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Líneas de transmisión
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1. Introducción
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Transporte
Consiste en una redde líneas aéreas, o
cables subterráneos. Las líneas:
diseñadas para
transportar grandes
cantidades depotencia.
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Tipos de transporte
Gran parte de la potencia se
transporta mediante líneas
aéreas de AC, utilizándose
DC para propósitosespeciales.
Los cables subterráneos seutilizan en general en zonasdensamente pobladas, obajo agua, para largasdistancias.
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Línea
Conjunto de
conductores, materiales
aislantes y accesoriosutilizados para transferir
electricidad entre dos
puntos de una red.
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Construcción de líneas aéreas
Tecnología involucrada : Eléctrica.
Mecánica
Estructural
Civil
Química Los principales componentes son :
Cable de guarda para la protección contradescargas atmosféricas (cuando seanecesario).
Torre (celosía o tubular)
Conductores de fase Cadena de Aisladores.
Fundación y aterramiento.
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Conductores de fase.
MATERIAL CONDUCTOR:
Se utilizan casi
exclusivamenteconductores a base dealuminio, por razonesde economía y de
facilidad de ejecución.
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Conductores de fase
Los conductores típicos son : AAC conductor totalmente de aluminio
AAAC conductor totalmente de aleación de aluminio. ACSR conductor de aluminio y acero reforzado.
ACAR conductor de aleación de aluminio reforzado.
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Cable
La sección transversal de un cablede alta tensión.
En la parte central, los cables sonde acero y en parte externa son de
aluminio. Debido al efecto pelicular “skin”, la
corriente tiene a distribuirse por laparte externa, donde el aluminio esbuen conductor.
El acero brinda la fortaleza alcable.
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ACSR
Es el tipo mas común.
Esta compuesto de varios alambres de aluminiocableados sobre el conductor central de acero encapas concéntricas.
El acero provee la capacidad al esfuerzo mecánico yel aluminio conduce la corriente.
El reforzamiento consiste de un alma de acero dealambres de acero galvanizado que algunas veces
es engrasado para protección adicional contra lacorrosión.
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Conductor ACSR
Capacidad de corriente: 650 A
Conductor: 54 AL/7S
Hilos de aluminio 3 capas 54 conductores
Alma de acero 7 conductores
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Ejemplo de conductores ACSR
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Fecha
Las depresiones en la línea son debidas al peso de lalínea y a la temperatura del conductor.
La depresión se incrementa a mayor temperatura.
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Corona y radio interferencia
Las altas tensiones empleadas en sistemas de EHV (400kV) yUHV (700kV) da como resultado elevados gradientes depotencial alrededor del conductor.
Si el gradiente excede los 30 kV/cm, rompe el nivel deaislamiento del aire, y da lugar a descargas, las cuales causanpérdidas de potencia llamadas perdidas corona, y a laemisión de ondas electromagnéticas, causando considerableradiointerferencia y ruido audible.
La nieve es probablemente el factor metereológico que másaumenta las pérdidas seguido de la niebla, la lluvia y los
humos industriales. El viento y el grado higrométrico apenasafectan.
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Pérdidas corona
Por ejemplo, las pérdidas corona en una línea de 400kV es alrededor de 1kW/milla en buen tiempo ypuede alcanzar los 150 kW/milla durante temporadade nieve y lluvia.
En general la perdida de energía promedio debido acorona es un solo pequeño porcentaje de laspérdidas I2R.
Esto porque las pérdidas corona es menor que el
problema concerniente causado por laradiointerferencia y ruido audible.
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Conductores en haces
Normalmente las líneas
de media y alta tensióntienen líneas conconductores en haces.
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Conductores en haces
La razón para esto es que loscampos eléctricos alrededor delconductor son reducidos.
Esto lleva para bajar pérdidas por
efecto corona y a un menor ruido. También la reactancia de la línea en
el ohm/km es reducido porconsiguiente hay un incremento en
la transmisión de potencia.
