“LINEAS DE TRANSMISION” UNIVERSIDAD C ONTINENTA ONTINENTAL L
Medina A,
Transmisiòn de Energía en Corriente Continua Ata Tension !"VCD# Since the beginning of the power transmission has been implemented current transmission, but the ease of processing and transmission of alternating current use and building large-scale installation by restricting the use of direct current to minority environments. However, research in this field has not been abandoned, taking advantage of the the rapi rapid d deve develo lopm pmen entt that that has has take taken n power electronics in manufacturing rectifiers and and inve invert rter erss which hich grea greatltlyy faci facililita tate te the the implementation of the HVDC system. . !"#$D%CC&! 'a Corriente Corriente continua continua de alta tensi(n )HVDC tensi(n )HVDC por sus siglas en ingl*s, High Voltage Direct Curr Curren ent+ t+ es un sist sistem ema a de tran transp spor orte te de energa el*ctrica utiliado en largas distancias. Habitualmente, Habitualmente, se utilian corrientes corrientes alternas para para el tran transp spor orte te y uso uso dom* dom*st stic ico o de la electricidad. electricidad. rincipalmente, rincipalmente, debido a /ue se puede puede convert convertir ir con transformadores de transformadores de una tensi(n a tensi(n a otra. 0s se utilian tensiones muy altas para el transporte el*ctrico y tensiones m1s ba2as y seguras para uso dom*stico. 'a t*cnica HDVC es la primera elecci(n elecci(n para un trans transpo porte rte efici eficient ente e de la corri corrient ente e en tray trayec ecto toss larg largos os )345 )3455 5 km+ y con con cabl cables es martimos. 6n los territorios e7tensos con un gran gran n8me n8mero ro de pobl poblac aci( i(n, n, las las lne lneas as de tran transm smis isi( i(n n de alto alto volt volta2 a2e e en corr corrie ient nte e cont contin inua ua tran transf sfie iere ren n actu actual alme ment nte e vari varios os gigavat gigavatios ios de potenci potencia a el*ctri el*ctrica ca con hasta hasta 955 kV de tensi(n a lo largo de miles de kil( kil(me mettros. ros. 'a corr corrie ient nte e proc proced eden ente te de par/ues e(licos en ultramar ale2ados de la costa puede suministrarse a la red usual de forma eficiente gracias a la transmisi(n de alto volta2e en corriente continua. . 0'"0 0'"0 "6!S&! 6! C$##6!"6 C$ ##6!"6 C$!"!%0 )HVDC+
6n la utiliaci(n de lneas de transmisi(n en corriente alterna se encuentran los efectos ambientales, ya /ue los conductores generan camp campos os elect electro roma magn gn*t *tico icos. s. $tros $tros de los los inconven inconvenient ientes es est1n est1n relaciona relacionados dos con las instalaciones de las torres necesarias para tran transp spor orta tarr y sost sosten ener er el cabl cablea eado do y las las limi limita taci cion ones es en la dist distan anci cia a m17i m17ima ma /ue /ue puede haber entre torre y torre. :racias a todas estas limitaciones diferentes empresa empresas, s, universid universidades ades y gobierno gobiernos, s, han desa desarr rrol olla lado do plan planes es de inve invest stig igac aci( i(n, n, desarroll desarrollo o e implem implement entaci( aci(n n de diferent diferentes es m*todos de transporte de energa, tal como el HVDC HVDC.. 0un/u un/ue e dich dicha a tecn tecnol olog oga a,, fue fue estudi estudiada ada inclu incluso so ante antess /ue /ue las lnea lneass de tran transm smiisi(n si(n conv conven enci cion onal ales es )cor )corri rien ente te alterna+, no fueron implementadas, debido a /ue la tecnologa necesaria para su aprovechamiento, en el momento, no estaba lo suficientemente desarrollada, por lo /ue los sistemas HVDC eran m1s costosos /ue los de transmisi(n en alterna. 'os avances /ue se han producido en la elec electr tr(n (nic ica a de pot potenci encia a de las 8lt 8ltimas imas d*cadas, han permitido /ue los sistemas de HVDC sean hoy una realidad. 0ctualmente en el mundo e7isten m1s de ;5 proyectos /ue implementan sistemas HVDC, sumando m1s de <5 := de potencia total instalada. 'a inst instal alac aci( i(n n de lne lneas as de tran transm smis isi( i(n n HVDC presenta una serie de venta2as frente HV0C, HV0C, entre ellas> ?+ %na %na lne lnea a de trans ransmi misi si(n (n a*re a*rea a con con tecnologa HVDC puede ser dise@ada de tal forma /ue su coste sea inferior, por unidad de longitud, en comparaci(n con una lnea HV0C, HV0C, de la l a misma potencia. A+ 'a capac capacida idad d de impl implem emen enta tarr siste sistema mass HVDC con lneas subterr1neos o subm submar arin inas as,, perm permitite e en much muchos os caso casos, s, acortar distancias y por ende, costos.
