador conductor probablemente transportará algo de corriente con el potencial de pérdidas adicionales en las juntas de sujeción. Si bien el potencial en todos los cables de un paquete es nominalmente idéntico, la magnitud de los campos producidos y los desequilibrios debidos a la línea de línea, línea de tierra y línea de torre significan que habrá algunas diferencias en el voltaje, probablemente pequeño pero más de lo que puede Sea intuitivamente obvio. Muchos espaciadores usan casquillos de elastómero en los puntos de soporte del cable, destinados principalmente a proporcionar amortiguación de las oscilaciones eólicas en los cables. Como las diferencias de voltaje son bajas, estos casquillos pueden proporcionar aislamiento funcional.

Buena discusión aqui

Resumen de sus comentarios:

  • Los conductores agrupados se emplean principalmente para reducir la pérdida de corona y la interferencia de radio. Sin embargo, tienen varias ventajas:

  • Los conductores agrupados por fase reducen el gradiente de voltaje en la vecindad de la línea. Por lo tanto, reduce la posibilidad de la descarga de corona.

  • Mejora en la eficiencia de transmisión a medida que se contrarresta la pérdida debida al efecto corona. Las líneas de conductores agrupadas tendrán mayor capacitancia a neutral en comparación con las líneas individuales. Por lo tanto, tendrán corrientes de carga más altas que ayudan a mejorar el factor de potencia.

  • Las líneas de conductores agrupadas tendrán una capacitancia más alta y una inductancia más baja que las líneas ordinarias, tendrán una carga de impedancia de sobretensión más alta (Z = (L / C) 1/2). Mayor carga de impedancia de sobretensión (SIL) tendrá mayor capacidad de transferencia de potencia máxima.

  • Con el aumento de la inductancia GMD o GMR por fase se reducirá en comparación con la línea de un solo conductor. Esto da como resultado una menor reactancia por fase en comparación con la línea simple ordinaria. Por lo tanto, menor pérdida debido a la caída de reactancia.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Un caso extremo: {Desde aquí}

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Bonito juguete de cálculo. Power_lineparam aquí, incluidos los efectos de los paquetes.

  • La función power_lineparam calcula las matrices de resistencia, inductancia y capacitancia de una disposición arbitraria de conductores de una línea de transmisión aérea. Para una línea trifásica, también se calculan los valores RLC del componente simétrico.

ingrese la descripción de la imagen aquí

3 :

Russell McMahon
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2
¿Quién rechazó esta respuesta?
Rocketmagnet
3
@Russell: Dices que un espaciador conductor podría transportar algo de corriente y, por lo tanto, pérdidas adicionales en los puntos de sujeción. Estos serían más que compensados ​​por las pérdidas no incurridas en el cable que la corriente no está utilizando. Agregar conductores solo puede disminuir la resistencia total, lo que reduce las pérdidas generales. Sin embargo, su declaración plantea otra posible razón, que es que los espaciadores y sus abrazaderas no están equipados para lidiar con la corriente que podría ocurrir si las cosas se salieran un poco del equilibrio, causando calentamiento local y tal vez corrosión. Es cierto que adivinando.
Olin Lathrop
2
Un amigo que trabaja en redes de AT me ha asegurado que estos espaciadores normalmente se llaman amortiguadores espaciadores y su propósito principal es mecánico en lugar de eléctrico. Sin embargo, no se dividen en aislantes y no aislantes: nunca ha visto uno que esté genuinamente aislado eléctricamente, solo aquellos que tienen bujes de neopreno.
Cybergibbons
@Cybergibbons: incluso si uno se esforzara por usar separadores aislantes, el potencial máximo que podría existir entre los cables en un paquete sin que algo se arquee sería bastante limitado. Esperaría que un diseño de espaciador no se preocupara por prevenir la ruptura dieléctrica, sino más bien por asegurar que las corrientes intraconductoras que fluyen pueden hacerlo sin causar daños. Si hubiera dos conductores A y B en un paquete, y un espaciador los dividiera en segmentos A1, B1, A2, B2, y si las variaciones de material hacen que la resistencia de A1 exceda B1, y B2 exceda A2 ...
supercat
... eso implicaría que si el separador tuviera resistencia cero, la corriente fluiría a través de él, y si tuviera resistencia distinta de cero, existiría un potencial a través de él. ¿Cuán perfectamente uniformes pueden ser los conductores en un paquete?
supercat
6

En realidad, están conectados entre sí. El propósito de la cosa en la foto 4 es mantener el espacio mecánico deseado entre las líneas, no aislar.