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Aisladores
Son los elementos cuya finalidad consiste enaislar el conductor de la línea de apoyo que losoporta.
Al emplearse los conductores, generalmentedesnudos, se precisa que los aisladoresposean buenas propiedades dieléctricas yaque la misión fundamental del aislador esevitar el paso de la corriente del conductor al
apoyo.
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Descargas a tierra
El paso de la corriente del conductor a losapoyos puede producirse por las siguientescausas:
conductividad interior del material.
conductividad superficial del material.
perforación de la masa aislante.
descarga disruptiva a través del aire.
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Herrajes
La unión de los
conductores con los
aisladores y de éstos
con los apoyos se
efectúa mediante piezas
metálicas denominadas
herrajes.
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Cable guarda
Los cables de tierra se
instalan en las líneas
eléctricas aéreas de alta
tensión como protección
contra el impacto de las
posibles descargas de
los rayos sobre ellas.
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Cable de guarda
Se muestra una línea trifásica con apantallamiento oprotectores aéreos.
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Cable guarda
Se sitúan sobre las fases, uno o dos cables, según ladisposición de éstas y la tensión de la línea.
Entre 66 kV y 380 kV es habitual su instalación y
tensiones inferiores no es frecuente. Generalmente se dispone uno en la punta de los
apoyos.
Los tipos más empleados son los de acero
galvanizado y los de alumoweld.
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Soporte
Apoyo que podría
estar fabricado con
acero, madera,concreto y que tiene
normalmente cuatro
lados y crucetas.
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Torres
Rígidas o no rígidas.
Torres no rígidas: requierenretenidas para mantenerizadas. Requiere menosacero, pero mayor terrenocomo derecho de paso.
Torre rígida: derecho de
paso es reducida. Requieremayor acero.
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Configuración de soportes de media tensión
Estructuras típicas
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Configuración de soportes de alta tensión
Estructuras típicas
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Configuración de soportes de alta tensión
Estructuras típicas
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2. Parámetros eléctricos
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Parámetros eléctricos
Resistencia: se asocia con las pérdidaseléctricas (efecto Joule).
Inductiva: Es asociada con la caída de tensiónen la línea.
Capacitancia: representa la “generación dereactivos” en las líneas.
Conductancia: se asocia con las pérdidas de
potencia, es dependiente del nivel de tensiónde la línea.
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Parámetros eléctricos
La resistencia y la inductancia, distribuida a lo largode la línea conforman la impedancia en serie,mientras que la capacitancia y la conductancia entreconductores o entre conductores y neutroconstituyen la admitancia en paralelo o de dispersiónde la línea.
Todos estos parámetros eléctricos son de carácterdistribuido sin embargo la representación de laslíneas se hace con parámetros concentrados.
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Resistencia
ρ: resistividad del material conductor.
L: longitud del conductor.
A: área de la sección del conductor.
2
I
conductor el en potenciade Pérdidas Refectiva
A
L R
DC
Factores que afectan a la resistencia efectiva de losconductores: Trenzado en espiral de los cables.
Distribución no uniforme de la corriente por el conductor(Efecto pelicular o skin).
Temperatura del conductor.
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Resistencia
Trenzado en espiral: los hilos del trenzado poseenmayor longitud que la del conductor completo, porello el valor calculado de resistencia difiere del real.
Incremento de 1% para conductores de 3hilos y 2%
para conductores concéntricamente trenzados
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Resistencia
Temperatura: La resistencia eléctrica aumenta con elaumento de la temperatura del material conductor.
Para los conductores metálicos, la variación de la resistenciacon la temperatura se considera lineal y es dependiente delmaterial.
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Resistencia
Efecto piel: Se define como la distribución no uniforme de lacorriente a través del área del conductor.
El efecto piel solo se presenta en presencia de corrientesalternas y se incrementa con la frecuencia
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Inductancia y reactancia inductiva
Inductancia: Relaciona la tensión inducida por el flujovariable, con la razón de cambio de la corriente.
