Voltajes en líneas de transmisión de energía o voltajes de transmisión

Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS

En las centrales de generación eléctrica, la energía eléctrica se genera a un nivel de voltaje medio que va desde los 11 kV hasta los 25 kV.

Esta energía generada se envía al transformador elevador de generación para aumentar el nivel de voltaje. Desde este punto hasta el nivel de voltaje final del usuario varía en diferentes niveles. Podemos realizar esta variación del nivel de voltaje paso a paso.

• A 11 kV o más, se mantiene un nivel de voltaje de hasta 25 kV en los terminales del estator del alternador para generar energía eléctrica en la estación generadora.
• Esta potencia generada se alimenta al transformador elevador de generación para llevar este nivel de voltaje medio a un nivel superior, es decir, hasta 33 kV.
• La potencia a 33 kV se envía a la subestación generadora. Allí, el transformador aumenta el nivel de voltaje a 66 kV o 132 kV.
• Desde esta subestación generadora se envía energía a la subestación más cercana para aumentar el nivel de voltaje más alto que el anterior. Este nivel de voltaje se incrementa en diferentes niveles adecuados, puede ser a 400 kV o 765 kV o 1000 kV. Este nivel de voltaje alto o extra alto se mantiene para transmitir la energía a una subestación muy distante. Se llama transmisión primaria de poder.
• En el punto final de la transmisión primaria de energía, en la subestación , los transformadores reductores se utilizan para reducir el nivel de voltaje a 132 kV. La transmisión secundaria de energía comienza desde esta subestación.
• Transformador de potencia al final de la transmisión secundaria, solo realiza pasos de nivel de voltaje de 132 kV hasta 33 kv u 11 kV según el requisito. A partir de este punto, la distribución primaria de energía comienza a distribuir energía a diferentes estaciones de distribución.
• Al final de la distribución primaria, las estaciones de distribución reciben esta energía y reducen este nivel de voltaje de 11 kV o 33 kV a 415 V (voltaje de línea). Desde estas estaciones de distribución hasta los extremos del consumidor, se mantienen 415 V para sustentar con fines de utilización.

Tipo de líneas eléctricas

Desde el comienzo mismo de la generación de energía hasta el final del usuario, las líneas de transmisión se clasifican en términos generales en función de diferentes niveles de voltaje.

¿Por qué se utiliza alto voltaje para líneas de transmisión largas?

Las líneas de transmisión generalmente largas y distantes están diseñadas para operar a un nivel de voltaje alto, extra alto o ultra alto. Es debido al propósito de reducción de la pérdida de energía de la línea.

La resistencia de la línea de transmisión prácticamente a larga distancia es comparativamente mayor que la de la línea de transmisión media y corta . Debido a esta resistencia de línea de transmisión de mayor valor, se pierde una cantidad considerable de energía. Entonces, necesitamos disminuir la cantidad de corriente a través de cada conductor haciendo que el voltaje de operación sea muy alto para la misma cantidad de transmisión de energía .
Sabemos que la potencia en el sistema de CA para transmitir es _Pérdida

total de potencia P _Pérdida = 3I _L ² R considerando tres fases en total.
R es la resistencia en ohmios por fase de la línea de transmisión .
Ahora, reordenando la Ecuación (1) obtenemos,

Entonces,

Nuevamente, en el sistema de CC, no hay diferencia de fase entre el voltaje y la corriente, es decir, cosƟ = 1, y solo se utilizan dos conductores (positivo y negativo). Entonces, en el sistema de CC la potencia transmitida P = VI y la pérdida de potencia

De la ecuación (2) y (3), está claro que la pérdida de potencia en la línea de transmisión es inversamente proporcional al cuadrado del voltaje de la línea. Cuanto mayor sea el valor de la tensión de línea, menor será la pérdida de potencia. Por lo tanto, se utiliza un conductor de línea de transmisión con menos diámetro, por lo que se ahorra material conductor.

¿Por qué se utiliza HVAC para líneas de transmisión largas?

Hoy en día, la energía eléctrica se genera, transmite y distribuye en forma de CA. Especialmente para líneas de transmisión de larga distancia, la CA de alto voltaje se transmite por varias razones, que son:

1. El voltaje de CA se puede aumentar o disminuir según los requisitos fácilmente mediante un transformador.
2. El mantenimiento de la subestación de CA es fácil y económico.
3. En todo el sistema de energía eléctrica se maneja voltaje de CA. Por lo tanto, no hay peligro adicional de rectificación o inversión como la transmisión de voltaje CC.

¿Por qué se utiliza HVDC para líneas de transmisión largas?

La CC de alto voltaje se utiliza a un nivel de voltaje extra o ultra alto. La transmisión HVDC se usa a un nivel fijo de voltaje en la transmisión primaria solo, ya que no se puede aumentar o disminuir mediante un transformador. Solo en líneas de transmisión de larga distancia se usa solo, porque:

1. Solo se requieren dos conductores (positivo y negativo) en comparación con tres de la transmisión de CA.
2. La ausencia de inductancia , capacitancia y pérdida de potencia por desplazamiento de fase es muy menor. De ahí una mejor regulación de voltaje.
3. El problema de sobretensión nunca ocurre.
4. Sin efecto piel.
5. Requiere menos aislamiento debido a una menor tensión potencial.
6. Menos descarga de corona (es decir, el efecto de corona) y, por tanto, menos pérdida de potencia.
7. Altamente estabilizado y sincronizado.

¿Por qué se utiliza baja y media tensión en la línea de distribución?

En distribución primaria, la energía se maneja a 11 kV o 33 kV. A medida que el nivel de voltaje se reduce de 132 kV a 11 kV o 33 kV, el nivel de corriente se valora más. Pero esta corriente de alto valor se distribuye entre varias estaciones de distribución locales (transformadores de distribución) cercanas. Estos transformadores de distribución reducen nuevamente el voltaje a 415 V. Es porque; La energía a 415 V se usa en el extremo del usuario. La distancia entre estos transformadores de distribución y las estaciones de distribución primarias es muy corta, por lo que la resistencia del conductor no es grande. En esta sección se pierde una cantidad muy pequeña de energía.

Desventajas de la transmisión AC o HVAC

Las principales desventajas de la transmisión de CA son

1. Las líneas de CA requieren más material conductor que las de CC.
2. La construcción de la línea de transmisión de CA es más complicada que la de CC.
3. La resistencia efectiva aumenta debido al efecto de la piel y, por lo tanto, a la pérdida de potencia.
4. Pérdida de potencia continua debido a la corriente de carga debido a la capacitancia de la línea.

Desventajas de la transmisión DC o HVDC

Las principales desventajas de la transmisión de CC son

1. La energía eléctrica no se genera en forma HVDC debido a un problema de conmutación. Solo se logra HVDC para la transmisión desde HVAC mediante rectificación. Por lo que se requiere un arreglo especial para esta conversión.
2. El voltaje de CC no se puede aumentar ni disminuir para la transmisión.
3. Los interruptores y disyuntores de CC son costosos y tienen ciertas limitaciones.

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JORGE CABRERA BERRÍOS Administrator

Ingeniero Electrónico por la UNI, con maestría y doctorado por la University of Electro-Communications (Japón).

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