¿Por qué las líneas de alta tensión no están aisladas?

10 respuestas anteriores y nadie acertó.

Aquí hay una sección de la ruta 15 que conecta el norte y el sur de California. Tenga en cuenta que hay tres torres, cada una con seis conductores, por lo que hay 18 conductores para transportar tres fases. Las dos torres izquierdas con 12 conductores llevan 345 kV trifásicas, y la torre más a la derecha con 6 conductores lleva 500 kV. Pero aún así, ¿por qué 6 conductores por torre? Esta es una pista de la pregunta original.

(Por yoduro de hidrógeno, CC BY-SA 3.0, archivo: Vista más cercana de la ruta 15.JPG)

La ruta 15 aquí tiene una capacidad de sur a norte de 5400 MW, que es un poco más de 860 amperios por conductor. El número de amperios que puede transportar un conductor está limitado por dos cosas:

El efecto de piel de corriente alterna. Básicamente, la corriente oscilante en los cables empuja la corriente fuera del núcleo del cable hacia la piel. La profundidad de la piel en aluminio a 60 Hz es de 10,6 mm, que es la profundidad a la que la corriente es 1 / e = 37% de la corriente en la superficie. La mayoría de los conductores son de construcción ACSR: cables externos de aluminio alrededor de un núcleo de acero galvanizado, por lo que la falta de corriente en el centro no es inmediatamente terrible. El efecto de la piel limita los conductores de CA a aproximadamente 30 mm de diámetro. Southwire tiene un práctico catálogo aquí que enumera los diversos cables conductores desnudos que hacen, que van desde 499 hasta 1768 amperios. Tenga en cuenta que en el lado derecho de la tabla, enumeran la resistencia del cable a las corrientes de CA y CC de 60 Hz. La resistencia a la CA es mayor que a la CC, debido al efecto de la piel, y la proporción aumenta al aumentar el tamaño, y la proporción de ampacidad de CA al peso empeora con el tamaño más grande. Como paga el cable por peso, puede entregar más potencia por dólar utilizando múltiples cables más pequeños en lugar de un cable grande.

Caída debido al calentamiento resistivo. Ese mismo catálogo tiene una pequeña nota en la parte inferior de la página que dice "ampacidad basada en la temperatura ambiente de 25 C, viento perpendicular de 2 pies / seg, en el sol, emisividad de 0.5, absorción solar de 0.5, a nivel del mar", debajo de la cual condiciona que los cables alcancen 75 C mientras transmiten su carga nominal. A medida que los conductores se calientan, se expanden (tanto en longitud como en diámetro) y, por lo tanto, caen más abajo. Las torres están diseñadas para mantener los cables lo suficientemente altos del suelo en las peores condiciones.

Si agrega un aislante a un cable, el aislante eléctrico también actuará como un aislante térmico, de modo que el conductor estará más caliente que la superficie. El aislador de mayor diámetro también absorberá más luz solar. Sin embargo, el área de superficie más grande convencerá más calor, y resulta que este efecto cancela casi perfectamente el efecto de aislamiento térmico hasta unas pocas pulgadas de aislamiento.Sus cables de distribución de vecindad de 12 kV (los dos o tres cables pelados en la parte superior de los postes) podrían reemplazarse con cables aislados listos para usar. Estos son aproximadamente 3 veces más pesados, 2.6 veces el diámetro y probablemente el doble de caros. Estas líneas aisladas ya se usan en áreas congestionadas como callejones o cerca de árboles que no se pueden recortar como de costumbre.

No pude encontrar líneas aéreas aisladas de 400 kV fuera de la plataforma. Si se construyen, podrían parecerse un poco a los cables de tierra aislados de 400 kV que se venden hoy en día, pero con un núcleo de fibra de carbono adicional para soportar la tensión. Un reemplazo directo de los conductores Path 15 de 750 amperios sería 10 veces más pesado, pero un enfoque más probable usaría la mitad de conductores con 1600 amperios cada uno, lo que aún tendría un peso total 7 veces mayor que la versión sin aislar. Estéticamente se verían bastante diferentes: las torres serían más como torres de aerogeneradores, y las tres fases de los conductores no tendrían que estar separadas, por lo que probablemente se agruparían en una tubería gruesa de alrededor de un pie de diámetro. En este punto, me pregunto si hay algún punto para que sea aéreo ... ¿por qué no enterrarlo?

Esos cables de tierra aislados de 400 kV alcanzan un máximo de 1770 amperios, limitados por la generación de calor. Ese cable grande tiene un conductor de 63 mm de diámetro, en un esfuerzo por reducir la acumulación de calor al reducir las pérdidas del conductor. Esto llevaría a un problema de efecto de piel, pero los conductores en estos cables grandes se dividen en 5 segmentos con un poco de aislamiento entre ellos, de modo que la corriente no se pueda forzar fuera del centro del conductor.

En pocas palabras: ¿Por qué no están aisladas las líneas eléctricas de alto voltaje? Porque serían demasiado pesados ​​si lo fueran.