TRANSPOSICIÓN DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
La energía eléctrica se transmite en alta tensión de manera trifásica, y sin neutro (tres conductores). Son las líneas que se pueden ver en el campo en las grandes torres.
Lo que pasa con estas líneas que recorren grandes distancias es que tienen reactancias distribuidas, tanto inductivas como capacitivas entre si por su configuración geométrica, para anular los efectos de estas reactancias se realizan transposiciones, que consisten en invertir la posición de dos fases entre casi cada un tercio del recorrido.
Por ejemplo, si la línea recorre 90km, a los 30km la fase R y S se cambian de lugar, y a los 60 se cambian la S con la T.
Una transposición es una rotación física de los conductores que se traduce en cada conductor o fase que se mueve para ocupar la siguiente posición física en una secuencia regular. Después de que ocurre una transposición, cada conductor o fase ocuparán una posición diferente en la estructura que antes de la posición de transporte, como se muestra en la figura a continuación.
Hay una variedad de estructuras y molduras utilizado para llevar a cabo transposiciones. Las transposiciones se realiza típicamente el uso de marcos especial en dos estructuras:
El barril es una sección de una línea de alta tensión trifásica de configuración uniforme que se divide en tres partes de aproximadamente la misma longitud por dos transposiciones dispuestas de modo que cada conductor ocupa cada posición de fase para un tercio de la longitud de la sección de la línea.
LA ASIMETRÍA DE IMPEDANCIAS
La impedancia es la oposición al flujo de corriente en un sistema de corriente alterna. asimetría Impedancia significa las impedancias entre las fases no son simétricas, o uniformemente equilibrada.
REACTANCIA CAPACITIVA
A medida que se carga el condensador, una tensión aplicada se desarrolla a través de sus placas conductoras. Esta tensión aplicada, que se refiere a la reactancia capacitiva como, se opone a la tensión aplicada y limita el flujo de corriente en el circuito.
REACTANCIA INDUCTIVA
Un campo magnético que cambia continuamente rodea conductores de transporte de electricidad. Este campo induce tensión en conductores paralelos o adyacentes. Esta tensión inducida es siempre en oposición a la tensión aplicada, lo que limita el flujo de corriente. Esta característica de limitación de corriente se denomina reactancia inductiva como.
ACOPLAMIENTO INDUCTIVO
El acoplamiento inductivo es muy similar a la inductancia, donde la corriente alterna que fluye a través de un conductor induce un flujo de corriente en un conductor adyacente. El acoplamiento término se utiliza con las líneas eléctricas que inducen corriente en los circuitos de comunicación de alambre abierta adyacentes. Este acoplamiento inductivo puede dar lugar a interferencias y diafonía en el circuito de comunicación.
ADAPTACIÓN COMPLETA
Cuando una línea eléctrica pasa a través de una serie de tres transposiciones y las fases terminan en la misma posición que antes de la primera transposición, la línea se denomina adaptado completamente
Cuando la energía eléctrica fluye a través de un conductor, un campo electromagnético se establece alrededor del conductor. La magnitud de este campo es proporcional a los niveles de tensión y corriente de la línea. Estos campos electromagnéticos inducen tensión en las líneas contiguas en cierto porcentaje.
A medida que las tecnologías de energía y comunicaciones se desarrollaron, se convirtió en una práctica común para instalar líneas de comunicación abiertas de alambre paralelas a las líneas de transmisión de energía eléctrica o en los mismos polos como las líneas de transmisión.
Pronto se descubrió que las tensiones inducidas a partir de las líneas de alta tensión causados por la interferencia de las líneas de comunicación. También se descubrió que cuando los conductores de transmisión cruzaron entre sí los campos electromagnéticos tienden a anularse entre sí. Esto dio como resultado en la práctica de la instalación de transposiciones en varios puntos en las líneas de transmisión para reducir al mínimo las tensiones inducidas e interferencia subsiguiente con líneas de comunicaciones
Una línea de transmisión es considerada como; línea corta, línea media, línea larga y muy larga según la longitud de la línea.
