4.1 Representacion De Lineas De Transmision

TECNOLOGICO NACIONAL DE MEXICO INSTUTO TECNOLOGICO DE CERRO AZUL INGENIERIA ELECTROMECANICA MATERIA: SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA

UNIDAD 4 LINEAS DE TRANSMISION TEMA: 4.1 REPRESENTACION DE LINEAS DE TRANSMISION

PERIODO AGO-DIC 2018

UNIDAD 4 LINEAS DE TRANSMISION. Un problema muy importante en el diseño y operación de un sistema de potencia es la conservación del voltaje dentro de los límites especificados en varios puntos del sistema. En este capítulo se desarrollarán ecuaciones con las que se pueden calcular el voltaje, la corriente y la potencia en cualquier punto de la línea de trasmisión, siempre que se conozcan estos valores en un punto; este punto es, por lo general, una de las terminales de la línea. Sin embargo, el propósito de este capítulo no es solamente desarrollar las ecuaciones pertinentes, sino también proveer la oportunidad de entender los efectos de los parámetros de la línea sobre los voltajes de barra y el flujo de potencia.

SUBTEMA 4.1

REPRESENTACION DE LINEAS DE TRANSMISION

La red de transporte de energía eléctrica es la parte del sistema de suministro eléctrico constituida por los elementos necesarios para llevar hasta los puntos de consumo y a través de grandes distancias, la energía eléctrica generada en las centrales eléctricas.

Una línea de transporte de energía eléctrica o línea de alta tensión es básicamente el medio físico mediante el cual se realiza la transmisión de la energía eléctrica a grandes distancias. Está constituida tanto por el elemento conductor, usualmente cables de acero, cobre o aluminio, como por sus elementos de soporte, las torres de alta tensión.

Torre eléctrica ■ Una torre eléctrica o apoyo eléctrico (a veces denominada torreta) es una estructura de gran altura, normalmente construida en celosía de acero, cuya función principal es servir de soporte de los conductores eléctricos aéreos de las líneas de transmisión de energía eléctrica. Se utilizan tanto en la distribución eléctrica de alta y baja tensión como en sistemas de corriente continua tales como la tracción ferroviaria. Pueden tener gran variedad de formas y tamaños en función del uso y del voltaje de la energía transportada. Los rangos normales de altura oscilan desde los 15 m hasta los 55 m, aunque a veces se pueden llegar a sobrepasar los 300 m.1 Además del acero pueden usarse otros materiales como son el hormigón y la madera.

Clasificación por la tensión de funcionamiento Líneas de transmisión aéreas de energía se clasifican en el sector de la energía eléctrica por la gama de tensiones: -Baja tensión - menos de 1.000 voltios, que se utiliza para la conexión entre un cliente residencial o comercial pequeña y la utilidad. -Media tensión - entre 1.000 voltios y aproximadamente 33 kv, que se utiliza para la distribución en las zonas urbanas y rurales. -De alto voltaje, que se utiliza para la sub-transmisión y la transmisión de grandes cantidades de energía eléctrica y la conexión a muy grandes consumidores. -Extra Alto Voltaje - más de 230 kv, hasta aproximadamente 800 kv, utilizado para larga distancia, transmisión de potencia muy alta.

-Ultra Alta Tensión - superior a 800 kv

Tipos de torres • Torre de suspensión: Sirven solamente para soportar los conductores; son empleados en las alineaciones rectas.

• Torres de amarre: Se utilizan para proporcionar puntos de amarre cuando no se pueden utilizar la suspensión por ahorcamiento (Recomendado hasta 30 Kv y nunca en ángulo)

• Torres de anclaje: Se utilizan para proporcionar puntos firmes en la línea, que limiten e impidan la destrucción total de la misma cuando por cualquier causa se rompa un conductor o apoyo.

• Torres de ángulo: Empleados para sustentar los conductores en los vértices o ángulos que forma la línea en su trazado.

• Torres de fin de línea: Soportan las tensiones producidas por la línea; son su punto de anclaje de mayor resistencia.

• Torres especiales: con funciones diferentes a las anteriores; pueden ser usados para cruce sobre ferrocarril, vías fluviales, líneas de telecomunicación o una bifurcación.

Las ecuaciones generales que relacionan el voltaje y la corriente de líneas de trasmisión establecen el hecho de que los cuatro parámetros de una línea de trasmisión, analizados en los dos capítulos precedentes, están distribuidos uniformemente a lo largo de la línea. Se desarrollarán más tarde estas ecuaciones generales pero, primeramente, se usarán los parámetros concentrados que dan resultados con una buena exactitud en líneas cortas y medias. Si la línea aérea se clasifica como corta, la capacitancia en derivación es tan pequeña que se puede omitir por completo con una pérdida de exactitud pequeña y sólo se requiere considerar la resistencia R y la inductancia L en serie para la longitud total de la línea. Como se muestra en la Ilustración 10, una línea de longitud media se puede representar con suficiente exactitud con R y L como parámetros concentrados, con la mitad de la capacitancia al neutro de la línea concentrada en cada terminal del circuito equivalente.

