Sistemas de transporte y distribución de las líneas eléctricas

Introducción

El curso de "transport of electrical energy", involucra un cambio a nivel personal de conocimiento en la materia y la asimilación de conceptos imprescindibles para la comprensión de la asignatura, tales como los materiales utilizados para la construcción de líneas eléctricas, características de las líneas de transporte, cálculos de eléctricos, diferentes topologías de conexiones en la red, modelos equivalentes, regulación de tensión en las líneas y sobretensiones en las mismas.

En mi opinión, haber escogido esta asignatura, es un punto de inflexión para conocer realmente el funcionamiento del transporte de electricidad desde una central o subestación hasta el punto de consumo.

DESCRIPCION:

Los puntos a desarrollar, se basan en el conocimiento de los materiales, las líneas de transporte propiamente dichas, características, cálculos de factores imprescindibles, topologías de la red, las diferentes topologías de red existentes, modelos equivalentes de líneas de transporte y aspectos de protección de sobretensiones.

ANALISIS GENERAL:

A nivel de detalle, resumiremos los siguientes temas:

• Elementos constitutivos de las líneas eléctricas.

• Características eléctricas.

• Líneas eléctricas.

• Topología de la red.

• Modelos equivalentes de las líneas eléctricas

• Regulación de la tensión en líneas eléctricas.

• Sobretensiones.

Elementos constitutivos de las líneas eléctricas

Conductores

Conductor de fase: son los encargados del transporte de la corriente eléctrica, sus características principales, son la baja resistencia de impedancia eléctrica y su alta resistencia a la tracción mecánica. Estos conductores se fabrican en materiales tales como el aluminio, aleaciones de aluminio, cobre y acero.

Cable guarda: Este tipo de conductor, se encarga de la protección de la línea frente a los fenómenos atmosféricos (pararrayos).En el caso de este conductor, la resistencia eléctrica no es un valor a tener en cuenta, ya que su función solo se limita a recibir los impactos de las tormentas; así mismo, la tracción mecánica que soportan, se considera con el mismo valor que con los conductores de fase, ya que de este depende su tensado. Los materiales de los que se constituyen este tipo de conductores, son aluminio o acero galvanizado. En la actualidad se utiliza para esta función los conductores tipo OPGW (OPtical Ground Wire).

Diferentes tipo de conductores: cables de aluminio (AAC): Este tipo de conductores, aun con menor conductividad (3,78 × 107 a 20º), frente a los conductores de cobre, es el más utilizado en transporte ya que es más barato y más liguero.

Cables de aleación de aluminio (AAAC): Este tipo de conductores, ofrecen una resistencia mecánica de tracción superior a la del aluminio, en cambio, su conductividad es menor.

Cables de acero recubierto de aluminio (Alumoweld): Este tipo de conductores, se utilizan en zonas un alto nivel de humedad y de grandes variaciones climatológicas, ya que por constitución son anticorrosivos y a su vez, tienen mayor resistencia de tracción.

Cables de aluminio con refuerzo de acero (ACSR), tipo LA (Norma UNE): Este tipo de conductores es el más común en transporte de energía, tanto en media como en alta tensión, son capaces de soportar intensidades de entre 100 amperios a 1500.

Aisladores

Su función es la de mantener separados los conductores de la parte metálica del apoyo. Sus principales características son, que ofrecen una alta resistencia eléctrica, una rigidez dieléctrica superior al vacio, alta resistencia de tracción, detección de fallos de red y ligereza.

En el caso de fallo, se producen o por envejecimiento del mismo o a las inclemencias medioambientales.

Los materiales con los que se construyen los aisladores, son porcelánicos, cada vez más en desuso, de vidrio, que ofrecen mayores ventajas como la detección de fallos al ser transparentes y su bajo coste y de composite, constituidos por un núcleo de vidrio que los dota de una gran resistencia de tracción y recubiertos de una capa plástica de material polimérico; su precio es el más elevado de los tres tipos

Existen dos tipos de aisladores en función de los esfuerzos a los que van a ser sometidos:

Rígido: Su punto de sujeción al apoyo es fijo (van apoyados), están limitados a unas tensiones menores de 20 Kv y los esfuerzos a los que son sometidos, son esfuerzo de flexión.

