Línea de transmisión de energía (TL) - uno de los componentes de la red eléctrica , un sistema de equipo de energía diseñado para transmitir electricidad a través de la corriente eléctrica . Además , una línea eléctrica como parte de dicho sistema, que se extiende más allá de la planta de energía o subestación [1] .
Distinguir entre líneas eléctricas aéreas y cableadas . Recientemente, las líneas con aislamiento de gas - GIL - se han vuelto populares.
La información también se transmite a través de líneas eléctricas utilizando señales de alta frecuencia (según los expertos, se utilizan alrededor de 60 mil canales HF en el CIS sobre líneas eléctricas) y FOCL . Se utilizan para control de supervisión, transmisión de datos de telemetría, señales de protección de relés y automatización de emergencia .
La construcción de una línea de transmisión de energía es una tarea compleja que incluye diseño, trabajos topográficos y geodésicos, instalación, mantenimiento y reparación.
La recepción de energía y su uso inmediato ha sido utilizada por la humanidad desde la antigüedad (por ejemplo, motores de viento combinados con ruedas de molino; ruedas hidráulicas combinadas con un martillo mecánico; pinchos girados por esclavos o animales, combinados con fuelles). Este enfoque no siempre es conveniente, ya que hay pocas áreas con vientos estables, la cantidad de presas en el río es limitada, pueden ubicarse en terrenos incómodos y difíciles lejos de asentamientos y centros industriales, etc. La solución obvia era obtener energía. en un lugar con la posibilidad de su transferencia al consumidor en otro. En la Edad Media y durante la Revolución Industrial, se propusieron proyectos para transmitir energía mecánica a largas distancias utilizando ejes largos y tuberías neumáticas, que no se llevaron a cabo por dificultades técnicas. Los descubrimientos en el campo de la electricidad hicieron posible generar energía eléctrica de varias maneras y transferirla al consumidor utilizando cables eléctricos relativamente simples, compactos, baratos y fáciles de tender e instalar.
Línea eléctrica aérea (VL): un dispositivo diseñado para la transmisión o distribución de energía eléctrica a través de cables ubicados al aire libre y unidos con la ayuda de travesaños (soportes), aisladores y accesorios para soportes u otras estructuras ( puentes , pasos elevados ). Vli : una línea aérea hecha con cables aislados ( SIP ).
El diseño de la línea aérea, su diseño y construcción están regulados por las Normas de Instalación Eléctrica (PUE) y los Códigos y Normas de Construcción (SNiP).
Básicamente, las líneas aéreas se utilizan para transmitir corriente alterna, y solo en algunos casos (por ejemplo, para conectar sistemas de energía, alimentar una red de contactos y otros) se utilizan líneas de corriente continua .
Las líneas de CC tienen menores pérdidas capacitivas e inductivas. En la URSS, se construyeron varias líneas eléctricas de CC, que incluyen:
Estas líneas no han recibido una amplia distribución, principalmente debido a la necesidad de construir subestaciones terminales complejas con una gran cantidad de equipos auxiliares.
Con cita previaEstos grupos difieren significativamente, principalmente en términos de requisitos en términos de condiciones de diseño y estructuras.
En redes de GLP de propósito general AC 50 Hz, según GOST 721-77, se deben utilizar las siguientes tensiones nominales entre fases : 380 V; (6) [2] , 10, 20, 35, 110, 220, 330, 500, 750 y 1150 kV. También existen redes construidas según normas obsoletas con tensiones nominales fase a fase: 220 voltios, 3,15 [3] y 150 kilovoltios. La tensión nominal para las líneas de CC no está regulada, las tensiones más utilizadas son: 150, 400 ( Subestación Vyborgskaya - Finlandia ) y 800 kV. Se pueden utilizar otras clases de tensión en redes especiales, principalmente para redes de tracción ferroviaria (27,5 kV, 50 Hz AC y 3,3 kV DC), metro (825 V DC), tranvías y trolebuses (600 en corriente continua).
