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Universidad Nacional de Ingeniería F lt dd I i í M ái Facultad de Ingeniería Mecánica Departamento de Electricidad Mercado Eléctrico I - FASP Elementos de Líneas nsmisión UNI Fredy Saravia Poicón Ing Electricista MSc íneas de Tran Ing. Electricista, MSc [email protected] Lí Lima, Abril de 2013

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Universidad Nacional de IngenieraF lt d d I i M i Facultad de Ingeniera MecnicaDepartamento de ElectricidadMercado ElctricoI -FASPElementos de Lneas nsmisin UNIFredy Saravia PoicnIng Electricista MScneas de TranIng. Electricista, [email protected], Abril de 2013Partes del CursoI .- Introduccin. Panorama del CursoII Parte Elctrica de las Lneas de II.- Parte Elctrica de las Lneas de TransmisinIII.- Aspectos Econmicos y I -FASPRegulatorios en la TransmisinIV.- Parte Mecnica de las Lneas de Transmisinnsmisin UNITransmisinV.-Temas de Perspectiva en los Proyectos de Lneasneas de TranLObj ti Objetivo Comprender las variables principales que intervienen en el anlisis (operacin) y sntesis (diseo) de las lneas anlisis (operacin) ysntesis (diseo) de las lneas. Los problemas de operacin y diseo requieren conocer los mtodos para determinar las impedancias y I -FASPyadmitancias de las lneas. Asimismo la determinacin de seccin, cadas de tensin, i t d t i it fi i i did tnsmisin UNIcorrientes de cortocircuito, eficiencia, prdidas y otros dependen de las caractersticas fsicas.neas de TranLP d l T i iCi it ti i d tiProceso de la Transmisin Circuito tipo inductivo200250V. e = t sin U u m Potencia del circuito50100150200VI) ( . Im e = t sin iI -FASP- 100- 5001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27( ) | | e e e- tI Vp) - t ( .sin t.I .sin V pm mm m2 cos cos. ==nsmisin UNI Componentes de potencia- 250- 200- 150( ) | | e - t2p 2 cos cos =I V I Vneas de Tran( )( ) t sin2 Q cos2 1sin . 2 sin 2.I V- 2 cos 1 cos2I . m m me e e e t P pt tVpm =L( ) t sin2 Q - cos2 - 1 . e et P p=A li i d l P t i Anlisis de la Potencia P+: V, I son positivos (negativos). Energa que consume la carga. La corriente fluye en direccin a la cada de ( ) t sin2 Q- t cos2 - 1 P p e e . =ytensin. P-: V.I diferentes signos, en direccin al aumento de tensin. La corriente desde la carga al sistema.50.0I -FASPcarga al sistema. =90 Circuito resistivo. Valor promedio de p=0 La potencia circula al doble de la f i d l i t30.040.0PSnsmisin UNIfrecuencia del sistema. P- Trabajo til; Q - Magnetiza Sist. Trifsico: desplazadas en 120-10.020.0neas de Tran- 20.0- 10.01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27QLC t F i d l LT Componentes Fsicos de la LT Transmisin de energa: Campos magnticos en conductores y medio ambiente Campos magnticos en conductores ymedio ambiente. Campos electrostticos producen corrientes capacitivas y de fuga (nivel de tensin y calidad del aislamiento).I -FASP Las LT se analizan tericamente como un conjunto infinito de compnentes distribuidas que contienen Resistencias, Inductancias y Capacitancias.nsmisin UNIduc a c as y Capac a c as En anlisis de sistemas se modelan las lneas mediante ecuaciones que relacionan los valores de los componentes de las lneas (R X G y B)neas de Tranlas lneas (R, X, G y B). El modelamiento de la LT supone un sistema trifsico balanceado (simtrico) de tal forma que el circuito equivalente Lcorresponde a una de las fases del sistema. Los modelos de LT: Modelo H y Modelo TM d l d l L Modelo de la LneaRL jXLElementos LongitudinalesI -FASPVr Vs2L G2L B2L B2L GElementos Transversalesnsmisin UNI2 2 2 2neas de TranModelo de Parmetros ConcentradosLA M t d I d i Arranque en Motores de Induccin Los motores representan una parte significativa de la demanda y considerar su respuesta a la variacin de tensin en los sistemas es muy importante. y p En los anlisis equivalentes se considera un modelo de estadopermanente con el equivalente monofsico en T.I -FASPZa=R1+j X1 X2I 2nsmisin UNIZb=R +R (1-s)/s V1neas de TranZbRc //j XmR2+R2(1-s)/s =R2 / sV1LR i t i Oh i R Resistencia Ohmica: RLD t i l did t i l t i l d t d d f d t l t d l Determina las prdidas trmicas y la tensin en los conductores y depende fundamentalmente del material y seccin del conductor. Dato de catlogo del fabricante Resistencia Unitaria:(Ohm)A1000 Aro = = - resistencia especfica, Ohm.mm2/km (Cu=17.24 ; Al=28.9)A - seccindel Conductor, mm2.A A I -FASPAseccin del Conductor, mm - Conductancia unitaria -, m/(Ohm.mm2(Cu=58; Al=34.6) Resistencia de la Lnea:R= ro.L Ohm/km Resistencia del Conductor, ante variacin de T ambiente:nsmisin UNIo - Coeficiente trmico del conductor C-1(o =0 0043; o =0 004)( ) | |neas de Tranot- Coeficiente trmico del conductor,C , (ot Cu=0.0043; ot Al=0.004)( ) | | 20 - t . 1 . t o + = R RLLR t i I d ti X Reactancia Inductiva: XL Inductancia Unitaria, Ohm/km Depende de la configuracin geomtrica019 0 l 1733 0 2DMGf LDMG - Distancia media geomtrica, mmrc- radio del conductor, mm DMG - Depende de la disposicin del conductor: Vertical, Horizontal, triangular019 . 