Se entiende como una línea de menos de 80 km. En estos casos se puede transmitir hasta 1,5 veces la potencia nominal. Cuando la línea es clasificada como corta, la capacitancia en derivación es tan pequeña que se puede omitir por completo, con una pérdida pequeña y solo se requiere considerar la resistencia “R” y la inductancia “L” en serie para la longitud total de la línea.
MODELO DE LÍNEA MEDIA
Tiene entre 80 y 240 km y puede transmitir hasta 1,2 - 1,3 veces la potencia natural. Las corrientes que circulan en la capacitancia shunt o admitancia shunt no son despreciadas.
Una línea de longitud media se puede representar con suficiente exactitud con R y 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 π nominal.
MODELO DE LÍNEA LARGA Y MUY LARGA
Cuando se requiere una mejor representación para una línea de transmisión larga que la usada en los Circuitos T Nominal y Circuito π Nominal, se requiere de una solución más sofisticada, debido a que se debe considerar la longitud incremental de la línea y considerar el efecto exacto de la capacitancia distribuida y su relación con la impedancia de la línea. En estos modelos de línea, la impedancia y admitancia shunt son consideradas uniformemente distribuidas a lo largo de toda la línea.
Campos electromagnéticos (CEM): Es la suma de los campos eléctricos y los campos magnéticos. Se producen en forma natural como la corriente eléctrica y el voltaje que transportan los cableados eléctricos. Por tanto, cualquier aparato eléctrico y las líneas de transmisión los poseen.
Las líneas de alta tensión generan a su alrededor campos eléctricos y magnéticos variables a extrema baja frecuencia (50 Hz en Europa, 60 Hz en América). Para una determinada tensión, la intensidad del campo eléctrico puede variar de unas líneas a otras dependiendo de las características de la línea, el número de circuitos y su disposición geométrica. El campo magnético en una línea también cambia según la intensidad de corriente que circula en función de la demanda de potencia.
A las frecuencias de 50/60 Hz, los campos eléctricos y magnéticos tienen intensidades muy bajas, del orden de 0,0001 V/m y 0,00001 µT, respectivamente. La exposición de las personas a los campos electromagnéticos de baja frecuencia en entornos urbanos proviene, en su mayor parte, de la generación, transmisión y utilización de la energía eléctrica.
Campo magnético creado por las líneas de transmisión
Las corrientes que circulan en los conductores de fase son la fuente de los campos magnéticos creados alrededor de las líneas de transmisión. Estas corrientes tienen una variación estadística, considerando la magnitud y duración, que depende de la fluctuación de la carga durante el día. El retorno por tierra de las líneas de potencia y el sistema de transmisión huésped forman un lazo con un área efectiva por la cual existe un flujo magnético neto variable en el tiempo. Esto resulta en un voltaje magnéticamente inducido en el lazo, a consecuencia de la ley de Faraday, donde el voltaje inducido depende de la densidad de flujo magnético, tal y como se muestra en la siguiente expresión:
Dos de los factores importantes en la creación del campo magnético a nivel de tierra son la ubicación de las trayectorias de circulación de retorno por tierra y sus magnitudes de corriente.
Normalmente los derechos de vía se comparten con tuberías enterradas u otros objetos que pueden desviar las trayectorias de las corrientes de retorno, haciendo más complejo el análisis de los campos producidos.
Si se considera que la corriente en el conductor de fase (fuente de corriente) debe tener una corriente de retorno, esta corriente debe ser igual a las corrientes que circulan en la tierra, conductor neutro, hilo de guarda, líneas telefónicas, tuberías metálicas enterradas u otros objetos metálicos que comparten el mismo derecho de vía.