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B+ 'os sistemas de HVDC permiten longitudes de las lneas de transmisi(n del 0un/ue este tipo de tecnologa no mane2a orden de los 55 km mientras /ue las de valores de potencia tan altos como la cl1sica HV0C se encuentran por el orden de los 5 )su potencia se encuentra en el orden de ? km. := con una tensi(n de apro7imadamente B55 kV+, posee caractersticas especiales 4+ 'a capacidad de interconectar redes /ue la hacen atractiva a la hora de su el*ctricas asncronas, es una de las venta2as implementaci(n> /ue presenta esta tecnologa. Capacidad de conmutar a altas frecuencias, . C$E$!6!"6S D6 %! SS"6E0 HVDC permitiendo obtener una respuesta din1mica r1pida y reduciendo el tipo de arm(nicos a 'os sistemas HVDC cuenta con dos mane2ar, por lo cual se pueden dimensionar convertidores de potencia, )uno en cada uno filtros de menor tama@o, peso y costo. de los e7tremos de la red+, inductancias de lnea, filtros de 0C a la salida de cada Control independiente de la potencia activa convertidor y cables conductores /ue y reactiva. . comunican la estaciones. 'as caractersticas de cada uno de estos componentes dependen del tipo de tecnologa implementada en la construcci(n del sistema HVDC. Fste tipo de tecnologa se divide en dos tipos, la convencional y la VSC HVDC. V. HVDC C'0SSC. 'a tecnologa convencional HVDC tiene como caracterstica principal /ue sus Iig ?. Componente de un sistema HVDC convertidores de potencia se basan en semiconductores tales como los tiristores o SC#. 'a desventa2a de este tipo de 0un/ue muchos de los consumos instalados funcionan con corriente semiconductores es /ue estos solo permiten actualmente controlar el encendido, no su corte, por lo continua, todos ellos est1n dise@ados para cual es posible 8nicamente controlar la realiar la conversi(n desde el nivel de corriente alterna al /ue est1n conectados al potencia activa y no la reactiva. de continua necesario para su 6ntre sus venta2as se encuentra la capacidad funcionamiento. Del mismo modo, la de mane2ar muy altas potencias, del orden generaci(n de energa el*ctrica se realia en los -< := con altos niveles de tensi(n, 955 0C. 6sto significa /ue, para transportar la energa utiliando HVDC, es necesario kV apro7imadamente. convertirla de 0C a DC para posteriormente realiar la transformaci(n inversa, de DC a 0C. 'os principales elementos en este doble V. VSC-HVDC proceso son> 6l segundo tipo de tecnologa HVDC est1 basada en convertidores de potencia con Convertidores 0CJDC )rectificadores+ y topologa VSC o Voltage Source Converter DCJ0C )inversores+. "ransformadores de conversi(n. con semiconductores de potencia del tipo 'neas de transporte. :G".
