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SWER ligne électrique dans le Queensland

Simple fil de terre (SWER) ou un câble de retour de masse est un simple fil de la ligne de transmission qui fournit une seule phase de l'énergie électrique à partir d'un réseau électrique à des zones éloignées et à faible coût. Sa principale caractéristique est que la terre (ou parfois d'un corps de l'eau) est utilisé comme voie de retour pour le courant, pour éviter la nécessité d'un deuxième fil (ou du fil neutre) pour agir comme une voie de retour.

Simple fil de terre est utilisée principalement pour l' électrification rurale, mais qui trouve aussi l'utiliser pour de grandes charges isolées telles que les pompes à eau. Il est également utilisé pour le courant continu haute tension sur câbles électriques sous-marins. Électrique monophasé de chemin de fer de traction, tels que légers sur rail, utilise un système similaire. Il utilise des résistances de terre afin de réduire les risques de rail tensions, mais le principal retour des courants à travers les rails.[1]

L'histoire modifier

Lloyd Mandeno, OBE (1888–1973) entièrement développé SWER en Nouvelle-Zélande dans les années 1925, pour l'électrification rurale. Bien qu'il appelle "la Terre de Travail Unique Ligne de Fil", il était souvent appelé "Mandeno de la corde à Linge".[2] Plus de 200 000 kilomètres ont été installés en Australie et en Nouvelle-Zélande. Il est considéré comme sûr, fiable et à faible coût, à condition que les dispositifs de sécurité et de mise à la terre sont correctement installés. Les normes Australiennes sont largement utilisés et cités. Elle a été appliquée à travers le monde, comme dans l' Canadienne de la province de la Saskatchewan; le Brésil; Afrique; et les parties des États-unis Midwest et de l'Alaska (Béthel).

Description modifier

 

SWER est un choix viable pour un système de distribution lors de la classique de retour de courant câblage en coûterait plus de SWER de transformateurs d'isolement et de petites pertes de puissance. La puissance d'ingénieurs expérimentés avec les deux SWER et de l'énergie conventionnelle lignes de taux SWER tout aussi sûre, plus fiable, moins coûteux, mais avec un peu moins efficace que les lignes conventionnelles.[3] SWER peuvent provoquer des incendies, lorsque l'entretien est pauvre, et le feu de brousse est un risque.[4] L'alimentation est fournie à la SWER ligne par un isolement du transformateur jusqu'à 300 kVA. Ce transformateur isolats de la grille à partir du sol ou de la terre, et les changements de la grille tension (typiquement 22 ou 33 kilovolts ligne à ligne) pour les SWER tension (typiquement de 12,7 ou de 19,1 kilovolts ligne à la terre).

Les SWER ligne est un seul chef d'orchestre qui peuvent s'étendre sur des dizaines ou même des centaines de kilomètres, avec un certain nombre de transformateurs de distribution le long de sa longueur. À chaque transformateur, comme un locaux du client, le flux de courant à partir de la ligne, par l'intermédiaire de la bobine primaire d'un step-down transformateur d'isolement, de la terre à travers une terre de pieu. De la terre, l'enjeu, le courant finalement trouve son chemin de retour à la principale transformateur à la tête de la ligne, en complétant le circuit.[3] SWER est donc un exemple pratique d'un fantôme de la boucle.

Dans les zones à haute résistance du sol, la résistance du sol des déchets de l'énergie. Un autre problème est que la résistance peut être assez élevée de l'insuffisance des flux de courant à la terre neutre, provoquant le piquet de terre pour faire flotter les tensions plus élevées. Auto-réinitialisation des disjoncteurs généralement réinitialiser en raison d'une différence de tension entre la phase et le neutre. Par conséquent, sec, haute-résistance des sols, la réduction de la différence de tension entre la phase et le neutre peut empêcher les disjoncteurs de la réinitialisation. En Australie, des endroits avec de très sols secs besoin de la mise à la terre des tiges pour être encore plus profond.[5] Expérience en Alaska montre que les SWER doit être mis à la terre ci-dessous le pergélisol, qui est de haute résistance.[6]

L'enroulement secondaire du local transformateur fournira au client soit unique terminé monophasé (N-0) ou split phase (N-0-N) le pouvoir dans la région du standard de l'appareil de tensions, avec le 0 volt ligne connecté à une terre qui n'est pas normalement effectuer un courant de fonctionnement.

