Pourquoi les lignes aériennes sont-elles lâches sur les poteaux et les pylônes électriques
Pourquoi les lignes électriques aériennes sont-elles lâches sur les poteaux et les pylônes de transport ?
Dans l'ère actuelle de progrès technologique rapide, le transport de personnes, de marchandises et de services est devenu significativement plus facile. La distance géographique n'est plus un obstacle redoutable. Tout comme ces entités tangibles peuvent être efficacement acheminées sur de longues distances, l'électricité doit également être transmise loin et partout. Cependant, contrairement aux biens physiques, l'électricité nécessite un milieu pour son trajet.
Vous avez peut-être souvent observé que les lignes de transport d'électricité suspendues aux poteaux et pylônes de transport semblent lâches, plutôt que solidement fixées. Cette vue soulève souvent la question : pourquoi ces lignes ne sont-elles pas sécurisées plus fermement ?
Dans cette exploration, nous découvrirons les raisons derrière la lâcheté des lignes électriques sur les poteaux et la nécessité du flèche dans les lignes de distribution et de transport. Avant d'entrer dans les explications détaillées, examinons d'abord quelques points essentiels qui amélioreront notre compréhension de ce phénomène d'ingénierie électrique.
Transport d'électricité : principes, pertes et composants
Principes de base du transport d'électricité
La puissance représente le taux auquel le travail est effectué. Dans le contexte de l'électricité, le travail est accompli lorsque l'énergie électrique traverse une distance. Par conséquent, la puissance peut être définie comme la quantité d'énergie livrée par unité de temps. Pour transporter l'électricité sur de longues distances, les lignes électriques servent de moyen essentiel pour ce transfert.
La puissance active, la composante de la puissance électrique qui effectue un travail utile, est généralement mesurée en watts. En ce qui concerne le transport d'électricité, la transmission à haute tension est la méthode préférée pour la conservation de l'énergie. Cela est dû au fait que le courant électrique circulant dans un conducteur génère de la chaleur, qui peut être très nuisible. La chaleur provoque la dégradation des lignes électriques au fil du temps, entraînant une usure prématurée et un éventuel dysfonctionnement. Pour minimiser les pertes d'énergie et préserver la puissance transmise, il est plus efficace de réduire la quantité de courant électrique circulant dans les lignes tout en augmentant la tension. Cette approche, connue sous le nom de transport d'électricité à haute tension, réduit efficacement la puissance dissipée sous forme de chaleur dans les lignes de transport.
Conduction et pertes de puissance
Lors du processus de transport d'électricité, une partie de la puissance électrique est inévitablement perdue dans l'environnement. Cela se produit principalement parce que les lignes de transport ne sont pas entièrement isolées, permettant la dissipation de chaleur et les fuites électriques. Selon la loi d'Ohm, la résistance (R) d'un conducteur est directement proportionnelle à sa longueur (L). Par conséquent, plus la longueur de la ligne de transport augmente, plus sa résistance augmente. De plus, l'air, qui entoure les lignes de transport, est un mauvais conducteur et ne peut pas dissiper efficacement la chaleur générée par le courant électrique circulant dans les lignes.
Pour atténuer ces problèmes, les lignes électriques sont conçues avec des diamètres plus grands. Ce choix de conception est basé sur le fait que la résistance (R) d'un conducteur est inversement proportionnelle à sa section transversale. En augmentant le diamètre du conducteur, sa section transversale augmente, entraînant une réduction de la résistance. Cette diminution de la résistance, à son tour, minimise les pertes de puissance dues à la génération de chaleur dans les lignes de transport.
Fils et câbles électriques
Les câbles et fils électriques sont les conducteurs par lesquels l'électricité circule, et ils sont principalement fabriqués en cuivre en raison de sa excellente conductivité électrique. Cependant, ces conducteurs ne sont pas composés de cuivre pur. Pour améliorer leurs propriétés mécaniques, telles que la résistance et la durabilité, le cuivre est allié à d'autres éléments. L'ajout de ces éléments ne compromet pas la conductivité électrique du cuivre. Au contraire, ils améliorent les caractéristiques mécaniques du conducteur, assurant qu'il puisse résister aux rigueurs de l'installation et de l'exploitation tout en maintenant sa capacité à transmettre efficacement l'électricité.
Loi de Joule sur le chauffage électrique
En réalité, aucun métal n'est vraiment pur ; la pureté de tout métal est toujours inférieure à 100 %. Par conséquent, tous les métaux possèdent une résistance interne. Lorsqu'un courant électrique circule dans un conducteur, l'énergie est dissipée sous forme de chaleur. La quantité de chaleur générée peut être calculée en utilisant la loi de Joule sur le chauffage électrique, qui fournit une compréhension fondamentale de la relation entre le courant électrique, la résistance et la génération de chaleur dans les circuits électriques.
