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

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

capture d'écran de la feuille

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?

user60561
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Je ne suis pas un EE, donc je ne vais pas essayer de répondre, mais rappelez-vous que les lignes du réseau électrique sont des lignes de transmission . Ils ont distribué une inductance sur la longueur des conducteurs, et ils ont distribué une capacité entre les conducteurs. La géométrie d'une ligne souterraine est très différente de la géométrie d'une ligne aérienne, vous devez donc vous attendre à ce qu'elle ait une impédance caractéristique différente et, je ne sais pas quoi d'autre.
Solomon Slow
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Corrigez @jameslarge, cette impédance caractéristique est la principale différence et bien sûr la longueur de la ligne. Savez-vous ce que c'est pour les câbles d'alimentation U / G et O / H?
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
Je suis également tombé sur cette conférence, qui explique le fonctionnement des lignes de transmission: egr.unlv.edu/~eebag/TRANSMISSION%20LINES.pdf J'apprécie vraiment les réponses, je comprends mieux qu'avant. Beaucoup de mathématiques impliquées cependant, je suppose que je devrais m'asseoir et le comprendre un jour :)
user60561
La capacité entre les fils d'alimentation dans un conduit souterrain est beaucoup plus élevée que pour les fils aériens car les fils sont beaucoup plus rapprochés. La taille du câble est choisie pour sa capacité de transport de courant - donc, si vous exigez que les fils d'alimentation transportent du courant réactif, vous devez acheter des fils d'alimentation de calibre plus lourd. Les greenies coûtent donc plus cher à la société.
Brian
@Brian "parce que les fils sont beaucoup plus rapprochés" - ce n'est pas correct. Chaque fil est recouvert, c'est pourquoi la capacité est beaucoup plus élevée, la proximité des autres fils est beaucoup moins importante. Voir la réponse de Tony Stewart (que j'ai confirmée en regardant les câbles souterrains haute tension dans les catalogues)
user60561

Réponses:

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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. entrez la description de l'image ici


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
entrez la description de l'image ici

  • 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)

entrez la description de l'image ici

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=2πεln(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.

entrez la description de l'image ici

entrez la description de l'image ici

entrez la description de l'image ici 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.

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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Note rapide; Le XLPE est du polyéthylène réticulé, pas du polyuréthane réticulé.
Li-aung Yip
PET de cerveau. TY Yip
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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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.

Neil_UK
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Les câbles souterrains (U / G) pour la distribution sont toujours gainés au sol et seulement parfois pour les câbles O / H, donc les câbles gainés ont des uF / km beaucoup plus élevés. Il n'a aucune comparaison avec l'entrefer. Elle peut varier de 0,1 à 2 uF / km
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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Ce n'est pas l'écart entre les fils phase-phase dans les câbles U / G, c'est plutôt l'écart entre la phase et le blindage (
gnd gnd
Les lignes aériennes ont tendance à avoir plus d'inductance, ce qui nécessite simplement un condensateur bon marché en parallèle pour corriger. Cependant, les lignes souterraines sont dominées par la capacité qui nécessite des inductances coûteuses pour corriger le facteur de puissance
teambob
Mais le magnétique quoi que ce soit de la terre est supérieur à celui de l'air, donc l'inductance (et les pertes inductives) du câble enterré seront plus grandes que le même câble suspendu dans l'air.
Hot Licks
@Neil_UK Si vous examinez la construction typique des câbles O / H vs U / G, vous trouverez que les U / G sont un blindage coaxial par phase. Ce n'est PAS ce regroupement de phases plus proche qui augmente la capacité mais le fait que tous les U / G doivent être coaxiaux pour des raisons d'humidité, mécaniques et thermiques et donc utiliser une pureté élevée d'isolation XLPE dans le câble coaxial. Donc, plus près oui mais faux, ce n'est pas pourquoi C est plus élevé. Désolé -1
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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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

Eric Votava
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Étant donné que les câbles U / G sont blindés, la proximité n'a pas d'importance dans ce cas ni plus près de la terre, ni une inductance inférieure qui est basée sur le rapport longueur / calibre du fil qui, dans ce cas, doit transporter un courant nominal similaire si nous comparons les pommes et la distance. Donc, aucune de vos hypothèses n'est correcte , mais les liens mathématiques sont corrects. La prochaine fois, comparez les fils ouverts au câble coaxial. Désolé mais -1
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75