Análisis comparativo de métodos de cálculo de pérdidas por efecto Corona en líneas de transmisión de corriente directa

Abstract

RESUMEN: En varios países alrededor del mundo las líneas de transmisión de alta tensión de corriente directa (ATCD) han llegado a ser una opción bastante viable, sobre todo para la transmisión de energía eléctrica a grandes distancias. Lo anterior debido a las ventajas que este tipo de tecnología presenta en comparación a las líneas de corriente alterna. Debido a la transmisión de energía eléctrica en alta tensión, se generan campos eléctricos en la superficie de los conductores que llegan a superar la rigidez dieléctrica del aire que los circunda, dando lugar a un fenómeno llamado efecto corona. Este fenómeno tiene como consecuencias principales pérdidas de energía, interferencia electromagnética, ruido audible, distorsión de ondas, entre otros. Las pérdidas de energía debidas al efecto corona, que generalmente se miden en kW/km, representan costos económicos, por lo cual este es un factor importante que se debe considerar en el diseño de una línea de transmisión. En el presente trabajo se realizó el análisis comparativo de tres métodos de cálculo de pérdidas por efecto corona en una línea de transmisión bipolar de corriente directa considerando tres opciones de configuración de haz: 2x2312 MCM, 3x1272 MCM y 4x795 MCM, la evaluación se llevó a cabo considerando dos niveles de tensión: 500 kV y 600 kV para una longitud de 610.5 km y una potencia de transmisión de 3000 MW. También se consideraron dos condiciones ambientales: buen clima (seco, sin contaminación) y mal clima (húmedo, lluvia, contaminación). La comparación de las pérdidas por efecto corona en las configuraciones de conductores descritas anteriormente se empleó para determinar cuál es la opción más conveniente para transmitir potencia, siendo tal la configuración 4x795 MCM ya que presentó menores pérdidas por efecto corona. Los cálculos que se realizaron por medio de los tres métodos propuestos por diferentes autores fueron programados en MATLAB®, y los resultados que arrojaron fueron comparados con valores obtenidos mediante mediciones experimentales efectuadas en una línea de prueba y publicados en trabajos de investigación previos. Adicionalmente, los valores de campo eléctrico en la periferia de los conductores fueron simulados en el programa COMSOL Multiphysics®. De manera comparativa se calcularon las pérdidas por efecto Joule y las pérdidas por efecto corona en corriente alterna para ser contrastadas con las obtenidas en corriente directa y se realiza un análisis económico del costo monetario de estas pérdidas, así como del desarrollo de un proyecto de esta índole. Finalmente se identificó un método de cálculo de perdidas por corona que arroja resultados muy aproximados a los obtenidos en mediciones experimentales y con su aplicación en las tres configuraciones de haz evaluadas se observó que las menores pérdidas por efecto corona se tienen en las configuraciones de haz con mayor número de subcondcuctores, entre otros aspectos. A la vez en la comparación con las pérdidas por efecto Joule y con las pérdidas por efecto corona en corriente alterna se apreció la ventaja de las líneas de transmisión de corriente directa para transmitir potencia a largas distancias.