Inductancia del conductor debido al flujo interno
I L
m
H
I L 7int
int 102
1
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Inductancia y reactancia inductiva
Enlaces de flujo entre dos puntos externos.
d i i i d i
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Inductancia y reactancia inductiva
Inductancia de líneas de conductores compuestos.
I d t i t i i d ti
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Inductancia y reactancia inductiva
Inductancia de líneas trifásicas con espaciamientoequilátero.
I d t i t i i d ti
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Inductancia y reactancia inductiva
Inductancia de líneas trifásicas con espaciamientoasimétrico.
I d t i t i i d ti
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Inductancia y reactancia inductiva
Inductancia para líneas con conductores en haces(bundling).
C it i d lí d t i ió
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Capacitancia de líneas de transmisión
Capacitancia: Es la carga por unidad dediferencia de potencial. La capacitancia es unparámetro que depende del espaciamiento entreconductores y entre conductores y tierra.
Las línea de flujo eléctrico se originan en las
cargas positivas y terminan en las negativas.
Df: densidad de carga perpendicular.
K: permitividad del medio
ko=8,85x10-12(F/m)
E: Intensidad del campo eléctrico (V/m).
2.
m
c E k D
V
qC
f
Capacitancia de líneas de transmisión
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Capacitancia de líneas de transmisión
Capacitancia de líneas de transmisión
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Capacitancia de líneas de transmisión
Capacitancia de líneas de transmisión
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Capacitancia de líneas de transmisión
Capacitancia de líneas de transmisión
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Capacitancia de líneas de transmisión
Capacitancia de líneas de transmisión
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Capacitancia de líneas de transmisión
Capacitancia de líneas de transmisión
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Capacitancia de líneas de transmisión
Capacitancia de líneas de transmisión
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Capacitancia de líneas de transmisión
Capacitancia de líneas de transmisión
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Capacitancia de líneas de transmisión
Capacitancia de líneas de transmisión
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Capacitancia de líneas de transmisión
Capacitancia de líneas de transmisión
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Capacitancia de líneas de transmisión
Capacitancia de líneas de transmisión
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Capacitancia de líneas de transmisión
Parámetros distribuidos
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Parámetros distribuidos
Las constantes primarias se distribuyen demanera uniforme a lo largo de la línea, por lotanto, se les llama comúnmente parámetrosdistribuidos.
L R L RL R L R
CRP
CRP
CRP
CRP
Conductancia G
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Conductancia G
La conductancia en derivación G=1/Rp, esnormalmente despreciado en líneas aéreas,pero no es despreciable en cablessubterráneos.
Parámetros concentrados
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Parámetros concentrados
Los parámetros distribuidos se agrupan poruna longitud unitaria dada, para formar uncircuito eléctrico equivalente de la línea.
RXL
C/2 C/2
Admitancia capacitiva (YC)
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Admitancia capacitiva (Y C)
La admitancia capacitiva (Y C) se define comola inversa de la impedancia capacitiva (ZC):
C f
C f
Z Y
C
C
2
2
1
11
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3. Modelo y comportamiento de la línea
Introducción
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Representación y comportamiento bajo condicionesde operación normal.
Las LT son representadas por un modelo equivalente
con parámetros en un circuito por fase. Las tensiones en los terminales son expresadas de
Línea-neutro y la corriente por fase.
El modelo a emplear depende de la longitud de la
línea.
Línea corta
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Son líneas de longitud ≤a 80 km, o si la tensión≤69 kV.
El modelo de línea cortaes obtenida de:
RXLIS IR
US
UR
jX R Z
l L jr Z
l z Z
..
.
r: resistencia por fase por unidad delongitud.
L: inductancia por fase por unidad de
longitud. l:longitud de la línea.