Suspendido: Su punto de sujeción al apoyo, le permite la posibilidad de tener movilidad, están sometidos a esfuerzos de tracción, es decir que van colgados y se pueden implementar mas conjuntos de aisladores formando cadenas en función de la resistencia que se necesite.

Apoyos

Estos son los encargados de soportar los esfuerzos (vientos, hielo y nieve) y peso que origina la línea al completo. El material del cual se constituyen los apoyos, son madera, hormigón y celosía metálica.

Estos se clasifican según su función: apoyos de alineación de amarre, de ángulo y de principio y final de línea.

Crucetas

Cruceta horizontal: Este tipo de cruceta, reduce la altura del apoyo y permite mayor anchura. Se utiliza en tensiones elevadas con grandes vanos y ejercen un esfuerzo mínimo en el cálculo de las cimentaciones.

Cruceta Triangular (dos niveles): Este tipo de cruceta, dota de una altura mayor y menor anchura al apoyo.

Crucetas de tres niveles: Dotan al apoyo de una altura máxima y una anchura mínima y permiten la configuración del conductor instalado a tresbolillo.

Herrajes

Anillos de guarda: equilibran las tensiones de tracción soportadas por los elementos que constituyen la cadena.

Descargadores: facilitan el cebado del arco a través del aire en lugar de contornear el aislamiento, protegiendo a éste del arco eléctrico en caso de falta.

Anti vibradores: reducen las posibles vibraciones en los cables debidas al viento principalmente.

Opinión.

Toda la información sobre el capitulo "elementos constitutivos de las líneas eléctricas" se ha obtenido en referencia a los textos de Obed Jiménez, M.C. Vicente Cantú, M.C. y Conde, Arturo (2006), "líneas de transmisión y distribución energía eléctrica" Ciudad Universitaria, San Nicolás de los Garza Nuevo León. A mi opinión, el conocimiento de los diferentes tipos de materiales utilizados en la construcción de líneas eléctricas, es el punto de partida para la correcta designación de materiales a utilizar a la hora de realizar un proyecto; conocer las características básicas de elementos tales como la elección del conductor adecuado, aisladores, herrajes crucetas y apoyos serán las que me ayuden a decir el planteamiento de líneas eléctricas que diseñe en un futuro no muy lejano.

Características eléctricas

En las líneas de transporte de energía existen unas magnitudes, llamadas constantes kilométricas de las cuales se deducen una serie de cálculos para su desarrollo.

Estas constantes de las cuales estamos hablando, se llaman constantes características por kilometro de línea y son las siguientes:

Resistencia eléctrica (RK, en ohmios/km)

Coeficiente de autoinducción o inductancia. (LK, en henrios/km)

Capacidad. (CK, en faradios/km)

Conductancia o perditancia. (GK, en siemens/km)

Resistencia eléctrica

La resistencia eléctrica, es la encargada de determinar la diferencia de potencial que se necesita para mantener la corriente que circula por el conductor. La resistencia eléctrica viene dada por la siguiente fórmula:

R (resistencia eléctrica): siempre que, ?, (resistividad del conductor), se exprese en microhmios/cm2 por centímetro.

L (longitud del conductor): en kilómetros.

S (sección del conductor), en mm2.

Como la resistencia de los conductores varia con los cambios de temperatura, en los cálculos, se aplican una resistividad media a 20º de temperatura ambiental.

Coeficiente de autoinducción

La inductancia, es la capacidad de producción de inducción electromagnética. Deriva del flujo magnético conectado a un conductor con corriente y la intensidad que lo recorre. Su unidad es el Henry.

Las variaciones de corriente en un circuito, generan una fuerza electromotriz de inducción sobre sí mismo; ese tipo de corrientes, se denominan como corrientes de autoinducción.

El coeficiente de autoinducción se da por el flujo F, que se crea gracias a la corriente que circula en dicho circuito y la intensidad I de la misma.

Este coeficiente de autoinducción, se representa con la letra L y se deduce de la siguiente fórmula:

Este coeficiente, siempre se halla en función del circuito y del medio en que se situe y viene dado por la siguiente fórmula:

Y si L es constante, que da lugar a la definición de que "si el coeficiente de autoinducción es la relación, con signo cambiado, entre la f.e.m. de autoinducción y la velocidad de variación de la intensidad de corriente".

La fórmula para esta expresión es la siguiente:

Si extrapolamos esta función a unidad por kilometro de línea, viene dada con la siguiente fórmula:

Capacidad

La capacidad, es la relación entre la carga eléctrica del conductor y la diferencia de potencial eléctrica que produce este. Su unidad es el Faraday.

