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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 CuencaCuenca, Ecuador
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 de trasmisión y el voltaje para corriente continua y alterna será la misma magnitud de esta manera nuestro análisis final será más
eficiente ya que se trata de que las líneas tengas el mayor grado de similitud.
A- La primera comparación se realizara en líneas de corriente continua entre bipolar y monopolar.
La Tabla 1 son los resultados de los cálculos realizados en el Anexo 1 de líneas de trasmisión MONOPOLAR en CC
Para ello debemos tener presente que para realizar los cálculos (Anexo1) debemos tener datos ya determinados, para este caso los datos ya establecidos son:
Longitud= 500 km Resistencia= 0.015ohm/kmPotencia= 1000Mw Sección=2000mm^2 Tensión= 500Kv Resistencia a tierra = 2omh
Tabla 1. Resultados en línea MONOPOLAR en CC
Calculo de la línea
Unidades Monopolar
Longitud Km 500Potencia Mw 1000Tensión Kv 500Corriente A 2000Densidad de corriente
A/mm^2 1
Resistividad Ohm mm^2/Km 30Sección mm^2 2000Resistencia Ohm/km 0.015R Ohm 7.5Resistencia tierra Ohm 2D U V 19000Perdidas Kw 38000
1
Perdidas relativas % 3.8DU / U % 3.8
Todo el procedimiento del análisis matemático se encuentra en el Anexo 1, de la misma manera la Tabla 2 presenta los resultados en líneas de trasmisión en BIPOLAR en CC
Los datos establecidos para este caso son los siguientes:
Longitud= 500 km Resistencia= 0.03ohm/kmPotencia= 1000Mw Sección=1000mm^2 Tensión= 500Kv Tabla 2. Resultados en línea BIPOLAR en CC
Calculo de la línea
Unidades Bipolar
Longitud Km 500Potencia Mw 1000Tensión Kv 500Corriente A 1000Densidad de corriente
A/mm^2 1
Resistividad Ohm mm^2/Km 30Sección mm^2 1000Resistencia Ohm/km 0.03R Ohm 15Resistencia tierra OhmD U V 30000Perdidas Kw 30000Perdidas relativas % 3DU / U % 3
Como se visualiza en la Tabla 2 no tenemos resistencia a tierra debido que el retorno se lo realizar por la segunda línea debido a esto tiene su nombre característico de bipolar, de igual manera todo el procedimiento matemático se encuentra en el Anexo 2.
La tabla 3 obtiene los resultados de las líneas monopolar y bipolar, en esta tabla se analizara los resultados de cada línea.
Tabla 3. Resultados de las líneas MONOPOLAR y BIPOLAR en CC
Calculo de la línea
Unidades Monopolar
Bipolar
Longitud Km 500 500
Potencia Mw 1000 1000
Tensión Kv 500 500
Corriente A 2000 1000
Densidad de corriente
A/mm^2 1 1
Resistividad Ohm 30 30
mm^2/Km
Sección mm^2 2000 1000
Resistencia Ohm/km 0.015 0.03
R Ohm 7.5 15
Resistencia tierra
Ohm 2
D U V 19000 30000
Perdidas Kw 38000 30000
Perdidas relativas
% 3.8 3
DU / U % 3.8 3
Análisis de comparación entre línea monopolar y bipolar
Como se observa en la Tabla 1 y 2 se tiene datos similares como la longitud, la potencia, la tensión en base a estos datos se obtuvo los demás 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 línea monopolar solo es un conductor el cual trasmite los 2000A en comparación a la línea bipolar que trasmite 1000A por cada conductor, además al ser un solo conductor las pérdidas son mayores sumando que la sección del conductor es el doble que la línea bipolar, pero al ser dos conductores la resistencia del conductor por kilómetros son mayores haciendo que la caída de tensión sea mayor, de igual manera en el análisis de perdidas relativas las líneas monopolar tiene un porcentaje mayor con respecto a bipolar.
En base a los cálculos matemáticos presentados en Anexo 1 y 2 y en los resultados de la Tabla 3 se concluye que las líneas monopolares trasmite la misma corriente voltaje con la diferencia que al ser un solo conductor la sección debe ser más grande haciendo que tenga mayor perdidas en este análisis los cálculos demuestran que las líneas bipolares trasmite la misma cantidad de voltaje con una sección menor con menos perdidas haciendo que sea una línea idónea con menos perdidas y mayor confiabilidad.
B- La siguiente comparación será entre una línea trifásica 1 y trifásica2 CA con diferente potencia
Cabe recalcar que para este análisis solo se tomara en cuenta la potencia activa el objetivo es de tener valores similares para luego realizar una comparación con las líneas de corriente continua.
