Redes de Transmisión Eléctrica – Líneas Aéreas EAT y AT
Redes de Transmisión Eléctrica y Líneas Aéreas
En los sistemas de energía eléctrica, se utilizan comúnmente voltajes Extra Altos (EA, donde el voltaje V≥150 kV) y Altos (A, con 60 kV ≤ V <150 kV) para la transmisión de energía. El uso de estos niveles de voltaje elevado sirve para reducir la corriente que fluye a través de las líneas de transmisión. Según la ley de Joule, W=RI2t=UIt, donde W representa la energía disipada como calor, R es la resistencia del conductor, I es la corriente, t es el tiempo, y U es el voltaje. Al disminuir la corriente, es posible reducir la sección transversal de los conductores, minimizando así las pérdidas de potencia debido al efecto Joule.
Las redes de transmisión generalmente se originan en centrales eléctricas y subestaciones. Si bien las líneas aéreas son el componente predominante en muchas áreas, en entornos urbanos, los cables subterráneos aislados suelen ser una necesidad debido a las limitaciones de espacio y consideraciones estéticas.
Las líneas aéreas de EA y A están compuestas principalmente por los siguientes elementos clave:
El equipo de transmisión de energía está diseñado con el objetivo de minimizar la formación de descargas de corona. Los anillos de corona, como se muestra en la Figura 1, desempeñan un papel crucial en este sentido. Al distribuir el campo eléctrico sobre un área más grande, reducen el gradiente del campo por debajo del umbral de corona, suprimiendo efectivamente la descarga de corona. Esto no solo ayuda a prevenir las pérdidas de potencia asociadas con la corona, sino que también reduce el ruido audible e interferencias electromagnéticas, contribuyendo a la eficiencia y confiabilidad general del sistema de transmisión.
Protección contra Rayos para Líneas Aéreas y el Papel de los Cables OPGW
Una de las amenazas más significativas para las líneas aéreas es el rayo. Estas líneas están expuestas al riesgo de impactos de rayos a lo largo de toda su longitud, lo que significa que la protección proporcionada únicamente por los pararrayos en las subestaciones es insuficiente. Medidas adicionales de protección son esenciales para garantizar la confiabilidad y seguridad del sistema de transmisión.
Para abordar este problema, se instalan "cables de protección aérea contra rayos" a lo largo de toda la ruta de las líneas aéreas. Entre estos, los cables de Poder Óptico de Tierra (OPGW) son ampliamente utilizados debido a su doble funcionalidad. Un cable OPGW presenta una estructura tubular que alberga uno o más fibras ópticas monomodo en su núcleo. Esta asamblea central de fibras luego está rodeada por múltiples capas de alambre de acero y aluminio.
Las capas exteriores conductoras del cable OPGW cumplen un propósito crucial en la protección eléctrica. Conectan las torres de transmisión adyacentes a tierra, creando un camino de baja resistencia para las corrientes de rayo. Al hacerlo, protegen eficazmente a los conductores de alimentación de los impactos directos de rayos, reduciendo la probabilidad de daños en las líneas de transmisión principales.
Simultáneamente, las fibras ópticas dentro del cable OPGW ofrecen ventajas significativas en comunicación. Estas fibras pueden emplearse para la transmisión de datos de alta velocidad, satisfaciendo diversas necesidades dentro del sector de utilidades eléctricas. Se utilizan para aplicaciones internas como la protección y control de las líneas de transmisión, permitiendo la monitorización en tiempo real y una rápida respuesta a posibles problemas. Además, apoyan las necesidades de comunicación de voz y datos, facilitando la coordinación sin fisuras entre diferentes partes de la red eléctrica.
Las fibras ópticas en sí mismas poseen excelentes propiedades aislantes, que brindan protección inherente contra la inducción eléctrica de las líneas de transmisión de potencia y los rayos. También son altamente resistentes al ruido externo y a la crosstalk, asegurando la integridad de los datos transmitidos. Además, las fibras ópticas tienen pérdidas de transmisión extremadamente bajas, lo que las hace ideales para la transferencia de datos de alta velocidad a larga distancia sin una degradación significativa de la señal.
La Figura 2 ilustra un ejemplo típico de un cable OPGW, destacando su estructura única y cómo combina la protección eléctrica y las capacidades de comunicación, convirtiéndolo en un componente indispensable en los sistemas modernos de líneas aéreas de transmisión.
En ciertos países, para las líneas aéreas más antiguas que operan a un nivel de voltaje de 72.5 kV, se utilizó en el pasado un enfoque particular para la protección contra rayos. Históricamente, solo las primeras cuatro o cinco tramos adyacentes a las subestaciones estaban equipados con medidas de protección, y se empleaban cables de Conductor de Aluminio Reforzado con Acero (CARA) para este propósito. Sin embargo, esta solución ha sido descontinuada. El cable de Poder Óptico de Tierra (OPGW) se ha convertido en la opción preferida, ya que no solo ofrece una protección efectiva contra rayos, sino que también permite la comunicación de datos entre subestaciones, proporcionando una solución más completa y versátil.
Los cables aislados comúnmente presentan aislamiento de polietileno reticulado (XLPE). Estos cables generalmente tienen conductores de aluminio y están diseñados para aplicaciones monofásicas. El uso de aislamiento XLPE proporciona excelentes propiedades eléctricas, resistencia mecánica y durabilidad, lo que lo hace muy adecuado para la transmisión de potencia.
Las redes de transmisión de Voltaje Extra Alto (VEA) y Alto (VA) a menudo adoptan una configuración en "anillo". Como se muestra en la Figura 3, este diseño se caracteriza por un alto grado de complejidad. La configuración en anillo ofrece mayor confiabilidad y flexibilidad en la distribución de potencia, permitiendo una mejor distribución de carga y facilitando el mantenimiento y operación de la red. Permite redirigir la potencia en caso de un fallo o trabajo de mantenimiento, minimizando las interrupciones en el suministro de energía y asegurando un sistema de transmisión más estable y eficiente.
