DISEÑO DE LINEAS DE TRANSMISION Y SUBTRANSMISION

La principal función de un sistema de transmisión es transportar energía

eléctrica “en bulto” de las centrales generadoras a los centros de carga.

La planeación de una línea de transmisión debe considerar: los flujos

activo y reactivos, estabilidad, capacidad de intercambio, confiabilidad,

economía, m/a.

DISEÑO ELECTRICO DE UNA LINEA DE AT

Voltaje. 230kv a 1000kv. AC/DC

Potencia a transferir. Capacidad térmica continua y de emergencia en función

de la temperatura, estabilidad. Características eléctricas de conductores,

temperaturas.

Perdidas por corona, interferencia de radio, ruido audible. Conductores bundle.

Aislamiento: de la línea, air gaps, cadenas de aisladores para suportar

sobretenciones de maniobra, de falla, descargas y contaminación. Medio

ambiente.

DISEÑO MECANICO DE UNA LINEA DE AT

Rango de longitud de tramos. Libranzas.

Características mecánicas de conductores.

Conductores de tierra: diámetro, peso, costo.

Espaciamiento entre fases. Aisladores.

Tipo de estructuras o torres, peso y cimientos, obras civiles, armado de

estructuras.

Aterrizaje y transposiciones.

LÍNEAS DE SUBTRANSMISIÓN

Voltajes entre 69 y 138 kV.

Criterios de diseño afectados por costo y confiabilidad.

Tipos: radial, doble derivación, radial mejorado (o anillo abierto), anillo

cerrado y mallas.

SUBESTACIONES DE DISTRIBUCIÓN

Una instalación típica puede incluir:

Transformadores de potencia,

interruptores,

switches de desconexión en aire u otro medio,

Ct´s y Pt´s,

reactores/capacitores en paralelo,

sistema de aterrizaje,

pararrayos,

trampas de onda,

relés de protección,

baterías y cargadores, etc.

Los posibles arreglos son:

Esquemas de barras basados en seguridad, confiabilidad, economía y

simplicidad.

Barra sencilla, doble barra (simple o doble interruptor), barra de

transferencia, barra en anillo.

Localización de subestaciones:

1) tan cerca del centro de carga como sea posible

2) de tal manera que la regulación se obtenga sin inversiones excesivas

3) accesible para líneas entrantes (AT) y salientes (MT)

4) espacio para expansión

5) cumple con regulaciones

6) número reducido de afectados por discontinuidades del servicio.

Tamaño:

Area constante con incremento de capacidad o desarrollo de nuevas

subestaciones en la misma área.

Densidad de carga.

Tensiones normalizadas BT (120/240, 120/208, 127/220, 220/380).

Tensiones normalizadas MT (13.2,15,23,34.5kv).

Calculo de caída de tensión permisible para densidad de carga bajo, gran

longitud. Tolerancias en NTSD.

CALCULO DE CAIDA DE TENSION

Modelos de red en cc y áreas geométricas de servicio.

a) Alimentador radial energizado en un extremo.

b) Alimentador radial energizado desde dos extremos.

c) Alimentadores con carga uniformemente distribuida.

d) Alimentadores con calibre escalonado.

e) Alimentadores en anillo.

CONCEPTO DE IMPEDANCIA

a) ALIMENTADOR RADIAL ENERGIZADO EN UN EXTREMO

DV=I1r1+I2r2+I3r3+ …Inrrn

DV=(I1+I2+I3+..In)r1+(I2+I3+..In)r2+(I3+..)r3

si: r1=R1, R2=r1+r2; R3= r1+r2+r3; Rn=…

entonces DV=I1R1+I2R2+….= ΣIR

o sea : DV2 =I1R1+I2R2+(I3+..In)R2

DV2 será la suma de momentos de corriente hasta ese punto mas el momento

de todas las corrientes posteriores en ese punto.

b)ALIMENTADOR RADIAL ENERGIZADO DESDE DOS EXTREMOS

Diferencia de tensiones DV de extremos conocida.

Calculo de DV desde un extremo en función de Ix.