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Iiltros 0C y DC. V. I'"#$S
V. C$!D6!S0D$#6S 6! S6#6.
Debido al alto contenido de arm(nicos generados en el convertidor, es necesaria la instalaci(n de filtros tanto en el lado de 0C como en el de DC. 67isten valores lmite tipo en funci(n de la clase de interferencia a atenuar. 0lgunos de estos valores son>
'os condensadores serie en el lado 0C siguen el concepto utiliado en los CCC )Capacitor Commutated Converters+. 6l ob2etivo es me2orar el comportamiento din1mico, principalmente en sistemas con ba2a potencia de cortocircuito o lneas HVDC largas. 6ste sistema, unido a pe/ue@os filtros, me2ora la calidad de la se@al reduciendo el riado y la demanda de energa reactiva.
6n frecuencias entre ?5 kH y 55 kH deber1 generarse un ruido inferior a KB5 dGm )5 dGm L 5,<<V, ? M= sobre 55 N y un ancho debanda de 4 kH+. 6n el rango de radiofrecuencia de 55 kH a B5 EH deber1 cumplirse la norma 6!V5?A?- )?;;+. 6l ruido por efecto corona cerca de la estaci(n de conversi(n y lneas a*reas no debe e7ceder los ?55 MVJm entre los 55 kH y los B5 EH.
6stos condensadores se sit8an entre el transformador y el puente de v1lvulas para reducir la corriente causada por la capacidad de los cables en caso de descone7i(n y el fallo del inversor. 6sto se debe a /ue, en este punto, la corriente est1 controlada y, por lo tanto, determinada por el convertidor. Q. "#0!SES&! CC
'a transmisi(n de corriente continua se basa en convertir la corriente alterna en continua V. I'"#$S 0C en una estaci(n rectificadora, transmitir la 'os filtros en el lado 0C de la estaci(n de energa en una lnea bipolar de CC y conversi(n se encargan de absorberlos convertirla de nuevo en corriente alterna en arm(nicos generados por el convertidor y de una estaci(n inversora. proporcionar una parte de la potencia Desde el punto de vista del sistema, la reactiva /ue necesita el convertidor tecnologa de corriente continua simplifica la )depende de la potencia activa, la reactancia transmisi(n a largas distancias. 'as del transformador y el 1ngulo de control de estaciones rectificadora e inversora pueden controlar r1pidamente la corriente y la las v1lvulas+. 6l orden de los arm(nicos depende del tipo tensi(n y, por tanto, son adecuadas para de convertidor. or e2emplo, un Convertidor controlar el flu2o de potencia. 'a diferencia de de pulsos genera arm(nicos de orden n 1ngulo de fase entre los e7tremos transmisor O?, siendo en el orden del arm(nico. 6n uno y receptor no tiene importancia si la 8nica de ?A pulsos, en cambio, los arm(nicos son cone7i(n es de CC. 6n realidad, las redes de orden ?An O?. 6stas seran las conectadas pueden ser incluso asncronas, condiciones de funciona-miento ideal, pero ya /ue la corriente continua no tiene 1ngulos en condiciones de e7plotaci(n normal, de fase y no depende de la frecuencia. asimetras y otros defectos de la se@al, se 'as averas en lneas de CC o en producen arm(nicos no caractersticos de los convertidores har1n /ue aumente la convertidores, como los de BP orden, /ue frecuencia en el e7tremo generador y /ue tambi*n han de filtrarse. 6stos filtros pueden disminuya en el e7tremo receptor, a no ser ser de primer, segundo o tercer orden, con /ue haya suficiente capacidad de sobrecarga en el polo remanente y e7istan lneas de CC frecuencias de resonancia entre B y A4H.
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paralelas /ue controlen la diferencia de potencia.
