La vitesse de transmission de l’électricité est généralement considérée comme égale à la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques., c'est-à-dire, La vitesse de la lumière. Cependant, à travers des observations, Il a été découvert que lorsqu'une ville entière perd le courant pendant une nuit et est ensuite rétablie, les lumières de la ville ne s'allument pas en même temps. Certaines lumières s'allument avant d'autres, et même certains quartiers de la ville ont des lumières qui s'allument avant d'autres. La différence de temps entre les lumières qui s'allument en premier et celles qui s'allument plus tard peut être de sept ou huit secondes ou plus.. Comment cela peut-il être expliqué? Quelle est la vitesse de transmission de l'électricité à travers les câbles?
La vitesse de la lumière est d'environ 300,000 kilomètres par seconde, alors que la longueur totale des câbles de distribution dans une grande ville ne dépasse pas 10,000 kilomètres. Donc, en théorie, le décalage horaire entre l'éclairage de toutes les lumières de la ville ne doit pas dépasser une seconde. Pour comprendre ce problème, il faut analyser les principes du transport d'électricité.
Table des matières
- Les principes du transport d’électricité
- Transmission d'énergie dans les câbles électriques
- Pourquoi l'électricité n'est-elle pas rétablie en même temps?
Les principes du transport d’électricité
Mauvaise idée: L'électricité est égale aux ondes électromagnétiques
Courant électrique dans les câbles, soit en continu, soit en alternance, est le mouvement des porteurs de charge, c'est-à-dire, électrons. D'un autre côté, Les ondes électromagnétiques impliquent le mouvement de champs électriques et magnétiques (des champs qui ne sont pas des substances physiques). Selon la théorie de la relativité, les champs électriques et magnétiques peuvent être unifiés en un seul “Champ électromagnétique” dans différentes situations, mais nous n'entrerons pas dans les détails ici. Le courant circule dans les conducteurs, tandis que les ondes électromagnétiques se propagent à travers les médias ou le vide.
Mauvaise idée: La vitesse du courant est égale à la vitesse de la lumière divisée par la racine carrée du produit de la constante diélectrique par la perméabilité magnétique..
La vitesse de la lumière divisée par la racine carrée du produit de la constante diélectrique par la perméabilité magnétique donne la vitesse des ondes électromagnétiques dans un milieu.. Les fils conducteurs ne sont pas moyens, mais les métaux. Les ondes électromagnétiques ne peuvent pas se propager conducteurs de câbles électriques. Cependant, Il est important de noter que dans certaines conditions, les ondes électromagnétiques peuvent se propager à la surface des conducteurs, ce qu'on appelle les ondes de surface, bien que cela ne soit pas lié au transport d'électricité dans ce contexte.
Vitesse du courant électrique
Dans une section continue d'un câble conducteur, lorsqu'un courant électrique est appliqué, Un champ électrique est créé entre les extrémités du conducteur. Ce champ électrique transporte des informations sur les changements dans la source du champ à une vitesse proche de la vitesse de la lumière.. Ces champs électriques peuvent piloter le mouvement des électrons libres, qui donne naissance à un courant électrique.
Ce processus ne nécessite pas que les électrons se déplacent d’une extrémité à l’autre du conducteur pour que le courant électrique s’établisse.. C’est comme ouvrir un robinet d’eau., où l'eau coule immédiatement lorsque le robinet est ouvert, sans que l'eau ait besoin de passer du réservoir au robinet. La vitesse à laquelle l'énergie est transmise d'un bout à l'autre est due au champ électrique, pas aux électrons.
Puisque la formation du courant électrique implique l’établissement rapide du champ électrique, qui se déplace pratiquement à la vitesse de la lumière, La vitesse du courant électrique est approximativement égale à la vitesse de la lumière.
Transmission d'énergie dans les câbles électriques
Capacité de transmission par câble
Bien que la vitesse du courant électrique soit proche de la vitesse de la lumière, La capacité de transmission des câbles électriques est limitée. La capacité du lignes de transport d'énergie électrique dépend de plusieurs facteurs, y compris le niveau de tension de ligne, la section transversale des conducteurs, conditions environnementales et longueur de ligne, entre autres. La formule la plus couramment utilisée pour calculer la capacité d’une ligne est:
Capacité de ligne = Tension × Section du conducteur × Facteur de capacité de transmission
La capacité est généralement mesurée en kilowatts (kW) les mégavatios (MW), la tension en kilovolts (kV), et la section transversale du conducteur en millimètres carrés (mm2). Le facteur de capacité de transport est une valeur empirique qui prend en compte les caractéristiques techniques et les conditions environnementales de la ligne..