Línea corta
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)( .......................... II
recepcióndealigualesenvíoel
encorrientelale,despreciabesshuntiacapacitanclacomo
)( ............ IZVV
)V(envíoelenfasedeTensión
3
3
R S
R R S
S
*
*
*
R
R R
R R R
V
S I
I V S
UR
IR=IS
US
IS.R
I R . X L I R
. Z
Línea corta
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La LT puede serrepresentada por unared de dos puertos.
Las ecuaciones
anteriores pueden serescritas en términos delas constantes decircuito generalizadocomúnmente conocidoscomo constantes ABCD.
ABCD
IS IR
+
-
VS
+
-
VR
R RS
R RS
I DV C I
I BV AV
Línea corta
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De acuerdo con (α) y (
β), para el modelo de
LT corta:
A=1 B=Z C=0 D=1
Regulación de tensión
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Puede ser definido como un % del cambio en latensión en el extremo de recepción de la LT(expresado como un % de la tensión obtenida a la condición de plena carga ) partiendo desde lacondición de vacío a la de plena carga.
Regulación de tensión
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En vacío IR =0, entonces:
VR(0) =VS /A
Para una LT corta, A=1 y VR(0) =VS
La tensión de regulación es una medida de la caídade tensión en la línea y depende del f.d.p. de lacarga.
La regulación de tensión será pobre para cargasinductivas, de bajo f.d.p.
Con cargas capacitivas, el f.d.p. es en adelanto, laregulación puede ser negativa.
Regulación de tensión
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VS
VR
I R . Z
φ
δ
IR
Carga inductiva
VS
VR
I R . Z
δ
IR
Carga resistiva
VS
VR
I R . Z
φδ
IR
Carga capacitiva
Eficiencia de una LT
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Una vez que calculamos la tensión de envío, lapotencia en el extremo de envío es obtenido por:
Las pérdidas totales en la línea está dada por:
*3 S S S I V S
RS L S S S
Eficiencia de una LT
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Porcentaje de potencia activa en el extremo derecepción, respecto a la de envío.
100% S
R
P
P
Modelo de línea media
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Como la longitud de la LT se incrementa, la corrientede carga de la línea se convierte en apreciable y lacapacitancia shunt debe ser considerada.
Líneas mayores a 80 km (50 millas) y menores a 250km (150 millas) son denominados como líneas delongitud media.
Para LT de longitud media, la mitad de lacapacitancia shunt puede ser considerada
concentrada en cada uno de los extremos de lalínea.
Modelo de línea media
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Este modelo es denominado como el modelo π.
RXL
2
C Y
2C Y
US UR
IS IR
IC I´CI
L RS
C S
C R
Z I U U
I I I
I I I
´
Modelo de línea media
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UR
I = IR+ I´
C
US
I.R
I . X L I . Z
L
Modelo de línea media
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Modelo de líneas largas
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Modelo de líneas largas
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Modelo de líneas largas
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Modelo de líneas largas
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Circuito equivalente línea larga
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Flujo de potencia en LT
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Compensación de reactivos
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Compensación serie
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Compensación paralelo
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Selección delnivel de
tensión para
L.T.
Capacidad - tensión
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cuanto mayor sea lacapacidad detransporte o mayor lalongitud de la línea,mayor deberá ser latensión de transmisión.
P(kW)
L(Km)
750 KV
4000
1000
2000
3000
345 KV
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Característicaseléctricas de una
línea aérea AC (línea
de doble circuito)
Comparación AC o DC
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El tamaño exacto a partir
del cual las líneas de
corriente continua pasan a
predominar depende de
muchos factores, incluyendo
las tecnologías utilizadas en
conversores AC/DC cuyos
costos han variado con el
tiempo.
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Características de líneas existentesen Sudamérica
Línea AC - 2 x 460 KV
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Línea AC - 2 x 500 KV
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Línea AC - 2 x 500 KV
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Línea AC - 1 x 500 KV
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Línea AC - 1x765 KV
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Línea DC - 1x600KV
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Línea DC - 1 x 600 KV
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