El voltaje inducido en sistemas que comparten un mismo derecho de vía con líneas de potencia es el resultado de la superposición del efecto de la corriente de cada conductor de línea. Como ejemplo tenemos en la figura 2(a) una línea trifásica con configuración horizontal de 115 kV, con una corriente balanceada de 300 A (magnitudes iguales y desfasadas 120 grados); en la figura 2(b) se muestra la distribución del campo magnético calculado a 0.3 m sobre el nivel de tierra.
Es claro que la corriente circulante por el retorno de tierra a una profundidad piel (aproximadamente 1 000 m), tiene un efecto mínimo en el campo magnético, a menos que la corriente sea considerablemente alta, entonces se tendría un campo magnético importante entre la línea y la tierra de retorno de corriente, por lo que se puede decir que la trayectoria de la corriente de retorno por tierra es trascendente en la magnitud del campo magnético.
Es necesario hacer notar que la proporción de la corriente que circula por la tierra es función de la trayectoria a lo largo de la línea y del número y la ubicación de los conductores enterrados. Estos conductores enterrados (tuberías u otro tipo de conductor) pueden concentrar el flujo de corriente cerca de la superficie de la tierra, incrementando el flujo magnético.
TRANSPOSICION INDIVIDUAL
Hay una variedad de estructuras y molduras utilizado para llevar a cabo transposiciones. Las transposiciones se realiza típicamente el uso de marcos especial en dos estructuras:
ESTRUCTURAS DE CONEXIÓN PARA UNA TRANSPOSICIÓN INDIVIDUAL
TÉRMINOS CLAVES PARA LA TRANSPOSICIÓN:
BARRILEl barril es una sección de una línea de alta tensión trifásica de configuración uniforme que se divide en tres partes de aproximadamente la misma longitud por dos transposiciones dispuestas de modo que cada conductor ocupa cada posición de fase para un tercio de la longitud de la sección de la línea.
LA ASIMETRÍA DE IMPEDANCIAS
La impedancia es la oposición al flujo de corriente en un sistema de corriente alterna. asimetría Impedancia significa las impedancias entre las fases no son simétricas, o uniformemente equilibrada.
REACTANCIA CAPACITIVA
A medida que se carga el condensador, una tensión aplicada se desarrolla a través de sus placas conductoras. Esta tensión aplicada, que se refiere a la reactancia capacitiva como, se opone a la tensión aplicada y limita el flujo de corriente en el circuito.
REACTANCIA INDUCTIVA
Un campo magnético que cambia continuamente rodea conductores de transporte de electricidad. Este campo induce tensión en conductores paralelos o adyacentes. Esta tensión inducida es siempre en oposición a la tensión aplicada, lo que limita el flujo de corriente. Esta característica de limitación de corriente se denomina reactancia inductiva como.
ACOPLAMIENTO INDUCTIVO
El acoplamiento inductivo es muy similar a la inductancia, donde la corriente alterna que fluye a través de un conductor induce un flujo de corriente en un conductor adyacente. El acoplamiento término se utiliza con las líneas eléctricas que inducen corriente en los circuitos de comunicación de alambre abierta adyacentes. Este acoplamiento inductivo puede dar lugar a interferencias y diafonía en el circuito de comunicación.
ADAPTACIÓN COMPLETA
Cuando una línea eléctrica pasa a través de una serie de tres transposiciones y las fases terminan en la misma posición que antes de la primera transposición, la línea se denomina adaptado completamente
OBJETIVOS DE LAS TRANSPOSICIONES
- Para reducir el desequilibrio electrostática y electromagnética entre las fases que contribuyen al desequilibrio de tensión. Las caídas de tensión son proporcionales a la corriente en cada fase cuando la línea ha sido completamente transpuesta.
- Para limitar la cantidad de corriente induce una línea en una línea paralela, lo que minimiza el arco interrumpir el deber de los disyuntores cuando son llamados a desenergizar la línea. Dicho de otra manera, un interruptor de circuito tiene que interrumpir una cierta cantidad de corriente cuando se desenergiza una línea. Puede incluir corriente de falla, la corriente de carga, etc. La corriente inducida desde la línea paralela también debe ser interrumpido. Si esta corriente inducida puede ser minimizado que reduce la tensión en el interruptor de circuito.
