COMPARACIÓN DE LÍNEAS DE TRASMISIÓN EN CORRIENTE CONTINUA Y ALTERNA

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COMPARACIÓN DE LÍNEAS DE TRASMISIÓN EN CORRIENTE CONTINUA Y ALTERNA FAUSTO CHUNZHO Unidad Académica de Ingeniería de Sistemas, Eléctrica y Electrónica, Universidad Católica de Cuenca Cuenca, Ecuador [email protected] Abstract—This paper presents a comparison of transmission lines in DC which is broken down into bipolar and monopolar, and alternating current which is divided equally by phase different one two powers. Belonging calculations to include each transmission line to obtain a final conclusion regarding the efficiency of each line. Resumen— En este documento se presenta una comparación de líneas de trasmisión en corriente continua la cual se desglosa en bipolar y monopolar, y corriente alterna la cual de igual manera está divida por trifásica uno y dos con diferentes potencias. Se realizara los cálculos pertenecientes a cada línea de trasmisión para obtener una conclusión final con respecto a la eficiencia de cada línea Palabras clave: Trasmisión, Bipolar, Monopolar, Trifásica, Potencias. I. INTRODUCCIÓN La trasmisión de corriente desde los principios se lo realizo en corriente continua y debido a su alto costo en la trasmisión se vieron nuevas opciones, con el pasar del tiempo se creó la corriente alterna la cual se puede trasmitir a varios kilómetros variando el voltaje. Los problemas en corriente continua en comparación a la corriente alterna es que no existe transformador para reducir el voltaje y una línea de CC solo trasmite potencia activa, además la construcción de líneas de trasmisión tiene un costo es más elevado que en alterna. De igual manera las líneas de corriente continua contienen ventajas como la eliminación de impedancia debido a que no existe frecuencia por ende las pérdidas son menores, además se puede conectar dos sistemas de potencia en diferente frecuencia con la rectificación de las líneas. Debido a los múltiples análisis entre corriente continua y corriente alterna en líneas de trasmisión se ha visto beneficioso realizar un balance con el objetivo de determinar qué línea es mejor basándonos en un cálculo matemático y una tabla de resultados. II. COMPARACIÓN DE LAS LÍNEAS DE TRASMISIÓN Para esta comparación se tomara en cuenta que la longitud de las líneas 1

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lineas monopolares y bipolares en trasmision comparacion con CA

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COMPARACIN DE LNEAS DE TRASMISIN EN CORRIENTE CONTINUA Y ALTERNA

FAUSTO CHUNZHOUnidad Acadmica de Ingeniera de Sistemas, Elctrica y Electrnica, Universidad Catlica de CuencaCuenca, [email protected]

AbstractThis paper presents a comparison of transmission lines in DC which is broken down into bipolar and monopolar, and alternating current which is divided equally by phase different one two powers. Belonging calculations to include each transmission line to obtain a final conclusion regarding the efficiency of each line.

Resumen En este documento se presenta una comparacin de lneas de trasmisin en corriente continua la cual se desglosa en bipolar y monopolar, y corriente alterna la cual de igual manera est divida por trifsica uno y dos con diferentes potencias. Se realizara los clculos pertenecientes a cada lnea de trasmisin para obtener una conclusin final con respecto a la eficiencia de cada lnea

Palabras clave: Trasmisin, Bipolar, Monopolar, Trifsica, Potencias.

