4.1 LT ParámetrosUCCI New

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Líneas de transmisión Líneas de transmisión

Profesor: César Profesor: César ChiletChilet

ÍndiceÍndice

1.1. Introducción.Introducción.2.2. GeneralidadesGeneralidades

Componentes.Componentes. ConductoresConductores Calibres y longitudes.Calibres y longitudes. Cable de guarda.Cable de guarda.

3.3. Nivel de tensiónNivel de tensión

4.4. Parámetros Parámetros eléctricos.eléctricos.

Efecto resistivo.Efecto resistivo. Efecto Inductivo.Efecto Inductivo. Efecto capacitivo.Efecto capacitivo. Efecto corona.Efecto corona. ConductanciaConductancia

5.5. ModelamientoModelamiento y y desempeñodesempeño

03/10/201503/10/2015 cchilet@continental.edu.pecchilet@continental.edu.pe 22

1. INTRODUCCIÓN1. INTRODUCCIÓN

TransporteTransporte

ConsisteConsiste en una en una red de líneas red de líneas aéreas, o cables aéreas, o cables subterráneos. subterráneos.

Las líneasLas líneas::diseñadas para diseñadas para transportar transportar grandesgrandescantidades de cantidades de potencia.potencia.

Tipos de transporteTipos de transporte

Gran parte de la potencia

se transporta mediante

líneas aéreas de AC,

utilizándose DC para

propósitos especiales. Los cables subterráneos

se utilizan en general en zonas densamente pobladas, o bajo agua, para largas distancias.

2. GENERALIDADES2. GENERALIDADES

03/10/201503/10/2015 66cchilet@continental.edu.pe

2.1 COMPONENTES2.1 COMPONENTES

A) Conductores eléctricosA) Conductores eléctricos

Conductores de fase.Conductores de fase.MATERIAL CONDUCTOR:MATERIAL CONDUCTOR:

Se utilizan casi exclusivamente conductores a base de aluminio, por razones de economía y de facilidad de ejecución.

Mayor diámetro que el equivalente en cobre (por tanto menor densidad de flujo eléctrico en la superficie proporcionando un menor gradiente de potencial y menor tendencia al ionizado del aire – efecto corona)

03/10/201503/10/2015 99cchilet@continental.edu.pecchilet@continental.edu.pe

Conductores de faseConductores de fase

Los conductores típicos son : AAC conductor totalmente de aluminio AAAC conductor totalmente de aleación de

aluminio. ACSR conductor de aluminio y alma de acero. ACAR conductor de aleación de aluminio reforzado.

Los nombres código del los cables AAC son nombres de flores (por ejemplo: 4AWG Rose; 266,8 MCM Daisy; 636 Orchid) y los cables ACSR son nombres de aves (por ejemplo 1 AWG Robin; 636 MCM Grosbeak; 1590 Falcon)

CableCable

La sección transversal de un La sección transversal de un cable de alta tensión.cable de alta tensión.

En la parte central, los cables En la parte central, los cables son de acero y en parte externa son de acero y en parte externa son de aluminio.son de aluminio.

Debido al efecto pelicular “Debido al efecto pelicular “skinskin”, ”, la corriente tiene a distribuirse la corriente tiene a distribuirse por la parte externa, donde el por la parte externa, donde el aluminio es buen conductor.aluminio es buen conductor.

El acero brinda la fortaleza al El acero brinda la fortaleza al cable.cable.

ACSRACSR

Es el tipo mas común. El reforzamiento

consiste de un alma de acero de alambres de acero galvanizado que algunas veces es engrasado para protección adicional contra la corrosión.

Conductor ACSRConductor ACSR

Capacidad de corriente: 650 ACapacidad de corriente: 650 A Conductor: 54 AL/7SConductor: 54 AL/7S Hilos Hilos de aluminio 3 capas 54 conductores de aluminio 3 capas 54 conductores AlmaAlma de acero 7 conductoresde acero 7 conductores

Ejemplo de conductores ACSREjemplo de conductores ACSR

Conductores en haces.Conductores en haces.

Normalmente las Normalmente las

líneas de media y alta líneas de media y alta

tensión tienen líneas tensión tienen líneas

con conductores en con conductores en

haces.haces.