La razón de 3 líneas juntas es para una mayor capacidad de corriente y para disminuir las pérdidas de corona.

Puede hacer que el cable sea más grueso para obtener una mayor capacidad de corriente, pero debido al efecto de la piel, obtiene retornos relativos a la raíz cuadrada de la cantidad de metal utilizado, no lineal con la cantidad de metal. Los cables gruesos también son difíciles de manejar. Tres cables más pequeños tienen menos efecto de piel en relación con la cantidad de metal utilizado.

La otra razón es evitar una alta intensidad de campo eléctrico en el aire. Piense en un solo cable delgado a alto voltaje. La intensidad del campo eléctrico inmediatamente alrededor del cable sería muy alta. Esto disminuye con el diámetro del cable. Los tres cables sostenidos en la separación mecánica correcta (de ahí el espaciador en la foto 4) parecen un cable muy grueso hacia el exterior para fines de campo eléctrico. La razón para mantener el campo eléctrico bajo es que el aire se descompondrá con cierta intensidad de campo. Esto hace que conduzca un poco y se ionice, lo que requiere energía, lo cual es una pérdida desde el punto de vista de tratar de transmitir energía de un lugar a otro. A veces puede escuchar el crujido de las líneas eléctricas, especialmente a alta humedad. Eso se debe a que un poco de esto está sucediendo. Algunas pérdidas son aceptables ya que cuestan menos en general que una estructura más costosa para evitarlas. Las compañías eléctricas hacen malabarismos con estas compensaciones con mucho cuidado ya que hay mucho dinero en juego.

Olin Lathrop
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1
Los conductores individuales en un paquete están aislados en un tramo: los separadores son aislantes. Esto proporciona efectos de impedancia que no existirían si se utilizara un espaciador conductor.
Russell McMahon
@Russell: ¿Estás realmente seguro de eso? En su primera imagen en particular, el espaciador parece estar hecho de metal. En el segundo el disco podría ser de cerámica. ¿Alguna vez has visto uno de estos espaciadores de cerca? Además, ¿qué efectos de impedancia? Si todo está equilibrado correctamente, de todos modos no debería haber corriente a través de los espaciadores.
Olin Lathrop
Olin: el aislamiento parece suceder a menudo y puede tener algunos efectos positivos, pero no es un factor importante. Ver agregado "Separadores aislados / no aislados:" en mi respuesta.
Russell McMahon
4

3Superficie veces más grande.

Otra razón es probablemente mecánica. Supongo que también sirven para proteger los cables de golpes entre ellos debido a las ráfagas de viento.

Tienen el mismo voltaje.

stevenvh
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Los conductores individuales en un paquete están aislados en un tramo: los separadores son aislantes. Esto proporciona efectos de impedancia que no existirían si se utilizara un espaciador conductor. || Su comentario sobre sqrt (3) es correcto, pero el efecto sobre el efecto piel es algo más complejo ya que la profundidad de la piel puede ser significativa y, por lo tanto, altera la relación relativa de las áreas de transporte de corriente en comparación con la relación de las áreas de material conductor.
Russell McMahon
@Russell - El 3Es indicativo. Explícitamente solo menciono la superficie porque sé que no puede simplemente usar ese número como factor de escala para la impedancia.
stevenvh
@stevenvh - Inténtalo de nuevo. Si tenemos 3 conductores pequeños dia = d y uno grande D y 3.d ^ 2 = D ^ 2 entonces SI la profundidad de la piel es pequeña wrt d entonces profundidad de la piel x circunferencia = área de transporte. PERO si la profundidad de la piel no es pequeña, entonces el "fondo" o el interior de la "capa de piel" comenzará a interferir consigo mismo a medida que se acerque el centro del cable, de modo que los 3 cables pequeños tendrán un área de piel menos efectiva que el cable grande. Lo que sea :-)
Russell McMahon
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Esta discusión me lleva de vuelta a la teoría de la antena EE en la universidad y la discusión sobre el "efecto piel" del conductor de A / C. Si mira fotos de antenas de cable en la era temprana de la tecnología inalámbrica, a menudo también las verá formadas por "paquetes", que sirvieron para reducir la "Q" de la antena y aumentar su ancho de banda (viendo cómo la brecha de chispa los transmisores preferían usar la mayor cantidad de espectro electromagnético posible (piense en soldadores de arco)

Joe Snyder
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