La carga de impedancia de sobretensión es un concepto esencial en el ámbito de la electricidad y la protección de equipos eléctricos. En este artículo, te invitamos a descubrir qué significa este término y cómo puede afectar a tus dispositivos. ¡No te lo pierdas!
La carga de impedancia de sobretensión es muy importante para conocer la capacidad de carga máxima de la línea de transmisión. Sin embargo, es importante conocer la impedancia de sobretensión antes de conocer la carga de impedancia de sobretensión.
Sabemos que una línea de transmisión larga tiene inductancia y capacitancia distribuidas. Es la propiedad inherente de una línea de transmisión larga.
La impedancia de sobretensión es la impedancia característica de una línea de transmisión sin pérdidas. Como no está involucrado con la impedancia de carga, también se le llama Impedancia natural. Cuando se supone que la línea no tiene pérdidas, significa que la resistencia en serie y la conductancia en derivación son insignificantes, es decir, cero para las líneas eléctricas.
Por lo tanto, podemos decir:
Conductancia en derivación (G) = 0 y resistencia en serie (R) = 0
VAR capacitivo = VAR inductivo
Dónde,
V = tensión de fase
I = corriente de línea
XC = Reactancia capacitiva /fase
XL = Reactancia inductiva / fase
Al simplificar, la impedancia característica de una línea se puede representar como:
dónde,
f = Frecuencia del sistema
l = Longitud de la línea
L = Inductancia por unidad de longitud de la línea
C = Capacitancia por unidad de longitud de la línea
ZC es el impedancia de sobretensión
También podemos derivar la fórmula de impedancia de sobretensión de la siguiente manera.
donde ‘z’ es la impedancia en serie por unidad de longitud por fase e ‘y’ es la admitancia en derivación por unidad por longitud por fase. Podemos representar el z & y con la siguiente expresión.
Para línea sin pérdidas
R=0
G=0
Ahora, para la línea sin pérdidas, podemos representar z e y como se muestra a continuación,
Por lo tanto, de acuerdo con la definición de impedancia de sobretensión,
Ahora podemos decir que una baja impedancia de sobrevoltaje ayudará a amortiguar la amplitud del sobrevoltaje y, por lo tanto, las tensiones en los devanados. Considerando que, una baja frecuencia de sobretensión fs ayudará a reducir el número de reencendidos del interruptor y también la inclinación de la sobretensión. Por lo tanto, siempre son deseables una baja impedancia de sobretensión y una baja frecuencia de sobretensión.
Ecuación de voltaje y corriente de la línea de transmisión
La carga de impedancia de sobrevoltaje es la carga en la línea siempre que la impedancia de carga coincida exactamente con la impedancia de sobrevoltaje de la línea de transmisión. La carga de impedancia transitoria también puede denominarse carga de impedancia característica o carga ideal o capacidad de transferencia de potencia ideal. Por lo tanto, en SIL la impedancia de carga es igual a la impedancia característica.
La carga de cualquier línea de transmisión generalmente depende de algunos factores como la limitación térmica, la regulación de voltaje y la limitación de estabilidad. Es debido a estas limitaciones de carga en la red de la línea de transmisión, Carga de impedancia transitoria (SIL) es un parámetro importante en la ciencia eléctrica para predecir la capacidad de carga máxima de cualquier línea de transmisión. Se puede decir que es la carga máxima de MW de la línea de transmisión en la que se produce el balance de potencia reactiva.
Ahora, si asumimos que una línea de transmisión termina con una carga igual a la impedancia de sobretensión de la línea, miremos el perfil de voltaje a lo largo de la línea para la condición de carga de impedancia de sobretensión.
Sabemos que el voltaje y la corriente en cualquier punto se dan como
Dónde,
V e I = Voltaje y corriente en el punto x
VR y yoR = Voltaje y corriente en el extremo receptor
ZC = Impedancia característica
δ = constante de propagación
En la ecuación anterior, ZC es el impedancia característica de la linea Pero como aquí hemos asumido que la línea no tiene pérdidas, la impedancia característica y la impedancia de sobretensión serán iguales, es decir ZC =Zs. Y como la línea se termina con impedancia de sobretensión, por lo tanto;
Después de sustituir Vr en la ecuación V obtenemos lo siguiente:
Constante de propagación
z = Impedancia en serie por unidad de longitud por fase
y = Admitencia de derivación por unidad de longitud por fase
Poniendo el valor de δ en la ecuación de voltaje anterior obtenemos
Carga de impedancia de sobretensión
La expresión de voltaje anterior muestra que el perfil de voltaje a lo largo de la línea es uniforme o plano para la carga de impedancia transitoria. La unidad de SIL es Vatio o MW. Esto significa que los voltajes finales de recepción y los voltajes finales de envío son los mismos para la carga de impedancia transitoria.