Con la capacidad, se puede realizar la comparativa con un condensador, en el cual los conductores serian la armadura del condensador y la distancia entre ellos el dieléctrico ya que varía la corriente en su recorrido y la desfasa respecto a la tensión de la línea.

En las líneas trifásicas más neutro, el valor de la capacidad de este, se deduce de la siguiente fórmula:

D: Distancia entre conductores.

r: Radio del conductor.

Conductancia o perditancia.

La conductancia o perditancia, es la conducción de la corriente eléctrica que ofrece un circuito, digamos que es lo contrario a la resistencia eléctrica.

Debido a las fugas de corriente que tienen los aisladores (corrientes de fuga), aunque sean mínimas, son un valor a tener en cuenta para un cálculo preciso de la misma y se deduce de la ley de Ohm:

I: intensidad de corriente

V: diferencia de potencial, entre el conductor y tierra (apoyos de la línea)

R: resistencia del aislamiento en ohmios.

Al paso de estas corrientes se opone unas resistencias: resistencia volumétrica y resistencia superficial. Estas resistencias se conectan en paralelo por lo que la resistencia resultante será:

La conductancia o perditancia, se deduce del valor inverso de la resistencia anterior, es decir:

La intensidad de la corriente de pérdida estará en fase con la tensión y, dará lugar a una pérdida de potencia (perditancia) que será igual a , donde expresión en la que si = Watios y V=Voltios obtenemos que G=Siemens.

La pérdida p se producirá por 1 fase, por lo tanto, en un circuito trifásico será 3 p.

La unidad de conductancia es el siemens y se representa S.

El siemens es igual a la conductancia correspondiente a una resistencia de 1 ohmio.

A un aislamiento de un megohmio (1MO) corresponde una conductancia de 10-6 S.

El valor de la conductancia G varia con el grado de humedad atmosférica.

Dada una línea aislada, con una humedad relativamente seca, prácticamente es nula.

Para la ejecución de cálculos, p se determina en KW/Km de fase y la tensión V se expresa en Kv. Según estos datos, la conductancia kilométrica por fase, viene dad por la siguiente fórmula:

La determinación del valor de G ofrece serias dificultades, ya que es función del tipo de los aisladores, del número de éstos por cadena de los mismos, del de apoyos por kilómetro de línea, de la tensión de ésta, y de las condiciones meteorológicas.

Para la conductancia hemos visto los siguientes valores:

Radio equivalente

Este radio a tener en cuenta en los cálculos para fases múltiples no es el radio del conductor, sino el llamado "radio equivalente", que designado por req. Este radio equivalente es el del conductor único por fase, que tendría el mismo gradiente unitario máximo que la configuración real de conductores que formen el haz de fase.

Valor del radio equivalente req para n subconductores por fase.

Según se ha expuesto, el radio equivalente req en los distintos casos considerados, es el siguiente:

Esfuerzos sometidos sobre las líneas eléctricas.

Son los tipos de esfuerzos a los que están sometidos los apoyos debido al tiro del conductor.

Esfuerzos verticales: se deben al peso de los conductores, a este tipo de esfuerzos, hay que añadirles las sobrecargas de peso debidas al hielo en función de la zona geográfica donde se encuentre. Estos esfuerzos se representan en a siguiente figura.

Esfuerzos transversales: Este tipo de esfuerzos se deben a la acción del viento sobre los apoyos y a la tracción de los conductores solo en el caso de estar en un apoyo de ángulo tal y como se muestra en la siguiente figura.

Esfuerzos longitudinales: estos tipos de esfuerzos se dan sobre todo en los apoyos de principio y de fin de línea, o en su defecto en el supuesto de rotura de los conductores tal y como se muestra en la siguiente figura.

Opinión.

Toda la información sobre el capitulo "características eléctricas" se ha obtenido en referencia a los textos de Enríquez Azuara, Aarón (2009), "Estudio técnico de la transmisión de energía", Universidad Veracruzana, Poza Rica. Esta unidad didáctica, es imprescindible para conocer los cálculos necesarios a realizar en el cálculo de una línea de transmisión eléctrica. Se aprende a calcular valores como la resistencia eléctrica de la línea, coeficiente de inducción y autoinducción, capacidad, conductancia y el radio equivalente.

