Name: overhead power line materials and safety
Uploaded: 2024-11-21T14:54:23.000Z
Duration: 1 min 23 s
Channel: JoVE

L’aluminium, abondant et rentable, a largement remplacé le cuivre dans les lignes de transmission aériennes. Le populaire conducteur en aluminium renforcé d’acier se compose de couches de brins d’aluminium autour d’un noyau en acier.
D’autres types incluent des conducteurs tout aluminium, tout alliage d’aluminium, conducteurs renforcés en alliage d’aluminium et conducteurs en acier recouverts d’aluminium. Les conducteurs en aluminium avec support en acier et les conducteurs en aluminium ZT de type espace peuvent fonctionner au-dessus de 150 °C. La conception électrique des lignes de transmission tient compte du type de conducteur, de la taille, du nombre de faisceaux par phase, de la capacité thermique, du contrôle du gradient de tension, des disques isolants, du dégagement et de l’isolation de la ligne. Les fils de blindage interceptent les coups de foudre et réduisent la résistance de la semelle de la tour.
Les lignes de transmission fonctionnant au-dessus de 69 kV utilisent des isolateurs de type suspension, généralement en porcelaine, en verre trempé ou en disques polymères.
Les structures soutenant ces lignes vont des tours en acier en treillis pour les hautes tensions aux cadres en bois pour les basses tensions.
La conception mécanique assure la stabilité, tandis que les considérations environnementales tiennent compte de l’utilisation des terres et de l’impact visuel.

considérations relatives à la conception des lignes de transmission

Transmission Line Design Considerations

L'aluminium est devenu le matériau de choix pour les lignes aériennes de transport, surpassant le cuivre en raison de son abondance et de sa rentabilité. Le type le plus répandu est le conducteur en aluminium renforcé d'acier (ACSR), qui combine des brins d'aluminium autour d'un noyau en acier. D'autres variantes incluent les conducteurs tout aluminium (AAC), les conducteurs tout alliage d'aluminium (AAAC), les conducteurs en aluminium renforcé d'alliage (ACAR) et les conducteurs en acier recouvert d'aluminium. Les conceptions avancées, telles que les conducteurs en aluminium avec support en acier et les conducteurs en aluminium de type GAP ZT, peuvent fonctionner à des températures supérieures à 150 degrés Celsius.

La conception électrique des lignes de transmission implique plusieurs facteurs critiques. Il s'agit notamment du type et de la taille du conducteur, du nombre de faisceaux par phase et de la capacité thermique des conducteurs. Le contrôle du gradient de tension est essentiel pour minimiser les pertes d'énergie. Des disques isolants, placés entre les conducteurs et les structures de support, sont utilisés pour assurer une isolation adéquate. Un espace libre et une isolation de ligne appropriés sont essentiels pour la sécurité et l'efficacité. Les câbles de garde sont placés de manière stratégique, interceptant la foudre pour réduire la résistance de la base du pylône et protéger les lignes de transmission.

Les lignes de transmission fonctionnant à plus de 69 kilovolts (kV) utilisent généralement des isolateurs de type suspension, constitués de chaînes de porcelaine, de verre trempé ou de disques en polymère. Les structures de support varient en fonction des niveaux de tension, avec des pylônes en acier à treillis autoportants utilisés pour les lignes à haute tension et des cadres en bois pour les applications à basse tension. Les câbles de garde, généralement en acier à haute résistance ou en Alumoweld, protègent contre la foudre et sont correctement mis à la terre pour assurer la sécurité.

La conception mécanique garantit la résistance et la durabilité des conducteurs, des chaînes d'isolateurs et des structures de support. Les considérations environnementales sont également cruciales, englobant l'utilisation du sol et l'impact visuel. L'objectif est d'obtenir une conception de ligne optimale qui réponde à tous les critères techniques tout en minimisant les coûts, en tenant compte des frais d'installation et des pertes opérationnelles.

Considérations relatives à la conception des lignes de transmission

L’aluminium, abondant et rentable, a largement remplacé le cuivre dans les lignes de transmission aériennes. Le populaire conducteur en aluminium renforcé d’acier ...

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Transmission Line Parameters

Paramètres de la ligne de transmission

KEY TERMS AND CONCEPTS

TERMES ET CONCEPTS CLÉS

overhead power line materials and safety

Overhead transmission lines rely on the right materials, insulation, and support hardware to move electricity safely and efficiently. Aluminum is now the preferred conductor material because it is abundant and cost-effective. Copper was used more often in the past, but aluminum has become the common choice for modern lines.

The most widely used conductor is aluminum conductor, steel-reinforced, or ACSR. It uses aluminum strands around a steel core for added strength. Other conductor types include all-aluminum conductors, all-aluminum alloy conductors, aluminum conductor alloy-reinforced, and aluminum-clad steel conductors. Some advanced designs, such as aluminum conductors with steel support and gap-type ZT-aluminum conductors, can operate above 150 degrees Celsius.

