TRASFORMACION DE LA TENSION

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Alfaro
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TRASFORMACION DE LA TENSION

Mensajepor Alfaro » 02 Jul 2014, 21:24

Hola amigos, tengo una pregunta un poco rara y me gustaría que me dierais vuestra opinión al respecto.

La mayoría de la redes de renfe, SNCF, los metros, los tranvías y muchas compañías ferroviarias utilizan la corriente continua en la catenaria.Pero los motores y equipos auxiliares funcionan con corriente alterna.Y la electricidad que producimos en las centrales hidroelectricas, centrales nucleares, etc,..que circula por las torres de alta tensión es corriente alterna.

¿ Porque se transforma dos veces la corriente?
¿No seria mas barato utilizar directamente la corriente alterna de las centrales sin rectificarla en las subestaciones y luego transformarla otra vez en alterna en los propios trenes?

Gracias por vuestras respuestas.

Un saludo de vuestro amigo Jose Andrés

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MZC
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Re: TRASFORMACION DE LA TENSION

Mensajepor MZC » 02 Jul 2014, 23:27

Las redes eléctricas de propósito general son trifásicas y funcionan a frecuencia constante de 50 ó 60 Hz, según países. Durante mucho tiempo el motor de tracción más utilizado fue el de corriente contínua, por lo que se necesitaba proceder a la rectificación, bien mediante equipos fijos (conmutatrices, rectificadores de muy diversas tecnologías) situados en las subestaciones de tracción o, menos frecuentemente, mediante rectificadores embarcados en las propias locomotoras.

La utilización del motor de alterna en vez del de contínua tropezaba con dos inconvenientes en su aplicación ferroviaria: la complicación que supone hacerles llegar la corriente trifásica y lo inadecuado de las frecuencias industriales. Para solucionar esto varias administraciones llegaron a construir ex-profeso redes de distribución electrica a frecuencias especiales (25 ó 16 2/3 Hz).

Los avances en la electrónica de potencia hicieron posible el empleo generalizado de convertidores muy versátiles y de altísimo rendimiento que, a partir de una fuente de contínua, proporcionen una alterna trifásica de la tensión y la frecuencia que se deseen. Entonces, si hay una electrificación preexistente en contínua, se puede aprovechar tal cual; o, si de lo que se dispone en la catenaria es alterna, se rectifica y ya estamos en el caso anterior.

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Re: TRASFORMACION DE LA TENSION

Mensajepor Invitado » 02 Jul 2014, 23:44

Alfaro escribió:Hola amigos, tengo una pregunta un poco rara y me gustaría que me dierais vuestra opinión al respecto.

La mayoría de la redes de renfe, SNCF, los metros, los tranvías y muchas compañías ferroviarias utilizan la corriente continua en la catenaria.Pero los motores y equipos auxiliares funcionan con corriente alterna.Y la electricidad que producimos en las centrales hidroelectricas, centrales nucleares, etc,..que circula por las torres de alta tensión es corriente alterna.

¿ Porque se transforma dos veces la corriente?
¿No seria mas barato utilizar directamente la corriente alterna de las centrales sin rectificarla en las subestaciones y luego transformarla otra vez en alterna en los propios trenes?

Gracias por vuestras respuestas.

Un saludo de vuestro amigo Jose Andrés


De forma resumida: Los motores de alterna son, por lo que dices y otros motivos, los más interesantes a priori. Pero han tenido históricamente un problema de control. Un motor asíncrono tiene una fuerte dependencia con la frecuencia de la red (50 Hz en España) que no permite variar la velocidad del motor sin perder rendimiento.

Por eso lo habitual antiguamente fue que se usaran motores de continua, que se pueden controlar de diversas formas. Con el tiempo, el control de estos se fue mejorando para hacerlos más eficientes.

A pesar de todo, en los últimos tiempos el desarrollo de la electrónica de potencia ha cambiado el panorama. Ahora, con variadores de frecuencia se puede cambiar la frecuencia que el motor "ve", gestionando su velocidad. Por eso se ha tendido a invertir la situación inicial, ya que un motor de alterna, que tiene menores problemas de mantenimiento y se puede conectar a una red trifásica, es también controlable sin grandes problemas.