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I. INTRODUCCIN La trasmisin de corriente desde los principios se lo realizo en corriente continua y debido a su alto costo en la trasmisin se vieron nuevas opciones, con el pasar del tiempo se cre la corriente alterna la cual se puede trasmitir a varios kilmetros variando el voltaje.Los problemas en corriente continua en comparacin a la corriente alterna es que no existe transformador para reducir el voltaje y una lnea de CC solo trasmite potencia activa, adems la construccin de lneas de trasmisin tiene un costo es ms elevado que en alterna.De igual manera las lneas de corriente continua contienen ventajas como la eliminacin de impedancia debido a que no existe frecuencia por ende las prdidas son menores, adems se puede conectar dos sistemas de potencia en diferente frecuencia con la rectificacin de las lneas. Debido a los mltiples anlisis entre corriente continua y corriente alterna en lneas de trasmisin se ha visto beneficioso realizar un balance con el objetivo de determinar qu lnea es mejor basndonos en un clculo matemtico y una tabla de resultados. II. COMPARACIN DE LAS LNEAS DE TRASMISIN Para esta comparacin se tomara en cuenta que la longitud de las lneas de trasmisin y el voltaje para corriente continua y alterna ser la misma magnitud de esta manera nuestro anlisis final ser ms eficiente ya que se trata de que las lneas tengas el mayor grado de similitud.A- La primera comparacin se realizara en lneas de corriente continua entre bipolar y monopolar.La Tabla 1 son los resultados de los clculos realizados en el Anexo 1 de lneas de trasmisin MONOPOLAR en CCPara ello debemos tener presente que para realizar los clculos (Anexo1) debemos tener datos ya determinados, para este caso los datos ya establecidos son:Longitud= 500 km Resistencia= 0.015ohm/kmPotencia= 1000Mw Seccin=2000mm^2 Tensin= 500Kv Resistencia a tierra = 2omh

Tabla 1. Resultados en lnea MONOPOLAR en CCCalculo de la lneaUnidadesMonopolar

Longitud Km500

Potencia Mw1000

Tensin Kv500

Corriente A2000

Densidad de corriente A/mm^21

Resistividad Ohm mm^2/Km30

Seccin mm^22000

ResistenciaOhm/km0.015

ROhm7.5

Resistencia tierraOhm2

D U V19000

Perdidas Kw38000

Perdidas relativas%3.8

DU / U%3.8

Todo el procedimiento del anlisis matemtico se encuentra en el Anexo 1, de la misma manera la Tabla 2 presenta los resultados en lneas de trasmisin en BIPOLAR en CCLos datos establecidos para este caso son los siguientes:Longitud= 500 km Resistencia= 0.03ohm/kmPotencia= 1000Mw Seccin=1000mm^2 Tensin= 500Kv Tabla 2. Resultados en lnea BIPOLAR en CCCalculo de la lneaUnidadesBipolar

Longitud Km500

Potencia Mw1000

Tensin Kv500

Corriente A1000

Densidad de corriente A/mm^21

Resistividad Ohm mm^2/Km30

Seccin mm^21000

ResistenciaOhm/km0.03

ROhm15

Resistencia tierraOhm

D U V30000

Perdidas Kw30000

Perdidas relativas%3

DU / U%3

Como se visualiza en la Tabla 2 no tenemos resistencia a tierra debido que el retorno se lo realizar por la segunda lnea debido a esto tiene su nombre caracterstico de bipolar, de igual manera todo el procedimiento matemtico se encuentra en el Anexo 2.La tabla 3 obtiene los resultados de las lneas monopolar y bipolar, en esta tabla se analizara los resultados de cada lnea.Tabla 3. Resultados de las lneas MONOPOLAR y BIPOLAR en CCCalculo de la lneaUnidadesMonopolarBipolar

