La transmisión de energía eléctrica es un tema fascinante que ha sido objeto de estudio de científicos y expertos durante décadas. Una de las características más curiosas de este proceso es la utilización de múltiplos de 11 en la denominación de los voltajes de transmisión. ¿Te has preguntado alguna vez por qué se elige esta particularidad? En este artículo, exploraremos las razones detrás de esta elección y descubriremos los diversos beneficios y ventajas que conlleva. Desde la eficiencia en la transmisión hasta la optimización de la red eléctrica, este enigmático fenómeno tiene mucho que revelar. ¡No te lo pierdas!
Este artículo describe por qué el voltaje de transmisión de energía eléctrica es múltiplo de 11. Una de las tareas más importantes y desafiantes en el sector de la producción de energía eléctrica es su transmisión, que debe realizarse a larga distancia y sin una cantidad considerable de energía. pérdida de potencia. La mayoría de los estudios de sistemas de energía giran en torno a la cuestión central de la transmisión confiable y eficiente de energía.
Cuando estudiamos o observamos estas líneas de transmisión, en su mayoría vemos que los voltajes de transmisión son como 11kV, 22kV, 33kV, 132kV, etc. Lo que es común entre todos ellos: todos estos voltajes son múltiplos de «11». Pero ¿por qué es eso? ¿Por qué los voltajes no son como 10kV, 20kV y 30kV? ¿Hay alguna razón en particular? Averigüémoslo.
Una de las posibles explicaciones dadas detrás de esto por algunos es el factor de forma. El factor de forma es la relación entre el valor de la raíz cuadrada media y el valor promedio de una forma de onda de voltaje de CA dada.
Pero, ¿qué tiene que ver esta relación con el voltaje de la línea de transmisión? Veamos encontrando el valor del factor de forma.
El factor de forma depende de la forma de onda del voltaje. Por lo tanto, un voltaje de CA de onda cuadrada de la misma frecuencia y amplitud tendrá un factor de forma diferente al de una forma de onda sinusoidal de voltaje de CA equivalente.
Ahora, el voltaje de transmisión es de naturaleza sinusoidal, por lo que,
Por lo tanto,
Por lo tanto, obtuvimos el factor de forma como 1.11 y es por eso que algunos opinan que esto se multiplica por el voltaje objetivo para obtener el valor que vemos a nuestro alrededor. El voltaje objetivo es como 10kV, 20kV, 50kV, etc. Veamos qué tan cierto es eso:
Similarmente
Pero en niveles de voltaje más altos podemos ver cómo los valores no se corresponden con la situación real. 66kV no es equivalente a 66,6kV y en el caso de 132kV, podemos ver que el valor resulta ser 133,2kV que es 1,2kV más que el voltaje de línea de 132kV. De la misma manera, a medida que avanzamos, encontraremos que esta divergencia de voltaje aumenta, lo que nos lleva a la conclusión de que el factor de forma no tiene nada que ver con el valor del voltaje de línea.
El factor de forma es básicamente una relación que simplemente muestra que el voltaje RMS es mayor que el voltaje promedio por cuántas veces. ¿Cuál es el punto de multiplicarlo con el voltaje de la línea de transmisión? No tiene sentido.
Entonces, ¿cuál es la razón real? Bueno, no se indica ninguna razón en particular en ninguna parte, pero una que es bastante aceptada es el concepto de compensación de pérdidas. Una línea de transmisión recorre una gran distancia y, por lo tanto, varios factores conducen a una caída en el voltaje de la línea que no es deseable porque provoca una mala regulación del voltaje de la línea. Para contrarrestar este problema, se empleó una técnica de compensación de voltaje del 10 % en la que el voltaje de la línea de transmisión se elevó a un 10 % adicional del objetivo para que el voltaje objetivo permaneciera constante.
Entonces, un voltaje de línea de 60 kV en realidad se mantuvo en
Del mismo modo, para una línea de 120 kV
Etcétera.
Este voltaje extra del 10 % se usa para compensar varias pérdidas de energía en una línea de transmisión, como la pérdida de calor debido a la resistencia de la línea, la pérdida debido a la impedancia de la línea, la pérdida por efecto corona, etc. Se enfatiza el diseño de estas líneas de transmisión, así como la estación generadora para que las pérdidas no provoquen una caída de tensión superior al 10% de la tensión de línea.
Pero nuevamente surge la pregunta de que también vemos líneas de transmisión operando a 400kV u 800kV que no son múltiplos de 11. Bueno, como dije, no hay una razón particular detrás de estos voltajes para seguir un patrón común que es un múltiplo de 11. En épocas anteriores, la energía eléctrica se generaba a baja tensión. Se empleó una adición del 10 % del voltaje de línea para compensar la caída del voltaje de línea. Pero hoy en día, las líneas de transmisión modernas operan a un voltaje mucho más alto, como 400kV a 800kV. La ventaja del alto voltaje es que no necesitamos generación de voltaje adicional para compensar las pérdidas.
Sabemos que la energía eléctrica a través de una línea de transmisión se da como
Donde V es el voltaje de línea, I es la corriente de línea y cosΦ es el factor de potencia de la línea. La potencia eléctrica a lo largo de una línea de transmisión permanece constante si se desprecian las pérdidas. Por lo tanto, si el voltaje de la línea es bajo, se requerirá una mayor cantidad de corriente eléctrica para transmitir la misma potencia a través de la línea de transmisión. Esto no es deseable porque una corriente más alta conducirá a una mayor I2R pérdida así como una mayor caída de voltaje en la línea como
Para evitar esta pérdida, necesitaríamos una línea de transmisión más gruesa ya que la resistencia de la línea es inversamente proporcional al grosor o al área de la sección transversal de la línea. La línea de transmisión más gruesa será pesada y necesitará una infraestructura de soporte sólida, como crucetas más fuertes y largas, lo que conducirá a un aumento en el costo de los insumos.
Una corriente más alta también hace que aumente la densidad de corriente. La densidad de corriente es la corriente eléctrica por unidad de área transversal de la línea de transmisión. Se puede demostrar matemáticamente que la densidad de corriente es directamente proporcional a la intensidad del campo eléctrico.
Donde E es la intensidad del campo eléctrico, por lo tanto, la intensidad del campo eléctrico alrededor de la línea aumenta, lo que provoca la ionización del aire alrededor de la línea y aumenta la pérdida de corona.
Es por eso que el voltaje de la línea aumenta después de la generación de energía desde la central eléctrica mediante transformadores. Esto hace que el voltaje de línea aumente y la corriente de línea disminuya. En las líneas EHV o UHV, el voltaje de la línea es tan alto como 400kV – 800kV, lo que hace que la corriente de la línea se reduzca aún más y, por lo tanto, la pérdida de calor y la caída del voltaje de la línea disminuyen. La pérdida de corona también se minimiza. Por lo tanto, no necesitamos técnicas como la compensación del 10 % para mantener intacto el voltaje de la línea. El aumento del voltaje y la reducción de la corriente de la línea también dan como resultado la mejora del factor de potencia de la línea, provocando así una mejor regulación del voltaje de la línea.
En las líneas de transmisión HVDC, la caída de voltaje y las pérdidas de energía se minimizan aún más, ya que esta línea opera con un voltaje de CC más alto, lo que hace que no solo disminuyan las pérdidas óhmicas, sino que también se reduzcan significativamente otros problemas como la pérdida de corona y la pérdida de energía de impedancia de línea.
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