Sobre el tema de conexión trifásica o monofásica, lo he pensado varias veces. Sería interesante, pues permitiría una conexión más equilibrada a la red, en vez de los desequilibrios que suponen las electrificaciones actuales. Pero se requieren 3 hilos (4 si además de motores se alimentan otros equipos que desequilibren las fases). Eso implicaría rehacer cientos y cientos de kilómetros de catenaria. Para líneas nuevas no sé si merecería la pena pues aunque se ahorra sección de conductor con respecto a monofásica, el tema del retorno (creo que se hace por las vías) puede causar un coste peor.

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Re: TRASFORMACION DE LA TENSION

Mensajepor JMTrigos » 02 Jul 2014, 23:45

Hola, es una cuestión que llega a los orígenes de las electrificaciones cuando era mas fácil controlar un motor de corriente continua con un simple reostato y combinando motores que montando sistemas de control con muy poca posibilidad de regulación para los de corriente alterna, para ello se transformaba en corriente continua la alterna ofrecida por los suministradores y enviada a la línea.
Actualmente se ha conseguido gracias a la electrónica de potencia una capacidad de regulación de la corriente alterna muy grande con lo que se consigue poder usar motores trifásicos asíncronos de muy bajo mantenimiento y a la vez un gran control sobre el par motor de los mismos. Para ese control tan efectivo se emplea corriente continua y onduladores por lo que hasta en locomotoras alimentadas por corriente alterna monofásica esta es reducida y rectificada a un circuito intermedio y posteriormente convertida en alterna trifásica.
Saludos.
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"No es lo mismo error de concepto que concepto de error".

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Re: TRASFORMACION DE LA TENSION

Mensajepor JMTrigos » 02 Jul 2014, 23:47

Todos nos hemos puesto a dar a las teclas a la vez.....
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Re: TRASFORMACION DE LA TENSION

Mensajepor arrap » 03 Jul 2014, 12:18

Añado también que los motores de tracción ferroviaria en C.C son tipo "serie" cuyo par de arranque es enorme (es exponencial y tiende a infinito a velocidad cero), cosa muy necesaria para iniciar el movimiento del tren, lo cual también los hace (hacía) atractivos por eso, además de por el sencillo control de velocidad mediante un reóstato como ya han comentado. Si bien al tener partes en rozamiento (escobillas), el chisporroteo en el colector de delgas etc... produce un mantenimiento más elevado y por tanto, costoso; si bien, para mi gusto (como opinion personal) son una obra de arte los motores de CC y sin presencia de electrónica que provoca perturbaciones en la red (además de desequilibrios si la catenaria es AC monofasica)

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Re: TRASFORMACION DE LA TENSION

Mensajepor awe » 03 Jul 2014, 12:45

Sólo una curiosidad que se relaciona con el tema. En inglés, a la alterna la llaman AC que es Alternating Current (no necesita explicaciones). A la continua, en cambio, la llaman DC, abreviación de Drive Current, que significa precisamente corriente de tracción, debido a su uso originariamente y mayoritariamente para alimentación de motores.

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Re: TRASFORMACION DE LA TENSION

Mensajepor MZC » 03 Jul 2014, 13:17

"DC" means "direct current", not "drive current"

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Re: TRASFORMACION DE LA TENSION

Mensajepor YLC » 03 Jul 2014, 13:19

Hola:

Igual estoy equivocado, pero yo siempre había oído que era Direct Current (corriente directa).

Saludos landroveros.

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Re: TRASFORMACION DE LA TENSION

Mensajepor UT434 » 03 Jul 2014, 19:29

Este tema es algo que también me ha llamado mucho la atención, ya que mil y una veces se ha debatido en el foro de que RENFE cambie su ancho ibérico por ancho internacional, pero casi ninguna vez se he mencionado el hecho de migrar también la tensión de alimentación de corriente continua (DC) a corriente alterna (AC).Si es verdad que las LAV utilizan AC en la catenaria pero el resto de ferrocarriles de nuestra Red utilizan DC en catenaria.