Longitud Km500500

Potencia Mw10001000

Tensin Kv500500

Corriente A20001000

Densidad de corriente A/mm^211

Resistividad Ohm mm^2/Km3030

Seccin mm^220001000

ResistenciaOhm/km0.0150.03

ROhm7.515

Resistencia tierraOhm2

D U V1900030000

Perdidas Kw3800030000

Perdidas relativas%3.83

DU / U%3.83

Anlisis de comparacin entre lnea monopolar y bipolarComo se observa en la Tabla 1 y 2 se tiene datos similares como la longitud, la potencia, la tensin en base a estos datos se obtuvo los dems resultados ya expuestos en la tabla 3.Al tener los mismos voltajes y la misma potencia se obtiene la misma corriente la diferencia que en la lnea monopolar solo es un conductor el cual trasmite los 2000A en comparacin a la lnea bipolar que trasmite 1000A por cada conductor, adems al ser un solo conductor las prdidas son mayores sumando que la seccin del conductor es el doble que la lnea bipolar, pero al ser dos conductores la resistencia del conductor por kilmetros son mayores haciendo que la cada de tensin sea mayor, de igual manera en el anlisis de perdidas relativas las lneas monopolar tiene un porcentaje mayor con respecto a bipolar.En base a los clculos matemticos presentados en Anexo 1 y 2 y en los resultados de la Tabla 3 se concluye que las lneas monopolares trasmite la misma corriente voltaje con la diferencia que al ser un solo conductor la seccin debe ser ms grande haciendo que tenga mayor perdidas en este anlisis los clculos demuestran que las lneas bipolares trasmite la misma cantidad de voltaje con una seccin menor con menos perdidas haciendo que sea una lnea idnea con menos perdidas y mayor confiabilidad. B- La siguiente comparacin ser entre una lnea trifsica 1 y trifsica2 CA con diferente potencia

Cabe recalcar que para este anlisis solo se tomara en cuenta la potencia activa el objetivo es de tener valores similares para luego realizar una comparacin con las lneas de corriente continua.

La Tabla 4 hace referencia a los resultados del Anexo 3 de lneas trifsicas, para ellos estos son los datos ya establecidos:

Longitud= 500km Tensin= 500Kv C=0.01uf/km Resistencia=0.0259ohm/kmPotencia= 1000Mw f=50hzXreactancia= 0.3ohm/kmSeccin= 1154.7 mm2

Para esta tabla se tiene ms datos debido a que al ser una lnea en corriente alterna infiere lo que es la frecuencia por ende existe reactancias.Tabla 4. Resultados de lnea trifsica CACalculo de la lneaUnidadesTrifsica 1

Longitud Km500

Potencia Mw1000

Tensin Kv500

Corriente A1154

Densidad de corriente A/mm^21

Resistividad Ohm mm^2/Km30

Seccin mm^21154.7

ResistenciaOhm/km0.0259

ROhm12.99

PerdidasKW51961.5

Perdidas relativas%5.19

XreactanciaOhm/km0.3

XOhm 150

QLMVAr600

CuF/km0.01

FrecuenciaHz50

wC3.1415u

QcMVAr392.69

Tensin picoKv408.24

Como se observa aunque intentemos solo trasmitir potencia activa existe la necesidad de potencia reactiva, todos los clculos de la Tabla 4 se encuentra en el Anexo 3

De igual manera la Tabla 5 se parece a la Tabla 4 con la diferencia que sus potencias no son iguales para ello tenemos los siguientes datos establecidos.

Longitud= 500km Tensin= 500Kv C=0.01uf/km Resistencia=0.0259ohm/kmPotencia= 100Mw f=50hzXreactancia= 0.3ohm/kmSeccin= 1154.7 mm2Tabla 5. Resultados de lnea trifsica CACalculo de la lneaUnidadesTrifsica 2

Longitud Km500

Potencia Mw100

Tensin Kv500

Corriente A115

Densidad de corriente A/mm^21

Resistividad Ohm mm^2/Km30

Seccin mm^21154.7

ResistenciaOhm/km0.0259

ROhm12.99

PerdidasKW519.6

Perdidas relativas%0.51

XreactanciaOhm/km0.3

XOhm 150

QLMVAr6

CuF/km0.01

FrecuenciaHz50

wC3.1415u

QcMVAr392.69

Tensin picoKv408.24

Los clculos de la tabla 5 se encuentra en el Anexo 4, lo cuales no varan mucho ya que solo se redujo la magnitud de potencia en comparacin a la tabla 4Calculo de la lneaUnidadesTrifsica 1Trifsica 2