Autres formes de la loi de Joule
Loi de Joule et l'impact des facteurs environnementaux sur les lignes électriques
Comme l'indique la loi de Joule sur le chauffage électrique, la chaleur (P) générée par le flux d'électrons à travers un conducteur est directement proportionnelle à la résistance (R), au temps (t) et au carré du courant I^2. Lorsqu'un courant électrique traverse un conducteur, il doit surmonter la résistance au sein du matériau. Cette résistance agit comme un obstacle au mouvement des électrons, causant la dissipation d'énergie sous forme de chaleur dans l'environnement.
L'influence de la météo et de la température sur les lignes électriques
La résistance d'un conducteur est significativement affectée par la température. À mesure que la température du conducteur augmente, sa résistance augmente également. Ce phénomène se produit car les températures élevées font gagner aux électrons à l'intérieur du conducteur une énergie cinétique supplémentaire, entraînant un mouvement plus erratique et aléatoire. Ces électrons énergétiques entrent fréquemment en collision avec les atomes du matériau du conducteur, générant de la chaleur en cours de route.
La chaleur excessive générée par un conducteur peut poser une menace sérieuse, pouvant causer sa fusion et conduire à des pannes de système. Dans des conditions de météo chaude, les conducteurs s'étendent en raison de l'expansion thermique, rendant les fils aériens plus lâches. À l'inverse, dans le froid, les conducteurs se contractent, ce qui peut également affecter leur intégrité mécanique et leur performance électrique.
Tension dans les lignes électriques
La tension est une force qui se produit dans un fil ou un câble lorsqu'il est soumis à deux forces opposées. Dans le cas des lignes électriques aériennes suspendues entre des poteaux ou des pylônes, la tension est toujours présente. Si les fils étaient trop serrés, la tension augmenterait considérablement. Cette tension accrue rend les fils plus vulnérables aux dommages, car même de légères contractions ou expansions dues aux changements de température ou aux contraintes mécaniques pourraient les faire casser.
La nécessité du flèche dans les lignes de distribution et de transport
Le flèche dans les lignes de transport est la courbure visible vers le bas ou le creux des câbles entre les structures de soutien telles que les poteaux ou les pylônes. Cette courbure est une conséquence naturelle de l'effet combiné du poids du fil et de la tension qui y est appliquée.
L'importance des lignes électriques aériennes lâches et du flèche dans la transmission électrique
Lors de la transmission et de la distribution de l'électricité sur de longues distances, la dissipation de chaleur est une conséquence inévitable. La transmission à haute tension est employée comme mesure stratégique pour minimiser la chaleur générée dans les conducteurs. Cela est dû au fait que, selon les principes de l'ingénierie électrique, la réduction du courant (en augmentant la tension) diminue considérablement la puissance dissipée sous forme de chaleur (selon la loi de Joule P = I^2R). De plus, les conditions météorologiques et les fluctuations de température internes des fils nécessitent que les lignes électriques aériennes soient installées avec un certain degré de lâcheté.
Si les lignes électriques étaient tendues, une vague de froid pourrait déclencher une contraction des lignes de transport. Cette contraction entraînerait une augmentation substantielle de la tension dans les lignes. La tension accrue pourrait causer des dommages graves aux fils et aux câbles, potentiellement entraînant des coupures de courant, des dangers de sécurité et des réparations coûteuses. Pour éviter de tels résultats néfastes, les lignes électriques sont délibérément installées avec du jeu. Cette conception permet aux lignes de se contracter ou de s'étendre avec les changements de température sans subir une tension excessive, protégeant ainsi l'intégrité de l'infrastructure électrique.
Le flèche, la courbure vers le bas des conducteurs de lignes de transport entre les structures de soutien, n'est pas seulement une caractéristique esthétique mais un composant obligatoire et critique des systèmes de transmission électrique. Il sert de protection contre la surchauffe en fournissant suffisamment d'espace pour que les fils s'étendent dans des conditions de haute température, réduisant la probabilité de résistance excessive et de génération subséquente de chaleur. De plus, le flèche atténue efficacement la tension dans les lignes, les empêchant de succomber aux contraintes mécaniques causées par des facteurs tels que les variations de température, les charges de vent et l'accumulation de glace.
En essence, le flèche joue un rôle pivot dans la garantie de la sécurité, de la fiabilité et de la longévité des systèmes de transmission électrique. En maintenant un niveau optimal de flèche, les ingénieurs peuvent assurer le fonctionnement lisse et efficace du réseau, minimisant le risque d'accidents, de perturbations de courant et de dommages coûteux à l'infrastructure. Ce fragile équilibre entre la tension, la température et la contrainte mécanique est essentiel pour le succès continu des réseaux modernes de distribution électrique.