'a lnea de fuga )Distancia m1s corta entre dos conductores, medida a lo largo del dispositivo /ue los separa. 6s el par1metro en el /ue se basa el dise@o de aisladores+ para C0 se basa en tensiones fase-fase, entre conductores, pero al trasladar estas distancias para los conductores en CC se debe tomar como referencia la tensi(n fase tierra, por lo /ue se debe multiplicar el factor dado por la norma por .
Iig. B. Con el sistema HVDC de 955 kV es posible transferir una potencia de hasta ?9.555 E= en un 8nico derecho de paso.
Q. 'R!60S D6 CC 0#0 %! SS"6E0 HVDC 'as lneas de transporte ya sean a*reas, subterr1neas o submarinas est1n siempre presentes salvo en configuraciones back-toback . 6n funci(n de la configuraci(n y la cone7i(n se emplear1 un determinado n8mero de conductores. Euchas instalaciones utilian electrodos para el retorno por tierra o mar, pero debido a la oposici(n por causas medioambientales es com8n emplear retorno met1lico por cable, aun/ue encareca la instalaci(n, adem1s en las 8ltimas instalaciones se instala 2unto con los conductores de CC un enlace de comunicaciones a base de fibra (ptica. Líneas aéreas: 'as lneas a*reas /ue se
emplean en el transporte HVDC tienen una serie de venta2as frente a las de transporte HV0C. 'as torres est1n mec1nicamente dise@adas como si de una lnea de C0 se tratara, aun/ue cabe se@alar diferencias en cuanto a la configuraci(n de los conductores, el campo el*ctrico y el dise@o de los aisladores. 6s en los aisladores donde las lneas de CC presentan problemas, ya /ue estos se dise@an a partir de la norma 6C59?, /ue marca los est1ndares para lneas de C0.
Iig. 4. "ipos de aisladores y caractersticas.
6n cuanto a los cables disponibles actualmente para las cone7iones subterr1neas y submarinas, algunos utiliados tambi*n en HV0C, el estado de la tecnologa es el siguiente> a) Cable de papel impregnado (mass impregnated cable): 6s el tipo m1s utiliado
en transmisiones HVDC. Se fabrica a partir de una varilla central, alrededor de la /ue se enrollan capas de hilo de cobre trenado, /ue se cubren con capas de papel impregnado en aceite y resinas formando un componente aislante de alta viscosidad. 6ste cable es despu*s envuelto en una capa de plomo para mantener aislado el medio ambiente de los componentes aislantes del papel impregnado. 'a capa /ue sigue se compone de polietileno e7truido para aportar la protecci(n anticorrosi(n, alrededor de la cual se aplica una capa de acero galvaniado /ue protege contra las deformaciones permanentes durante el tendido.
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b) Cable refrigerado por aceite (oil-filled cable): ertenece a un grupo de conductores
denominados SCII )Self-Contained Iluid Iilled+. 6l conductor est1 aislado mediante papel impregnado, igual /ue en el caso anterior, pero en este caso con un aceite de ba2a viscosidad. 0dem1s, el cable est1 recorrido longitudinalmente por un conducto a trav*s del /ue circula un aceite refrigerante. Debido al conducto de refrigeraci(n, la longitud de utiliaci(n /ueda limitada a alrededor de ?55 km, no as la profundidad, y su utiliaci(n es a veces discutida debido a los riesgos medioambientales /ue entra@a una posible fuga. 6ste cable se puede utiliar tanto para transmisiones HVDC como para transmisiones HV0C.
C$!I:%#0C&! D6' SS"6E0 6'FC"#C$ 6! HVDC 6stas configuraciones se establecen por el uso y aplicaciones /ue hasta hoy han tenido las redes en corriente continua. Sus configuraciones son>
c) Cable de polietileno reticulado o XLPE (Cross-Linked Poliethlene): 6l conductor
est1 formado por hilos de cobre aislados, como indica su denominaci(n, a base de capas de polietileno reticulado. 6l material aislante permite temperaturas de traba2o normal de hasta ;5PC y de A5PC en cortocircuito. 6l conductor Q'6 puede traba2ar a tensiones de B55 kV y alcana secciones de hasta B555mmA, aun/ue es el tipo de cable /ue m1s se ha investigado tanto para
transmisi(n HVDC.
