Fenómenos característicos de las líneas de alta tensión

IES Juan De La Cierva

Fenómenos característicos de las líneas de alta tensión

Índice 1.  Introducción 2. Efecto Kelvin !elicular o s"in 2.1 . Descri!ción 2.2 . Efectos 2.# . $enetración su!er%cial 2.& . 'educción de este efecto #. Efecto corona #.1.  (ri)en #.2. Factores *ue afectan al efecto corona #.#.  +enta,as #.&.  Inconvenientes #.-. Como reducir el efecto corona #.. Efecto corona en transformadores &.  Jaula de Farada/. Ca0le de tierra o )uarda -. rans!osición de conductores . (tros fenómenos

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Fenómenos característicos de las líneas de alta tensión

1. Introducción  odo cuer!o !or el cual circula una corriente elctrica )enera en sus !ro3imidades cam!os elctricos / ma)nticos de!endiendo de la fuer4a del cam!o de la intensidad / de la diferencia de !otencial de la corriente. La !otencia del cam!o elctrico se mide en voltios !or metro / la del cam!o ma)ntico 5densidad del 6u,o ma)ntico7 se re)istra en eslas. Estrictamente 8a0lando no 8a/ cam!os 9electroma)nticos9 sino en cam0io e3iste un efecto de fuer4a electroma)ntica *ue es la suma de fuer4as de los cam!os elctricos / ma)nticos. Los efectos físicos de esas fuer4as electroma)nticas son !rinci!almente la ioni4ación de la atmósfera / la atracción de radón en su :rea de in6uencia. ; !artir de esto !odemos descri0ir diferentes efectos *ue se !roducen en las líneas de trans!orte de alta tensión.

2. Efecto Kelvin !elicular o s"in El efecto !elicular 5tam0in conocido como efecto s"in o "elvin7 en un conductor !or el cual circula una corriente alterna consiste en la tendencia de la corriente a acumularse en la ca!a e3terna del conductor de0ido a la autoinducción del mismo lo cual da lu)ar a un aumento de la resistencia efectiva del conductor / a una disminución de la intensidad admisi0le !ara un determinado aumento de la tem!eratura. 2.1.

Descri!ción

El efecto !elicular es el aumento de la densidad de corriente su!er%cial en los ca0les al aumentar la frecuencia. ; 0a,as frecuencias los !ortadores de car)a utili4an toda la sección transversal del conductor !or i)ual !ara el des!la4amiento sin em0ar)o al aumentar la frecuencia se !roduce un incremento del cam!o ma)ntico en la 4ona central del conductor *ue di%culta el des!la4amiento de los !ortadores !or dic8a 4ona 8aciendo aumentar la densidad de corriente en la 4ona su!er%cial del conductor. Este efecto ocurre en todos los conductores inclu/endo los ca0les de cone3ión de resistencias condensadores / 0o0inas.

 Conce!to< Es un efecto elctrico *ue se da =nicamente en corriente alterna / consiste en *ue la densidad de corriente se da !rinci!almente !or el e3terior del conductor.

2.2.

Efectos

El resultado del efecto !elicular es una disminución efectiva de la sección transversal de !aso de !ortadores !or el conductor / !or tanto un aumento de la resistencia en corriente alterna del ca0le.

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Fenómenos característicos de las líneas de alta tensión

El aumento de la resistividad efectiva en corriente alterna se !uede e3!resar matem:ticamente la si)uiente e3!resión<

Donde

 R0

 es la resistencia en corriente directa del conductor / K es un

coe%ciente *ue de!ende del !ar:metro intermedio<

Donde > 5frecuencia en ?47 @ 5!ermea0ilidad ma)ntica del conductor7 / 'A 5resistencia en corriente directa a la tem!eratura en cuestión e3!resada en B"m7. En las 0arras !ara fuertes corrientes en las *ue se utili4a un cierto n=mero de conductores en !aralelos este efecto es un factor im!ortante a tener en cuenta de0ido a *ue no solo afecta a cada conductor sino a cada )ru!o de conductor considerado como una unidad. En los tu0os el efecto s"in es menos im!ortante *ue en los conductores !lanos de la misma sección siendo los tu0os de !aredes del)adas los *ue se 8allan menos in6uidos !or tal efecto. Los conductores de aluminio se 8allan menos in6uidos !or el efecto s"in *ue los de co0re de sección similar de0ido a la ma/or resistividad del aluminio. 2.#.