La línea de transmisión de mayor tensión del mundo fue la línea Ekibastuz-Kokshetau , con una tensión nominal de 1150 kV. Sin embargo, en la actualidad la línea funciona con la mitad del voltaje: 500 kV. En la década de 1970, en la Unión Soviética , en el proceso de preparación para la construcción de una transmisión de corriente continua Ekibastuz - Centro , se elaboraron los detalles de un proyecto para una futura transmisión de energía de la próxima clase de voltaje de 2000 kV - 2200 kV para transportar energía desde las centrales eléctricas de KATEK a la parte europea del país, pero los acontecimientos que siguieron en el país "sepultaron" ambos proyectos.
Según el modo de funcionamiento de los neutros en las instalaciones eléctricasLa instalación de líneas eléctricas se lleva a cabo por el método "bajo tensión" . Esto es especialmente cierto en el caso de un terreno complejo. Al seleccionar equipos para la instalación de líneas de transmisión de energía, es necesario tener en cuenta la cantidad de cables en la fase, su diámetro y la distancia máxima entre los soportes de la línea de transmisión de energía.
Línea de transmisión por cable (CL): una línea para la transmisión de electricidad o sus impulsos individuales, que consta de uno o más cables paralelos con conexión, bloqueo y manguitos (terminales) y sujetadores, y para líneas llenas de aceite, además - con alimentadores y un sistema de alarmas de presión de aceite.
Las líneas de cable se clasifican de manera similar a las líneas aéreas. Además, las líneas de cable comparten:
El aislamiento gaseoso y algunos tipos de aislamiento líquido y sólido no se muestran aquí debido a su uso relativamente raro en el momento de escribir este artículo.[ ¿cuándo? ] .
Las estructuras de cables incluyen:
La temperatura dentro de los canales de cable (túneles) en verano no debe ser más de 10 °C superior a la temperatura del aire exterior.
En caso de incendios en salas de cables, en el período inicial, la combustión se desarrolla lentamente y solo después de un tiempo la tasa de propagación de la combustión aumenta significativamente. La práctica muestra que durante incendios reales en túneles de cable, se observan temperaturas de hasta 600 ° C y superiores. Esto se explica por el hecho de que, en condiciones reales, los cables se queman, que están bajo carga actual durante mucho tiempo y cuyo aislamiento se calienta desde el interior a una temperatura de 80 ° C y superior. Puede ocurrir el encendido simultáneo de cables en varios lugares y en una longitud considerable. Esto se debe a que el cable está bajo carga y su aislamiento se calienta a una temperatura cercana a la temperatura de autoignición [4] .
El cable consta de muchos elementos estructurales, para cuya fabricación, por ejemplo, se utilizan materiales con baja temperatura de ignición, materiales propensos a arder sin llama. El diseño de las estructuras de cables y cables, por regla general, incluye elementos metálicos. En caso de incendio o sobrecarga de corriente, estos elementos se calientan hasta una temperatura del orden de 500–600 ˚C, que supera la temperatura de ignición (250–350 ˚C) de muchos materiales poliméricos incluidos en la estructura del cable, y por lo tanto, pueden volver a encenderse debido a elementos metálicos calientes después de detener el suministro de agente extintor de incendios. En este sentido, es necesario elegir los indicadores normativos para el suministro de agentes extintores de incendios para garantizar la eliminación de la combustión ardiente y también para excluir la posibilidad de reinicio [5] .
Durante mucho tiempo, las instalaciones de extinción de espuma se utilizaron en las salas de cables . Sin embargo, la experiencia operativa reveló una serie de deficiencias:
Los estudios han demostrado que el agua rociada tiene una mayor capacidad de extinción de incendios en comparación con la espuma mecánica de aire, ya que humedece y enfría bien los cables en llamas y las estructuras de los edificios [6] .