Digamos que a modo de resumen que antaño se usaban motores de DC porque la velocidad de giro de este tipo de motores era muy fácil de controlar, como muy bien decís, ya que para modificar la velocidad de un motor de DC, solo había que variar la tensión que reciben, de ahí que mediante reóstatos (agrupación de resistencias eléctricas) se consigue modificar la tensión que se le suministra a un motor de DC y según tenga una tensión determinada adquirirá una velocidad de giro determinada.

Esta técnica supone un elevado consumo eléctrico, ya que al transformar la tensión, casi el 90% de la energía eléctrica consumida se disipa en forma de calor de los reóstatos y el resto, menos del 10%, se utiliza en energía mecánica (movimiento del motor). Esto supone un elevado coste energético y también a su vez el mantenimiento de motores de DC, es muy alto lo que hace que hoy en día de utilicen mayoritariamente los motores de AC.

Gracias al avance de la electrónica moderna y sobre todo con la electrónica de potencia, se ha conseguido mejorar las prestaciones que ofrecían los motores de AC, ya que la gran diferencia entre los motores de AC y DC es que los motores de AC para modificar su velocidad de giro tan solo basta modificar la frecuencia de la tensión de consumo, es decir, que la velocidad de giro de los motores de AC no va a depender de la tensión que reciban, sino de la frecuencia de la AC.

Gracias a los variadores de frecuencia se puede modificar la frecuencia de la AC de forma muy sencilla sin tener que modificar el valor de la tensión. Gracias a este hecho es mucho más sencillo trabajar con motores de AC ya que variar la frecuencia apenas produce gasto energético, de ahí que ahora se trabaje mayoritariamente con este tipo de motores.
Una curiosidad que os habrá llamado la atención de los motores de AC, es el sonido peculiar que producen en el arranque, seguro que os habréis percatado que las 447 o los civia o las 252 tiene distintos sonidos cuando arrancan, esto es por la frecuencia de resonancia que producen los motores al girar y en mi caso hay una locomotora peculiar bautizada como la TAURUS MUSIK, una locomotora que emite las notas musicales en su arranque pero no es al azar, sino que cada sonido que emite cada nota es una frecuencia distinta que recibe el motor y como de trata una frecuencia audible, son frecuencias que van de 20 a 20.000Hz, son frecuencias que un oído humano ideal puede percibir.
[youtube]https://www.youtube.com/watch?v=aRf30pVGMp4[/youtube]
Dentro de los motores de AC hay variedad de tipos de clasificación, ya que pueden ser síncronos y asíncronos, monofásicos y trifásicos, conexión estrella-triangulo,...

Ya que estoy picado con este tema me gustaría preguntaros que tipo de motores llevan los trenes de RENFE, sobre todo los modernos, por ejemplo las 447, los Civia según la ferropedia son motores trifásicos asíncronos, los AVE s/100 y s/102 de la LAV son trifásicos síncronos, mientras que los s/103 son asíncronos…los demás modelos poco o nada se habla del tipo de sus motores…


Perdón por el tocho…
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Re: TRASFORMACION DE LA TENSION

Mensajepor awe » 03 Jul 2014, 20:43

Pues perdón, sí que iba yo bien equivocado. Lo vi en un reportaje de la tele y lo di por bueno... En todo caso, gracias por la rectificación, tomo nota.

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triano
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Re: TRASFORMACION DE LA TENSION

Mensajepor triano » 04 Jul 2014, 11:44

Hola.

Por lo que tengo entendido, el único material que lleva motores síncronos es el serie 100. Los demás vehículos de motores de AC son asíncronos.