- Para ayudar a reducir las pérdidas del sistema.
ESTRUCTURA DE UNA TORRE DE TRANSMISIÓN
Una torre de transmisión típica de cerca es obvio que los conductores no siempre están a la misma distancia o la misma distancia de la Tierra. También es obvio que los conductores de fase no serían siempre la misma distancia de la estructura que a la tierra. Hay muchas y diferentes configuraciones de la estructura de transmisión, y la geometría relativas a la distancia entre fases y la tierra, o la estructura puesta a tierra, puede variar. Esta falta de simetría o iguales dimensiones da lugar a la reactancia capacitiva desequilibrada entre fases.
RELACION DE LA REACTANCIA CAPACITIVA CON LA TIERRA
Cuando la energía eléctrica fluye a través de un conductor, un campo electromagnético se establece alrededor del conductor. La magnitud de este campo es proporcional a los niveles de tensión y corriente de la línea. Estos campos electromagnéticos inducen tensión en las líneas contiguas en cierto porcentaje.
A medida que las tecnologías de energía y comunicaciones se desarrollaron, se convirtió en una práctica común para instalar líneas de comunicación abiertas de alambre paralelas a las líneas de transmisión de energía eléctrica o en los mismos polos como las líneas de transmisión.
Pronto se descubrió que las tensiones inducidas a partir de las líneas de alta tensión causados por la interferencia de las líneas de comunicación. También se descubrió que cuando los conductores de transmisión cruzaron entre sí los campos electromagnéticos tienden a anularse entre sí. Esto dio como resultado en la práctica de la instalación de transposiciones en varios puntos en las líneas de transmisión para reducir al mínimo las tensiones inducidas e interferencia subsiguiente con líneas de comunicaciones
LA TRANSPOSICIÓN REDUCE CONSIDERABLEMENTE LOS EFECTOS DEL CAMPO MAGNÉTICO DE LOS CONDUCTORES
DISTANCIAS Y CONSIDERACIONES DE LAS LINEAS DE TRANSMISION
Las líneas de transmisión funcionan normalmente con cargas trifásicas equilibradas, aunque la disposición de los conductores no sea simétrica o tengan transposición. La línea de transmisión de energía es un circuito de constantes distribuidas, tiene resistencias, inductancias, capacitancias y conductancias, que se encuentran distribuidas a lo largo de toda su longitud.Una línea de transmisión es considerada como; línea corta, línea media, línea larga y muy larga según la longitud de la línea.
- Líneas cortas si la longitud es menor a 80 Km.
- Líneas medias si la longitud esta entre 80 – 250 Km.
- Líneas largas si la longitud es mayor a 250 Km.
- Líneas muy largas si la longitud es mayor a 360 Km.
Se entiende como una línea de menos de 80 km. En estos casos se puede transmitir hasta 1,5 veces la potencia nominal. Cuando la línea es clasificada como corta, la capacitancia en derivación es tan pequeña que se puede omitir por completo, con una pérdida pequeña y solo se requiere considerar la resistencia “R” y la inductancia “L” en serie para la longitud total de la línea.
MODELO DE LÍNEA MEDIA
Tiene entre 80 y 240 km y puede transmitir hasta 1,2 - 1,3 veces la potencia natural. Las corrientes que circulan en la capacitancia shunt o admitancia shunt no son despreciadas.
Una línea de longitud media se puede representar con suficiente exactitud con R y 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 π nominal.
MODELO DE LÍNEA LARGA Y MUY LARGA
Cuando se requiere una mejor representación para una línea de transmisión larga que la usada en los Circuitos T Nominal y Circuito π Nominal, se requiere de una solución más sofisticada, debido a que se debe considerar la longitud incremental de la línea y considerar el efecto exacto de la capacitancia distribuida y su relación con la impedancia de la línea. En estos modelos de línea, la impedancia y admitancia shunt son consideradas uniformemente distribuidas a lo largo de toda la línea.