Conductores en haces.Conductores en haces.

La razón para esto es que los La razón para esto es que los campos eléctricos alrededor campos eléctricos alrededor del conductor son reducidos. del conductor son reducidos.

Esto lleva para bajar pérdidas Esto lleva para bajar pérdidas por efecto corona y a un por efecto corona y a un menor ruido. menor ruido.

También la reactancia de la También la reactancia de la línea en el ohm/km es línea en el ohm/km es reducido por consiguiente hay reducido por consiguiente hay un incremento en la un incremento en la transmisión de potencia.transmisión de potencia.

Sección a escogerSección a escoger

Considerar: Intensidad admisible en régimen permanente. Caída de tensión Características mecánicas de los conductores Intensidad de corto-circuito admisible.

Esfuerzos térmicos. Esfuerzos electrodinámicos.

Sección a escogerSección a escoger

Efecto corona. Aparamenta de protección. Normatividad. Condiciones de seguridad. Condiciones reguladores. Pérdidas de energía. Precio.

Factores a considerarFactores a considerar

PrecioPrecio Materias primas Industria transformadora Costo energético

ResistividadResistividad: Caídas de tensión. Pérdidas Joule.

Características MecánicasCaracterísticas Mecánicas: Tensión de ruptura Reutilización

CorrosiónCorrosión: Tiempo promedio

de vida de la instalación.

Lugar de implementación.

Temperatura de Temperatura de funcionamientofuncionamiento Potencia

transpordada. Exploración.

ComparacionesComparaciones

Electric characteristics of AC Electric characteristics of AC overhead power lines (data refer to overhead power lines (data refer to one circuit of a doubleone circuit of a double--circuit line)circuit line)

C) C) Cable de guardaCable de guarda

03/10/201503/10/2015 cchilet@tecsup.edu.pecchilet@tecsup.edu.pe 2222

Cable guardaCable guarda

Los cables de tierra se instalan en las líneas eléctricas aéreas de alta tensión como protección contra el impacto de las posibles descargas de los rayos sobre ellas.

03/10/201503/10/2015 2323cchilet@tecsup.edu.pecchilet@tecsup.edu.pe

Cable de guardaCable de guarda

Se muestra una línea trifásica con Se muestra una línea trifásica con apantallamiento o protectores aéreos.apantallamiento o protectores aéreos.

Cable guardaCable guarda

Se sitúan sobre las fases, uno o dos cables, según la disposición de éstas y la tensión de la línea.

Entre 66 kV y 380 kV es habitual su instalación y tensiones inferiores no es frecuente.

Generalmente se dispone uno en la punta de los apoyos.

Los tipos más empleados son los de acero galvanizado y los de alumoweld.

Cable de guarda con fibra ópticaCable de guarda con fibra óptica

La gran ventaja de La gran ventaja de esa asociación reside esa asociación reside en la alta en la alta confiabilidad en la confiabilidad en la transmisión y transmisión y recepción vía fibra recepción vía fibra óptica y en la óptica y en la cantidad de canales cantidad de canales disponibles.disponibles.

3 NIVEL DE TENSIÓN3 NIVEL DE TENSIÓN

Tensión de servicioTensión de servicio

Costo del transporte de energía en función de: Potencia de recepción, nivel de tensión y longitud de la línea.

El óptimo económico (tensión) crece con la longitud de la línea y con la potencia a transmitir.

Para determinar la tensión más conveniente y cuando se trata de líneas cuya longitud es superior a 30 Km, puede aplicarse la fórmula empírica y aproximada, debida a ALFRED STILL:

U = tensión de línea (kV), L = longitud de la línea (km) P = potencia activa conducida (kW).

10061,15,5

PLU +⋅=

Evaluación técnicoEvaluación técnico--económicoeconómico

Costos fijos: postes, aisladores, conductores, equipamiento terminal, derechos de paso.

Costos relativos a la pérdida de energíaCostos relativos a la pérdida de energía

Potencia = 150 MW Distancia: 300 km Potencia = 150 MW Distancia: 300 km Sección=400 mmSección=400 mm22..