Un grand SWER ligne peut nourrir autant que 80 transformateurs de distribution. Les transformateurs sont généralement évalué à 5 kVA 10 kVA et 25 kVA. La densité de la charge sont généralement en dessous de 0,5 kVA par kilomètre (0.8 kVA par mile) de la ligne. D'un seul client de la demande maximale sera généralement moins de 3,5 kVA, mais de plus grandes charges jusqu'à la capacité du transformateur de distribution peut également être fourni.

Certains SWER systèmes dans les états-unis sont des classiques de la distribution des soigneurs qui ont été construites sans continue neutre (dont certains étaient obsolètes lignes de transmission qui ont été réaménagés pour la distribution en milieu rural). La sous-station d'alimentation de ces lignes a un piquet de terre sur chaque pôle au sein de la sous-station; puis, sur chaque branche de la ligne, l'écart entre le poteau à côté et le poteau portant le transformateur aurait un conducteur mis à la terre (en donnant à chaque transformateur de deux points de mise à la terre pour des raisons de sécurité).

Conception mécanique modifier

Bonne conception mécanique d'un SWER ligne peut réduire sa durée de vie, les coûts et à augmenter sa sécurité.

Depuis la ligne de haute tension, avec des petits courants, le chef d'orchestre utilisée dans le quartier historique de SWER lignes 8-jauge en acier galvanisé fil de la clôture. Plus modernes installations à utiliser spécialement conçu AS1222.1[7][8] haute-acier au carbone, aluminium revêtu de fils. Recouvert d'aluminium fils de détériorer dans les zones côtières, mais qui sont autrement plus approprié.[9] en Raison de la longue s'étend et haute tensions mécaniques, les vibrations du vent peut endommager les fils. Les systèmes modernes d'installer spirale amortisseurs de vibrations sur les fils.[9]

Les isolateurs sont souvent de porcelaine que les polymères sont sujettes à des rayons ultraviolets dommages. Certains utilitaires installer à haute tension isolateurs de sorte que la ligne peut être facilement mis à niveau afin de transporter plus de puissance. Par exemple, 12 kV peut être isolée à 22 kV, ou 19 kV lignes à 33 kV.[9]

En béton armé , les polonais ont été traditionnellement utilisés dans les SWER lignes en raison de leur faible coût, faible entretien et la résistance aux dégâts d'eau, les termites et les champignons. Main-d'œuvre locale peut les produire dans la plupart des régions, la poursuite de la réduction des coûts. En Nouvelle-Zélande, poteaux métalliques sont communs (souvent d'anciens rails d'une ligne de chemin de fer). Poteaux en bois sont acceptables. Au Mozambique, les polonais ont dû être d'au moins 12 m (39 pi) de haut pour permettre le passage sécuritaire des girafes sous les lignes.[9]

Si une zone est sujette à la foudre, un design moderne lieu de foudre au sol sangles dans les poteaux quand ils sont construits, avant l'érection. Les sangles et le câblage peut être organisé pour être un faible coût parafoudre avec des bords arrondis pour éviter d'attirer la foudre.[9]

Caractéristiques modifier

Sécurité modifier

SWER est promu comme sûr en raison de l'isolement de la terre à partir à la fois le générateur et l'utilisateur. La plupart des autres systèmes électriques utiliser métallique neutre relié directement à la génératrice ou une terre partagée.[3]

Mise à la terre est essentielle. D'importants courants de l'ordre de 8 ampères passer dans le sol près de la terre de points. Une bonne qualité de connexion à la terre est nécessaire pour éviter tout risque de choc électrique dû à terre le potentiel de hausse de près de ce point. Des terrains différents, pour la puissance et la sécurité sont également utilisés. La Duplication des points de masse assure que le système est encore sûr si l'un des motifs est endommagé.

