Por que as liñas eléctricas aéreas están folgadas nos postes e torres eléctricas

Por que as liñas aéreas de enerxía eléctrica están floxas nos postes e torres de transmisión?

Na era actual de rápido avance tecnolóxico, o transporte de persoas, bens e servizos tornouse significativamente máis sinxelo. A distancia xeográfica xa non é un obstáculo formidábel. Asímismo como estes elementos tangibles poden ser transmitidos eficientemente a lonxas distancias, a electricidade tamén necesita ser transmitida ampliamente. No entanto, a diferenza dos bens físicos, a electricidade require un medio para o seu viaxe.

Pode ter observado con frecuencia que as liñas de transmisión de enerxía eléctrica suspensas en postes e torres de transmisión parecen estar floxas, en lugar de estar apertadas. Esta visión adoita suscitar a pregunta: Por que non están estas liñas aseguradas de forma máis apertada?

Nesta exploración, descubriremos as razóns detrás da flacidez das liñas de enerxía eléctrica nos postes e a necesidade do fuste tanto nas liñas de distribución como nas de transmisión. Antes de adentrarnos nas explicacións detalladas, revisemos primeiramente algúns puntos esenciais que mellorarán a nosa comprensión deste fenómeno da enxeñaría eléctrica.

Transmisión de enerxía: principios, perdas e componentes

Bases da transmisión de enerxía

A potencia representa a taxa á que se realiza o traballo. No contexto da electricidade, o traballo está realizado cando a enerxía eléctrica atravésa unha distancia. Consecuentemente, a potencia pode definirse como a cantidade de enerxía entregada por unidade de tempo. Para transportar a electricidade a lonxas distancias, as liñas de enerxía eléctrica sirven como o medio esencial para esta transferencia.

A potencia activa, o compoñente da potencia eléctrica que realiza o traballo útil, xeralmente mídese en watts. Cando se trata da transmisión de enerxía, a transmisión de alta tensión é o método preferido para a conservación de enerxía. Isto ocorre porque a corrente eléctrica que fluye a través dun conductor xera calor, que pode ser moi pernicioso. O calor causa que as liñas eléctricas se degrade ao longo do tempo, levando a un desgaste prematuro e a posibles fallos. Para minimizar as perdas de enerxía e preservar a potencia transmitida, é máis eficiente reducir a cantidade de corrente eléctrica que fluye a través das liñas mentres se aumenta a tensión. Este enfoque, coñecido como transmisión de alta tensión, reduce eficazmente a potencia dissipada como calor nas liñas de transmisión.

Conducción e perdas de potencia

Durante o proceso de transmisión de potencia, parte da potencia eléctrica é inevitabelmente perdida no entorno circundante. Isto ocorre principalmente porque as liñas de transmisión non están completamente aisladas, permitindo a dissipación de calor e a fuga eléctrica. De acordo coa lei de Ohm, a resistencia (R) dun conductor é directamente proporcional á súa lonxitude (L). Como resultado, a medida que a lonxitude da liña de transmisión aumenta, así tamén a súa resistencia. Ademais, o aire, que rodea as liños de transmisión, é un mal conductor e non é capaz de dissipar eficazmente o calor xerado pola corrente eléctrica que fluye a través das liñas.

Para mitigar estes problemas, as liñas eléctricas están deseñadas con maiores diámetros. Esta elección de deseño basease no feito de que a resistencia (R) dun conductor é inversamente proporcional á súa área seccional. Ao aumentar o diámetro do conductor, a súa área seccional aumenta, levando a unha redución da resistencia. Esta diminución da resistencia, por sua vez, minimiza as perdas de potencia debido á xeración de calor nas liñas de transmisión.

Cables e fíos eléctricos

Os cables e fíos eléctricos son os conductores a través dos cales a electricidade viaxa, e son predominantemente feitos de cobre debido á súa excelente conductividad eléctrica. No entanto, estes conductores non están compostos de cobre puro. Para mellorar as súas propiedades mecánicas, como a resistencia e a durabilidade, o cobre é aliñado con outros elementos. A adición destes elementos non compromete a conductividad eléctrica do cobre. En cambio, melloran as características mecánicas do conductor, asegurando que poida soportar as rigorosas condicións de instalación e operación mentres mantén a súa capacidade de transmitir eficientemente a electricidade.

Lei de Joule do calentamento eléctrico

Na realidade, ningún metal é verdadeiramente puro; a pureza de calquera metal é sempre menor que o 100%. Como resultado, todos os metais posúen resistencia interna. Cando unha corrente eléctrica fluye a través dun conductor, a enerxía é dissipada na forma de calor. A cantidade de calor xerado pode calcularse utilizando a lei de Joule do calentamento eléctrico, que proporciona un entendemento fundamental da relación entre a corrente eléctrica, a resistencia e a xeración de calor en circuitos eléctricos.

