IMPEDANCIA CARACTERISTICA Y POTENCIA NATURAL O CARACTERISTICA

La energía almacenada en el campo eléctrico de una línea sin pérdidas es igual a:

… (1)

Donde C es la capacitancia en Faradios/m, y U es la tensión nominal entre fases, en voltios.

De manera similar, la energía almacenada en el campo magnético es:

… (2)

Donde L es la inductancia en Henrios/m ; I es la corriente en Amperes.

En la condición en que la misma energía se almacena en ambos campos, es decir, cuando

, se tiene:

; o sea: … (3)

La variable deducida en la expresión (3) se denomina impedancia característica o natural de la línea y se asume que tiene una componente resistiva muy baja en relación a la reactancia inductiva.

La potencia que fluye en una línea sin pérdidas reactivas se denomina potencia natural o

característica. En estas condiciones las tensiones en los extremos de envío y recepción, y

respectivamente, son iguales en magnitud y difieren en un ángulo correspondiente al tiempo de

viaje de la onda de tensión por la línea.

Para líneas trifásicas, la expresión matemática de la potencia natural o característica es:

… (4)

Donde U es tensión nominal entre fases, en kV; Z es la impedancia característica en ohmios.

Se considera que la potencia natural es la potencia óptima de transporte, en la que la potencia reactiva producida por las capacitancias en derivación (shunt) se compensan con las potencias reactivas absorbidas por las inductancias en serie.

El concepto de potencia natural es muy útil para medir la capacidad de transporte de líneas reales con resistencias óhmicas.

Con cargas superiores a la potencia natural se tiene que suministrar una parte de la potencia reactiva que se requiere para el campo magnético de la línea. Para este fin se pueden utilizar condensadores, lo que equivale a aumentar la potencia natural.

Por el contrario, si la carga es inferior a la potencia natural, parte de la potencia reactiva no es absorbida por el campo magnético de la propia línea, lo que puede compensarse mediante bobinas en derivación (shunt), esto equivale a disminuir la potencia natural.

En los diseños de líneas de transmisión se hacen los esfuerzos necesarios para incrementar su potencia natural, teniendo en cuenta especialmente las crecientes dificultades en obtener las servidumbres de nuevas líneas.

La potencia natural de las líneas aéreas puede incrementarse por:

Incremento de la tensión

Reducción de la impedancia característica mediante:

o Reducción de los espaciamientos entre fases (líneas compactas)

o Incremento del número de subconductores por fase

o Incremento del diámetro del conductor

o Incremento del radio del arreglo de subconductores

En las tablas siguientes se consignan los valores aproximados de impedancias características y potencias naturales para líneas de varios niveles de tensión nominal:

POTENCIAS NATURALES TIPICAS DE LINEAS AEREAS

Tensión Nominal(kV)

N° de conductores

por fase

Impedancia característica (Ω)

Potencia Natural (MW)

60 1 400 9138 1 380 50

220 1 350 138400 2 320 557400 3 280 602400 4 240 627500 2 320 781500 3 280 893500 4 240 1042765 4 240 2230

POTENCIAS NATURALES TIPICAS DE LINEAS SUBTERRANEAS

Tensión Nominal(kV)

Impedancia característica (Ω)

Potencia Natural (MW)

60 45 80138 42 453230 40 1322380 38 3800