Linee di trasmissione
Una linea di trasmissione svolge la funzione cruciale di convogliare l'energia elettrica dalle sottostazioni di generazione a diverse unità di distribuzione. Trasmette efficacemente onde di tensione e corrente da un'estremità all'altra. Strutturalmente, una linea di trasmissione è costituita da un conduttore che mantiene una sezione trasversale costante lungo tutta la sua lunghezza. Nel frattempo, l'aria funziona come mezzo isolante o dielettrico situato tra i conduttori, svolgendo un ruolo vitale nella prevenzione delle fughe elettriche e garantendo la trasmissione sicura ed efficiente dell'energia elettrica.
Per motivi di sicurezza, viene mantenuta una distanza significativa tra la linea di trasmissione e il terreno. Le torri elettriche sono utilizzate per supportare i conduttori della linea di trasmissione. Queste torri sono costruite in acciaio per conferire ai conduttori alta resistenza e stabilità, assicurando una trasmissione affidabile di energia. Quando si tratta di trasmettere elettricità ad alta tensione su lunghe distanze, spesso viene utilizzata la corrente continua ad alta tensione (HVDC) nelle linee di trasmissione, grazie ai suoi vantaggi unici nella riduzione delle perdite di potenza e nel miglioramento dell'efficienza di trasmissione.
Parametri della Linea di Trasmissione
Le prestazioni di una linea di trasmissione dipendono dai suoi parametri intrinseci. Una linea di trasmissione ha principalmente quattro parametri chiave: resistenza, induttanza, capacità e conducibilità di derivazione. Questi parametri sono distribuiti uniformemente lungo tutta la lunghezza della linea, motivo per cui vengono anche definiti parametri distribuiti della linea di trasmissione. Ognuno di questi parametri svolge un ruolo cruciale nella determinazione di come i segnali elettrici e la potenza vengono trasmessi, influenzando aspetti come le perdite di potenza, la caduta di tensione e l'integrità del segnale.
L'induttanza e la resistenza si combinano per formare l'impedenza in serie, mentre la capacità e la conducibilità insieme costituiscono l'ammettenza di derivazione. Di seguito, alcuni dei parametri critici di una linea di trasmissione sono spiegati in dettaglio:
Induttanza della Linea
Quando la corrente scorre attraverso una linea di trasmissione, induce un flusso magnetico. Mentre la corrente all'interno della linea di trasmissione fluttua, il flusso magnetico cambia di conseguenza. Questa variazione del flusso magnetico porta all'induzione di una forza elettromotrice (fem) nel circuito. L'entità della fem indotta è direttamente proporzionale al tasso di variazione del flusso magnetico. La fem generata nella linea di trasmissione oppone il flusso di corrente attraverso il conduttore, e questa caratteristica è nota come induttanza della linea.
Capacità della Linea
Nelle linee di trasmissione, l'aria funge da mezzo dielettrico. Questo mezzo dielettrico forma efficacemente un condensatore tra i conduttori, che ha la capacità di immagazzinare energia elettrica, aumentando così la capacità della linea. La capacità di un conduttore è definita come il rapporto tra la carica presente e la differenza di potenziale tra le sue estremità.
Nei cavi di trasmissione di breve lunghezza, l'effetto della capacità può spesso essere considerato trascurabile. Tuttavia, in trasmissioni a lunga distanza, diventa uno dei parametri più critici. Ha un impatto significativo su vari aspetti del sistema elettrico, inclusa l'efficienza, la regolazione della tensione, il fattore di potenza e la stabilità complessiva.
Conducibilità di Derivazione
L'aria agisce come mezzo dielettrico tra i conduttori in una linea di trasmissione. Quando una tensione alternata viene applicata ai conduttori, a causa delle imperfezioni del dielettrico, una certa quantità di corrente scorre attraverso il mezzo dielettrico. Questa corrente è chiamata corrente di fuga. L'entità della corrente di fuga è influenzata dalle condizioni atmosferiche e ambientali, come umidità e depositi superficiali. La conducibilità di derivazione è definita come il flusso di questa corrente di fuga tra i conduttori. È distribuita uniformemente lungo tutta la lunghezza della linea, rappresentata dal simbolo "Y" e misurata in Siemens.
Prestazioni delle Linee di Trasmissione
Il concetto di prestazioni delle linee di trasmissione comprende il calcolo di vari parametri, inclusa la tensione all'estremità di invio, la corrente all'estremità di invio, il fattore di potenza all'estremità di invio, le perdite di potenza all'interno delle linee, l'efficienza di trasmissione, la regolazione della tensione, nonché i limiti del flusso di potenza durante sia condizioni stazionarie che transitorie. Questi calcoli di prestazioni svolgono un ruolo vitale nella pianificazione del sistema elettrico. Tra questi, alcuni parametri chiave sono elaborati di seguito:
Regolazione della Tensione
La regolazione della tensione è definita come la differenza di magnitudine della tensione tra l'estremità di invio e l'estremità di ricezione di una linea di trasmissione.
Punti Importanti
L'ammettenza è un parametro elettrico cruciale che quantifica la capacità di un circuito elettrico, o più specificamente, l'efficienza di una linea di trasmissione, di facilitare il flusso ininterrotto di corrente alternata (CA). Il suo unità SI è il Siemens e viene comunemente denotato dal simbolo "Y". In sostanza, un valore di ammettenza più alto indica che il circuito o la linea di trasmissione offre meno opposizione al flusso di CA, consentendo alla corrente di passare più liberamente.
Inversamente, l'impedenza è il reciproco dell'ammettenza. Misura l'opposizione totale che una linea di trasmissione presenta al flusso di CA. Quando la CA attraversa una linea di trasmissione, l'impedenza tiene conto degli effetti combinati di resistenza, reattanza induttiva e reattanza capacitiva, che insieme creano un ostacolo al flusso di corrente. L'impedenza è misurata in ohm e viene rappresentata dal simbolo "Z". Un valore di impedenza più alto implica maggiore difficoltà per la CA a fluire attraverso la linea, risultando in livelli di corrente ridotti e potenziali perdite di potenza.