0 log 1733 . 0 . 2 + = =corDMG.f.L x tI -FASP DMGDepende de la disposicin del conductor:Vertical, Horizontal, triangularDMG: 10 kV 0,9m; 35 kV - 3.54 m; 138 kV 5.5 m; 220 kV - 8 m.nsmisin UNI331 23 12 . . D D D DMG =rneas de TranD12D23rcLD13R t i I d ti X Reactancia Inductiva: XL En caso de doble terna se tienen frmulas especiales. En lneas de EAT, se utilizan lneas con conductores de fases mltiples Para evitar asimetras en las LT se utiliza l t i i d d tI -FASPla transposicin de conductores.nsmisin UNIneas de TranLP dit i G Perditancia: GL Deterioro del aislamiento. Contaminacin del conductor Medio ambiente: Polucin, HumedadcoroPgA=I -FASP( ) cr f fccornom2oU UDMGrPVg = Ao18 . 0nsmisin UNIDMG oL g G o L . =neas de Tran APcor- Prdida por efecto corona, kW/km o - Factor de correccin de densidad de aire Uf - tensin de fase, kV Ufcr - tensin crtica de fase kVL Ufcr - tensin crtica de fase, kV S t i B Susceptancia: BL Se deben al campo elctrico formado por tierra y el conductor. Elctricamente representa un aporte de reactivos que se inyectan a lalnea bo en 1/Ohm.kmI -FASPDMGlog9.12.c b o o 10 .6= =ensmisin UNIL b Bro Lc. =neas de TranQC= U2.bo.LLM d l d l L Modelo de la Lnea Impedancia:Z = RL+ j XLX R Z + =2 2LLRXarctan = 0I -FASP Admitancia : Y =GL+j BLL RB G Y + =2 2nsmisin UNI Admitancia : Y GL j BLLGBarctanB G Y=+ =0neas de TranL GLM t i l d l Materiales usados en lneas Cobre Utilizado en sistemas de distribucin i i (10 22 9kV) d i (380Conductor de cobre primaria (10, 22.9 kV) y secundaria (380, 220 V). Ventajas Baja esistencia ohmica.I -FASPj Menor nivel de prdidas. Deventajas Mayor peso unitario.nsmisin UNI Mayor esfuerzo en estructurasneas de TranLM t i l d l Materiales usados en lneas Aluminio Tipos AAC: All AluminiumConductor AAC: All Aluminium Conductor AAAC: All Aluminium Alloy Conductor ACSR: Aluminium Conductor Steel reinforced ACAR: Aluminium Conductor Alloy I -FASPyreinforced Estos tipos se utilizan en lneas de distribucin y transmisin. Los del tipo ACSR soportan mayores esfuerzos mecnicos (admitengrandesConductor TipoACSRnsmisin UNIesfuerzos mecnicos (admiten grandes vanos). Tienen mayor resistencia hmica (mayores prdidas). El costo es relativamente menor.Tipo ACSRneas de TranLT i i Li Transmission Lines Conductors Transmission lines use ACSR Conductors Most frequently used is the Transmission lines use stranded aluminumconductors.f Most frequently used is the ACSR conductor. The steel provides mechanical strength and the aluminumI -FASP Typical type of conductors are: Aluminum-Conductor-strength, and the aluminum conducts the current.Aluminum strandsnsmisin UNIu u Co duc osteel-Reinforced (ACSR) All-Aluminum (AAC)All Al i All2 layers, 24 conductorsneas de Tran All-Aluminum-Alloy (AAAC) Aluminum-clad-steel Steel strands7 conductorsL(Alumoweld) Extra-High-Strength-SteelL d T i i Lneas de Transmisin Conductores Las lneas AT usan haz de Conductores de fasesmltiples Las lneas AT usan haz de conductores : Para reducir las prdidascoronamltiplesrI -FASPcorona. Para incrementar la capacidad de transmisin Son tpicos el uso de 3 o 4drnsmisin UNI Son tpicos el uso de 3 o 4 condcutores por fase. La distancia entre d t t d drdneas de Trancondcutores se mantendrcon ayuda de los espaciadores (barras de acero aluminio)nnc eqd r r1.=dLacero aluminio)c eqC t ti d l l Caractersticas de las lneas Elctricas Seccin, mm2Conductor de Al tipo Ducto Resistencia ohmica (a 20C), Ohmios Capacidad Nominal, A, Mecnicas Nmero de hilosI -FASP Nmero de hilos Dimetro, mm Peso, kg/km Capacidad de ruptura, kg.nsmisin UNI Coeficiente de dilatacin lneal, neas de TranSecciones Nominales:L35, 70, 120, 150, 300, 500 mm2V l T i d L Valores Tpicos de Lneas Como criterio de clculo se deben tener en cuenta los valores tpicos unitarios p Por efecto corona, se toman seccin mnimas deconductores 0.70Xo, Ro, O/kmI -FASP0.480 35UnomkVConductorpor faseDimetrodelSeccinmm2nsmisin UNI0.35pConductorMm110 1 11.3 70220 1 21.6 240neas de TranA, mm2330 2 (*) 23.5 300500 3 25.2 330750 4 29.0 400LM d l d Li Modelos de Lineas Representacin de lneas de transmisinLnea corta Lnea corta Lnea media Lnea largaI -FASP Lnea largansmisin UNIneas de TranLRepresentacin de lneas Representacin de lneaspara modelacin a 50 60 Hz Lnea corta Longitud menor que 80 km Parmetros concentrados Capacitancia despreciable Lnea mediaI -FASP Lnea media Longitud mayor que 80 km y menor que 240 km Parmetros concentrados Capacitancia no despreciablensmisin UNI Capacitancia no despreciable Lnea larga Longitud mayor que 240 kmParmetros concentrados slo en casos especiales y paraneas de Tran Parmetros concentrados slo en casos especiales y para longitudes menores de 320 km Parmetros distribudosLL t < 80 k Lnea corta < 80 kmISIR+V+VR LI -FASPVS-VR-nsmisin UNIR SI IjwL R Z=+ =neas de TranR R SR SI Z V VI I + =LL di > 80 k < 240 k Lnea media: > 80 km y < 240 km+ +ISIRR LVSVRC/2 C/2IXI -FASP- -nsmisin UNIM d lneas de TranModelo tL= + = jwC Y jwL R Z| | + = I Z V VX R S| | | ||.|