La velocidad lineal de propagación de la llama para estructuras de cables (quema de cables) es de 1,1 m/min [7] .
En los hilos basados en superconductores de alta temperatura (HTSC), el uso de la superconductividad permite transmitir corriente eléctrica sin pérdidas, así como conseguir una alta densidad de corriente. Una desventaja importante de los cables HTSC es la necesidad de refrigeración constante, lo que limita su aplicación práctica. A pesar de las dificultades en la producción y operación de los cables HTSC, se realizan constantes intentos para aplicarlos en la práctica. Por ejemplo, en un sistema de red eléctrica de demostración que se puso en servicio en julio de 2006 en los Estados Unidos , se transmiten 574 MVA de potencia a 138 kV en una longitud de 600 metros.
La primera línea de transmisión superconductora comercial fue puesta en funcionamiento por American Superconductor en Long Island , Nueva York , a fines de junio de 2008 [8] . Los sistemas eléctricos de Corea del Sur van a crear para 2015 líneas eléctricas superconductoras con una longitud total de 20 km [9] [10] .
La pérdida de electricidad en los cables depende de la fuerza de la corriente , por lo tanto, al transmitirla a largas distancias , el voltaje se aumenta muchas veces (reduciendo la fuerza de la corriente en la misma cantidad) con la ayuda de un transformador , que , al transmitir la misma potencia, puede reducir significativamente las pérdidas. Sin embargo, a medida que aumenta el voltaje, comienzan a ocurrir diversos fenómenos de descarga .
En las líneas aéreas de extra alta tensión, existen pérdidas de potencia activa hacia la corona . Se produce una descarga de corona cuando la intensidad del campo eléctrico en la superficie del cable supera el valor umbral , que se puede calcular utilizando la fórmula empírica del pico: kV/cm, donde es el radio del cable en metros, es la relación entre la densidad del aire y la normal [11 ] .
La intensidad del campo eléctrico es directamente proporcional al voltaje en el cable e inversamente proporcional a su radio, por lo que las pérdidas de corona se pueden combatir aumentando el radio de los cables y también (en menor medida) utilizando la división de fase, es decir, utilizando varios cables en cada fase sostenidos por espaciadores especiales a una distancia de 40-50 cm La pérdida de corona es aproximadamente proporcional al producto .
Las pérdidas de corona aumentan considerablemente con el aumento del voltaje, las pérdidas anuales promedio en una línea de transmisión de energía de 500 kV son de aproximadamente 12 kW / km, a un voltaje de 750 kV - 37 kW / km, a 1150 kV - 80 kW / km. Las pérdidas también aumentan considerablemente durante las precipitaciones, especialmente las heladas , y pueden alcanzar los 1200 kW/km [12] .
En el pasado, las pérdidas en las líneas de transmisión eran muy altas. Así, a finales del siglo XIX, las pérdidas en la línea de corriente continua Creil - París de 56 kilómetros ascendían al 45% [13] . En las líneas eléctricas modernas (a partir de 2020), las pérdidas son solo del 2% al 3% [14] . Sin embargo, incluso estas pérdidas se reducen mediante el uso de superconductores de alta temperatura [14] . Sin embargo, a partir de 2020, las líneas eléctricas basadas en superconductores de alta temperatura se caracterizan por su alto costo y su corta longitud (la línea más larga de este tipo se construyó en 2014 en Alemania y tiene una longitud de solo 1 km) [14] .
Un valor importante que afecta la eficiencia de las líneas de transmisión AC es el valor que caracteriza la relación entre potencia activa y reactiva en la línea - cos φ . Potencia activa : parte de la potencia total que pasó a través de los cables y se transfirió a la carga; La potencia reactiva es la potencia que genera la línea, su potencia de carga (capacitancia entre la línea y tierra), así como el propio generador, y es consumida por una carga reactiva (carga inductiva). Las pérdidas de potencia activa en la línea también dependen de la potencia reactiva transmitida. Cuanto mayor sea el flujo de potencia reactiva, mayor será la pérdida de activa.