Une bonne connexion à la terre est normalement de 6 m enjeu de cuivre-acier plaqué conduit à la verticale dans le sol, et collé sur le transformateur de la terre et le réservoir. Une bonne résistance au sol est de 5 à 10 ohms. SWER systèmes sont conçus pour limiter la tension dans la terre à 20 volts par mètre pour éviter de choquer et d'animaux qui pourraient être dans la région.

Autres caractéristiques de série incluent automatique de réenclenchement des disjoncteurs (disjoncteurs réenclencheurs). La plupart des défauts (surintensité) sont transitoires. Depuis le réseau rural, la plupart de ces défauts sont compensés par le disjoncteur réenclencheur. Chaque site de service a besoin d'un rewirable abandonner le fusible de protection et de commutation du transformateur. Le secondaire du transformateur doivent également être protégées par une norme élevée à la rupture de la capacité (HRC) fusible ou le disjoncteur de puissance basse tension. Installer un limiteur de surtension (spark gap) sur la haute tension est fréquente, surtout dans les éclairs zones sensibles.

La plupart d'incendie dangers liés à la sécurité de la distribution électrique sont de vieillissement de l'équipement: corrodées, les lignes, brisées isolants, etc. La baisse des coûts de SWER d'entretien peuvent réduire le coût de fonctionnement en toute sécurité dans ces cas.[4]

SWER éviter les lignes qui s'affrontent dans le vent, un important feu de sécurité,[4], mais un problème a fait surface dans l' enquête officielle dans le Noir samedi les feux de brousse dans le Victoria, en Australie. Ces démontré qu'une fracture de la SWER conducteur de court à la masse à travers une résistance similaire pour le circuit de charge normale; dans ce cas particulier, un arbre. Cela peut causer de grands courants sans un rez-de-indication de défaut.[4] Ce qui peut présenter un danger d'incendie-les zones sujettes aux où un conducteur peut se briser et de courant peuvent l'arc à travers les arbres ou de l'herbe sèche.

Nu-fil ou rez-de-retour de télécommunications peut être compromise par le rez-de-retour du courant si la mise à la terre de la zone est à moins de 100 m ou de puits de plus de 10 Un de l'actuel. Moderne, radio, fibre optique sur les canaux, et les téléphones cellulaires ne sont pas affectés.

De nombreuses national de l'électricité règlements (notamment les états-UNIS) ont besoin d'une métalliques retour à la ligne à partir de la charge de la génératrice.[10] Dans ces pays, chaque SWER ligne doit être approuvée par exception à la règle.

Avantages de coûts modifier

SWER principal avantage est son faible coût. Il est souvent utilisé dans des zones faiblement peuplées, où le coût de construction d'un isolé ligne de distribution ne peut pas être justifiée. Les coûts en Capital sont environ 50% de l'équivalent d'un à deux fils unique de la ligne de phase. Ils peuvent coûter 30% de 3 fils triphasé. Les coûts de Maintenance sont à peu près de 50% d'un équivalent en ligne.

SWER réduit également le coût le plus important d'un réseau de distribution, le nombre de pôles. Classique 2 fils ou 3 fils des lignes de distribution ont une puissance supérieure à la capacité de transfert, mais peut avoir besoin de 7 pôles par kilomètre, avec des travées de 100 à 150 mètres. SWER de la ligne haute tension et faible courant permet également l'utilisation de faibles coûts d'acier galvanisé, fil de fer (historiquement, le n ° 8 de la clôture).[9] de l'Acier de la plus grande force de permis s'étend de 400 mètres ou plus, en réduisant le nombre de pôles à 2,5 par kilomètre.

Si les polonais aussi transporter des câbles à fibres optiques pour les télécommunications (conducteurs métalliques ne peuvent pas être utilisés), des dépenses en capital par la société d'énergie peut être réduite davantage.

La fiabilité modifier

SWER peut être utilisé dans une grille ou d'une boucle, mais est généralement disposés de façon linéaire ou radial disposition pour réduire les coûts. Dans le coutumier forme linéaire, un seul point de défaillance dans un SWER ligne entraîne tous les clients en aval, à perdre de la puissance. Toutefois, puisqu'il a réduit le nombre de composants dans le domaine, SWER a de moins en moins à l'échec. Par exemple, puisqu'il n'y a qu'une seule ligne, les vents ne peuvent pas causer des lignes d'affrontement, la suppression d'une source de dommages, ainsi qu'une source de rurales des feux de broussailles.