Espaciamiento equivalente entre Espaciamiento equivalente entre conductoresconductores

Comparación AC o DCComparación AC o DC

El tamaño exacto a partir del El tamaño exacto a partir del

cual las líneas de corriente cual las líneas de corriente

continua pasan a predominar continua pasan a predominar

depende de muchos depende de muchos

factores, incluyendo las factores, incluyendo las

tecnologías utilizadas en tecnologías utilizadas en

conversores AC/DC cuyos conversores AC/DC cuyos

costos han variado con el costos han variado con el

tiempo.tiempo.

Selección del Selección del nivel de nivel de

tensión para tensión para L.T.L.T.

Características Características eléctricas de una eléctricas de una

línea aérea AC línea aérea AC (línea de doble (línea de doble

circuito)circuito)

LTLT MANTARO MANTARO -- COTARUSECOTARUSE

Datos técnicos líneas Datos técnicos líneas de de transmisióntransmisión

Código Línea LCódigo Línea L--2051/2052 L2051/2052 L--2053/20542053/2054 Denominación MANTARO Denominación MANTARO –– COTARUSECOTARUSE--

COTARUSE COTARUSE -- SOCABAYASOCABAYA Sistema SEIN Sistema SEIN SEINSEIN Calificación P Calificación P PP Tensión Nominal (Tensión Nominal (kVkV) 220 ) 220 -- 220220 Longitud x Terna (Km) 295.9 Longitud x Terna (Km) 295.9 -- 314.2314.2 Tipo AéreoTipo Aéreo EstructurasEstructuras

Material AceroMaterial Acero Cantidad 581 662Cantidad 581 662

Cadena AisladoresCadena Aisladores Material PorcelanaMaterial Porcelana NN°° Suspensión 19 Suspensión 19 -- 1919 NN°° Anclaje 19 Anclaje 19 -- 1919

Año puesta en servicio 2000 Año puesta en servicio 2000 -- 20002000

Parámetros eléctricos de las LTParámetros eléctricos de las LT

Características del conductorCaracterísticas del conductor

Características del cable de guardaCaracterísticas del cable de guarda

4. PARÁMETROS ELÉCTRICOS4. PARÁMETROS ELÉCTRICOS

Parámetros eléctricos de la LTParámetros eléctricos de la LT

Los cuatro parámetros de las líneas, Los cuatro parámetros de las líneas, uniformemente distribuidos a lo largo de uniformemente distribuidos a lo largo de su longitud, son:su longitud, son: La resistencia serie (La resistencia serie (ΩΩ/km)/km),, La reactancia inductiva serie (La reactancia inductiva serie (ΩΩ/km)/km),, La conductancia paralelo (S/km),La conductancia paralelo (S/km), La La susceptanciasusceptancia capacitiva paralelo (S/km).capacitiva paralelo (S/km).

Parámetros eléctricos de la LTParámetros eléctricos de la LT

a) efecto resistivoa) efecto resistivo

Resistencia serieResistencia serie

La resistencia eléctrica que presenta un La resistencia eléctrica que presenta un conductor para DC (conductor para DC (RdcRdc) es directamente ) es directamente proporcional a su longitud proporcional a su longitud llllllll e inversamente e inversamente proporcional a su sección transversal proporcional a su sección transversal SS..

SRdc CC

l⋅= °° 2020 ρ

Coeficiente de resistividad a 20Coeficiente de resistividad a 20°°CC

MaterialResistividad

(ΩΩΩΩ.mm2/km)

Cobre 17,241

Aluminio duro 28,264

Aleación de

aluminio32,50

Acero galvanizado 192

Acero recubierto

de aluminio84,8

MaterialResistividad

(ΩΩΩΩ.mm2/km)

AAC 28,71

AAAC 33,46

ACSR 32,31

ACAR 30,21

ResistenciaResistencia

Factores que afectan a la resistencia efectiva Factores que afectan a la resistencia efectiva de los conductores:de los conductores: Trenzado en espiral de los cables.Trenzado en espiral de los cables. Distribución no uniforme de la corriente por el Distribución no uniforme de la corriente por el

conductor (Efecto pelicular o conductor (Efecto pelicular o skinskin).). Temperatura del conductor.Temperatura del conductor.

conductorelenpotenciadePérdidasRefectiva =

a) Trenzado en espirala) Trenzado en espiral

Los hilos del trenzado poseen mayor longitud que la del Los hilos del trenzado poseen mayor longitud que la del conductor completo, por ello el valor calculado de conductor completo, por ello el valor calculado de resistencia difiere del real.resistencia difiere del real.

