Transmisión de Energía Eléctrica

Transmisión de Energía Eléctrica

La transmisión de energía eléctrica es un proceso mediante el cual la energía eléctrica producida en las centrales eléctricas se transporta en grandes cantidades a largas distancias para su eventual uso por parte de los consumidores. La energía eléctrica se envía desde las plantas generadoras de energía hasta el consumidor final a través de líneas de transmisión. Las líneas de transmisión, cuando se interconectan entre sí, se convierten en redes de transmisión.

Esta red de transmisión junto con las centrales eléctricas y subestaciones se conoce como 'red de transmisión' o simplemente 'red'. En la Fig. 1 se muestra una red de transmisión típica. Las redes de transmisión que están interconectadas a nivel nacional se conocen como 'red nacional'. La energía generalmente se transmite dentro de una red con corriente alterna trifásica (CA). Debido a la implicación de una gran cantidad de energía eléctrica y debido a las propiedades de la electricidad, la transmisión a largas distancias normalmente se realiza a alta tensión (33 kV o más). La energía eléctrica generalmente se transporta a una subestación cerca del punto de consumo, que es un área poblada o un complejo industrial. En la subestación, la energía eléctrica de alto voltaje se convierte a voltajes más bajos adecuados para el uso del consumidor y luego se transporta a los usuarios finales a través de la línea de distribución eléctrica de bajo voltaje

Fig. 1 Red de transmisión típica

Eficiencia de transmisión y pérdidas de transmisión

La transmisión de electricidad a alto voltaje reduce la fracción de energía perdida por la resistencia, que varía según los conductores específicos, la corriente que fluye y la longitud de la línea de transmisión. Para una cantidad dada de potencia, un voltaje más alto reduce la corriente y, por lo tanto, las pérdidas resistivas en el conductor. La eficiencia de la transmisión se mejora al aumentar el voltaje de transmisión mediante un transformador elevador que tiene el efecto de reducir la corriente en los conductores, mientras mantiene la potencia transmitida casi igual a la potencia de entrada. La corriente reducida que fluye a través del conductor reduce las pérdidas en el conductor y dado que, de acuerdo con la ley de Ohm, las pérdidas son proporcionales al cuadrado de la corriente, reducir a la mitad la corriente da como resultado una disminución de cuatro veces en las pérdidas de transmisión. Corriente reducida significa menor I ² R (cuadrado de la corriente I multiplicado por la resistencia del conductor R) pérdida en el sistema, menos área de sección transversal del cable conductor eléctrico significa menos participación de capital y la disminución de la corriente provoca una mejora en la regulación de voltaje del sistema de transmisión de energía y una mejor regulación de voltaje indica calidad energía. Debido a estas tres razones, la energía eléctrica se transmite principalmente a un nivel de alto voltaje.

Por lo tanto, la energía eléctrica para ser transportada de manera eficiente a largas distancias necesita altos voltajes. Esta tensión puede ser de 33 kV, 66 kV, 110 kV, 132 kV, 220 kV, 400 kV o incluso superior. El voltaje del generador de una planta de energía generalmente oscila entre 11 kV y 25 kV. La energía eléctrica generada se transporta primero desde el generador a un transformador en la planta de energía. El transformador aumenta el voltaje al voltaje de la red. Luego, el generador se sincroniza con la red y la energía generada se transmite al consumidor final. En el extremo del punto de consumo, las líneas de transmisión están conectadas a una subestación. Aquí los transformadores de la subestación cambian el voltaje de la energía eléctrica de alto voltaje a un nivel más bajo. Desde la subestación se distribuye energía eléctrica de menor voltaje a los consumidores de la energía eléctrica a través de líneas de distribución.

Los componentes principales de una red de transmisión de energía eléctrica son los siguientes.

Subestación

Las subestaciones transforman el voltaje de alto a bajo, o al revés, o realizan cualquiera de varias otras funciones importantes. La subestación varía en tamaño y configuración. Entre la estación generadora y el punto de consumo, la energía eléctrica puede fluir a través de varias subestaciones a diferentes niveles de voltaje.

Una subestación de transmisión conecta dos o más líneas de transmisión. El caso más simple es donde todas las líneas de transmisión tienen el mismo voltaje. En tal caso, la subestación contiene interruptores de alto voltaje que permiten que las líneas se conecten o aíslen para la eliminación de fallas o el mantenimiento. Una estación de transmisión normalmente tiene transformadores para convertir entre dos voltajes de transmisión, control de voltaje, dispositivos de corrección del factor de potencia como condensadores, reactores o compensadores estáticos de VAR y equipos como transformadores de cambio de fase para controlar el flujo de energía entre dos sistemas de energía adyacentes.

Las subestaciones de transmisión pueden variar de simples a complejas. Una pequeña "estación de conmutación" normalmente consta de un bus más algunos disyuntores. Las grandes subestaciones de transmisión generalmente se ubican en un área grande (varias hectáreas) y tienen múltiples niveles de voltaje, muchos interruptores automáticos y una gran cantidad de equipos de protección y control (transformadores de voltaje y corriente, relés y sistemas SCADA). Las subestaciones modernas se instalan según estándares internacionales como el estándar IEC 61850.