MAGNETISMO EN LAS LINEAS DE TRANSMISIÓN
Campos electromagnéticos (CEM): Es la suma de los campos eléctricos y los campos magnéticos. Se producen en forma natural como la corriente eléctrica y el voltaje que transportan los cableados eléctricos. Por tanto, cualquier aparato eléctrico y las líneas de transmisión los poseen.
Las líneas de alta tensión generan a su alrededor campos eléctricos y magnéticos variables a extrema baja frecuencia (50 Hz en Europa, 60 Hz en América). Para una determinada tensión, la intensidad del campo eléctrico puede variar de unas líneas a otras dependiendo de las características de la línea, el número de circuitos y su disposición geométrica. El campo magnético en una línea también cambia según la intensidad de corriente que circula en función de la demanda de potencia.
A las frecuencias de 50/60 Hz, los campos eléctricos y magnéticos tienen intensidades muy bajas, del orden de 0,0001 V/m y 0,00001 µT, respectivamente. La exposición de las personas a los campos electromagnéticos de baja frecuencia en entornos urbanos proviene, en su mayor parte, de la generación, transmisión y utilización de la energía eléctrica.
Las corrientes que circulan en los conductores de fase son la fuente de los campos magnéticos creados alrededor de las líneas de transmisión. Estas corrientes tienen una variación estadística, considerando la magnitud y duración, que depende de la fluctuación de la carga durante el día. El retorno por tierra de las líneas de potencia y el sistema de transmisión huésped forman un lazo con un área efectiva por la cual existe un flujo magnético neto variable en el tiempo. Esto resulta en un voltaje magnéticamente inducido en el lazo, a consecuencia de la ley de Faraday, donde el voltaje inducido depende de la densidad de flujo magnético, tal y como se muestra en la siguiente expresión:
Fem = dØ/dt
Dos de los factores importantes en la creación del campo magnético a nivel de tierra son la ubicación de las trayectorias de circulación de retorno por tierra y sus magnitudes de corriente.
Normalmente los derechos de vía se comparten con tuberías enterradas u otros objetos que pueden desviar las trayectorias de las corrientes de retorno, haciendo más complejo el análisis de los campos producidos.
Si se considera que la corriente en el conductor de fase (fuente de corriente) debe tener una corriente de retorno, esta corriente debe ser igual a las corrientes que circulan en la tierra, conductor neutro, hilo de guarda, líneas telefónicas, tuberías metálicas enterradas u otros objetos metálicos que comparten el mismo derecho de vía.
El voltaje inducido en sistemas que comparten un mismo derecho de vía con líneas de potencia es el resultado de la superposición del efecto de la corriente de cada conductor de línea. Como ejemplo tenemos en la figura 2(a) una línea trifásica con configuración horizontal de 115 kV, con una corriente balanceada de 300 A (magnitudes iguales y desfasadas 120 grados); en la figura 2(b) se muestra la distribución del campo magnético calculado a 0.3 m sobre el nivel de tierra.
Es claro que la corriente circulante por el retorno de tierra a una profundidad piel (aproximadamente 1 000 m), tiene un efecto mínimo en el campo magnético, a menos que la corriente sea considerablemente alta, entonces se tendría un campo magnético importante entre la línea y la tierra de retorno de corriente, por lo que se puede decir que la trayectoria de la corriente de retorno por tierra es trascendente en la magnitud del campo magnético.
Es necesario hacer notar que la proporción de la corriente que circula por la tierra es función de la trayectoria a lo largo de la línea y del número y la ubicación de los conductores enterrados. Estos conductores enterrados (tuberías u otro tipo de conductor) pueden concentrar el flujo de corriente cerca de la superficie de la tierra, incrementando el flujo magnético.
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