Como se mencionó anteriormente, por lo general, la conductancia en derivación, G, se desprecia cuando se calcula el voltaje y la corriente de líneas de trasmisión de potencia. Si los capacitores se omiten, el mismo circuito representa las líneas cortas. En lo que se refiere a la capacitancia, se consideran como cortas las líneas de 60 Hz de conductor abierto que tienen menos de 80 km (50 millas) de longitud. Las líneas de longitud media son las que están entre 80 km (50 millas) y 240 km (150 millas) de longitud. Las líneas que tienen más de 240 km (150 millas) requieren de cálculos en términos de constantes distribuidas si se necesita un alto grado de exactitud, aunque para algunos propósitos, se puede usar una representación de parámetros concentrados para líneas hasta de 320 km (200 millas) de largo. Normalmente, las líneas de trasmisión se operan con cargas trifásicas balanceadas. Aunque las lineas no estén espaciadas equiláteramente y no estén transpuestas, la asimetría resultante es ligera y se considera que las fases están balanceadas.

Con el fin de distinguir entre la impedancia serie total de una línea y la impedancia serie por unidad de longitud, se adoptará la siguiente nomenclatura: z = impedancia serie por unidad de longitud por fase

y = admitancia paralelo (o en derivación) por unidad de longitud por fase al neutro 1 = longitud de la línea Z = zl = impedancia serie total por fase

Y = y1 = admitancia en paralelo (o derivación) total por fase al neutro

Partes de las torres de transmisión 1.

Aislador

2.

Paquete de dos conductores (Arreglo multifase-algunas líneas tienen 4).

3.

Espaciador para mantener los dos conductores separados.

4.

Soporte del cable de guarda, con conexión a tierra, ubicado en la parte superior de la torre o poste

5.

Las tres fases de un lado de la torre constituyen un circuito eléctrico. La mayoría de las líneas tienen dos circuitos, uno para cada lado. (Doble Terna)

6.

Placa de identidad indicando que línea es y quién es el dueño. También por lo general tiene un letrero de advertencia de seguridad sobre los peligros de electrocución.

7.

Dispositivo Anti-escalamiento – alambre de púas – para detener la escalada no autorizada

Cotas de las torres de transmisión

Torres de Alta tensión

Materiales de Postes y torres Para alta, media y baja tensión ■ Generalizando los materiales que se utilizan son:  Madera.  Hormigón.  Metal.

Postes de Madera ■ El campo de aplicación de este tipo de apoyos es casi exclusivamente en baja tensión y están en claro desuso. ■ Como ventajas podemos decir que son fáciles de transportar gracias a su ligereza y bajo precio en comparación con los postes de hormigón y los metálicos. ■ Como desventajas se puede apuntar su vida media relativamente corta, suele ser de unos 10 años, la putrefacción es la mayor causa de deterioro, sobre todo en la parte inferior del poste, no se permiten grandes vanos y los esfuerzos en la cabeza y altura son limitados.

Hormigón Armado ■ Este material es el que más se utiliza en redes de baja tensión.

■ La ventaja principal de este tipo de postes es su duración ilimitada además de no necesitar mantenimiento. ■ El mayor inconveniente es el precio con respecto a los postes de madera y que al ser más pesados se incrementan los gastos en el transporte.

Hormigón armado vibrado ■ Con la finalidad de mejorar las cualidades del hormigón armado se fabrican este tipo de postes. Suelen tener una altura entre los 7 y 18 m y su sección es rectangular o en forma de doble T. ■ La principal ventaja (que hace que sean los más utilizados) de este tipo de postes es que se puede fabricar en el lugar de su implantación y así ahorrarse los gastos en transportes.

Hormigón armado centrifugado ■ Este tipo de postes se emplea desde electrificaciones en ferrocarriles, en líneas rurales en baja tensión y alta tensión incluido líneas de 220 KV, mástiles para alumbrado exterior (en el reglamento antiguo llamado alumbrado público). ■ Además en combinación con varios postes se pueden realizar configuraciones de apoyos en ángulo, derivación, anclaje, etc. No son empleados en lugares de difícil acceso precisamente porque su fabricación no puede realizarse en talleres provisionales.

Hormigón armado pretensado ■ Este tipo de postes cada vez es más utilizado ya que su precio resulta mucho más económico que los del hormigón corriente.

Metal con presilla ■ Básicamente está constituido por dos tramos ensamblados por tornillos. Cada tramo está formado por 4 montantes angulares de ala iguales unidos entre sí por presillas soldadas de ahí el nombre. ■ La cabeza o tramo superior tienen una longitud de 6m y la parte inferior se puede configurar con diferentes tramos para obtener alturas de 10, 12, 14, 18 y 20 m.