En cuanto a la curiosidad que nos plantea el compañero Alfaro, sobre el número de veces que se transforma la corriente industrial a la consumida por los vehículos eléctricos, añado lo siguiente: podría parecer que el escenario ideal fuese tener corriente AC en catenaria y motores AC en los trenes, como pasa en las LAVs. Pero en este escenario no hay que olvidar que los vehículos también hacen una curiosa adaptación de corriente: reciben AC a 25kV, la transforman a una tensión más baja, se rectifica y se alisa a DC (mediante el circuito intermedio), para finalmente volverla a AC mediante onduladores que pueda ser consumida los motores de tracción. Al final son tres pasos, al igual que sucede para alimentar a los civias y 447 por ejemplo desde cantenaria DC.

La energía eléctrica es así de versátil con el desarrollo de la electrónica de potencia y, la coexistencia de diversas tecnologías es la razón de que ahora mismo no se pueda unificar el sistema eléctrico ferroviario.

Saludos.

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Re: TRASFORMACION DE LA TENSION

Mensajepor carlos64 » 04 Jul 2014, 14:51

UT434 escribió:[...]
Ya que estoy picado con este tema me gustaría preguntaros que tipo de motores llevan los trenes de RENFE, sobre todo los modernos, por ejemplo las 447, los Civia según la ferropedia son motores trifásicos asíncronos, los AVE s/100 y s/102 de la LAV son trifásicos síncronos, mientras que los s/103 son asíncronos…los demás modelos poco o nada se habla del tipo de sus motores…


Perdón por el tocho…


La serie S-100 lleva motores síncronos. A partir de entonces S-102, S-112 y S-103 llevan motores asíncronos.

Un saludo.

Invitado

Re: TRASFORMACION DE LA TENSION

Mensajepor Invitado » 04 Jul 2014, 18:31

triano escribió:Hola.

Por lo que tengo entendido, el único material que lleva motores síncronos es el serie 100. Los demás vehículos de motores de AC son asíncronos.

En cuanto a la curiosidad que nos plantea el compañero Alfaro, sobre el número de veces que se transforma la corriente industrial a la consumida por los vehículos eléctricos, añado lo siguiente: podría parecer que el escenario ideal fuese tener corriente AC en catenaria y motores AC en los trenes, como pasa en las LAVs. Pero en este escenario no hay que olvidar que los vehículos también hacen una curiosa adaptación de corriente: reciben AC a 25kV, la transforman a una tensión más baja, se rectifica y se alisa a DC (mediante el circuito intermedio), para finalmente volverla a AC mediante onduladores que pueda ser consumida los motores de tracción. Al final son tres pasos, al igual que sucede para alimentar a los civias y 447 por ejemplo desde cantenaria DC.

La energía eléctrica es así de versátil con el desarrollo de la electrónica de potencia y, la coexistencia de diversas tecnologías es la razón de que ahora mismo no se pueda unificar el sistema eléctrico ferroviario.

Saludos.


¿Y ese bus de continua para qué se usa? ¿Para separar galvánicamente?

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Re: TRASFORMACION DE LA TENSION

Mensajepor triano » 04 Jul 2014, 23:31

Invitado escribió:
triano escribió:Hola.

Por lo que tengo entendido, el único material que lleva motores síncronos es el serie 100. Los demás vehículos de motores de AC son asíncronos.

En cuanto a la curiosidad que nos plantea el compañero Alfaro, sobre el número de veces que se transforma la corriente industrial a la consumida por los vehículos eléctricos, añado lo siguiente: podría parecer que el escenario ideal fuese tener corriente AC en catenaria y motores AC en los trenes, como pasa en las LAVs. Pero en este escenario no hay que olvidar que los vehículos también hacen una curiosa adaptación de corriente: reciben AC a 25kV, la transforman a una tensión más baja, se rectifica y se alisa a DC (mediante el circuito intermedio), para finalmente volverla a AC mediante onduladores que pueda ser consumida los motores de tracción. Al final son tres pasos, al igual que sucede para alimentar a los civias y 447 por ejemplo desde cantenaria DC.

La energía eléctrica es así de versátil con el desarrollo de la electrónica de potencia y, la coexistencia de diversas tecnologías es la razón de que ahora mismo no se pueda unificar el sistema eléctrico ferroviario.

Saludos.


