Como funcionam as torres de transposição nas linhas de transmissão?

Existem torres de transposição nas linhas de distribuição de energia. A ideia é que, por exemplo, você tenha três condutores funcionando paralelamente na mesma altura e o mais à esquerda deles seja a fase A e após a transposição, o meio seja a fase A e o mais à esquerda na fase C e fase B, que originalmente era o meio o condutor agora é o mais à direita. A Wikipedia diz que é necessário porque

A transposição é necessária, pois existe capacitância entre condutores, bem como entre condutores e terra. Isso normalmente não é simétrico entre as fases. Ao transpor, a capacitância geral para toda a linha é aproximadamente equilibrada.

Eu não entendo. São três fios em paralelo antes da transposição e três fios em paralelo após a transposição e as distâncias entre os fios são as mesmas antes e após a transposição (e a distância entre os fios e o solo dificilmente pode ser controlada porque a superfície do solo é irregular e alterações ao longo do tempo).

Como a transposição de três fios paralelos em três fios paralelos ajuda a equilibrar a capacitância da linha?

Edit: Enterrado nos comentários de uma resposta, há um link para uma imagem que destaca o arranjo das fases na torre de transposição no artigo da Wikipedia acima. A imagem merece ser mostrada aqui ...

A imagem mostra três arranjos comuns de fios. Adicionei símbolos de capacitor fio a fio, observe que você também tem uma capacitância fio a terra para cada fio. Os valores do capacitor diminuem à medida que a distância entre os fios aumenta.

A imagem é obra própria, CC BY-SA 3.0

Caso 1, três fios em um nível (distâncias iguais ao terra, mas distâncias fio a fio diferentes):

A capacitância do fio do meio aos dois fios laterais é maior que a capacitância entre os dois fios na parte externa do sistema.

No geral, você deseja ter uma capacitância aproximadamente igual entre cada fio e os outros dois fios. Assim, pela transposição dos fios, você cria, em média, uma distância (e capacitância) igual entre todos os fios em relação um ao outro.

Caso 2, três fios dispostos em triângulo (distâncias fio a fio iguais, mas distâncias diferentes do solo):

Em todo o comprimento do sistema, as distâncias e os valores de capacitância dos três fios um em relação ao outro são iguais, mas a capacitância fio-terra é maior para os fios mais próximos do terra.

Ao trocar os três fios usando a transposição, cada fio gasta uma distância média igual ao solo. Assim, os valores da capacitância fio-terra correspondem ao sistema trifásico.

Caso 3, os fios não são espaçados igualmente entre si nem no terra

Agora, você acaba com duas razões para a transposição ao longo da execução total da sua linha.

Esse é o mesmo conceito que fica atrás dos fios de par trançado. Dois fios paralelos se acoplam de maneira diferente ao ambiente, pois estão em lados diferentes. Ao torcê-los, você calcula a média do acoplamento externo para ser aproximadamente o mesmo de cada fio para o ambiente.

É um pouco mais complicado quando você tem três fios, porque também deseja equilibrar o acoplamento entre os fios. Torcendo os três fios periodicamente, cada um dos fios é tratado igualmente em relação ao acoplamento ao terra, aos outros fios e a qualquer outra coisa ao redor. A radiação no espaço também é um problema com grandes linhas de energia. Novamente, você deseja que todos os efeitos sejam iguais entre os três condutores.

As linhas de energia não parecem distorcidas à primeira vista porque o tom da torção é de quilômetros. Você quer que o tom da torção seja uma pequena fração de comprimento de onda e que haja várias torções em uma linha para que tudo fique bem. A 60 Hz, algumas milhas ainda são uma distância "curta".

Dos sistemas de energia elétrica 3e da BM Weedy (ênfase minha):

O espaçamento assimétrico do condutor resulta em indutâncias diferentes para cada fase, causando uma queda de tensão desequilibrada, mesmo quando as correntes de carga são balanceadas. A tensão ou corrente residual ou resultante induz tensões indesejadas nas linhas de comunicação vizinhas. Isso pode ser superado pelo intercâmbio de posições do condutor, que são intervalos regulares ao longo da rota, uma prática conhecida como transposição .

Eu já vi projetos de linhas de transmissão que exigiam espaçamento desigual dos condutores (ou seja, + 1200 mm, + 375 mm e -1200 mm ao longo do braço transversal de um poste de madeira em forma de T.

Suponha que você tenha três fios em um plano horizontal:. . .

O fio do meio é adjacente a dois outros fios. Assim, será afetado de maneira diferente dos fios no final. Então você quer que cada fio fique no meio por alguma distância, para que os efeitos se equilibrem.

Também é comum ter três fios na vertical:

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Nesse caso, um dos fios estará mais próximo do chão do que os outros dois, além do fato de que um deles está entre dois fios e os outros dois não.