Torres metálicas de celosía ■ Este tipo de poste se emplea prácticamente en las altas tensiones, desde medias tensiones hasta muy altas tensiones, es decir, en líneas de 3ª, 2ª y 1ª categoría. Su forma y dimensiones dependerá de los esfuerzos a los que esté sometido, de la distancia entre postes y la tensión de la línea.

Aisladores ■ Sirven de apoyo y soporte a los conductores, al mismo tiempo que los mantienen aislados de tierra. El material más utilizado para los aisladores es la porcelana, aunque también se emplea el vidrio templado y materiales sintéticos. ■ Bajo el punto de vista eléctrico, los aislantes deben presentar mucha resistencia ante las corrientes de fuga superficiales y tener suficiente espesor para evitar la perforación ante el fuerte gradiente de tensión que deben soportar. Para aumentar la resistencia al contacto, se moldean en forma acampanada ■ Bajo el punto de vista mecánico, deben ser suficientemente robustos para resistir los esfuerzos debidos al peso de los conductores.

Aislador tipo Tensor ■ El aislador tipo tensor es utilizado para suspender los conductores en redes de transmisión aéreas en las que existe un ángulo de giro mayor a 30º o en los extremos de la línea, razón por la cual deben soportar esfuerzos mecánicos elevados, existen aisladores tipo tensor de 3 1/2”, 4 1/4”, 5 1/2”, 6 3/4”.

Aislador tipo Pin ■ El aislador tipo pin es empleado en redes eléctricas de distribución, en estructuras en las cuales van crucetas, este, es empleado para sostener el conductor. ■ Existen aisladores de pin sencillos y dobles y es seleccionado según el nivel de tensión al cual va a trabajar, para 7.2 kV, 13.2kV, 15 kV se emplea pin sencillo y para 23 kV y 34.5 kV se emplea pin doble.

Aislador tipo Carrete ■ El aislador tipo carrete se emplea en redes aéreas de distribución de energía eléctrica, en las estructuras que no llevan crucetas para sostener el conductor, el aislador es ubicado en perchas, estas pueden ser de uno, dos, tres, cuatro y cinco puestos según la cantidad de líneas.

Aisladores Fijos ■ Unidos al soporte por un herraje fijo y no pueden, por consiguiente, cambiar normalmente de posición después de su montaje.

Aisladores en cadenas ■ Constituidos por un número variable de elementos según la tensión de servicio; formando una cadena móvil alrededor de su punto de unión al soporte. Éste es el tipo de aislador más empleado en media y en alta tensión.

Aisladores en cadenas ■ Caperuza-vástago: Este aislador se compone de una campana de porcelana o vidrio templado, en forma de disco y que lleva en su parte inferior algunas ondulaciones. En la parte superior de la campana está empotrada una caperuza de fundición o acero, y en su parte inferior en un hueco bastante reducido, lleva un vástago sellado al aislador. La figura muestra la disposición de los aisladores en una cadena de suspensión o en una cadena de amarre.

Aisladores en cadenas ■ Campana (discos), este elemento está constituido por un núcleo cilíndrico de porcelana de diámetro comprendido entre 60 y 85 mm., y provisto de dos faldas anchas. La unión de los aisladores campana entre sí se hace con un pequeño vástago cilíndrico terminado en dos rótulas. La diferencia esencial entre el aislador campana y el elemento caperuza-vástago, reside en el hecho de que el primero es rigurosamente imperforable en servicio, mientras que el segundo puede, en ciertas circunstancias, perforarse antes de ser contorneado, especialmente por la acción simultánea de esfuerzos mecánicos y acciones eléctricas.

Herrajes ■ La sujeción del aislador al poste se realiza por medio de herrajes .En la figura se muestran los diferentes tipos de herrajes.

Hilo de Guarda ■ Los cables de guarda instalados en las líneas de alta tensión, son cables sin tensión que se colocan en la parte mas alta de las redes de alta tensión, se conectan a la misma estructura metálica en cada torre y sirven para varios motivos.

Funcionamiento del hilo de guarda ■ Los hilos de guarda desempeñan funciones importantes:  Proteger las líneas aéreas contra descargas atmosféricas, siendo su objetivo primordial.  Reducir la tensión inducida en la línea aérea por los rayos que caen en la cercanía.  Proteger los conductores de absorbiendo las cargas atmosféricas.

fase,

Funcionamiento del hilo de guarda  Reducir la acción devastadora del rayo descargado directamente en la línea aérea.

 Reducir el efecto de la corriente de cortocircuito y participando por lo tanto en la disminución de la resistencia de tierra y disminuyendo las tensiones de paso que puedan poner en riesgo a las personas o animales.

Representación de líneas ■ Línea corta  Longitud menor que 80 Km  Parámetros concentrados  Capacitancia despreciable ■ Línea media  Longitud mayor que 80 Km y menor que 240 Km  Parámetros concentrados  Capacitancia no despreciable ■ Línea larga  Longitud mayor que 240 Km  Parámetros concentrados solo en casos especiales y para longitudes menores de 320 Km  Parámetros distribuidos

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