Incremento de 1% para conductores de 3hilos y 2% Incremento de 1% para conductores de 3hilos y 2% para conductores concéntricamente trenzados para conductores concéntricamente trenzados

b) Variación de la resistencia con la b) Variación de la resistencia con la TemperaturaTemperatura

TemperaturaTemperatura: La resistencia eléctrica aumenta con el : La resistencia eléctrica aumenta con el aumento de la temperatura del material conductor.aumento de la temperatura del material conductor.

Para los conductores metálicos, la variación de la Para los conductores metálicos, la variación de la resistencia con la temperatura se considera lineal y es resistencia con la temperatura se considera lineal y es dependiente del material.dependiente del material.

Donde:Donde: R1 = resistencia a la temperatura T1R1 = resistencia a la temperatura T1 R2 = resistencia a la temperatura T2R2 = resistencia a la temperatura T2 T constante del materialT constante del material

ρρALAL--2020°°C=C= 2,83 x102,83 x10--88 ΩΩm.m. ρρCu recocidoCu recocido--2020°°C=C= 1,77 x101,77 x10--88 ΩΩm.m. TTALAL--2020°°C=C= 228228°°C, temple duro con 61% de conductividadC, temple duro con 61% de conductividad TTcucu recocidorecocido--2020°°C=C= 234,5234,5°°CC con 100% de conductividad.con 100% de conductividad. TTcucu temple durotemple duro--2020°°C=C= 241,0241,0°°CC con 97,3% de conductividad.con 97,3% de conductividad.

Variación de la resistencia con la Variación de la resistencia con la TemperaturaTemperatura

Variación de la resistencia con la Variación de la resistencia con la Temperatura Temperatura (1)(1)

( )[ ]

003929,0

004032,0

°−−

°=°=

°−⋅+⋅=

CcabledeloperacióndeatemperaturT

Catemperaturdeecoeficient

CDCTDC

Coeficientes de temperaturaCoeficientes de temperatura

MaterialCableado y/o

Número de hilosCoeficiente de

temperatura (1/°C)

7193761

0,003390,003370,003240,00312

6/126/754/754/19

0,004030,003930,003850,00371

12/718/1930/724/13

0,003710,003590,003730,00365

Variación de la resistencia con la Variación de la resistencia con la Temperatura Temperatura (2)(2)

( )[ ]

ternasdenúmerot

faseporsconductoredenúmeron

tnTRR CDCTDC

⋅×−⋅+⋅= °−−

120120 α

c) Influencia del efecto pelicular (efecto c) Influencia del efecto pelicular (efecto skinskin))

La corriente DC se distribuye uniformemente por La corriente DC se distribuye uniformemente por

la sección transversal del conductor, sin la sección transversal del conductor, sin

embargo, cuando una corriente AC recorre el embargo, cuando una corriente AC recorre el

conductor, disminuye la densidad de corriente conductor, disminuye la densidad de corriente

en la sección central y se incrementa en su en la sección central y se incrementa en su

periferia (efecto pelicular)periferia (efecto pelicular)

c) Influencia del efecto pelicular (efecto c) Influencia del efecto pelicular (efecto skinskin))

El efecto piel se incrementa con la frecuencia.El efecto piel se incrementa con la frecuencia.

El incremento en la resistencia efectiva (proporcional a la El incremento en la resistencia efectiva (proporcional a la

frecuencia) observable a 60 Hz (alrededor del 3%)frecuencia) observable a 60 Hz (alrededor del 3%)..