Las subestaciones varían en tamaño y configuración pero pueden cubrir varios acres; están despejados de vegetación y típicamente revestidos con grava. Normalmente están vallados y se accede a ellos por un camino de acceso permanente. En general, las subestaciones incluyen una variedad de estructuras, conductores, cercas, iluminación y otras características que dan como resultado una apariencia "industrial".

Torres de transmisión

Torres de transmisión  son el componente más visible del sistema de transmisión de energía. Se utilizan en sistemas de CA y CC de alto voltaje. Una torre de transmisión es normalmente una estructura de acero alta. Su función es mantener los conductores de alta tensión (líneas eléctricas) separados de su entorno y entre sí. Existe una amplia variedad de formas, tamaños y diseños de torres que generalmente emplean una celosía abierta o un monopolo, pero generalmente son muy altas, con una altura que oscila entre 15 m y 55 m y brazos cruzados de hasta 30 m de ancho. Además del acero, se pueden utilizar otros materiales, incluidos el hormigón y la madera.

Hay cuatro categorías principales de torres de transmisión. Son suspensión, terminal, tensión y transposición. Algunas torres de transmisión combinan estas funciones básicas.

Las torres deben estar diseñadas para transportar tres (o múltiplos de tres) conductores. Las torres suelen estar hechas de celosías o cerchas de acero. Los aisladores son discos de vidrio o porcelana ensamblados en cadenas o varillas largas cuyas longitudes dependen del voltaje de la línea y las condiciones ambientales.

Por lo general, uno o dos cables de tierra, también llamados cables de "protección", se colocan en la parte superior para interceptar los rayos y desviarlos a tierra de manera inofensiva. Las torres de alta y extra alta tensión suelen estar diseñadas para llevar dos o más circuitos eléctricos.

Líneas de transmisión

La energía eléctrica se transmite a alto voltaje (110 kV o más) para reducir la pérdida de energía en la transmisión a larga distancia. La energía generalmente se transmite a través de líneas eléctricas aéreas. La transmisión de energía subterránea tiene un costo significativamente más alto y mayores limitaciones operativas, pero a veces se usa en áreas urbanas o lugares sensibles.

Las líneas de transmisión normalmente utilizan corriente alterna trifásica de alto voltaje. La tecnología de corriente continua de alto voltaje (HVDC) se utiliza para una mayor eficiencia en distancias muy largas (normalmente, varios cientos de kilómetros). Los enlaces HVDC también se utilizan para estabilizar los problemas de control en las grandes redes de distribución de energía donde las nuevas cargas repentinas o los apagones en una parte de la red pueden provocar problemas de sincronización y fallas en cascada.

Por lo general, se tienden varios conductores en una torre de transmisión para cada circuito eléctrico. Los conductores están construidos principalmente de conductores metálicos trenzados. Los conductores aéreos de alta tensión no están cubiertos por aislamiento. El material del conductor suele ser un conductor de aluminio reforzado con acero (ACSR), que es un tipo específico de conductor trenzado de alta capacidad y alta resistencia. Los hilos exteriores están hechos de alambre de aluminio trefilado fabricado con no menos del 99,5 % de varillas de aluminio electrolítico de grado EC y un contenido de cobre que no excede el 0,04 %. La aleación de aluminio de alta pureza se elige por su excelente conductividad, bajo peso y bajo costo. Los hilos centrales son de acero por la fuerza requerida para soportar el peso sin estirar el aluminio debido a su ductilidad. Esto le da al conductor una alta resistencia a la tracción general. El cobre se usó anteriormente para la transmisión aérea, pero el aluminio es más liviano, produce un rendimiento solo marginalmente reducido y cuesta mucho menos.

Derechos de paso y caminos de acceso

Los derechos de paso (ROW, por sus siglas en inglés) para un corredor de transmisión incluyen el terreno reservado para la línea de transmisión y las instalaciones asociadas, necesarios para facilitar el mantenimiento y evitar el riesgo de incendios y otros accidentes. Proporciona un margen de seguridad entre las líneas de alta tensión y las estructuras y vegetación circundantes. Es posible que sea necesario desbrozar la vegetación por razones de seguridad y/o acceso. Un ROW generalmente consiste en vegetación nativa o plantas seleccionadas para patrones de crecimiento favorables (crecimiento lento y alturas maduras bajas). Sin embargo, en algunos casos, los caminos de acceso constituyen una parte del derecho de vía y brindan un acceso más conveniente para los vehículos de reparación e inspección. El ancho de una ROW varía según la clasificación de voltaje de la línea de transmisión. Normalmente se requieren caminos de acceso a las estructuras de la línea de transmisión para la construcción y el mantenimiento de la línea, y pueden estar pavimentados o grava.