$enetración su!er%cial

Se denomina !enetración su!er%cial o !rofundidad su!er%cial a la distancia desde la su!er%cie del conductor a la cual la densidad de corriente disminu/e a un #  o 1e de su valor en la su!er%cie en función de la frecuencia de la !ermea0ilidad / conductividad del medio es decir es el :rea efectiva !or la *ue circula corriente en el conductor. De esta manera diferentes materiales conductores tienen distintas !enetraciones su!er%ciales. 2.&.

'educción de este efecto

La forma m:s económica de reducir las !rdidas !or este efecto consiste en efectuar una adecuada selección en la forma de la sección del conductor. El efecto !elicular !uede aminorarse tam0in utili4ando 98ilos de Lit49. El 98ilo de Lit49 es un ca0le de conductores m=lti!les. Cada conductor tiene en l un aislamiento del)ado. Los conductores tienen di:metros !e*ueos / se tren4an !ara formar un ca0le !e*ueo. Cuando se usa 98ilo de Lit49 los conductores individuales se sueldan en los terminales e3tremos de la 0o0ina. Esto une todos los conductores en !aralelo !ara 8acer efectivamente un solo 8ilo fuera del ca0le de conductores m=lti!les. $ara un di:metro total dado el 98ilo de Lit49 !ro!orciona ma/or su!er%cie *ue un conductor sim!le. ; causa de la ma/or su!er%cie tiene menor resistencia a frecuencias elevadas.

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Fenómenos característicos de las líneas de alta tensión

#. Efecto corona El efecto corona es un fenómeno elctrico *ue se !roduce !or la ioni4ación del 6uido *ue rodea a un conductor car)ado. (curre es!ont:neamente en las líneas de alta tensión / se mani%esta en forma de 8alo luminoso. #.1.

(ri)en

En !resencia de un fuerte cam!o elctrico e3terno las molculas *ue com!onen el aire tienden a ioni4arse es decir a !erder o )anar un electrón li0re transform:ndose en car)as elctricas no neutras. Lue)o las !artículas ioni4adas / los electrones li0res son re!elidos o atraídos !or el cam!o elctrico se)=n sea su !olaridad. Cuando el cam!o elctrico e3terno es alterno entonces las molculas ioni4adas / los !ortadores li0res se acercan / ale,an de la fuente del cam!o elctrico continuamente. Este movimiento de iones / car)as es m:s enr)ico cuanto ma/or sea la ma)nitud / la frecuencia del cam!o elctrico. Si la ma)nitud del cam!o elctrico su!era un cierto valor entonces el movimiento de las car)as !roduce c8o*ues entre ellas en donde se disi!a una cantidad de ener)ía tal *ue se !roducen recom0inaciones *uímicas entre las molculas involucradas. Este !roceso *uímico li0era al es!acio nuevas molculas / la recom0inación e ioni4ación de al)unas de estas !roduce la li0eración de fotones los cuales !roducen el efecto visi0le *ue se conoce como

Efecto Corona. #.2.

Factores *ue afectan al efecto corona

1. ;tmósfera< Durante una condición de tormentas o lluvias el efecto corona ocurre a un volta,e muc8o menor en com!aración con un 0uen tiem!o. De0ido a *ue durante una tormenta o lluvia la densidad de iones alrededor de los conductores es muc8o ma/or *ue en un 0uen tiem!o.

