Transmisión en C.A. y en C.D.

LÍNEAS DE TRANSMISIÓN ::.

Las líneas de transmisión están conformadas por conductores, aisladores, torres y un cable de protección contra rayos, este conjunto permite el transporte de energía eléctrica desde las plantas de generación hasta una subestación, conexión entre subestaciones o entre generadoras, se caracterizan por su longitud y gran capacidad de transporte de potencia y energía, en Colombia las líneas de trasmisión manejan niveles de tensión de 220-230 y 500 kV a frecuencias de 60 Hz.

TRANSMISIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA ::.

La transmisión de energía eléctrica se realiza en corriente directa o en corriente alterna.

TRANSMISIÓN HVDC (High Voltage Direct Current):

La transmisión de alto voltaje en corriente directa necesita como mínimo dos estaciones conversoras una de corriente alterna a directa en extremo de la central generadora y otra de directa a alterna en los centros de consumo, este tipo de transmisión es utilizado en la interconexión de sistemas con frecuencias diferentes, transmisiones a longitudes superiores a 500km, interconexiones submarinas extensas o en lugares en los que no hay espacio suficiente para el montaje de grandes estructuras.

Las ventajas que presenta la transmisión en corriente directa (C.D.) con respecto a la corriente alterna (C.A.), consiste en la disminución de costos en estructura debido al menor tamaño de las torres utilizadas en C.D. y los conductores ya que se puede utilizar solo uno o dos y no tres o mas como en C.A., así como la disminución en perdidas de transmisión por calentamiento y efecto corona.

Ejemplo:

Transmisión HVDC – Itaipu – Brasil

Esta es la transmisión en HVDC más grande del mundo con dos acoplamientos importantes en HVDC de ABB que abastecen a Sao Pablo.

El proyecto de la transmisión en HVDC de Itaipu en el Brasil, propiedad de Furnas Centrais Elétricas en Río de Janeiro (compañía de Elétrobras), es sin duda alguna la transmisión más impresionante en HVDC a nivel mundial. Tiene una energía total de 6300 MW y una tensión de ±600kV.

La transmisión en HVDC de Itaipu esta constituida por dos líneas bipolares que trasportan la energía generada a 50 Hz en las 12 plantas de la hidroeléctrica Itaipu de 600 MW, propiedad de Itaipu Binacional, a la red de 60 hertzios en São Paulo, en el centro industrial del Brasil.

La transmisión HVDC fue elegida básicamente por dos razones: en parte para poder proveer de energía eléctrica, producida por los generadores a 50 Hz, al sistema de 60 Hz de sao pablo, y en parte porque un acoplamiento en HVDC era preferible desde el punto de vista económico por la gran distancia involucrada.

Las estaciones conertidoras Foz do Iguaçu e Ibiuna representan un avance considerable en tecnología en HVDC. Las dos estaciones son únicas en su combinación de tecnología avanzada.

La transmisión en corriente directa utiliza dos tipos de conexión:

Monopolar:
Utiliza un solo conductor para llevar la energía de una central conversora a otra y la tierra o el mar actúan como retorno de ella, reduciendo el costo de interconexión y las perdidas ya que el recorrido de retorno tiene una amplia sección transversal, lo que hace su resistencia es mínima.

Bipolar:
Consiste en la combinación de dos sistemas monopolares uno con polaridad positiva y otro con polaridad negativa con respecto a tierra, cada sistema puede funcionar como monopolar con retorno por tierra, si se presenta falla en alguno de los dos sistemas este se puede utilizar como retorno.

Los sistemas HVDC se pueden configurar de diferentes maneras:

- Back to Back:
Es empleada en la conexión de dos sistemas que se encuentran en la misma subestación y trabajan a frecuencias diferentes, los sistemas pueden ser monopolares o bipolares.

- Punto a Punto:
Es utilizada en la conexión de dos subestaciones cuando el sistema HVAC resulta muy costoso o cuando el sistema HVDC es el único viable, en este caso una de las subestaciones funciona como rectificador y la otra como inversor; además la configuración punto a punto es empleada en conexiones submarinas, permite la transmisión a cargas aisladas.