Si po es su carga natural de las líneas, (SIL)1∅ de la línea por fase Fórmula de carga de impedancia de sobretensión de circuito monofásico en vatios es;
Fórmula de carga de impedancia de sobretensión del circuito trifásico en vatios,
Por lo tanto, podemos definir Carga de impedancia de sobretensión también como la carga conectada en la línea de transmisión para la cual el reactivo generado es igual a la potencia reactiva consumida, lo que implica que el flujo de potencia reactiva es cero, lo que muestra el equilibrio exacto entre la generación y el consumo de potencia reactiva.
Ahora, como un hecho, la carga consiste en la inductancia en serie y la capacitancia en derivación de las líneas. Entonces, aquí la potencia reactiva es consumida por la inductancia en serie y suministrada por la capacitancia en derivación de la línea. Ahora, dependiendo de la carga y el SIL, una línea de transmisión puede actuar de manera diferente en diferentes casos.
Interpretación del SIL
Caso 1: si la carga es igual a SIL
- Tanto la impedancia de carga como la impedancia característica son iguales
- La línea de transmisión no puede actuar como fuente ni como sumidero de potencia reactiva.
- Los voltajes del extremo de envío y del extremo de recepción son iguales.
- Las corrientes de los extremos emisor y receptor son iguales.
- El factor de potencia en ambos extremos es la unidad.
Caso 2: si la carga es mayor que SIL
- La impedancia característica es mayor que la impedancia de carga
- La línea de transmisión actúa como sumidero de potencia reactiva.
- El voltaje final de envío es mayor en comparación con el voltaje final de recepción.
- La corriente final de envío es menor en comparación con la corriente final de recepción.
- El factor de potencia final de recepción se mantiene en la unidad, pero el factor de potencia final de envío se retrasa.
Caso 3: si la carga es inferior a SIL
- La impedancia característica es menor en comparación con la impedancia de carga
- La línea de transmisión actúa como una fuente de energía reactiva.
- El voltaje final de recepción es mayor en comparación con el voltaje final de envío.
- La corriente en el extremo receptor es menor que la corriente en el extremo emisor.
- El factor de potencia en el extremo receptor se mantiene en la unidad, pero el factor de potencia en el extremo emisor es adelantado.
Problemas resueltos en la carga de impedancia de sobretensión
Problema No.1
La línea de transmisión trifásica sin pérdidas de 400 KV, 50 Hz y 300 km de longitud tiene una serie
impedancia Z = 0,3 Ω/km y una admitancia en derivación de Y = 3,75×10 -6 S/km.
Encontrar
a) Impedancia de sobretensión
b) Constante de propagación
c) Carga de impedancia de sobretensión (SIL)
Solución:
Dado,
Línea trifásica, 400 KV, 50 Hz
Longitud = 300 km (línea sin pérdidas)
Z = 0,3 Ω/km
Y = 3,75 × 10 -6 S/km
a) Impedancia de sobretensión
b) Constante de propagación
c) Carga de impedancia de sobretensión (SIL)
Problema No.2
La capacitancia y la inductancia de una línea de transmisión sin pérdidas de 400 kV, trifásica y 50 Hz son 10 nF/km/fase y 1,6 mH/km/fase, respectivamente. El voltaje final de envío está operando a 400 kV. En el extremo receptor, se requiere mantener el voltaje a 400kV, cuando la línea entrega una carga de 300MW, ¿Qué tipo de compensación de derivación se requiere?
- Inductivo
- Capacitivo
- Cero
- Resistador
Solución:
La impedancia de sobretensión es:
Ahora a partir de la fórmula de carga de impedancia de sobretensión:
Podemos observar aquí que la carga es menor que la carga de impedancia transitoria. Por lo tanto, se requiere la inductancia de derivación para mantener el voltaje nominal en el extremo receptor.
Leer siguiente:
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