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Fenómenos característicos de las líneas de alta tensión 2. amao del conductor< La irre)ularidad de la su!er%cie de los conductores disminu/e el volta,e de ru!tura. $or esta ra4ón con el 0a,o volta,e del aislamiento disru!tivo se crear: c8is!as / corona. Es !or eso *ue los conductores sólidos se utili4an so0re todo en ve4 de conductores tren4ados !ara reducir la corona. #. Se!aración entre conductores< mientras m:s )rande sea la 0rec8a entre los conductores menor ser: el efecto corona. &. ensión de red< Cada volta,e de línea tiene un límite. Des!us de *ue se alcance el límite disru!tivo se !roducir: / crear: c8is!as / corona. ;sí con la a!licación de un menor tensión de línea la !ro0a0ilidad de *ue el efecto corona ocurra disminu/e. #.#.

+enta,as

1. El :rea alrededor del conductor se vuelve conductora de0ido a la formación de corona. Se crea un di:metro m:s )rande virtual del conductor. ; medida *ue el di:metro aumenta la tensión electrost:tica entre los conductores disminu/e. 2. El Efecto Corona reduce la so0retensión creadas !or manio0ra o descar)as atmosfricas. Cuanto ma/or es el volta,e a!licado ma/or es la corona creada !or eso cuando una so0retensión ocurre se forma la corona / esta va a a0sor0er la ener)ía adicional mediante la creación de res!landor violeta ruido / c8is!as. #.&.

Inconvenientes

1. Se reduce la e%ciencia de transmisión. 2. El o4ono creado !or esta causa efecto de corrosión en los conductores. #. De0ido a la caída de tensión se !roduce un efecto corona no sinusoidal a travs de la línea. Esto !uede causar interferencia inductiva con líneas de comunicación vecinas. #.-.

Como reducir el efecto corona

1. ;umento de la sección del conductor< Si aumentamos la sección del conductor el valor del )radiente de !otencial se incrementar:. $ara crear el efecto corona se re*uerir: de una ma/or tensión de línea. 2. ;umento de la se!aración entre conductores< el efecto corona !uede ser eliminado mediante el aumento de la se!aración entre los conductores. De0ido a *ue el aumento de la se!aración ocasionar: *ue se re*uiera de una ma/or tensión de línea !ara crear el efecto corona. #. Gtili4ar conductores en 8a4 es decir varios conductores !or fase. Esto es en )eneral m:s económico *ue aumentar la sección del =nico conductor /a *ue en este caso se !uede disminuir la sección de los su0 conductores a medida *ue se a)re)an.

#..

Efecto corona en transformadores

Se !roduce internamente en los 0o0inados del transformador cuando el aceite !ierde !arte de sus !ro!iedades dielctricas convirtindose en un camino f:cil !ara la corriente del n=cleo 8acia la carcasa /a *ue los transformadores de !otencia mane,an tensiones elevadas / corrientes de )ran enver)adura !or las necesidades de consumo. Los sistemas de aislamiento tienden a verse afectados si no se les reali4a un adecuado mantenimiento.

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Fenómenos característicos de las líneas de alta tensión

&. Jaula de Farada/. Ca0le de tierra o )uarda. Se conoce como ,aula de Farada/ el efecto !or el cual el cam!o electroma)ntico en el interior de un conductor en e*uili0rio es nulo anulando el efecto de los cam!os e3ternos. Esto se de0e a *ue cuando el conductor est: su,eto a un cam!o electroma)ntico e3terno se !olari4a de manera *ue *ueda car)ado !ositivamente en la dirección en *ue va el cam!o electroma)ntico / car)ado ne)ativamente en el sentido contrario. $uesto *ue el conductor se 8a !olari4ado este )enera un cam!o elctrico i)ual en ma)nitud !ero o!uesto en sentido al cam!o electroma)ntico lue)o la suma de am0os cam!os dentro del conductor ser: i)ual a H.

