Fundamentos de la transmisión de energía eléctrica: voltaje, transmisión de larga distancia y tecnología de conductores

1. Clasificación de los niveles de tensión

En las líneas eléctricas aéreas, el voltaje nominal se determina en función de la magnitud de la potencia transmitida y la distancia de transmisión. En términos generales, cuanto mayor sea el voltaje, mayor será la potencia transmitida y mayor será la distancia de transmisión. Por ejemplo, para una línea eléctrica aérea de 35 kV, cuando la distancia de transmisión es de alrededor de 50 km, la potencia de transmisión general es de 10,000 a 20,000 kW. Para líneas de 110 kV, cuando la distancia de transmisión es de aproximadamente 100 km, la potencia de transmisión es de 30.000 a 60.000 kW. Para líneas de 220 kV, cuando la distancia de transmisión es de 200 a 300 kilómetros, la potencia que se puede transmitir es de 200.000 a 250.000 kW. Generalmente, se clasifica de la siguiente manera:

(1) 220 / 380V es bajo voltaje;

(2) 3, 6, 10 y 20 kV se denominan voltaje medio.

(3) 35 kV, 110 kV y 220 kV se denominan alto voltaje.

(4) 330 kV, 500 kV y 750 kV se denominan voltaje ultra alto.

(5) 1000kV se llama voltaje ultra alto.

2. ¿Por qué necesitamos la transmisión de energía a larga distancia?

El 76% de los recursos de carbón de China se distribuyen en el norte y el noroeste. El ochenta por ciento de los recursos hidroeléctricos se distribuyen en el suroeste. La gran mayoría de los recursos de energía eólica y solar terrestre se distribuyen en el noroeste. Mientras tanto, más del 70% de la demanda de energía se concentra en las regiones oriental y central, a saber, el delta del río Yangtze, el delta del río Perla, el borde de Beijing-Tianjin-Tangshan Bohai y otras áreas. La distancia entre la base de energía y el centro de carga es de 1.000 a 3.000 kilómetros. La construcción de fuentes de energía a gran escala en el área del centro de carga estará restringida por cuestiones como el transporte de carbón y la capacidad ambiental. Además, la construcción de energía térmica puede depender del transporte de carbón, pero para la energía hidroeléctrica y eólica, es imposible transportar agua y viento de la misma manera que el carbón y, por lo tanto, es aún más imposible de lograr. Por un lado, es imposible construir fuentes de energía a gran escala; Por otro lado, solo puede suspirar ante las preciosas fuentes de energía limpia, como la energía hidroeléctrica y la eólica. Por lo tanto, construir fuentes de energía en las regiones occidental y septentrional ricas en recursos energéticos y luego entregar electricidad a los centros de carga se ha convertido en la mejor opción. Sin embargo, con el rápido desarrollo de la economía de China, la estructura actual de la red con líneas de ultra alto voltaje de 500 kV como red principal ha mostrado las desventajas de la pequeña capacidad de transmisión y la incapacidad de lograr una transmisión de gran alcance y larga distancia. Es imperativo establecer una estructura de red con un nivel de voltaje más alto. Las redes eléctricas de ultra alto voltaje se refieren a redes de transmisión con niveles de voltaje de CA de 1000 kV y niveles de voltaje de CC de ±800 kV y superiores. Su característica más destacada es la capacidad de transmitir electricidad a largas distancias, en grandes capacidades y con bajas pérdidas. Basado en la energía natural, la capacidad de transmisión de una línea de transmisión de ultra alto voltaje de 1000 kV CA supera los 5 millones de kW, que es casi cinco veces mayor que la de una línea de transmisión de CA de ultra alto voltaje de 500 kV. La capacidad de transmisión de las líneas de ultra alto voltaje de ±800 kV CC alcanza los 7 millones de kW, que es 2,4 veces mayor que la de la mayoría de las líneas de CC de ultra alto voltaje de ±500 kV actuales.