Líneas eléctricas

Descripción.

A continuación, voy a describir a modo enunciativo los diferentes "puntos clave" del transporte de la energía eléctrica desde su producción hasta el punto de consumo:

• Producción: esta se produce en las centrales eléctricas por medio de alternadores en tensiones delimitadas por un rango de 3 a 36kV.

• Estación Elevadora: Esta se sitúa a la salida de la central eléctrica, se dedican a elevar la tensión para su transporte. Su rango de elevación es de 66 a 380 kV

• Red De Transporte: Estas son el punto de unión entre los centros de distribución de todo el país. Las tensiones utilizadas en España son: 110 – 132 – 220 – 380 kV.

• Subestaciones De Transformación (S.E.T.): Se sitúan al otro lado de la red de transporte y son las encargadas de reducir la tensión a tensiones de reparto.

• Redes De Reparto: reparten la energía desde la subestación hasta los centros de transformación de distribución de baja tensión. . Las tensiones utilizadas son de: 25 – 30 – 45 – 66 – 110 – 132 kV

• Estaciones Transformadoras de Distribución (E.T.D.): Transforman la tensión desde el nivel de la red de reparto hasta el de la red de distribución en media tensión.

• Red de Distribución En Media Tensión: Son las redes que cubren las necesidades de consumo. Las tensiones empleadas son: 3 – 6 – 10 – 11 – 15 – 20 – 25 – 30 kV

• Centros de Transformación (C.T.): Reducen la tensión de media a baja (400v).

Sistemas de transmisión y distribución de la energía eléctrica.

Las líneas eléctricas, son el conjunto de medios designados para transportar la energía eléctrica desde una central eléctrica o subestación hasta el punto de consumo.

Todo el sistema de energía eléctrica, se sirve de una serie de elemento, para que esta al final sea útil en la vida cotidiana. El proceso se crea en las plantas eléctricas o centrales generadoras de electricidad, seguido este punto, hay que transformar y elevar la tensión de la misma, para que en el proceso de transporte hasta el punto de consumo la caída de tensión sea mínima. Para esto, se eleva el voltaje, ya que así, aplicando la ley de Ohm, para una misma potencia, a mayor voltaje, menor intensidad de corriente, ya que la resistencia aumenta conforme aumenta la longitud de la línea y de ese modo el nivel de caída de tensión se reduce a niveles mínimos. El proceso continúa en los centros de distribución o subestaciones, donde la tensión se acondiciona de acuerdo a las instalaciones y se transforma a baja tensión, 230/400v.

Cálculos eléctricos

Según el reglamento técnico de líneas aéreas de alta tensión, dice que: "los cálculos eléctricos de la línea se realizarán para los distintos regímenes de funcionamiento previstos, poniéndose claramente de manifiesto las intensidades máximas, caídas de tensión y pérdidas de potencia."

• Densidad de corriente.

Según el artículo 22 del reglamento técnico de líneas aéreas de alta tensión, indica que: "las densidades máximas admisibles en los conductores empleados en las líneas aéreas, tanto en hilos como en cables construidos por uno o por distintos materiales. Estas limitaciones son debidas al efecto del calentamiento del cable y son función de la temperatura límite del conductor." Viene dada por la siguiente fórmula:

• Caída de tensión.

Caída de tensión, se denomina como la diferencia de tensión que se percibe desde el principio hasta el final de la línea y viene dada por la siguiente fórmula:

• Pérdida de Potencia

En las líneas eléctricas, debido a que los conductores tienen una resistencia eléctrica dada, tienen una pérdida de potencia al final de la línea, debido al efecto Joule.

Calculo para líneas trifásicas:

Elección del conductor

Según la Norma UNE 21.302:

Tensión nominal: Valor de la tensión entre fase-tierra/fase-fase por el cual se denominan a las líneas, y a los cuales se refieren las características de servicio de la red.

Tensión más elevada: Valor más elevado de la tensión entre fases, para el cual, el material está especificado en lo que se respecta a su aislamiento, así como a otras características relacionadas con esta tensión en las Normas propuestas para cada tipo de material.

Tensión soportada nominal a los impulsos tipo rayo: Valor de cresta de la tensión soportada a los impulsos tipo rayo prescrito para un material, el cual caracteriza el aislamiento de este material en lo relativo a los ensayos de tensión soportada.