( )( )

( )Hzfrecuenciaf

cmconductordeldiámetroD

EXTTDCTAC

105,71 742 −−− ⋅⋅⋅+⋅=

b) efecto inductivob) efecto inductivo

Inductancia de la LTInductancia de la LT

Confidential Property of Schneider Electric

Distancia media geométricaDistancia media geométrica

Confidential Property of Schneider Electric 60

Línea simplex Línea simplex –– simple circuitosimple circuito

Línea Línea duplexduplex –– simple circuito simple circuito ((2 2 condcond. . por fase)por fase)

Línea Línea triplextriplex –– simple circuito simple circuito ((3 3 condcond. . por fase)por fase)

Línea de doble circuito simplexLínea de doble circuito simplex

Línea de doble circuito Línea de doble circuito dupléxdupléx

c) efecto capacitivoc) efecto capacitivo

CapacidadCapacidad

para el caso de líneas eléctricas la capacidad viene dada por la ecuación:

ConductanciaConductancia o o perditanciaperditancia “G”“G”

Se define la Conductancia o perditancia como el

inverso de la resistencia, así pues el valor de

dicha Conductancia o perditancia tendrá por

expresión:

El valor de la conductancia nos viene expresado en Siemens

SupceptanciaSupceptancia “B”“B”

Es el resultado de multiplicar la capacidad

kilométrica de la línea por la pulsación de la

corriente por tanto tendrá por expresión:

Cuyo resultado esta dado en S/km.

AdmitanciaAdmitancia YY

La admitancia al igual que la impedancia La admitancia al igual que la impedancia se compone de dos partes una real que se compone de dos partes una real que forma la forma la conductanciaconductancia y la imaginaria que y la imaginaria que esta compuesta de esta compuesta de la la susceptanciasusceptancia::

ParámetrosParámetros

Se trata de una línea de 132 kV con una disposición de fases como la indicada en la figura, con una longitud de 50 km. circuito simplex y conductor gaviota. La distancia mayor se muestra, mientras que las distancias entres las otras fases es de 7,21m. Hallar:a)a) La impedancia serie de la La impedancia serie de la

Línea.Línea.b)b) La admitancia paralelo.La admitancia paralelo.

EjemploEjemplo

LineaLinea de 400 de 400 kVkV. y 200 km. . y 200 km. de longitud, con disposición de longitud, con disposición de fases como la indicada en de fases como la indicada en la figura, con circuito la figura, con circuito cuadruplexcuadruplex, con conductor , con conductor cóndor, y una distancia entre cóndor, y una distancia entre los conductores de la misma los conductores de la misma fase de 30 cm.fase de 30 cm.. Hallar:. Hallar:

a)a) La impedancia serie La impedancia serie de la Línea.de la Línea.

b)b) La admitancia La admitancia paralelo.paralelo.

EjemploEjemplo

Transposición de LTTransposición de LT

Propiedades de materiales conductoresPropiedades de materiales conductores

d) Efecto coronad) Efecto corona

Corona y radio interferenciaCorona y radio interferencia

Las altas tensiones empleadas en sistemas de EHV (400kV) y UHV (700kV) da como resultado elevados gradientes de potencial alrededor del conductor.

Si el gradiente excede los 30 kV/cm, rompe el nivel de aislamiento del aire, y da lugar a descargas, las cuales causan pérdidas de potencia llamadas perdidas corona, y a la emisión de ondas electromagnéticas, causando considerable radiointerferencia y ruido audible.

La nieve es probablemente el factor metereológico que más aumenta las pérdidas seguido de la niebla, la lluvia y los humos industriales. El viento y el grado higrométrico apenas afectan.

Pérdidas coronaPérdidas corona

Por ejemplo, las pérdidas corona en una línea de 400 kV es alrededor de 1kW/milla en buen tiempo y puede alcanzar los 150 kW/milla durante temporada de nieve y lluvia.

En general la perdida de energía promedio debido a corona es un solo pequeño porcentaje de las pérdidas I2R.

Esto porque las pérdidas corona es menor que el problema concerniente causado por la radiointerferencia y ruido audible.

e) conductanciae) conductancia

Descargas a tierraDescargas a tierra

El paso de la corriente del conductor a los apoyos puede producirse por las siguientes causas: conductividad interior del material. conductividad superficial del material. perforación de la masa aislante. descarga disruptiva a través del aire.