La Tabla 4 hace referencia a los resultados del Anexo 3 de líneas trifásicas, para ellos estos son los datos ya establecidos:
2
Longitud= 500km Tensión= 500Kv C=0.01uf/km Resistencia=0.0259ohm/kmPotencia= 1000Mw f=50hzXreactancia= 0.3ohm/km Sección= 1154.7 mm2
Para esta tabla se tiene más datos debido a que al ser una línea en corriente alterna infiere lo que es la frecuencia por ende existe reactancias.Tabla 4. Resultados de línea trifásica CA
Calculo de la línea
Unidades Trifásica 1
Longitud Km 500Potencia Mw 1000Tensión Kv 500Corriente A 1154Densidad de corriente
A/mm^2 1
Resistividad Ohm mm^2/Km 30Sección mm^2 1154.7Resistencia Ohm/km 0.0259R Ohm 12.99Perdidas KW 51961.5Perdidas relativas % 5.19Xreactancia Ohm/km 0.3X Ohm 150QL MVAr 600C uF/km 0.01Frecuencia Hz 50wC 3.1415uQc MVAr 392.69Tensión pico Kv 408.24
Como se observa aunque intentemos solo trasmitir potencia activa existe la necesidad de potencia reactiva, todos los cálculos 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 Tensión= 500Kv C=0.01uf/km Resistencia=0.0259ohm/kmPotencia= 100Mw f=50hzXreactancia= 0.3ohm/km Sección= 1154.7 mm2
Tabla 5. Resultados de línea trifásica CACalculo de la línea
Unidades Trifásica 2
Longitud Km 500Potencia Mw 100Tensión Kv 500Corriente A 115Densidad de corriente
A/mm^2 1
Resistividad Ohm mm^2/Km 30Sección mm^2 1154.7Resistencia Ohm/km 0.0259R Ohm 12.99Perdidas KW 519.6Perdidas relativas % 0.51Xreactancia Ohm/km 0.3X Ohm 150QL MVAr 6C uF/km 0.01Frecuencia Hz 50
wC 3.1415uQc MVAr 392.69Tensión pico Kv 408.24
Los cálculos de la tabla 5 se encuentra en el Anexo 4, lo cuales no varían mucho ya que solo se redujo la magnitud de potencia en comparación a la tabla 4
Calculo de la línea
Unidades Trifásica 1
Trifásica 2
Longitud Km 500 500Potencia Mw 1000 100Tensión Kv 500 500Corriente A 1154 115Densidad de corriente
A/mm^2 1 1
Resistividad Ohm mm^2/Km
30 30
Sección mm^2 1154.7 1154.7Resistencia Ohm/km 0.0259 0.0259R Ohm 12.99 12.99Perdidas KW 51961.5 519.6Perdidas relativas % 5.19 0.51Xreactancia Ohm/km 0.3 0.3X Ohm 150 150QL MVAr 600 6C uF/km 0.01 0.01Frecuencia Hz 50 50wC 3.1415u 3.1415uQc MVAr 392.69 392.69Tensión pico Kv 408.24 408.24
Análisis entre trifásica 1 y 2Para la comparación entre las Tablas 4 y 5 en base a los resultados obtenidos en los Anexos 3 y 4 se concluye que al ser líneas de las mismas características, de la misma sección solo con la diferencia de magnitudes distintas de potencias las pérdidas son mayores a una potencia de 1000Mw de igual manera la corriente es mayor, como resultado ambas líneas son idóneas ya que las pérdidas depende de la cantidad de potencia que se esté trasmitiendo.
C- Como análisis final se realizara una comparación ente las líneas de corriente continua y corriente alterna
Para realizar esta comparación se toma en cuenta que las potencias las longitudes las tensiones sean las mismas, de igual manera se recalcan que las líneas de trasmisión en CA se realizó solo con potencia activa tratando de hacer que las líneas en CC y CA tengan las mayores similitudes, como la trifásica 1 CA tiene la misma potencia solo con esa tabla se hará la comparación.
En base a los resultados obtenidos y en comparación a todos ellos, las líneas de CC ya sea monopolar y bipolar trasmiten solo potencias activas por ende una línea que no trasmite frecuencia no tiene impedancias y por consecuencia las pérdidas son menores.
- Además de tener pérdidas menores para la trasmisión de corriente continua en bipolar se utiliza un conductor de menor sección, la comparación con monopolar no se la puede
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realizar ya que al ser monopolar solo utiliza un conductor y de mayor sección.
- Otra ventaja que tiene las líneas monopolar CC con respecto a CA que puedo trasmitir más corriente con respecto a las líneas de Trifásica en CA.
- En la realidad que vivimos es más utilizada la trasmisión en corriente alterna, sabiendo que tiene una cantidad de pérdidas mayor a la de una línea en CC, ya que estas líneas solo trasmiten potencia activa y una carga depende de potencia activa y reactiva no siendo factible.
- Las líneas de trasmisión en alterna tiene mayor grado de pérdidas pero para ello se debe incrementar el voltaje (con la utilización 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 utilización de puesta a tierra en comparación a una linea de trasmisión monopolar CC.
- Los números favorece a la trasmisión en
corriente continua en menos perdidas con la misma conductor, la trasmisión de más corriente pero en la realidad la trasmisión de corriente continua es más cara con respecto a corriente alterna, además la reducción del voltaje, inversión o la implementación de potencias reactivas en la carga se lo realiza mediante electrónica de potencia y este al ser un campo nuevo es costosa.
III. CONCLUSIONES
- La trasmisión de corriente continua es mucho más beneficiosa que la trasmisión en CA pero debido a su costo elevado no se lo utiliza mucho, matemáticamente se ha demostrado que trasmitir en CC es más 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 electrónica de potencia siendo esta cara por ser un campo nuevo.
- Una línea monopolar al trasmitir mayor corriente por un solo conductor de mayor sección hace que no sea muy factible y en comparación a la línea bipolar, pero mirando desde el punto económico el gasto sería menor que utilizar dos conductores.
- Para la creación de una línea de trasmisión en CC en la actualidad se debe realizar un análisis económico, porque existe casos en lo que resulta más económico crear una línea de CC
- En la actualidad la electrónica de potencia está creciendo y con ello la implementación de la corriente continua va ganando campo, se espera
regresar a la trasmisión de CC pero con un costo menor que la CA.
IV. BIBLIOGRAFÍA[1] Alta tensión – diapositivas de presentación, Ing, Xavier Gutiérrez.
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AnexosAnexo 1
5
Anexo 2
6
Anexo 3
7
Anexo 4
8
9