Este tipo de ensayos, vienen dados con las especificaciones técnicas de cada fabricante y son utilizados para la comprobación de los niveles de aislamiento de los diferentes tipos de conductores.

• Intensidades admisibles:

La intensidad máxima admisible, es el flujo de corriente capaz de soportar debido al calentamiento el aislante de un conductor sin sufrir alteraciones en sus propiedades mecánicas, eléctricas y químicas.

• Temperatura de servicio:

La temperatura de servicio, es aquella a la cual el conductor puede estar sometido durante un tiempo infinito sin sufrir consecuencias ni variaciones.

• Sobrecarga:

Cuando circula una corriente de intensidad por un conductor superior a la máxima carga permanente, se considera que está realizando un trabajo en sobrecarga, lo que produce que el conductor alcance una temperatura superior a la máxima admisible en servicio permanente, la cual produce un deterioro en el propio conductor.

• Cortocircuito:

Todos los conductores, están diseñados para soportar unas corrientes de cortocircuito sin sufrir consecuencias en sus propiedades, estas se llaman "intensidades de cortocircuito admitidas". Este tipo de caso, que es prácticamente instantáneo, el aumento de temperatura se produce de una forma súbita sin permitir la disipación de el calor, por lo tanto, las condiciones de enfriamiento respecto a los cálculos son insignificantes; para estos cálculos, solo intervienen los siguientes factores: la temperatura inicial del cable, la final admitida en relación con los puntos singulares antes mencionados, y el tiempo de duración del cortocircuito.

• Sección de los conductores:

A menor sección del conductor, con una potencia dada, mayor será el calentamiento.

Por esa razón, las tablas de intensidades máximas admisibles están detalladas según la sección del conductor, calculadas de tal forma que consideran el tipo de instalación, temperatura del conductor y material del aislante, de forma que simplemente al interpretar la tabla seamos capaces de elegir el conductor de una forma prácticamente instantánea.

• Conductores:

Según su aislamiento y material utilizado:

Por la condición del aislamiento:

Cables con aislamiento de papel impregnado: Tienen una gran resistencia al envejecimiento, a la ionización y a la humedad. Este tipo de cable, es ideal para redes subterráneas de alta tensión debido a que prácticamente no tienen averías.

Cables con aislamiento de dieléctrico seco: Tienen una gran rigidez dieléctrica, soporta grandes temperaturas y resiste muy bien la humedad. Son de aislamiento EPR.

Por el material conductor:

Cables con conductor de cobre: Muy buena conductividad, alto coste económico.

Cables con conductor de aluminio: Peor conductividad respecto al cobre, mas económico y ligero.

Opinión.

Toda la información sobre el capitulo "líneas eléctricas" se ha obtenido en referencia a los textos de Illanes Muñoz, Rafael, temario de la asignatura "líneas eléctricas" de la universidad Politécnica de Madrid. En mi opinión, este tema, como el resto de los descritos, es de imprescindible desarrollo por la cantidad de conceptos descritos y los cálculos necesarios para la elección y justificación de los materiales a utilizar en una línea eléctrica.

Topología de la red

Sistemas radiales

El sistema de transporte del dibujo tipo A, es el ejemplo de conexión en el cual, las cargas están unidas directamente con el transformador que da suministro a la red. Este tipo de redes, es típico de la alimentación de instalaciones industriales. La ventaja de esta tipología, es que se centraliza el control de las cargas de tensión.

El sistema de transporte de la figura B, es el ejemplo de conexión típico de la distribución de energía a domicilio e iluminación publica. Este tipo de circuito, hace que los dispositivos de control de cada carga este distribuido en correspondencia por cada derivación.

El sistema de transporte de la figura C, es el ejemplo de la combinación entre las dos anteriores.

Anillos y mallas

En los esquemas de conexión tipo radial, se puede duplicar, es decir, que se puede seleccionar el punto de conexión.

También las líneas que alimentan un número elevado de cargas, puede finalizar en otro centro de transformación, es decir, alimentarse desde ambas partes de la línea haciendo de esta un anillo como se ve en el esquema D.

Cuando a un circuito, se le agregan ramas entre puntos de conexión ya existentes, se configura un sistema mallado. Este también puede estar formado por mas puntos de alimentación como en el esquema D, en el que los cables de color rojo, cierran las mallas o/y alimentan desde otro transformador.