Puisque la plus grande partie de la ligne de transmission a une faible résistance des pièces jointes à la terre, de l'excès de terre les courants de courts métrages et les tempêtes géomagnétiques sont plus rares que dans les classiques métalliques-système de retour. Donc, SWER a moins de disjoncteur de fuite de disjoncteur ouvertures à l'interruption de service.[3]

Évolutivité modifier

Un bien conçu SWER ligne peut être sensiblement amélioré l'augmentation de la demande en l'absence de nouveaux pôles.[11] La première étape peut être de remplacer le fil d'acier de plus cher revêtu de cuivre ou d'aluminium-fil d'acier plaqué.

Il peut être possible d'augmenter la tension. Un lointain SWER lignes fonctionnent à des tensions aussi élevé que 35 kV. Normalement, cela nécessite une modification de la isolateurs et transformateurs, mais pas de nouveaux pôles sont nécessaires.[12]

Si plus de capacité est nécessaire, un deuxième SWER ligne peut être exécuté sur le même pôles de fournir deux SWER lignes de 180 degrés hors de phase. Ce qui nécessite plus d'isolateurs et de fils, mais double la puissance sans doubler les pôles. De nombreux standard SWER, les polonais ont plusieurs trous de boulon à l'appui de cette mise à niveau. Cette configuration provoque la plupart des courants de masse, d'annuler, de réduire les risques de choc et d'interférence avec les lignes de communication.

Deux phases de service est également possible avec un deux-fil de mise à niveau:[citation nécessaire][discuter] Bien que de moins en moins fiable, il est plus efficace. Comme plus de puissance est nécessaire, les lignes peuvent être mis à jour pour correspondre à la charge, sur un seul fil SWER à deux fils, monophasé et enfin à trois fils, la phase trois. Cela garantit une utilisation plus efficace du capital et rend l'installation initiale de plus en plus abordable.

L'équipement du client installé avant l'installation de ces mises à jour seront tous seront une phase, et peuvent être réutilisés après la mise à niveau. Si de petites quantités de trois phases d'alimentation sont nécessaires, il peut être économiquement synthétisé à partir de deux phases d'alimentation avec de l'équipement sur site.

Power-qualité de la faiblesse modifier

SWER lignes ont tendance à être long, avec une haute impédance, de sorte que la chute de tension le long de la ligne est souvent un problème, causant une mauvaise régulation. Les Variations de la demande provoquent des variations dans la livrée de la tension. Pour lutter contre cela, certaines installations ont variable automatique des transformateurs sur le site du client afin de conserver le reçu de la tension dans les spécifications légales.[13]

Après quelques années d'expérience, l'inventeur a préconisé un condensateur en série avec le sol de la grande transformateur d'isolement pour contrer la réactance inductive des transformateurs, des fils et de la terre de chemin de retour. Le plan était d'améliorer le facteur de puissance, de réduire les pertes et d'améliorer la tension de rendement en raison de la puissance réactive de flux.[3] Bien que, théoriquement, le son, ce n'est pas une pratique standard. Il est également de permettre l'utilisation d'un contrôleur de la boucle de test, à distinguer ce qui est légitime charge variable de (par exemple) un arbre tombé, ce qui serait un DC chemin d'accès à la terre.

Utilisation modifier

En plus de la Nouvelle-Zélande et de l'Australie, un seul fil de retour à la terre est utilisé à travers le monde.

L'Alaska modifier

En 1981, une haute puissance de 8,5 mille prototype SWER ligne a été installé avec succès à partir d'une centrale diesel de Béthel à Napakiak en Alaska, aux États-unis. Il fonctionne à 80 kV, et a été initialement installé sur spécial léger en fibre de verre polonais qui ont formé un A-trame. Depuis lors, l'Un des cadres ont été supprimés et standard en bois, des poteaux électriques ont été installés. L'Une ossature de poteaux peut être transporté dans la légère machines à neige, et peut être installé avec des outils à main sur le pergélisol , sans beaucoup de creuser. L'érection de "l'ancrage" pôles toujours nécessaire de la machinerie lourde, mais les économies de coûts ont été spectaculaires.