\|+ =2ZY Y VYV I IR R X||

|||

|+|.|

\|+ =|.|

\|+ + = 12 2ZY ZY YZI VZY Y VI Z V VR RRR R SI -FASP|.|

\|+ +|.|

\| + = + = 12 412IZY ZYY VYV I IR R S X Snsmisin UNI((

((

=((

IVD CB AIVRRSSneas de Tran||

| + = = + = = 1 1dondeZYY C Z BZYD AL|.

\ + +4121 Y C Z B D ALas constantes generalizadas de la lnea A, B, C y D son nmeros complejosL di > 80 k < 240 k Lnea media > 80 km < 240 kmISIR+ +S RR/2L/2I -FASPVSVRCnsmisin UNI- -M d l Tneas de TranModelo TP l i t d di i lLPoco usual porque inserta un nodo adicionalL l > 240 k (150 i) Lnea larga > 240 km (150 mi)ISIRdR dL+ +dRdLI -FASPVS-VR-dCnsmisin UNI- -dxneas de TranSe visualiza como un nmero infinito de diferencialesdecircuitost delongituddxLdiferenciales de circuitos t de longitud dxFIN DE LA EXPOSICION FIN DE LA EXPOSICIONMUCHAS GRACIAS MUCHAS GRACIASPOR SU ATENCIN POR SU ATENCINI -FASPPOR SU ATENCIN POR SU [email protected] [email protected] UNI@@UNI Lima Per UNI Lima PerLIMALIMA -- Telf. (051) 1 222 7069Telf. (051) 1 222 7069 -- (051) 1 9995 8271 (051) 1 9995 8271neas de TranL