¿Cómo funcionan las torres de transposición en las líneas de transmisión?

Existen torres de transposición en líneas eléctricas de distribución de energía. La idea es que, por ejemplo, tenga tres conductores funcionando en paralelo a la misma altura y el más a la izquierda de ellos es la fase A y después de la transposición el medio es la fase A y el más a la izquierda en la fase C y la fase B, que originalmente era el medio conductor es ahora el más a la derecha. Wikipedia dice que es necesario porque

La transposición es necesaria ya que hay capacitancia entre los conductores, así como entre los conductores y la tierra. Esto generalmente no es simétrico en todas las fases. Al transponer, la capacitancia general para toda la línea está aproximadamente equilibrada.

No lo entiendo Son tres cables en paralelo antes de la transposición y tres cables en paralelo después de la transposición y las distancias entre los cables son las mismas antes y después de la transposición (y la distancia entre los cables y el suelo apenas puede controlarse porque la superficie del suelo es desigual y cambios con el tiempo).

¿Cómo la transposición de tres cables paralelos en tres cables paralelos ayuda a equilibrar la capacitancia de la línea?

Editar: Enterrado en los comentarios de una respuesta hay un enlace a una imagen que destaca la disposición de las fases en la torre de transposición en el artículo de wikipedia vinculado anteriormente. La imagen merece ser mostrada aquí ...

La imagen muestra tres disposiciones comunes de cables. Agregué símbolos de condensador de cable a cable, tenga en cuenta que también tiene una capacitancia de cable a tierra para cada cable. Los valores del condensador disminuyen a medida que aumenta la distancia entre los cables.

La imagen es propio trabajo, CC BY-SA 3.0

Caso 1, tres cables en un nivel (distancias iguales a tierra, pero diferentes distancias de cable a cable):

La capacitancia del cable del medio a los dos cables en los lados es mayor que la capacitancia entre los dos cables en el exterior del sistema.

En general, desea tener una capacitancia aproximadamente igual de cada cable a los otros dos cables. Por lo tanto, mediante la transposición de los cables, se crea, en promedio, una distancia igual (y capacitancia) entre todos los cables entre sí.

Caso 2, tres cables dispuestos como un triángulo (distancias iguales de cable a cable, pero diferentes distancias al suelo):

En toda la longitud del sistema, las distancias y los valores de capacitancia de los tres cables entre sí son iguales, pero la capacitancia de cable a tierra es mayor para los cables más cercanos a tierra.

Al intercambiar los tres cables utilizando la transposición, cada cable gasta una distancia promedio igual a tierra. Por lo tanto, los valores de capacitancia de cable a tierra coinciden para el sistema trifásico.

Caso 3, los cables no están espaciados por igual entre sí ni a tierra

Ahora, terminas con dos razones para la transposición a lo largo del recorrido total de tu línea.

Este es el mismo concepto que detrás de los cables de par trenzado. Dos cables que corren paralelos se acoplarán de manera diferente al medio ambiente porque están en lados diferentes. Al girarlos, promedia el acoplamiento externo para que sea aproximadamente el mismo de cada cable al medio ambiente.

Es un poco más complicado cuando tienes 3 cables porque también quieres equilibrar el acoplamiento entre los cables. Al retorcer los tres cables periódicamente, cada uno de los cables se trata por igual con respecto al acoplamiento a tierra, los otros cables y cualquier otra cosa alrededor. La radiación al espacio también es un problema con las grandes líneas eléctricas. Una vez más, desea que todos los efectos sean iguales entre los tres conductores.

Las líneas eléctricas no parecen retorcidas a primera vista porque el paso de la torsión es millas. Desea que el tono de giro sea una pequeña fracción de una longitud de onda y que haya suficientes giros en una línea para que las cosas salgan bien. A 60 Hz, unas pocas millas siguen siendo una distancia "corta".

De los sistemas de energía eléctrica 3e de BM Weedy (énfasis mío):

El espaciamiento asimétrico del conductor produce diferentes inductancias para cada fase, lo que provoca una caída de voltaje desequilibrada, incluso cuando las corrientes de carga están equilibradas. El voltaje o corriente residual o resultante induce voltajes no deseados en las líneas de comunicaciones vecinas. Esto se puede superar mediante el intercambio de posiciones del conductor a intervalos regulares a lo largo de la ruta, una práctica conocida como transposición .

He visto diseños de líneas de transmisión que exigen un espaciado desigual de los conductores (es decir, a + 1200 mm, + 375 mm y -1200 mm a lo largo del brazo transversal de un poste de madera en forma de T).

Supongamos que tiene tres cables en un plano horizontal:. . .

El cable del medio está adyacente a otros dos cables. Por lo tanto, se verá afectado de manera diferente a los cables en el extremo. Por lo tanto, desea que cada cable esté en el medio durante cierta distancia, para que los efectos se equilibren.

También es común tener tres cables verticalmente:

.
.
.

En este caso, uno de los cables estará más cerca del suelo que los otros dos, además del hecho de que uno de los cables está entre dos cables y los otros dos no.