¿Y ese bus de continua para qué se usa? ¿Para separar galvánicamente?


Bueno, yo no sé si llamarlo bus.
El caso es que la recepción de corriente de una catenaria tanto en continúa como en alterna no es estable al 100%, con lo cual, si se quiere alimentar a los convertidores/onduladores de tracción con una señal eléctrica estable y de la mayor calidad posible y lo más precisa posible, es necesario tratarla o adaptarla previamente (explicado someramente). Esa misión es la que hace este circuito intermedio.

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Re: TRASFORMACION DE LA TENSION

Mensajepor UT434 » 07 Jul 2014, 10:48

carlos64 escribió:
UT434 escribió:[...]
Ya que estoy picado con este tema me gustaría preguntaros que tipo de motores llevan los trenes de RENFE, sobre todo los modernos, por ejemplo las 447, los Civia según la ferropedia son motores trifásicos asíncronos, los AVE s/100 y s/102 de la LAV son trifásicos síncronos, mientras que los s/103 son asíncronos…los demás modelos poco o nada se habla del tipo de sus motores…


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La serie S-100 lleva motores síncronos. A partir de entonces S-102, S-112 y S-103 llevan motores asíncronos.

Un saludo.

La verdad que poca información he podido obtener de este tema, tan solo en la ferropedia y en alguna que otra web, como los compañeros de Madrid que han colgado unos esquemas eléctricos muy interesantes de la Gato Montés.

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Re: TRASFORMACION DE LA TENSION

Mensajepor UT434 » 09 Jul 2014, 20:16

Un off-topic:

Hablando de transformación de la tensión en AC y DC, me ha venido a la cabeza una anécdota histórica del siglo pasado en la que se debatía cual es mejor si la DC o la AC. Este conflicto generó lo que se conoció como LA GUERRA DE LAS CORRIENTES si os pica la curiosidad y gusta este tema os recomiendo que busquéis por la red "THE BATTLE OF THE CURRENTS" donde se cuenta uno de los genios del siglo XX, Nikola Tesla, que fue uno de los precursores de la AC murió sin saber que años más tarde gracias a la AC se revolucionaria por completo nuestras vidas gracias a Westinghouse que fue uno de otros científicos que apoyó las teorías de Tesla.

En aquella época la DC era la reina y todo era DC porque era muy fácil de almacenar en pilas, baterías,.. y aunque transportarla era muy costosa ya que tenía muchas pérdidas al recorrer aquellos cables de cobre de aquella época, era la que predominaba...igualito que muchas líneas de tren de hoy en día, en las que todavía la DC es mayor que la AC, aunque poco a poco la AC va ganando terreno a la DC...

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Re: TRASFORMACION DE LA TENSION

Mensajepor arrap » 09 Jul 2014, 20:59

Bueno, transportar corriente en C.C tienen menores pérdidas que hacerlo en C.A. monofásica.
Hace unos días estuve buscando un cuaderno donde tenía eso con sus corrspondientes ecuaciones donde queda demostrado, pero no lo encontré. Aun así lo expuse en este foro hace unos años.

Haciendo un poco de memoria y aun podiendo equivocarme, más o menos era asÍ:

En CA monofásica, la caida de tensión era: V1-V2= 2RIcos (fi) + 2XI sen (fi)
En Trifásica equilibrada (sin retornos por el neutro); V1-V2= RI cos (fi) + XI sen (fi)

Como se ve desaparece el factor 2 que multiplica a ambos términos en la trifásica, con lo que son menores las cdt.
(el factor 2 es puesto que la corriente va a la carga y retorna)

En CC al no haber energía reactiva y ser todo componente activa (la que produce potencia útil) : V1-V2=2RI

Y creo recordar que el tte de energía experimental en algunas lineas a 1000kV se hacía en C.C. (creo que por Rusia debe haber líneas así)

Pero ya digo que hablo de memoria...