Impact du niveau de tension
Le niveau de tension fait référence à la tension utilisée dans une ligne de transport d’énergie électrique.. En général, Les lignes de transmission avec des niveaux de tension plus élevés ont une plus grande capacité. En effet, une tension plus élevée peut réduire le courant électrique et, donc, réduire les pertes d'énergie dans la ligne. Cependant, Las lignes électriques à haute tension Ils nécessitent également une meilleure isolation et des mesures de sécurité supplémentaires.. Donc, lors du choix d'un niveau de tension, une variété de facteurs doivent être pris en compte de manière globale.
Sélection de la section transversale du conducteur
La section transversale du conducteur fait référence à la taille de la section transversale des conducteurs dans une ligne de transport d’énergie électrique.. Le choix de la section transversale du conducteur doit répondre à deux conditions: premier, doit être capable de résister à la charge de courant requise et, deuxième, doit s'assurer que la température du conducteur reste dans une plage sécuritaire. Comme d'habitude, à mesure que la section transversale du conducteur augmente, la capacité de la ligne augmente également, mais en même temps, Cela peut augmenter les coûts et les pertes de transport d’énergie..
Prise en compte du facteur de capacité de transmission
Le facteur de capacité de transport est une valeur empirique qui permet de prendre en compte les caractéristiques techniques et les conditions environnementales de la ligne.. Ce facteur est influencé par plusieurs facteurs, comme matériau des conducteurs, la longueur de la ligne, la température ambiante, vitesse du vent, entre autres. Différents facteurs de capacité de transport peuvent être appliqués à différents types de lignes pour refléter leurs capacités de transport respectives..
Un exemple pratique
Pour mieux comprendre le calcul de la capacité de transport des lignes, nous pouvons utiliser un exemple pratique. Supposons que nous ayons une ligne de transmission avec un niveau de tension de 110 kV, une section transversale du conducteur 300 mm² et un facteur de capacité de transmission de 0.9.
Selon la formule de calcul mentionnée ci-dessus, nous pouvons déterminer la capacité de cette ligne:
Capacité = 110 kV × 300 mm² × 0.9 = 29.7 MW
Donc, La capacité de cette ligne de transmission est 29.7 mégawatts.
Pourquoi l'électricité n'est-elle pas rétablie en même temps?
En réalité, La raison pour laquelle l'électricité est rétablie par étapes après une panne de courant dans une ville est que le réseau électrique est un système complexe composé de nombreux câbles., contrôleurs, relais et autres composants. Bien que la transmission actuelle soit rapide, Le processus implique des calculs dans les contrôleurs et les réponses des relais, ce qui prend du temps.
Comme d'habitude, au moment où l'équipement démarre, le courant est très élevé, parfois même plus de dix fois le courant de fonctionnement normal. Si tous les appareils sur la même ligne étaient activés en même temps, le courant instantané et élevé activerait sans aucun doute les dispositifs de protection, ce qui entraînerait une panne de courant.
En outre, l'électricité d'une ville provient de plusieurs lignes d'alimentation. C'est lignes de câbles souterrains Ils devraient également être mis en service par étapes afin d'éviter des impacts significatifs sur les installations d'approvisionnement en électricité de niveau supérieur..
En résumé, bien que la vitesse de transmission de l'électricité à travers les câbles soit pratiquement égale à la vitesse de la lumière, Le rétablissement de l'électricité dans une ville après une panne de courant ne se produit pas instantanément en raison de la complexité du réseau électrique et de la nécessité de coordonner et d'équilibrer la charge en toute sécurité.. Les systèmes de contrôle et les dispositifs de protection jouent un rôle crucial pour garantir que l'électricité soit rétablie de manière contrôlée et sûre dans différentes parties de la ville., éviter les surcharges et les coupures inattendues.