TEMA 8 - TRANSMISION EN CORRIENTE CONTINUA.
Introducción
El desarrollo de las aplicaciones industriales de la electricidad que iniciaron a fines del siglo XIX, se oriento sobre dos caminos, la corriente continua y la corriente alterna, esta ultima en distintas frecuencias exigidas en algunos casos por distintas necesidades 15, 25, 42, 45, 50 Hz, 60 Hz... estas se fueron unificando en las hoy difundidas 50 y 60 Hz, ciertas aplicaciones mas modernas hicieron aparecer los 400 Hz...
Si se analiza cual es la mejor frecuencia para la transmisión de energía eléctrica a gran distancia, se observa que 50 Hz es mejor que 60 Hz, y si intenta optimizar se llega a la conclusión que a menor frecuencia, mejor transmisión... el problema aparece en la transformación necesaria para inyectar en la línea la energía generada o utilizar la energía transportada.
Como la transmisión a gran distancia apareció recién en 1930, en la búsqueda de la frecuencia optima esta necesidad no fue considerada, y cuando apareció la necesidad la frecuencia era ya una adopción generalizada y entonces indiscutible.
También apareció una necesidad de transmitir energía a través de canales o a través de estrechos en el mar, la solución de cables en corriente alterna se hizo imposible a partir de los 50 - 100 km, en la década del 60 aparecieron las primeras transmisiones en corriente continua, con los dispositivos tecnológicos entonces disponibles (enormes válvulas de vapor de mercurio).
En algunos países la convivencia entre 50 y 60 Hz exigió también la realización de interconexión entre los dos sistemas, la propuesta también se resolvió con corriente continua, otra necesidad se presenta cuando se trata de separar un gran sistema de corriente alterna en sistemas menores, para evitar ciertos problemas (niveles de cortocircuito excesivos, por ejemplo, o problemas de oscilaciones).
Planteando el problema hoy, la transmisión en corriente continua puede ser comparada con la transmisión con corriente alterna y si se desarrolla bien la comparación se encuentran ventajas importantes en la corriente continua.
Tipos de líneas
La transmisión en corriente continua submarina se puede realizar con uno o dos conductores (cables). Con un solo conductor el retorno se hace a través del agua, existen instalaciones de este tipo (entre Dinamarca y Suecia).
Las líneas aéreas también se pueden hacer con retorno por tierra, aunque es más normal proyectarlas como bifilares, y que trabajen con la tierra como retorno solo durante las condiciones de falla de uno de sus conductores.
Sin embargo puede ser propuesta una línea unifilar, o dos líneas unifilares que integren una transmisión bifilar, cuando se plantean soluciones técnicas de avanzada se debe dejar que la imaginación de desarrolle libremente, los prejuicios impiden frecuentemente las buenas soluciones que la técnica ofrece (se debe superar la objeción "nunca se hizo así..." o "esa solución nunca se ha hecho en nuestro medio").
La instalación completa
El sistema de transmisión en continua incluye la línea propiamente dicha, las instalaciones rectificadora y onduladora, filtros, bancos de compensación e instalaciones convencionales de corriente alterna en los extremos.
Podemos observar el modelo que propone el programa HVDC, en la
figura se observan:Los significados de datos se observan al señalar el nombre de los mismos durante la ejecución del programa, en la
figura 2 se han volcado los nombres de los datos cerca de los puntos que corresponden a su significado, y algunos resultados, lógicamente los datos deben ser correctos para que el programa no informe error.Los cálculos realizados por el simulador HVDC nos permiten observar las distintas condiciones de transmisión que se pueden presentar en un sistema de transmisión en corriente continua, y en particular los ángulos característicos de la transmisión lado rectificador, solo con el objeto de recordar la
figura alfa muestra el ángulo llamado de disparo (ángulo de encendido, medido desde el punto de conmutación natural), y la figura mu muestra el ángulo llamado de conmutación (ángulo de traslape, en el cual dos válvulas conducen durante la conmutación de corriente).Otro ángulo característico del lado inversor (donde se regenera la corriente alterna) es el ángulo gamma de conmutación (de extinción) medido desde que la corriente se anula, hasta que la tensión cruza el cero.
Con el ángulo alfa se controla la amplitud de la tensión, el ángulo mu es consecuencia de las características del equipo rectificador.
Las figuras muestran la influencia del ángulo alfa solo (supuesto mu = 0) y del ángulo mu solo (supuesto alfa = 0), el sistema en funcionamiento presenta los dos ángulos.
Esencialmente una interconexión en corriente continua consiste en dos convertidores AC / DC (corriente alterna / corriente continua) conectados entre si en sus lados de DC (corriente continua). Entre los convertidores puede haber una línea o un cable de cierta longitud, también puede darse el caso de interconexión sin línea (back to back).
Veamos todo esto un poco mas en detalle,
figura 09 muestra un puente rectificador de 6 pulsos (convertidos de 6 pulsos) que convierte la energía del sistema trifasico (en el secundario del transformador) en corriente continua.Observando la tensión del conductor positivo respecto del centro estrella de la fuente se observan tres pulsos, la misma observación puede hacerse en el conductor negativo, también se observan tres pulsos, pero desfasados respecto de los anteriores, Se comprende como aparecen los seis pulsos al observar la tensión entre positivo y negativo.
Si se tiene el rectificador en plena conducción, es posible observar la onda de tensión rectificada como muestra la
figura 12 notándose el valor medio que asume la tensión. La tensión que se observa es para alfa = 0 y su valor medio es:Ud = Udl0 = 3 * (RAIZ(2) / PI) * U
Sin embargo como ya dicho se presenta un ángulo de conmutación, y además el control del valor de la tensión continua exige manejar un ángulo de disparo, obsérvese la
figura 15 donde se ven los ángulos llamados alfa y mu. Observando la influencia de ambos ángulos, como corresponde al sistema en funcionamiento:Ud =Uld0 * cos(alfa) - (3 / PI) * X * Id
La reactancia que aparece en el circuito de conmutación tiene un efecto que se extiende y corresponde al ángulo mu.
La tensión rectificada toma entonces la apariencia de la f
igura 16 pudiendo así variarse el valor medio (a través de la influencia de los dos ángulos), y notándose además el efecto de las armónicas que están presentes en la tensión.En el extremo receptor un sistema inversor transforma la tensión continua en alterna trifasica, los fenómenos son análogos, obsérvese la
figura 20 que representa este sistema.Ud =Uld0 * cos(gamma) - (3 / PI) * X * Id
La tensión continua de este otro lado
figura 21 también tiene valor medio y armónicas presentes, generándose finalmente la tensión alterna de la red receptora.Lecturas recomendadas
Sobre este tema se sugiere una lectura de interés en el capitulo 2 - INSTALACIONES DE ALTA TENSION EN CORRIENTE CONTINUA - del apunte TECNICA DE LA ALTA TENSION, accesible en la dirección
www.ing.unlp.edu.ar/sispot/ dentro de la bibliografía disponible en ese sitio.