Calculo de Ix e Iy.

Calculo de punto de mínima tensión en donde la corriente cambia de

sentido.

c)ALIMENTADOR CON CARGA UNIFORMEMENTE DISTRIBUIDA

Cargas uniformemente distribuidas y similares.

Energizado desde un solo extremo, longitud = L.

Resistencia = r y Corriente = I (por unidad long).

DV = r√ (I-Ix)dx = ILrx - ½rIx2 = rx(I- ½Ix).

Donde:

r = resistencia/long,

I = amperios/long,

X = longitud

Si se quiere conocer la caída de tensión en el extremo, donde x = L, entonces:

DV = rL(I- ½iL). = riL2 - ½riL2 = ½riL2 = ½IR

Lo que significa que DV total del alimentador uniformemente cargado es

igual a concentrar su carga en el punto medio.

Si el alimentador se energiza desde 2 extremos el punto medio tiene la

menor DV = 1/8IR.

d)ALIMENTADORES CON CALIBRE ESCALONADO

Reducción de costos por cargas espaciadas.

Los calibres óptimos para escalonar dependen de la corriente de cada

tramo.

a1/a2= √(I1+I2)/I2.

El escalonamiento optimo no siempre es posible.

e)ALIMENTADORES EN ANILLO

Mayor flexibilidad y menor caída de tensión.

La caída de tensión se resuelve por Kirchoof:

(I*L1*r) + (L2*r*(I-I1) + L3r(I-I1-I2) + IaL7r = 0

CONCEPTO DE IMPEDANCIA

La alimentación en ac difiere de la de cc por la existencia de dos

componentes de calidad de tensión, entonces:

r = (r+jx) e i = i(cosΦ+ jsenΦ)

Esto puede simplificarse en:

DV = rIcosΦ + xIsenΦ.

En porcentaje:

DV% = rIcosΦ + xIsenΦ/V.

Sustituyendo P=VIcosΦ

DV%= P(rcosΦ + xsenΦ)/V2 cosΦ.

DV%= Pl (rcosΦ + xsenΦ)/V2 cosΦ

Esta formula permite construir graficas de caída de tensión en función

del par (kW-km).

ANALISIS DEL SISTEMA DE DISTRIBUCION

Areas geométricas de servicio:

Son simplificaciones sobre la geometría de los alimentadores de

distribución que tiene por fin calcular las caídas de tensión y pérdidas

esperadas.

Pueden ser: triangular, cuadrada, hexagonal, circular.

SELECCIÓN DE CONDUCTORES

Límites térmicos:

La temperatura por el paso de la corriente, expande y estira el

conductor.

La ampacidad se calcula por: I2R + Qs = Qc + Qr,

donde:

Qs = ganancia de calor solar, ƒ(diámetro, absorción del material, altitud y

azimut del sol y línea),

Qc= transferencia por convección, ƒ(diámetro, velocidad del viento,

temperatura ambiente, conductividad y densidad del aire) y

Qr = radiación de calor, ƒ(diámetro, coeficiente de emisividad, temperatura

ambiente. y temperatura del conductor)

Resultado: tablas dependientes de la temperatura.

PERDIDAS:

Las perdidas I2R se estiman para las condiciones de temperatura de la

aplicación totalizando:

Perdidas totales = 3I2Rac

SELECCIÓN DEL CALIBRE ECONOMICO:

Los costos anuales de inversión en conductores y el costo de perdidas

tiene relación directa con los calibres de los conductores seleccionados, por lo

que es importante encontrar un calibre tal que la suma de valores sea la

mínima.

En una línea de distribución con conductores homogéneos:

P1 = k1Aa

Donde

A = sección del conductor.

a = factor de interés y depreciación

k1 = constante.

El costo anual de perdidas será:

P2=k2/A

donde

k2 = constante

El costo anual mínimo será:

dP1/dA + dP2/dA = 0

donde

K1a = k2/A2 y A = k2/ak1

sustituyendo se llega a: P1 = P2 = k1ak2

Significa que el calibre económico será aquel que iguale el costo anual

de perdidas con los cargos de capital.