3. Forma de transmisión

Hay dos formas básicas de transmisión de energía: una son las líneas aéreas de transmisión para la transmisión de energía; Otro tipo es la transmisión por cable de alimentación. Existen principalmente dos tipos de métodos de transmisión de energía: transmisión de CA y transmisión de CC. La llamada transmisión de CA generalmente se refiere a la transmisión de CA trifásica. La transmisión de corriente continua incluye la transmisión de corriente continua de dos terminales y la transmisión de corriente continua multiterminal. La gran mayoría de los proyectos de transmisión de corriente continua son de transmisión de corriente continua de dos terminales. Para la transmisión de CA, la red de transmisión está compuesta por transformadores elevadores en subestaciones elevadoras, líneas de transmisión de alto voltaje y transformadores reductores en subestaciones reductoras. Para la transmisión de CC, su función de transmisión es realizada por las líneas de transmisión de CC y varios equipos convertidores, incluidos equipos primarios y secundarios, en las estaciones convertidoras en ambos extremos. En la red de transmisión de energía, las líneas de transmisión, postes y torres, las cadenas de aisladores, los cables y accesorios aéreos de tierra, etc. se denominan equipos de transmisión. Las líneas eléctricas aéreas son la construcción de conductores de transmisión en postes y torres con aisladores y herrajes, manteniendo los conductores a cierta distancia del suelo y los edificios. La transmisión de energía aérea tiene las ventajas de una baja inversión y un mantenimiento y reparación convenientes y, por lo tanto, se ha aplicado ampliamente. Su inconveniente es que es vulnerable a desastres naturales como el viento, la nieve y los rayos.

Las líneas de cable eléctrico utilizan cables eléctricos enterrados bajo tierra o colocados en zanjas de cables para transmitir energía eléctrica. Las ventajas de las líneas de cable son que ocupan menos espacio, no se ven afectadas por interferencias externas, son seguras y confiables, y no afectan el enverdecimiento y el orden del suelo. Las desventajas son que el costo del proyecto es alto y es bastante difícil inspeccionar y manejar accidentes. Las líneas de cable se utilizan principalmente en algunas líneas de distribución de energía urbana y para la transmisión de energía a través de ríos y mares.

4. Cable

Los conductores son los componentes principales de las líneas aéreas. Son responsables de transmitir energía eléctrica. Los conductores se colocan en postes a través de aisladores. Además de soportar su propio peso y fuerzas externas como el viento, la lluvia y la nieve, también tienen que soportar la erosión de las impurezas químicas en el aire. Por lo tanto, los conductores deben tener buena conductividad eléctrica, suficiente resistencia mecánica y resistencia a la corrosión. Y debe ser lo más liviano y económico posible. Los materiales de los conductores son metales como el cobre y el aluminio. En las líneas de transmisión, se utilizan principalmente cables trenzados de aluminio con núcleo de acero, que se caracterizan por su alta resistencia mecánica y peso ligero. Los conductores divididos son un tipo de método de montaje de conductores adoptado en líneas de transmisión de larga distancia de alto voltaje para suprimir la descarga de corona y reducir la reactancia de la línea. Es decir, cada fase del conductor está compuesta por 2 a 8 subconductores con diámetros más pequeños, que están aislados y fijados por varillas espaciadoras. La distancia entre cada subconductor es de 0,2 a 0,5 metros, y están dispuestos en forma poligonal simétrica en los vértices de las varillas espaciadoras. Los conductores divididos se utilizan principalmente en líneas con voltajes de 220 kV y superiores. Generalmente, se clasifican en varios tipos, como cables de dos divisiones, cables de tres divisiones, cables de cuatro divisiones, cables de seis divisiones y cables de ocho divisiones.

En el proceso de transmisión de energía, la clasificación de los niveles de voltaje, la necesidad de transmisión de energía a larga distancia, la selección de formas de transmisión de energía y el diseño de los conductores son factores cruciales. Con el rápido desarrollo de la economía de China y el continuo aumento de la demanda de energía, la construcción de redes eléctricas de ultra alto voltaje se ha vuelto particularmente importante. No solo permite la transmisión de energía de larga distancia, gran capacidad y baja pérdida, sino que también transporta de manera efectiva abundante energía limpia desde regiones ricas en recursos hasta los centros de carga. Al elegir racionalmente los métodos de transmisión aérea y de transmisión por cable, así como al adoptar materiales conductores de alto rendimiento, podemos abordar mejor los desafíos de la transmisión de energía futura y garantizar el funcionamiento seguro, estable y eficiente del sistema de energía. De cara al futuro, con el avance continuo de la tecnología y las demandas cambiantes de electricidad, el campo de la transmisión de energía será testigo de más innovaciones y desarrollos, brindando un fuerte apoyo para lograr una utilización sostenible de la energía y el desarrollo coordinado de la economía y la sociedad.