Transmission line design also depends on electrical limits and line safety. Engineers choose the conductor type and size, the number of bundles per phase, and the thermal capacity of the conductors. Voltage gradient control helps reduce energy loss. Insulator discs sit between the conductors and the support structures. Proper clearance and line insulation are also important for safe and efficient operation.

Shield wires add another layer of protection. They are placed to intercept lightning strikes and reduce tower footing resistance. This helps protect the transmission line from damage. Lines above 69 kilovolts usually use suspension-type insulators made from porcelain, toughened glass, or polymer discs.

The support structure changes with voltage level. High-voltage lines often use self-supporting lattice steel towers, while lower-voltage lines may use wooden frames. Shield wires are usually made from high-strength steel or Alumoweld, and they are grounded for safety. Mechanical design must keep the conductors, insulator strings, and support structures strong and durable. Environmental factors also matter, including land use and visual impact. The best line design meets technical needs while keeping installation costs and operating losses as low as possible.

Overhead Power Line Materials and Safety

transmission line design considerations

Overhead transmission lines rely on the right materials, insulation, and support hardware to move electricity safely and efficiently. Aluminum is now the preferred conductor material because it is abundant and cost-effective. Copper was used more often in the past, but aluminum has become the common choice for modern lines. The most widely used conductor is aluminum conductor, steel-reinforced, or ACSR. It uses aluminum strands around a steel core for added strength. Other conductor types...

resistance and conductance

How Transmission Lines Lose Energy

Transmission lines lose energy through resistance and conductance. DC resistance depends on a conductor’s resistivity, length, and cross-sectional area. Resistivity is a material property, and annealed copper is the international standard used for measurement. Material choice and conductor shape both matter. Hard-drawn aluminum at 20 degrees Celsius has a resistivity equal to 61% of the standard conductivity of annealed copper. Stranded conductors also gain a little extra resistance because...

inductance: solid cylindrical conductor

Magnetic Flux Linkage in Solid Conductors

Magnetic flux linkage in a solid cylindrical conductor is found by combining the field inside the wire with the field around it. The method uses a 1-meter section of a non-magnetic conductor with radius r. It also assumes the current is spread uniformly and ignores end effects. Inside the conductor, Ampere's law is used to find the magnetic field intensity H. The field is concentric and constant within the conductor. From H, the magnetic flux density B inside the wire is calculated. The...

inductance: single-phase and three-phase line

inductance-single-phase-and-three-phase-line

Transmission Line Inductance in Power Cables

Transmission line inductance helps explain how current-carrying conductors behave in power systems. It is especially important when studying single-phase two-wire lines and three-phase three-wire lines with equal phase spacing. These line types are common models for efficient transmission design and operation. A single-phase line uses two solid cylindrical conductors, labeled x and y. Each conductor carries a phasor current, ix and iy, and the sum of these currents is zero. The total flux...

series impedances: three-phase line

Three-Phase Line Impedance Matrix

Three-phase line impedance matrix calculations describe how resistance and inductive reactance behave in an overhead power line. The model includes three phase conductors and multiple neutral conductors that are grounded at regular intervals. It also accounts for unbalanced phase currents, which can send return current through the neutral wires and the earth along the lowest-impedance path. Kirchhoff’s laws are used to build an integro-differential equation for the conductor network. To make...

capacitance: single-phase and three-phase line

capacitance-single-phase-and-three-phase-line

Transmission Line Capacitance in Power Systems

Transmission line capacitance affects how power lines store charge and behave in electrical power systems. It is an important part of line modeling because it helps describe efficient operation. For a single-phase line, the key idea is the charge on the conductors and the voltage between them. A single-phase transmission line uses two wires with equal spacing. One conductor carries a uniform positive charge, and the other carries an equal negative charge. From the voltage between the...

shunt admittances

Image Method for Line Capacitance

Image conductors help model line capacitance in transmission lines above Earth. A uniformly charged conductor induces an equal and opposite charge on the ground. This creates electric field lines between the conductor and the Earth. The method of images replaces the Earth with a matching conductor placed symmetrically below the line. The image conductor has the same radius and the same charge magnitude as the original conductor. That setup keeps the electric field and voltage above the Earth...

key terms and concepts

Learn how aluminum conductors, insulators, shield wires, and tower designs keep overhead transmission lines efficient, durable, and safe.

Overhead Power Line Materials and Safety | JoVE K12

JoVE Core Electrical Engineering offers easy-to-understand animated videos that cover fundamental concepts of electric circuits along with circuit analysis techniques. It incorporates first-order and second-order circuits using operational amplifiers and circuit transformation concepts. The inclusion of practical design examples and real-world applications through scientist-in-action videos adds significant educational value, making complex concepts accessible.

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