Pérdidas en líneas de transmisión AC por radiaciónCon una longitud de líneas de alimentación de CA de más de varios miles de kilómetros, se observa otro tipo de pérdida: emisión de radio . Dado que esta longitud ya es comparable a la longitud de una onda electromagnética con una frecuencia de 50 Hz ( 6000 km, la longitud de un vibrador de cuarto de onda es de 1500 km), el cable funciona como una antena radiante .
Las líneas eléctricas tienen inductancia y capacitancia. La potencia capacitiva es proporcional al cuadrado de la tensión y no depende de la potencia transmitida por la línea. La potencia inductiva de la línea es proporcional al cuadrado de la corriente y, por tanto, a la potencia de la línea. A cierta carga, las potencias inductiva y capacitiva de la línea se igualan y se anulan entre sí. La línea se vuelve "ideal", consumiendo tanta potencia reactiva como la que produce. Este poder se llama poder natural. Está determinado solo por la inductancia y la capacitancia lineales y no depende de la longitud de la línea. Por el valor de la energía natural, se puede juzgar aproximadamente la capacidad de transmisión de la línea eléctrica. Al transmitir dicha potencia en la línea, la pérdida de potencia es mínima, el modo de funcionamiento es óptimo. Con la división de fase, debido a una disminución en la resistencia inductiva y un aumento en la capacitancia de la línea, aumenta la potencia natural. Al aumentar la distancia entre los hilos, la potencia natural disminuye, y viceversa, para aumentar la potencia natural, es necesario reducir la distancia entre los hilos. Las líneas de cable con alta conductividad capacitiva y baja inductancia tienen la mayor potencia natural [15] .
Se entiende por capacidad de transmisión de energía la máxima potencia activa de las tres fases de transmisión de energía, que puede transmitirse en estado estacionario a largo plazo, teniendo en cuenta las restricciones operativas y técnicas. La potencia activa máxima transferida de la transmisión de energía está limitada por las condiciones de estabilidad estática de los generadores de las centrales eléctricas, las partes transmisoras y receptoras del sistema de energía eléctrica y la potencia permitida para calentar cables de línea con corriente permitida. De la práctica de operar sistemas de energía eléctrica se desprende que la capacidad de transmisión de las líneas eléctricas de 500 kV y superiores generalmente está determinada por el factor de estabilidad estática, para las líneas eléctricas de 220-330 kV, las restricciones pueden ocurrir tanto en términos de estabilidad como en términos de calefacción permitida, 110 kV y menos, solo en términos de calefacción.
Características de la capacidad de las líneas eléctricas aéreas [16] [17]
tu nombre ,
kV |
Longitud
líneas, kilómetros |
limitando
longitud en eficiencia = 0.9 |
Número y área
secciones de alambre, mm2 |
Natural
energía P nat MW |
Banda ancha | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Por sostenibilidad | Por calentamiento | |||||||
megavatios | en acciones
R natural |
megavatios | en acciones
R natural | |||||
10(6) | 5 | 35 | 2.1 | |||||
veinte | ocho | ¿¿una?? | 7.5 | |||||
35 | veinte | ¿¿una?? | quince | |||||
110 | 80 | ¿¿una?? | treinta | cincuenta | 1.67 | |||
220 | 150-250 | 400 | 1x300 | 120-135 | 350 | 2.9 | 280 | 2.3 |
330 | 200-300 | 700 | 2х300 | 350-360 | 800 | 2.3 | 760 | 2.2 |
500 | 300-400 | 1200 | 3x300 | 900 | 1350 | 1.5 | 1740 | 1.9 |
750 | 400-500 | 2200 | 5x300 | 2100 | 2500 | 1.2 | 4600 | 2.1 |
1150 | 400-500 | 3000 | 8x300 | 5300 | 4500 | 0.85 | 11000 | 2.1 |
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