Longitud Km500500

Potencia Mw1000100

Tensin Kv500500

Corriente A1154115

Densidad de corriente A/mm^211

Resistividad Ohm mm^2/Km3030

Seccin mm^21154.71154.7

ResistenciaOhm/km0.02590.0259

ROhm12.9912.99

PerdidasKW51961.5519.6

Perdidas relativas%5.190.51

XreactanciaOhm/km0.30.3

XOhm 150150

QLMVAr6006

CuF/km0.010.01

FrecuenciaHz5050

wC3.1415u3.1415u

QcMVAr392.69392.69

Tensin picoKv408.24408.24

Anlisis entre trifsica 1 y 2Para la comparacin entre las Tablas 4 y 5 en base a los resultados obtenidos en los Anexos 3 y 4 se concluye que al ser lneas de las mismas caractersticas, de la misma seccin solo con la diferencia de magnitudes distintas de potencias las prdidas son mayores a una potencia de 1000Mw de igual manera la corriente es mayor, como resultado ambas lneas son idneas ya que las prdidas depende de la cantidad de potencia que se est trasmitiendo.

C- Como anlisis final se realizara una comparacin ente las lneas de corriente continua y corriente alterna

Para realizar esta comparacin se toma en cuenta que las potencias las longitudes las tensiones sean las mismas, de igual manera se recalcan que las lneas de trasmisin en CA se realiz solo con potencia activa tratando de hacer que las lneas en CC y CA tengan las mayores similitudes, como la trifsica 1 CA tiene la misma potencia solo con esa tabla se har la comparacin.

En base a los resultados obtenidos y en comparacin a todos ellos, las lneas de CC ya sea monopolar y bipolar trasmiten solo potencias activas por ende una lnea que no trasmite frecuencia no tiene impedancias y por consecuencia las prdidas son menores.

Adems de tener prdidas menores para la trasmisin de corriente continua en bipolar se utiliza un conductor de menor seccin, la comparacin con monopolar no se la puede realizar ya que al ser monopolar solo utiliza un conductor y de mayor seccin.

Otra ventaja que tiene las lneas monopolar CC con respecto a CA que puedo trasmitir ms corriente con respecto a las lneas de Trifsica en CA.

En la realidad que vivimos es ms utilizada la trasmisin en corriente alterna, sabiendo que tiene una cantidad de prdidas mayor a la de una lnea en CC, ya que estas lneas solo trasmiten potencia activa y una carga depende de potencia activa y reactiva no siendo factible.

Las lneas de trasmisin en alterna tiene mayor grado de prdidas pero para ello se debe incrementar el voltaje (con la utilizacin de un trasformador) para reducir dichas perdidas, lo que en CC no se puede utilizar para reducir o elevar el voltaje.

Una ventaja que tiene CA con CC es la no utilizacin de puesta a tierra en comparacin a una linea de trasmisin monopolar CC.

Los nmeros favorece a la trasmisin en corriente continua en menos perdidas con la misma conductor, la trasmisin de ms corriente pero en la realidad la trasmisin de corriente continua es ms cara con respecto a corriente alterna, adems la reduccin del voltaje, inversin o la implementacin de potencias reactivas en la carga se lo realiza mediante electrnica de potencia y este al ser un campo nuevo es costosa.

III. CONCLUSIONES

La trasmisin de corriente continua es mucho ms beneficiosa que la trasmisin en CA pero debido a su costo elevado no se lo utiliza mucho, matemticamente se ha demostrado que trasmitir en CC es ms recomendable pero llegando a la realidad el panorama cambia ya que una carga utiliza potencia activa y reactiva y para implementar esta potencia en CC se debe aplicar electrnica de potencia siendo esta cara por ser un campo nuevo.

Una lnea monopolar al trasmitir mayor corriente por un solo conductor de mayor seccin hace que no sea muy factible y en comparacin a la lnea bipolar, pero mirando desde el punto econmico el gasto sera menor que utilizar dos conductores.

Para la creacin de una lnea de trasmisin en CC en la actualidad se debe realizar un anlisis econmico, porque existe casos en lo que resulta ms econmico crear una lnea de CC

En la actualidad la electrnica de potencia est creciendo y con ello la implementacin de la corriente continua va ganando campo, se espera regresar a la trasmisin de CC pero con un costo menor que la CA.

IV. BIBLIOGRAFA[1] Alta tensin diapositivas de presentacin, Ing, Xavier Gutirrez.

AnexosAnexo 1

Anexo 2

Anexo 3

Anexo 4