- Multiterminal:
Cuando es necesaria la conexión de tres o más subestaciones se emplea la configuración multiterminal, esta conexión se puede realizar en serie, la condición es que ninguna subestación puede consumir mas del 10% de la potencia total de la estación conversora, para no afectar el nivel de tensión que cae en las demás; la conexión en paralelo se realiza cuando todas las subestaciones consumen mas del 10% de la potencia total de la estación conversora y la conexión mixta emplea una combinación de las dos conexiones anteriores.

- Unitario:
En este tipo de configuración, la estación conversora es conectada directamente al generador, por lo cual la generación se puede considerar en corriente directa, de esta forma se puede aprovechar la velocidad de las turbinas para generar energía en cualquier momento independientemente de la frecuencia.

En los sistemas HVDC existen diferentes tecnologías según el convertidor empleado:

Tecnología clásica o LCC (Line Commutated Converter):
Utiliza tiristores o SCR como convertidor, permite controlar el encendido de los dispositivos del convertidor, pero no el corte de estos, con esta tecnología se puede regular la potencia activa más no la reactiva.

Tecnología VSC (Voltage Source Converter):
Utiliza como convertidor IGBT, con el uso de esta tecnología se puede controlar el encendido y apagado de los dispositivos del convertidor, permite regular independientemente la potencia activa y reactiva del sistema.

En 1882 se realizo el primer tendido para transmitir energía eléctrica en alto voltaje, consistía en una línea de 2kV de corriente continua, de 50km de longitud entre Miesbach y Munich (Alemania) a una potencia de 1.5kW.

En la actualidad la capacidad de transmisión en HVDC es de 70.000 MW de los cuales aproximadamente un 12% (˜8.000 MW) corresponden a cables subterráneos / submarinos y el restante a líneas aéreas (˜62.000 MW).

La potencia de transmisión depende de la tecnología utilizada, en este momento, la tecnología LCC transmite tensiones de 500kV a una potencia de 1500 MW entre Three Gorges y China; la tecnología VSC es empleada en Cross Sound (Estados Unidos) con una potencia de 330 MW con tensiones aproximadas de 150kV.

En Colombia hasta el momento no se emplea la transmisión en corriente directa, pero en el proyecto de conexión con Panamá, dos de las alternativas contempla la utilización del sistema HVDC de la siguiente manera:

La alternativa dos consiste en una línea a 250kV en HVDC, entre Cerromatoso y Panamá II, con una longitud aproximada de 514km, el trayecto será submarino y aéreo, el primero con una longitud aproximada de 51km y el segundo con una longitud total de 463km.

En la alternativa tres se utilizarán una línea aérea de 571Km de longitud a 250KV en HVDC desde Cerromatoso hasta Panamá II.

TRANSMISIÓN EN CORRIENTE ALTERNA ::.

La transmisión de alta tensión en corriente alterna es la más utilizada, ya que la energía a la salida de las centrales de generación y la suministrada a los centros de consumo es en corriente alterna, lo que hace que la transmisión se realice de manera directa sin necesidad de convertidores como en el caso de la transmisión en HVDC, pero, si se hace necesario la utilización de transformadores para elevar el nivel de tensión de la etapa de generación, en Colombia 13,8kV y así disminuir la corriente requerida para transportar una potencia determinada, y con esto lograr disminuir las perdidas de potencia por efecto de calentamiento del conductor (efecto Joule) y reducir el calibre del conductor requerido para el transporte de potencia.

Al llegar la potencia a los centros de consumo se realiza nuevamente una etapa de transformación de tensión, esta vez de reducción, con el fin de suministrar energía a los consumidores, la utilización de este tipo de transmisión es rentable para longitudes inferiores a 500km en líneas aéreas y 130km en líneas submarinas.

Las frecuencias de operación en transmisión en corriente alterna son 50 Hz en Europa y en algunos países suramericanos como Chile y Argentina y 60 Hz en países como Colombia, Venezuela, Perú, Brasil.

Los niveles de tensión empleados en transmisión varían según cada país, por ejemplo en Venezuela se trabajan con tensiones de 230, 400 y 765kV con longitudes totales de aproximadamente 370, 2.743 y 2.066km respectivamente y en Colombia 230 y 500kV con longitudes de 10.999 y 1449km aproximadamente.