Des chercheurs de l' Université de l'Alaska à Fairbanks, les États-unis estiment qu'un réseau de lignes de ce type, combiné avec les éoliennes, pourrait réduire considérablement rural de l'Alaska de la dépendance de plus en plus cher en carburant diesel pour la production d'électricité.[14] l'Alaska est l'état économique de l'énergie de dépistage de l'enquête ont recommandé de poursuivre l'étude de cette option pour utiliser plus de l'état sous-utilisé de la source d'alimentation.[15]

Dans les pays en développement modifier

À l'heure actuelle, certains pays en développement ont adopté des SWER systèmes que leur alimentation électrique des systèmes, notamment au Laos, l'Afrique du Sud et le Mozambique.[9] SWER est aussi largement utilisé au Brésil, où il est appelé "Redes Monofilares com Retorno por Terra" ou de la "RMT". Il existe des normes et des dessins disponibles en portugais Brésilien qui serait transférable à d'autres pays de langue portugaise comme l'Angola et le Mozambique.[16]

Dans les systèmes HVDC modifier

Beaucoup de courant continu haute tension (systèmes HVDC) à l'aide de câbles électriques sous-marins sont seul fil le retour à la terre des systèmes. Les systèmes bipolaires avec à la fois positifs et négatifs des câbles peut également conserver une eau de mer de l'électrode de mise à la terre, utilisé lorsque l'un des pôles a échoué. Pour éviter la corrosion électrochimique, les électrodes de masse de ces systèmes sont situés en dehors de la stations de conversion et non à proximité du câble de transmission.

Les électrodes peuvent être placées dans la mer ou sur la terre. Nu les fils de cuivre peut être utilisé pour les cathodes, et des tiges de graphite enfouis dans le sol, ou en titane grilles dans la mer sont utilisés pour les anodes. Pour éviter la corrosion électrochimique (et de passivation des surfaces de titane), la densité de courant à la surface des électrodes doit être de petite taille, et donc de grandes électrodes sont nécessaires.

Des exemples de systèmes HVDC avec un seul fil de retour à la terre comprennent la Baltique Câble et Kontek.

Références modifier

  1. ↑ « Electric Traction - Return », Railway Technical Web Pages (consulté le )
  2. ↑ http://www.teara.govt.nz/en/biographies/5m31/1 Mandeno, Lloyd, retrieved 10 August 2011
  3. ↑ a b c d et e Mandeno, L. (1947), "Rural Power Supply Especially in Back Country Areas".
  4. ↑ a b c et d Victoria, Victorian Bushfires Royal Commission Final Report (2009), section 4.3.5 [1].
  5. ↑ "Service experience with single wire earth return distribution systems in central Queensland". 7th CEPSI conference.
  6. ↑ "SWER or SWGR Rural Electrification in Alaska", SWER FAQs 2.
  7. ↑ AS1222.1-1992, Steels and Stays, Bare Overhead, Galvanized
  8. ↑ IEC 60888 Ed. 1.0 Zinc-coated steel wires for stranded conductors
  9. ↑ a b c d e f et g Power to the People Describes use of SWER in the rural electrification of Mozambique.
  10. ↑ National Electrical Code (NEC) (2008).
  11. ↑ Stone Power AB discusses low cost networks
  12. ↑ « FAQ2 », sur RuralPower.org
  13. ↑ Neil Chapman, « When One Wire Is Enough », Transmission & Distribution World,
  14. ↑ Bettine, Frank, "Proposal to use single-wire ground return to electrify 40 villages in the Calista region of Alaska". 2002 Energy conference, University of Alaska.
  15. ↑ dced.state.ak.us AIDEA_Energy_Screening.pdf
  16. ↑ « Arquivos Disponíveis para Download », sur Cepel.br (consulté le )

Liens externes modifier

Source de la traduction modifier

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