Normalmente, a nivel distributivo, el funcionamiento de las redes aun en conexión de malla, es de tipo radial. Con un gran número de ramificaciones y con el fin de alimentar todos los puntos de conexión, la red queda como sistema radial.

Los cálculos de este tipo de conexiones, se efectúan para distintas configuraciones, diferenciando para cada elemento las condiciones dimensionantes (criticas).

En el caso de considerar que las mallas estén cerradas, se debe de tener en cuenta, que los sistemas de control y protección garanticen el el funcionamiento del resto de la línea y separar el ramal donde se encuentre la falta. Este tipo de problema, se encuentra cuando se utilizan sistemas de mallas para distribución y se funcionan en modo radial.

Las líneas de alta tensión AT, son las que funcionan en modo malla y a medida que se baja a tensiones menores, el planteamiento de la línea pasa a modo radial.

Conexión doble radial

Existe una opción, en la se considera la aparición de fallas en las partes que forman la red de distribución tales como cables, sistemas de maniobra o transformadores. Para mantener la estructura de la red y mantener el suministro, a cada carga deben de llegarle dos líneas con sus aparatos de maniobra por duplicada, de este modo aparece el sistema de conexión doble radial.

Este tipo de sistema, permite la mayor seguridad en el sistema y un nivel de mantenimiento efectivo. A medida que la las cargas van quedando atrás, la sección de los conductores disminuyen así mismo en la línea de malla, la sección de los conductores, tiene que ser constante, ya que se alimenta por varios puntos.

Opinión.

Toda la información sobre el capitulo "topología de la red" se ha obtenido en referencia a los textos de los apuntes de cátedra, temario de la asignatura "Distribución eléctrica" de la universidad tecnológica de Rosario, Argentina. Este tema, explica los diferentes tipos de conexiones de la red; es decir los diferentes caminos que siguen la energía eléctrica y las formas de conexión de los mismos, desde su generación hasta el punto de consumo. Se aprecian los diferentes tipos de conexiones como la conexión radial, en anillo y malla y doble radial.

Modelos equivalentes de las líneas eléctricas

En las líneas de transporte de energía existen unos tipos de circuitos de conexión, tipo p y tipo T, los cuales se deducen una serie de cálculos para su desarrollo.

Líneas de transmisión de media tensión.

Una línea de longitud media se puede representar con suficiente exactitud con resistencia "R" y la inductancia "L" como parámetros concentrados, considerando que para los cálculos de líneas de transmisión medias por lo general se incluye la capacitancia pura, así, si toda la admitancia se supone concentrada en el punto medio del circuito que representa a la línea, se dice que es un circuito T nominal, si la admitancia se supone dividida en dos partes iguales en los extremos de la línea se dice que el circuito es p.

Las anteriores constantes A, B, C y D, son las constantes generalizadas de la línea de transporte; A y D, son constantes iguales entre sí cuando la línea es la misma vista desde cada terminal. B se mide en ohmios y C en siemens. Estas constantes se aplican a cualquier tipo de red siempre que sea pasiva, lineal y de cuatro terminales a ambos lados.

Este tipo de circuitos se llama red de dos puertos.

Donde:

• Si IR es igual a cero, A será la relación VP / VR con carga 0.

• B será la relación de VP / IR si el extremo receptor está cortocircuitado.

Cuando VR,FL es el voltaje en el extremo receptor a plena carga, en el extremo generador VP, se deducirá de la siguiente ecuación:

• Circuitos tipo T

• Líneas de transporte de larga longitud.

En las líneas de transporte de larga longitud, se precisa de un cálculo más avanzado, ya que hay que contemplar la longitud de incremento de la línea eléctrica y calcular la capacitancia distribuida a lo largo de la línea y la relación con la impedancia. Para ello, se calcula a partir de un número de segmentos infinito de la propia línea como se indica en el siguiente esquema donde dx es el elemento diferencial y X la distancia al extremo del receptor.

Línea de transporte con fase y neutro de regreso.

• Circuito equivalente de una línea de transporte de larga longitud.

Los circuitos tipo p, no representan exactamente línea de transporte, ya que los parámetros de línea, no están distribuidos exactamente. Esta diferenciar, se confirma cuanto mayor es la longitud de la línea.