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Re: TRASFORMACION DE LA TENSION

Mensajepor orcellon » 09 Jul 2014, 21:17

Y en España, la línea de interconexión entre los sistemas eléctricos peninsular y de las Illes Balears, en el tramo submarino, también va en corriente continua, que se transforma en alterna al llegar a Mallorca.

Y si no recuerdo mal, el tramo de la interconexión con Francia que se está construyendo, también irá en continua en el tramo subterráneo.

Saludos.

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Re: TRASFORMACION DE LA TENSION

Mensajepor Invitado » 09 Jul 2014, 23:59

arrap escribió:Bueno, transportar corriente en C.C tienen menores pérdidas que hacerlo en C.A. monofásica.
Hace unos días estuve buscando un cuaderno donde tenía eso con sus corrspondientes ecuaciones donde queda demostrado, pero no lo encontré. Aun así lo expuse en este foro hace unos años.

Haciendo un poco de memoria y aun podiendo equivocarme, más o menos era asÍ:

En CA monofásica, la caida de tensión era: V1-V2= 2RIcos (fi) + 2XI sen (fi)
En Trifásica equilibrada (sin retornos por el neutro); V1-V2= RI cos (fi) + XI sen (fi)

Como se ve desaparece el factor 2 que multiplica a ambos términos en la trifásica, con lo que son menores las cdt.
(el factor 2 es puesto que la corriente va a la carga y retorna)

En CC al no haber energía reactiva y ser todo componente activa (la que produce potencia útil) : V1-V2=2RI

Y creo recordar que el tte de energía experimental en algunas lineas a 1000kV se hacía en C.C. (creo que por Rusia debe haber líneas así)

Pero ya digo que hablo de memoria...


Si me permites algunos comentarios:

* La resistencia de continua no es la misma que en alterna por el efecto skin. Hay una fórmula engorrosa (de Rayleigh) donde se muestra explícitamente la dependencia con la frecuencia.
* El cálculo que quieres hacer, debería darse en base a la potencia que quieres transmitir. En continua, para transmitir una potencia P requieres una corriente I=P/V, lo que da unas pérdidas de Pérdidas=R*(P/V)^2 por la ida y vuelta que mencionas. Como R depende de la longitud del cable (contando ida y vuelta como dices) y de la sección podemos estimar las pérdidas por Pérdidas = 2*(L/S)*rho*(P/V)^2.
* El cálculo que quieres hacer, debería darse en base a la potencia que quieres transmitir. En monofásica, para transmitir una potencia P requieres una corriente I=P/(V*cos(phi)), lo que da unas pérdidas de Pérdidas=R'(P/V*cos(phi))^2 por la ida y vuelta que mencionas. Descomponiendo R', Pérdidas = 2*(L/S)*rho'*(P/V*cos(phi))^2.
*En el caso de la trifásica, para transmitir una potencia P debes emplear I=P/(raiz(3)*cos(phi)*V) y de nuevo Pérdidas = R'*(P/(raiz(3)*cos(phi)*V))^2. Esta vez solo se tiene en cuenta la ida (la vuelta se aprovecha por el equilibrio entre fases, idealmente) por lo que Pérdidas = L/S*rho'*(P/(raiz(3)*cos(phi)*V))^2. Como hay tres fases, la pérdida total es Pérdidas = 3*L/S_fase*rho'*(P/(raiz(3)*cos(phi)*V))^2=L/S_fase*rho'*(P/(cos(phi)*V))^2. Para un nivel de pérdidas dado, se ahorra sección con la trifásica frente a la monofásica. Los cables tienen la mitad de sección, y tiendes 3L mientras que en el caso de una monofásica tiendes 2L, con lo que el material empleado será un 75% del que usarías con monofásica.
*Finalmente mencionar que el voltaje aparece dividiendo al cuadrado. Es decir, que si se puede elevar la tensión, las pérdidas se reducen considerablemente. Por eso sale a cuenta el transporte en alterna, pues los transformadores son más baratos que los boosters.
*Sin embargo, hay un nicho para la continua. La continua no sufre de efectos capacitivos, lo que es muy ventajoso para líneas enterradas y submarinas, que sufren fugas por ese efecto.


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