El funcionamiento de la ,aula de Farada/ se 0asa en las !ro!iedades de un conductor en e*uili0rio electrost:tico. Cuando la ca,a met:lica se coloca en !resencia de un cam!o elctrico e3terno las car)as !ositivas se *uedan en las !osiciones de la red los electrones sin em0ar)o *ue en un metal son li0res se mueven en sentido contrario al cam!o elctrico / aun*ue la car)a total del conductor es cero uno de los lados de la ca,a 5en el *ue se acumulan los electrones7 se *ueda con un e3ceso de car)a ne)ativa mientras *ue el otro lado se *ueda sin electrones 5car)a !ositiva7. El ca0le de tierra o )uarda *ue )eneralmente en las líneas de alta tensión se sit=a en la !arte su!erior constitu/e una ,aula de Farada/ incom!leta *ue !rote)e a la línea contra so0retensiones atmosfricas. 1. El ca0le de tierra tiene los si)uientes o0,etivos< 2. $rote)e los conductores de fase de las descar)as elctricas directas. #. Cuando un ra/o cae so0re la torre los ca0les de )uarda a am0os lados de la torre !ro!orcionan caminos !aralelos !ara la descar)a con lo *ue la im!edancia efectiva se reduce / el !otencial de la !arte su!erior de la torre es relativamente menor. &. E3iste aco!lamiento elctrico / ma)ntico entre el ca0le de )uarda / los conductores de fase lo *ue a/uda a reducir las fallas de aislamiento.

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Fenómenos característicos de las líneas de alta tensión

-. rans!osición de conductores. Cuando e3iste una se!aración no simtrica entre conductores se tiene como resultado inductancias diferentes !ara cada fase lo *ue !roduce una caída de tensión no e*uili0rada a=n cuando estn e*uili0radas las corrientes de car)a. La tensión o corriente residual o resultante induce tensiones inconvenientes en las líneas de comunicaciones !ró3imas. Esto !uede resolverse intercam0iando las !osiciones de los conductores a intervalos re)ulares a lo lar)o de su tra/ecto lo *ue es conocido como trans!osición. En la !r:ctica las líneas est:n trans!uestas rara ve4 a intervalos re)ulares / la trans!osición se lleva a ca0o en donde físicamente resulta conveniente !or e,em!lo en las su0estaciones. En muc8os casos el )rado de dese*uili0rio e3istente sin trans!osiciones es !e*ueo / !uede des!reciarse en el c:lculo.

Gn Sistema Elctrico de $otencia SE$ o!era en condiciones des0alanceadas cuando se cum!le al menos una de las si)uientes condiciones< a. Las tensiones )eneradas !or la fuente / a!licadas al e3tremo emisor de la Línea de ransmisión L forman un sistema trif:sico de fases asimtricas des0alanceadas. 0. El consumo reali4ado !or la car)a al %nal de la L es des0alanceado. Esto se de0e a *ue las !otencias asociadas a cada fase de la car)a o las im!edancias reales o e*uivalentes de cada fase de la car)a son distintas entre sí.

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Fenómenos característicos de las líneas de alta tensión c. Cuando se materiali4an fallas asimtricas !rovocando cortocircuitos o a!ertura de interru!tores en cual*uier !arte del SE$. d. Cuando la L !resenta una dis!osición asimtrica / no trans!uesta de sus conductores de fases / ca0les de )uarda. Cuando se tiene una L atí!ica el !ro0lema de des0alance del SE$ induce a los sistemas de !rotección *ue detectan las fallas asimtricas !roduciendo adem:s una mala calidad en el suministro de la ener)ía.

. (tros fenómenos Las líneas areas !ueden estar sometidas a una serie de fenómenos de ti!o clim:tico como son< N +i0ración resonante< ondas estacionarias !roducidas !or el viento con una velocidad 0a,a. $ueden a!arecer casos de rotura de conductores.  N Sacudida< oscilación de 0a,a frecuencia / lar)a am!litud. Comien4a !or efecto del viento so0re secciones de 8ielo / nieve en los conductores. E3iste !eli)ro de *ue los conductores se to*uen entre ellos.  N 'otación ciclónica< se !roduce en 4onas donde el aire est: rari%cado o donde se !roduce un vacío !arcial. Esta acción tiende a levantar a los conductores 8acia arri0a. $ara reducir o evitar estas vi0raciones se utili4an los llamados antivi0ratorios como son las varillas de armar / los amorti)uadores Stoc"0rid)e.

 Amortiguador Stockbridge

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