¿Cómo funcionan las torres de transposición en las líneas de transmisión?

Question

Hay cosas como torres de transposición en las líneas de distribución de energía. La idea es que, por ejemplo, se tienen tres conductores que corren en paralelo a la misma altura y el más a la izquierda de ellos es la fase A y después de la transposición el del medio es la fase A y el más a la izquierda es ahora la fase C y la fase B que originalmente era el conductor del medio es ahora el más a la derecha. Wikipedia dice es necesario porque

La transposición es necesaria ya que hay capacitancia entre los conductores, así como entre los conductores y la tierra. Esta capacidad no suele ser simétrica entre fases. Mediante la transposición, la capacitancia global de toda la línea está aproximadamente equilibrada.

No lo entiendo. Son tres cables en paralelo antes de la transposición y tres cables en paralelo después de la transposición y las distancias entre los cables son las mismas antes y después de la transposición (y la distancia entre los cables y el suelo apenas puede controlarse porque la superficie del suelo es irregular y cambia con el tiempo).

¿Cómo ayuda a equilibrar la capacitancia de la línea la transposición de tres cables en paralelo?

Edición: Enterrado en los comentarios de una respuesta hay un enlace a una imagen que destaca la disposición de las fases en la torre de transposición en el artículo de la wikipedia enlazado anteriormente. La imagen merece ser mostrada aquí...

Answer 1

La imagen muestra tres disposiciones comunes de los cables. He añadido los símbolos de los condensadores de hilo a hilo, ten en cuenta que también tienes una capacitancia de hilo a tierra para cada hilo. Los valores de los condensadores disminuyen a medida que aumenta la distancia entre los cables.

La imagen es obra propia, CC BY-SA 3.0

Caso 1, Tres cables en un nivel (distancias iguales a tierra, pero diferentes distancias de cable a cable):

La capacitancia del cable del medio a los dos cables de los lados es mayor que la capacitancia entre los dos cables del exterior del sistema.

En general, se quiere tener una capacitancia aproximadamente igual de cada cable a los otros dos cables. Por lo tanto, mediante la transposición de los cables, se crea, en promedio, una distancia (y capacitancia) igual entre todos los cables con respecto a los demás.

Caso 2, tres hilos dispuestos en forma de triángulo (distancias iguales entre hilos, pero diferentes distancias a tierra):

En toda la longitud del sistema, las distancias y los valores de capacitancia de los tres cables entre sí son iguales, pero la capacitancia de cable a tierra es mayor para el o los cables más cercanos a tierra.

Al intercambiar los tres cables mediante la transposición, cada uno de ellos recorre una distancia media igual a tierra. De este modo, los valores de la capacitancia del cable a tierra coinciden en el sistema trifásico.

Caso 3, los cables no están igualmente espaciados entre sí ni con respecto a la tierra

Ahora, usted termina con dos motivos de transposición a lo largo del recorrido total de su línea.

Answer 2

Es el mismo concepto que hay detrás de los cables de par trenzado. Dos cables paralelos se acoplan de forma diferente al entorno porque están en lados diferentes. Al retorcerlos, se promedia el acoplamiento externo para que sea más o menos el mismo entre cada cable y el entorno.

Es un poco más complicado cuando tienes 3 cables porque también quieres equilibrar el acoplamiento entre los cables. Al retorcer los tres cables periódicamente, cada uno de ellos recibe el mismo tratamiento con respecto al acoplamiento a tierra, a los otros cables y a cualquier otra cosa que haya alrededor. La radiación en el espacio también es un problema con las grandes líneas eléctricas. Una vez más, se desea que todos los efectos sean iguales entre los tres conductores.

Las líneas eléctricas no parecen retorcidas a primera vista porque el paso de la torsión es kilométrico. Se quiere que el paso de la torsión sea una pequeña fracción de una longitud de onda y que haya suficientes torsiones en una línea para que las cosas se equilibren bien. A 60 Hz, unos pocos kilómetros siguen siendo una distancia "corta".

Answer 3

De B.M. Weedy's Sistemas de energía eléctrica 3e (el énfasis es mío):

Separación asimétrica de los conductores da lugar a inductancias diferentes para cada fase, lo que provoca una caída de tensión desequilibrada, incluso cuando las corrientes de carga están equilibradas. La tensión o corriente residual o resultante induce tensiones no deseadas en las líneas de comunicaciones vecinas. Esto puede solucionarse intercambiando las posiciones de los conductores a intervalos regulares a lo largo de la ruta, una práctica conocida como transposición .

He visto diseños de líneas de transmisión que requerían una separación desigual de los conductores (es decir, a +1200mm, +375mm y -1200mm a lo largo del brazo transversal de un poste de madera en forma de T.

Answer 4

Suponga que tiene tres cables en un plano horizontal: . . .

El cable del medio es adyacente a otros dos cables. Por lo tanto, se verá afectado de forma diferente a los cables de los extremos. Por lo tanto, es conveniente que cada cable esté en el centro durante cierta distancia, para que los efectos se equilibren.

También es común tener tres cables en vertical:

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En este caso, uno de los cables estará más cerca del suelo que los otros dos, además de que uno de los cables está entre dos hilos y los otros dos no.