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2.1 DESCRIPCIÓN DE LAS LÍNEAS DE TRANSMISIÓN DE CORRIENTE

2.1.1 INTRODUCCIÓN

La tecnología de corriente alterna es, muy flexible cuando se conectan diferentes puntos para formar una red eléctrica, lo que permite suministrar electricidad a los consumidores de modo robusto y fiable. En los primeros momentos el factor predominante era la fiabilidad del suministro; puesto que la generación tenía lugar relativamente cerca del punto de consumo, la transmisión de grandes cantidades de energía a largas distancias no resultaba prioritaria.

Pero para poder adecuar mejor la corriente alterna a este tipo de transmisión para grandes cantidades de energía, se adoptaba la compensación en serie de las líneas. Funciona bastante bien si se transmite energía de un punto a otro, pero

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normalmente no se utiliza dentro de una red mallada, en la que el flujo de energía es más imprevisible. La compensación en serie reduce la impedancia en una sección de la red, lo que puede originar una sobrecarga de este segmento particular de la línea. El desarrollo de los sistemas de corriente alterna ha ido acompañado de un continuo aumento de la tensión de transmisión. Si el consumo de energía es bajo, la tensión también puede serlo. Al duplicar la tensión se cuadruplica la capacidad de transferencia de potencia. Por tanto, la evolución de las redes en la mayoría de los países se caracteriza por la adición de capas de red de tensiones cada vez más altas.

Una línea construida para transferir energía a largas distancias ha de cumplir condiciones previas de estabilidad y capacidad para resistir averías como las causadas por los rayos. El criterio de diseño que se ha de satisfacer se define como

N-i, siendo i=11). Esto significa que es la máxima potencia que se puede perder sin peligro para la estabilidad del sistema de CA es igual a la potencia de la mayor unidad de generación o de la línea con la máxima capacidad. Si toda la potencia de una planta generadora distante se transmite sobre una única línea, el sistema de CA ha de soportar la pérdida de toda esta potencia.

Si se han de transmitir cantidades mayores de energía se utilizarán varias líneas paralelas interconectadas cada 300 a 400 km para aumentar la fiabilidad. Si son cortas, las líneas de CA tienen una capacidad de transporte bastante alta, que depende de la tensión y de los límites térmicos de los conductores. Las líneas más largas tienen mayor impedancia, lo que reduce su capacidad de transmisión. [4] La ecuación siguiente describe la transferencia de potencia activa:

=

· ·

(2.1)

Donde P es la potencia activa, U1 y U2 la tensión en cada extremo de la línea, δ el

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Cuando aumenta la longitud de la línea, aumenta también la impedancia de la

misma. Para mantener la transferencia de potencia ha de aumentar el ángulo δ.

Esto es posible hasta un ángulo de unos 30 grados; para ángulos superiores pueden surgir problemas con la estabilidad dinámica. La mejor forma de solucionar este problema es reducir la impedancia mediante compensación en serie, lo que puede hacerse sin gran dificultad hasta una compensación del orden del 70 %. Para niveles más altos de compensación el sistema será menos robusto. [4]

Cuando la carga de una línea es inferior a la carga de impedancia característica SIL (Surge Impedance Loading), la línea producirá potencia reactiva; si no se añade compensación en paralelo, la tensión podrá aumentar excesivamente.

Si la carga de la línea es superior al valor SIL, la línea consumirá potencia reactiva y la tensión podrá descender demasiado. Desde el punto de vista de la fiabilidad, es necesario construir una transmisión de CA dividida en secciones con compensación tanto en serie como en paralelo, además de una interconexión entre las secciones 2 para garantizar la transmisión de la máxima potencia en todo momento. [4]

Los sistemas que comprenden una capacidad de transmisión de entre los 1000 y 1200 kV de CA han sido ensayados en varias instalaciones de prueba y se han utilizado en aplicaciones comerciales durante breves periodos, pero actualmente no se utilizan de manera comercial. Hay varios problemas relacionados con la construcción de tales líneas y es necesario desarrollar nuevos equipos como transformadores, interruptores, descargadores de sobretensiones, reactancias en derivación, condensadores en serie, transformadores de corriente y de tensión, así como seccionadores e interruptores de puesta a tierra.

Existen también requisitos especiales en el campo del control y de la protección. En caso de avería por puesta a tierra de una sola fase, el reto es eliminar la avería sin abrir los interruptores de las tres fases. El problema está en la alta corriente capacitiva, generada por las fases operativas, que circula por la avería. Este problema se puede resolver con la ayuda de reactancias sintonizadas que

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minimizan la corriente inducida. El sistema CA de 800 kV está comercialmente maduro y ya se dispone de todos los equipos necesarios. Y también se está trabajando en el desarrollo de equipos para poder transmitir grandes capacidades de tensión arriba de los 1000 kV CA que sin duda avanza rápidamente.

2.1.1.1 SIL (“Surge Impedance Loading”): Carga de la impedancia característica

El SIL (por “Surge Impedance Loading” en inglés): Carga de la impedancia característica, de una línea de transmisión esta entendida como la carga en MW en el que se produce un equilibrio natural de la potencia reactiva. Sabemos que las líneas de transmisión producen energía reactiva (Mvar) debido a su capacidad natural. Esta cantidad de Mvar producidos, es dependiente de la reactancia de la línea de transmisión capacitiva (Xc) y la tensión (kV) a la que se encuentra energizada la línea. En la ecuación se muestran los Mvar producidos [5]:

� − (2.2)

De igual forma las líneas de transmisión también producen reactancia inductiva natural de la línea (XL) para mantener a sus campos magnéticos. Esta intensidad del campo magnético depende de la magnitud del flujo de corriente en la línea y la (XL) de la línea. En la ecuación se muestran los Mvar producidos:

(2.3)

Entonces se dice que el SIL de una línea de transmisión es simplemente la carga de MW (en un factor de potencia unidad) en el que el uso de Mvar de la línea es igual a la producción Mvar de la línea. En forma de ecuación, podemos afirmar que el SIL se produce cuando:

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Si tomamos la raíz cuadrada de ambos lados de la ecuación anterior y luego sustituimos en las fórmulas para XL (= 2πfL) y XC (= 1 / 2πfC) se dice que:

� − √ (2.5)

Entonces:

� � − √ −

� �� �

(2.6)

Por lo tanto se dice que el SIL (en MW) es igual a la tensión al cuadrado (en kV) dividido por la impedancia (en ohmios). Y la ecuación es:

�−�

� � � � �

(2.7)

“Nota: en esta fórmula el SIL sólo depende de los kV de la línea y de la impedancia característica de la línea. La longitud de la línea no es un factor en los cálculos de impedancia SIL o sobretensiones. Por tanto, el SIL no es una medida de la capacidad de transferencia de potencia de una línea de transmisión, ya que no tiene en cuenta la longitud de la línea ni considera la fortaleza del sistema de energía

local”. [5]

Un operador del sistema se da cuenta de que cuando una línea se carga por encima de su SIL actúa como un reactor shunt (paralelo) que absorbe Mvar del sistema y cuando una línea se carga por debajo de su SIL actúa como un condensador en paralelo que suministra Mvar al sistema.

Ilustración gráfica del concepto de SIL. Esta línea en particular tiene un SIL de 450 MW. Por lo tanto es la línea se carga a 450 MW (sin Mvar) de flujo, el Mvar producido por la línea exactamente va a equilibrar la Mvar utilizado por la línea. [5]

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Figura 2.2 Ilustración gráfica del concepto de SIL. [5]

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