Quina és la raó per la qual no s'utilitzen ones quadrades per a les línies d'alta tensió?

La raó per la qual les línies d'alta tensió no utilitzen ones quadrades i prefereixen ones sinusoïdals implica diversos aspectes de l'enginyeria elèctrica, incloent-hi l'eficiència, la compatibilitat dels equips, la interferència electromagnètica, la estabilitat del sistema i el control i la mesura. Aquí s'ofereix una explicació detallada:

1. Eficiència i pèrdues

• Distorsió harmònica: Les ones quadrades contenen components harmònics abundants. Aquests harmònics causen pèrdues addicionals quan es transmeten a través de les línies d'alta tensió, incloent-hi pèrdues resistives en els conductors i pèrdues de ferro i cobre en transformadors i motors.

• Efecte de superfície: Els harmònics de freqüència elevada fan que la corrent es concentri a la superfície del conductor, un fenomen conegut com a "efecte de superfície". L'efecte de superfície augmenta la resistència efectiva del conductor, provocant més pèrdues en la transmissió.

2. Compatibilitat dels equips

• Transformadors i motors: La major part dels equips elèctrics, com els transformadors i motors, estan dissenyats per a ones sinusoïdals. Les ones sinusoïdals asseguren que aquests dispositius funcionin òptimament, millorant l'eficiència i ampliant la seva vida útil.

• Dispositius de protecció: Els relés de protecció i altres equips de protecció també estan dissenyats per a ones sinusoïdals. Les ones quadrades poden fer que aquests dispositius fallin, afectant la seguretat i la fiabilitat del sistema.

3. Interferència electromagnètica

• Interferència electromagnètica (EMI): Els harmònics d'ordre superior en les ones quadrades generen una forta interferència electromagnètica, afectant el funcionament normal dels dispositius electrònics propers. Per exemple, les comunicacions per ràdio, l'equipament mèdic i els ordinadors poden patir interferències.

• Interferència de radiació: Les vores ascendent i descendent ràpides de les ones quadrades produeixen una intensa radiació electromagnètica, que és especialment perceptible en les línies de transmissió a llarga distància, potencialment causant falles en els dispositius i errors en la transmissió de dades.

4. Estabilitat del sistema

• Contaminació harmònica: Els components harmònics en les ones quadrades contaminen el sistema elèctric, afectant la estabilitat de la xarxa i la qualitat de l'energia. Els harmònics poden causar distorsió de tensió, fluctuacions de freqüència i altres problemes, provocant sobrecalentament i daus als equips.

• Potència reactiva: Els harmònics també augmenten la demanda de potència reactiva del sistema, reduint el factor de potència i incrementant la càrrega del sistema, el que pot resultar en caigudes de tensió i sobrecàrrega dels equips.

5. Control i mesura

• Precisió de la mesura: Les ones sinusoïdals són més fàcils de mesurar i controlar amb precisió. Els dispositius i instruments estàndard de mesura de potència estan dissenyats per a ones sinusoïdals, proporcionant dades més precises.

• Algoritmes de control: Molts algoritmes de control i lògiques de protecció en sistemes elèctrics estan dissenyats assumint ones sinusoïdals. Les ones quadrades poden fer que aquests algoritmes fallin o produïsquen errors.

6. Distància de transmissió

Transmissió a llarga distància: Les ones sinusoïdals són més adequades per a la transmissió a llarga distància. Les línies de transmissió a llarga distància sovint utilitzen transmissió en alta tensió, i les ones sinusoïdals poden mantenir millor una tensió i corrent estables, reduint les pèrdues de transmissió.

Resum

Les raons pel qual les línies d'alta tensió no utilitzen ones quadrades i prefereixen ones sinusoïdals inclouen:

• Eficiència i pèrdues: Les ones sinusoïdals redueixen la distorsió harmònica i l'efecte de superfície, millorant l'eficiència de la transmissió.

• Compatibilitat dels equips: Les ones sinusoïdals asseguren que els equips elèctrics funcionin òptimament, millorant l'eficiència i la vida útil.

• Interferència electromagnètica: Les ones sinusoïdals redueixen la interferència electromagnètica, protegint el funcionament normal dels dispositius electrònics propers.

• Estabilitat del sistema: Les ones sinusoïdals redueixen la contaminació harmònica, millorant la estabilitat de la xarxa i la qualitat de l'energia.

• Control i mesura: Les ones sinusoïdals faciliten la mesura i el control precisos, assegurant la fiabilitat i la seguretat del sistema.

• Distància de transmissió: Les ones sinusoïdals són més adequades per a la transmissió a llarga distància, reduint les pèrdues de transmissió.