Iig. Cone7i(n Homopolar
0. unto a punto. 'a configuraci(n punto a punto, se muestra en la figura y es la tipologa m1s utiliada para interconectar dos puntos a grandes distancias por medio de una lnea DC. 6ste tipo de configuraci(n consiste en dos estaciones convertidoras conectadas por medio de una lnea de transmisi(n, usualmente lneas submarinas. ermite la transmisi(n a cargas aisladas.
Iig. . Conductor Q'6 a+ HVDC. b+ HV0C trif1sico. c+ EV0C trif1sico )media tensi(n+.
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Iig.< Configuraci(n unto a unto
G. Gack-to-Gack 6sta configuraci(n es usada para conectar dos sistemas asncronos )a diferente frecuencia+ o tambi*n acoplamiento dos redes de la misma frecuencia nominal, lo cual se consigue a2ustando frecuencia de la red conectada al inversor y al rectificador. 6sta configuraci(n consiste en la intercone7i(n del rectificador y el inversor /ue se encuentran en la misma estaci(n convertidora, la intercone7i(n se efect8a por medio de una cone7i(n en DC, sin la necesidad de una lnea de transmisi(n. C. Eultiterminal> Cuando es necesaria la cone7i(n de tres o m1s subestaciones separadas geogr1ficamente se utilia la configuraci(n multiterminal. 6ste tipo de configuraci(n muestra las bases para crear el concepto de bus de transmisi(n en corriente continua. 67isten dos tipos de cone7iones multiterminales, una conocida como paralelo, /ue consiste en la intercone7i(n de los convertidores en paralelo y otra se conectaran los convertidores en serie. "ambi*n pueden e7istir cone7iones hibridas combinando serie y paralelo.
Iig.9 Eultiterminal en paralelo
Iig.; Eultiterminal en serie
Q. 0'C0C$!6S 6! 6!'0C6S HDVC 6l sistema HVDC cl1sico se usa frecuentemente para interconectar sistemas el*ctricos separados donde no es posible utiliar cone7iones tradicionales de corriente alterna> por e2emplo, en interfaces de sistemas de 5J5 H o cuando se re/uiere un control de frecuencia independiente de las redes separadas.
"ales cone7iones se realian a veces como sistemas adosadosT, es decir, el rectificador )estaci(n convertidora de C0 a CC+ y el inversor )estaci(n convertidora de CC a C0+ est1n situados en la misma instalaci(n. Euchas transmisiones HVDC de larga distancia )3 55 km+ conectan instalaciones generadoras )grandes centrales hidroel*ctricas y t*rmicas+ con puntos (ptimos de inyecci(n en la red. 'as transmisiones HVDC por cable son principalmente de tipo submarino )3 5 km+ y con frecuencia enlaan sistemas el*ctricos asncronos. 0ctualmente est1n en e7plotaci(n comercial unidades HVDC 'ight de hasta B5 E=, aun/ue se han desarrollado unidades de hasta 5 E=. 6l enlace entre las estaciones convertidores se hace actualmente con cables e7truidos sin aceites )terrestres yJo submarinos+, de hasta ?95 km de longitud.
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!ecnología #oltage $ource Con"erter (#$C): 6sta tecnologa ha entrado en uso
comercial reci*n a partir del a@o A555 para dar lugar a la moderna transmisi(n por medio de cables Q'6. Contrariamente a 'CC, tambi*n se puede aplicar para unir redes aisladas, como, por e2emplo, suministrar energa a partir de una fuente de generaci(n, hacia una isla remota sin generaci(n alguna )e7tremo final solo consumidor+. Iig. ?5. 6staci(n convertidor HVDC light.