ANEXOSANEXOS

Unidades comúnmente usadasUnidades comúnmente usadas

Longitud: metro (m), pie (Longitud: metro (m), pie (footfoot) [ft], milla ) [ft], milla ((milemile) [mi]) [mi]

1 ft = 0,3048 m1 ft = 0,3048 m

1 mi = 1609 m1 mi = 1609 m

Área de la sección transversal: Área de la sección transversal: milimetromilimetrocuadrado (mmcuadrado (mm22), circular mil [CM]), circular mil [CM]1 CM = área de un conductor de un milésimo de 1 CM = área de un conductor de un milésimo de

pulgada (mil) de diámetro.pulgada (mil) de diámetro.

CalibreCalibre

Reactancia inductiva serieReactancia inductiva serie

La circulación de corriente AC a través de los La circulación de corriente AC a través de los

conductores de una LT aérea trifásica produce conductores de una LT aérea trifásica produce

un un femfem inducida debida a la propia variación de inducida debida a la propia variación de

corriente en el conductor (corriente en el conductor (autoinducciónautoinducción) y otra ) y otra

debido a la variación de la corriente en los debido a la variación de la corriente en los

conductores adyacentes (conductores adyacentes (inducción mutuainducción mutua))

Inductancia y reactancia inductivaInductancia y reactancia inductiva

InductanciaInductancia: Relaciona la tensión inducida por el : Relaciona la tensión inducida por el flujo variable, con la razón de cambio de la corriente.flujo variable, con la razón de cambio de la corriente.

Inductancia del conductor debido al flujo internoInductancia del conductor debido al flujo internoI

⋅== −

IL 7int

int 1021λ

Enlaces de flujo entre dos puntos externos.Enlaces de flujo entre dos puntos externos.

Inductancia de líneas de conductores Inductancia de líneas de conductores compuestos.compuestos.

Inductancia de líneas trifásicas con Inductancia de líneas trifásicas con espaciamiento equilátero.espaciamiento equilátero.

Inductancia de líneas trifásicas con Inductancia de líneas trifásicas con espaciamiento asimétrico.espaciamiento asimétrico.

Inductancia para líneas con conductores en Inductancia para líneas con conductores en haces (bundling).haces (bundling).

EjercicioEjercicio

Una línea trifásica de AT está constituida por Una línea trifásica de AT está constituida por conductores múltiplex dúplex (dos conductores por conductores múltiplex dúplex (dos conductores por fase de cobre), tal y como se muestra en la figura. fase de cobre), tal y como se muestra en la figura. Cada conductor lleva la mitad de la corriente de Cada conductor lleva la mitad de la corriente de fase. Además la línea está totalmente transpuesta. fase. Además la línea está totalmente transpuesta.

EjercicioEjercicio

Se debe calcular:Se debe calcular: la resistencia (mla resistencia (mΩΩ/km)/km) , , la reactancia inductiva (la reactancia inductiva (ΩΩ/km)/km) y y La reactancia La reactancia capacitiva (capacitiva (ΩΩ/km)/km) de de la línea por fase. la línea por fase.

Considerar como temperatura de servicio de la Considerar como temperatura de servicio de la línea 80ºC. línea 80ºC.

El diámetro de cada conductor es de 30 mm, y El diámetro de cada conductor es de 30 mm, y el valor de la separación el valor de la separación ss, entre conductores , entre conductores del haz es de 0,5 m.del haz es de 0,5 m.

Capacitancia de líneas de transmisiónCapacitancia de líneas de transmisión

CapacitanciaCapacitancia: Es la carga por unidad de : Es la carga por unidad de diferencia de potencial. La capacitancia es diferencia de potencial. La capacitancia es un parámetro que depende del un parámetro que depende del espaciamiento entre conductores y entre espaciamiento entre conductores y entre conductores y tierra.conductores y tierra.

Las línea de flujo eléctrico se originan en las Las línea de flujo eléctrico se originan en las cargas positivas y terminan en las negativas.cargas positivas y terminan en las negativas.

Df: densidad de carga perpendicular.Df: densidad de carga perpendicular. K: permitividad del medio K: permitividad del medio

ko=8,85x10ko=8,85x10--1212(F/m)(F/m) E: Intensidad del campo eléctrico (V/m).E: Intensidad del campo eléctrico (V/m).

RESUMENRESUMEN

Propiedades de materiales conductoresPropiedades de materiales conductores

ParámetrosParámetros

4.1 LT ParámetrosUCCI New

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