En cambio, el circuito equivalente de transporte de larga longitud y poder llegar a representarla por lo menos en cuanto a las medidas en los extremos Principio y final de línea) por medio de una red de parámetros concentrados como se representa en la siguiente figura:

Circuito equivalente de una línea de transporte de larga longitud tipo p.

Opinión.

Toda la información sobre el capitulo "modelos equivalentes de las líneas eléctricas" se ha obtenido en referencia a los textos de F. (2006), "El transporte de la energía eléctrica en alta tensión", Reproval, España y Mujal, R. (2004), "Tecnología eléctrica", UPC, España. Este tema, explica los diferentes modelos equivalentes de líneas eléctricas, T y pi en líneas de media tensión y largo recorrido.

Regulación de la tensión en líneas eléctricas

Métodos para la regulación de la tensión de una línea eléctrica

• Regulación del voltaje sin compensar la carga.

Los métodos de regulación sin compensación de la carga son a modo enunciativo el control del nivel de voltaje, utilización de transformadores con regulación en el proceso de transformación e instalación de condensadores en serie con la línea eléctrica.

• Regulación del voltaje con compensación de la carga.

Este tipo de regulación, incide sobre la carga, lo hace compensando de diferente manera en función del tipo de carga, ya sea inductiva o capacitiva. Los métodos de regulación con compensación de carga son mediante baterías de bobinas, baterías de condensadores, compensadores estáticos de potencia reactiva y compensadores síncronos.

Las baterías de bobinas y las baterías de condensadores, permiten la compensación de la potencia reactiva en una sola dirección, su rendimiento, es muy elevado debido a una serie de contactos mecánicos para su conexión y desconexión La contrapartida, es que requieren de una maniobra muy compleja que puede llegar a producir sobretensiones con consecuencias directas sobre la red.

Los compensadores estáticos, se caracterizan por su rápida regulación y permiten la compensación en ambas direcciones, al carecer de contactos mecánicos como las baterías anteriores, no precisan nada más que de un mantenimiento mínimo. La contrapartida de este tipo de compensadores, es la creación de armónicos y se precisa una instalación complementaria de filtros o estabilizadores para eliminarlos.

Los compensadores síncronos, se caracterizan por su rápida regulación y por permitir la compensación en ambas direcciones como los compensadores estáticos, pero son más lentos que los anteriores y estos si que requieren de un mantenimiento más estricto. Estos no generan armónicos.

Cálculo de la potencia reactiva de compensación.

El cálculo de la potencia reactiva de compensación, se deduce a partir del flujo de potencia de la línea que nos da la siguiente función:

Llamemos a la tensión de origen U1, a partir de esta, debemos de determinar la potencia reactiva de compensación (Q comp), dispuesta en paralelo con la carga con la carga anterior (U1); Con esta ecuación de tensiones y potencias, obtenemos en el extremo receptor la tensión U2 ya compensada. Observamos que la potencia activa se mantiene constante y ya que la compensación solo reduce la Q comp. Como se aprecia en la siguiente fórmula:

En las siguientes fórmulas, P2 y Q2 son la representación de las potencias activa y reactiva el sistema trifásico en el punto final de la línea.

Donde:

U1 y U 2 representan las tensiones compuestas a principio y final de línea.

Los valores del resto de las variables son conocidos excepto Q2 y el desfase entre las tensiones a pricipio y final de línea que se pueden deducir a partir de las siguientes ecuaciones:

En las siguientes formulas, las constantes k, kp y kq son la designación de las agrupaciones de las magnitudes conocidas y constantes:

Aplicando estos valores, las magnitudes k, kp y kq se reducen a las siguientes ecuaciones:

Para simplificar el cálculo, igualamos las ecuaciones, las elevamos a su cuadrado y sumamos sus términos como en la siguiente ecuación:

A partir de la ecuación resultante, seguimos los siguientes pasos para despejar Q2 en una simple ecuación de segundo grado.

De la ecuación anterior, hay que destacar, que el resultado es la nueva potencia reactiva que existirá en un determinado punto de la línea para obtener en ese punto una tensión determinada como indican los parámetros k, kp y kq. Ya conocidas Q2 y Q de carga, calculamos la potencia reactiva de compensación restando la potencia conocida y la que queremos obtener.

Aplicando la siguiente formula, deducimos la capacidad del condensador que necesitaremos para obtener la compensación de potencia que precisamos:

Triangulo de potencias de compensación:

Opinión.