Q. C$!V6#S$! HV0C - HVDC
V. V6!"0W0S X D6SV6!"0W0S D6' SS"6E0
0. Venta2as y desventa2as de los sistemas Dado /ue los sistemas de generaci(n HVDC el*ctrica, son operados en C0, se re/uiere 6n las venta2as podemos encontrar /ue> entonces convertirlos previamente en CC para su posterior transmisi(n por cables a - Enimas erdidas en 'neas de transporte. grandes longitudes. 6ste comple2o mecanismo de conversiones, implicar1 por lo - osibilidad del control total de tanto, el uso de estaciones Uconversoras en potencia activa. ambos e7tremos, para transformar C0 en CC en el punto de envo )?+, y CC a C0 en el - Corredor de paso menor en lneas HVDC, e7tremo receptor )A+,pero lo me2or es /ue las comparado con la misma potencia en lneas dos redes e7trema no estaran obligadas a HV0C. estar sincroniadas, ya /ue pueden tener diferentes frecuencias y diferentes tensiones, - 6liminaci(n de las perdidas por efecto de brindando la posibilidad hasta de poder unir corrientes de fuga entre conductores sistemas de transmisi(n de diferentes pases facilitando el intercambio y el comercio 6ntre las desventa2as m1s relevantes, est1n> energ*tico internacional. - 0ltos costos de los e/uipos de conversi(n. - mposibilidad del uso de transformadores para variar la tensi(n. Iig. ??. 6s/uema de conversi(n de HV0C 0 HVDC.
- !ecesidad generar al final de la lnea, la potencia reactiva re/uerida por la carga.
67isten dos t*cnicas lograr la conversi(n de C0 a CC y viceversa>
- #e/uerimiento de controles comple2os.
!ecnología Line Commutated Con"erter (LCC): Ha e7istido por varias d*cadas para
usos marinos, con cables tipo E )masa impregnada+. 6sta tecnologa re/uiere interconectar necesariamente dos puntos de potencia activa en cada lado del enlace.
Q. C$!C'%S&! 'a transmisi(n de corriente directa en alta tensi(n permite visualiar las venta2as /ue presenta ante los sistemas tradicionales de
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transmisi(n de corriente alterna, tanto en el volumen de potencia /ue se puede transferir, como en las cuestiones econ(micas por la instalaci(n de los sistemas de transmisi(n y conductores el*ctricos. 'os sistemas para transmisi(n de alta tensi(n en corriente continua )HVDC+, permiten transmitir hasta tres veces m1s megavatios a trav*s del uso de las mismas torres de alta tensi(n, y de los mismos cables subterr1neos con sistemas de C0Y y pasan a posicionarse como la tecnologa de elecci(n para la transmisi(n masiva a largas distancias. Solo en 6uropa, m1s de ?5.555 Zm de transmisi(n en HVDC se encuentra actualmente en servicio. or otra parte, dada la creciente dificultades en obtener permisos para las nuevas lneas de energa en onas urbanas y rurales, el HVDC pasar1 finalmente a ser la 8nica soluci(n para el aumento de capacidades de transporte tambi*n en distancias m1s cortas. ?. Con este estudio del arte referente a la transmisi(n en HVDC, se analia /ue se podran solucionar problemas com8nmente dados en la transmisi(n convencional, como las perdidas por distancias, inestabilidad de la transmisi(n y cone7iones de sistemas en diferentes frecuencias. A. 0l ver la eficiencia de esta tecnologa esta se podra implementar a un estudio para llegar a onas no interconectadas por este medio de transmisi(n de energa QV GG'$:#0IR0 ?+ ngeniera "*cnica ndustrial. UTransporte de energía eléctrica en corriente continua enlaces hvdc-vsc.” Eonte #ubio Die, Eario.
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