Outras formas da Lei de Joule

Lei de Joule e o impacto dos factores ambientais nas liñas eléctricas

Segundo a lei de Joule do calentamento eléctrico, o calor (P) xerado polo fluxo de electróns a través dun conductor é directamente proporcional á resistencia (R), ao tempo (t) e ao cadrado da corrente I^2. Cando unha corrente eléctrica atravésa un conductor, debe superar a resistencia dentro do material. Esta resistencia actúa como un obstáculo ao movemento dos electróns, causando que a corrente disipe enerxía na forma de calor no entorno circundante.

A influencia do tempo e da temperatura nas liñas eléctricas

A resistencia dun conductor está significativamente afectada pola temperatura. A medida que a temperatura do conductor aumenta, así tamén a súa resistencia. Este fenómeno ocorre porque as temperaturas en aumento causan que os electróns dentro do conductor gañen enerxía cinética adicional, resultando en un movemento máis errático e aleatorio. Estes electróns enerxéticos colisionan frecuentemente coas átomos do material do conductor, xerando calor no proceso.

O calor excesivo xerado por un conductor pode supor unha ameaza grave, potencialmente causando que se derrita e levando a fallos no sistema. En condicións de tempo quente, os conductores expandíronse debido á expansión térmica, facendo que os fíos aéreos se volvan máis floxos. Por contra, en tempo frío, os conductores contraen, o que tamén pode afectar a súa integridade mecánica e rendemento eléctrico.

Tensión nas liñas eléctricas

A tensión é unha forza que aparece nun fío ou cable cando está suxeito a dúas forzas opostas. No caso das liñas aéreas de enerxía eléctrica suspensas entre postes ou torres de transmisión, a tensión está sempre presente. Se os fíos estivesen apertados en exceso, a tensión aumentaría significativamente. Esta tensión aumentada fai que os fíos sexan máis vulnerables a danos, xa que incluso contraccións ou expansións menores debido a cambios de temperatura ou estrés mecánico podían causar que se rompan.

A necesidade do fuste nas liñas de distribución e transmisión

O fuste nas liñas de transmisión é a curva ou depresión visible dos cables entre estruturas de apoio como postes ou torres. Esta curvatura é un resultado natural da combinación do peso do fío e a tensión que actúa sobre el.

A importancia das liñas aéreas de enerxía eléctrica floxas e do fuste na transmisión eléctrica

Durante a transmisión e distribución a lonxas distancias de electricidade, a dissipación de calor é unha consecuencia inevitábel. A transmisión de alta tensión empregase como unha medida estratégica para minimizar o calor xerado dentro dos conductores. Isto ocorre porque, segundo os principios da enxeñaría eléctrica, a redución da corrente (aumentando a tensión) diminúe significativamente a potencia dissipada como calor (segundo a lei de Joule P = I^2R). Ademais, as condicións meteorolóxicas e as fluctuacións de temperatura interna dos fíos requiren que as liñas aéreas de enerxía eléctrica sexan instaladas con un certo grao de flacidez.

Se as liñas de enerxía eléctrica estivesen apertadas, un período de frio podería provocar a contracción nas liñas de transmisión. Esta contracción levaría a un aumento substancial da tensión dentro das liñas. A tensión elevada podería causar danos graves nos fíos e cables, potencialmente resultando en cortes de enerxía, riscos de seguridade e reparacións costosas. Para evitar tais resultados prejudiciais, as liñas de enerxía eléctrica instálanse deliberadamente con folgo. Este deseño permite que as liñas se contraían ou expandan con cambios de temperatura sen experimentar tensión excesiva, protexendo así a integridade da infraestrutura eléctrica.

O fuste, a curvatura descendente dos conductores de liñas de transmisión entre estruturas de apoio, non é simplemente unha característica estética, senón un compoñente obrigatorio e crítico dos sistemas de transmisión eléctrica. Serve como unha salvagarda contra o sobrecalentamento proporcionando suficiente espazo para que os fíos se expandan en condicións de alta temperatura, reducindo a probabilidade de resistencia excesiva e a xeración subsecuente de calor. Ademais, o fuste mitiga eficazmente a tensión dentro das liñas, evitando que sucumban ao estrés mecánico causado por factores como variacións de temperatura, cargas de vento e acumulación de xeo.

En esencia, o fuste desempeña un papel pivotal na garantía da seguridade, fiabilidade e longevidade dos sistemas de transmisión eléctrica. Mantendo un nivel óptimo de fuste, os enxeñeiros poden garantir o funcionamento liso e eficiente da rede, minimizando o risco de accidentes, interrupcións de enerxía e danos costosos na infraestrutura. Este equilibrio cuidadoso entre tensión, temperatura e estrés mecánico é esencial para o continuo éxito das redes modernas de distribución eléctrica.