Cuando se habla de líneas de tensión superior a 30 kV aparece un nuevo factor a tener en cuenta para la elección del aislamiento a emplear en el cable, las pérdidas en el dieléctrico.

Por el hecho de aplicar tensión a un cable, sin necesidad de conectar ninguna carga, se producen tres fenómenos:

1.- Un rozamiento por la oscilación de cargas en los átomos del aislamiento debido al campo alterno originando también calor.

2.- Una corriente de fuga que provoca pérdidas reales que se disipan en forma de calor.

3.- La carga del cable como condensador cilíndrico de armaduras concéntricas (conductor y pantalla). Se trata de potencia reactiva en este caso, sin generación de calor.

Los fenómenos 1 y 2 generan pérdidas de potencia activa (Pw) en fase con la tensión aplicada (Uo) →  Pw = Uo · Iw

La carga del cable como condensador se cuantifica por tanto como potencia reactiva. La  corriente de carga Ic adelanta a la tensión 90 ºC → Pc = Uo · Ic

A la vista del circuito equivalente y el diagrama fasorial sabemos que:

Uo = Ic · Xc = Ic / (ω · C) → Ic = ω · C · Uo 

Experimentalmente se determina el valor tgδ, que relaciona la energía acumulada en forma de campo eléctrico, con el conjunto de pérdidas generadas en el seno del dieléctrico. 

tgδ = Iw/Ic → Iw = Ic · tgδ

Pw = IW · Uo = Ic · tgδ · Uo = ω · C · Uo · tgδ · Uo = 2 · π · f · C · tgδ · Uo²

Para un sistema trifásico las pérdidas totales serán el triple.

Teniendo en cuenta que U = √3 · Uo → Uo = U/√3

Pw3 = 3 · 2 · π · f · C · tgδ · (U/√3)² = 2 · π · f · C · tgδ · U²

De lo que se desprende que un valor bajo de tgδ es sinónimo de bajas pérdidas de potencia activa (en vatios) en forma de calor en el dieléctrico. Y también se puede ver que al ser proporcionales a la tensión de la línea (U) al cuadrado se magnifiquen a tensiones elevadas. De ahí que su incidencia sea despreciable a la hora de elegir tipo de aislamiento para sistemas hasta 30 kV, pero sí se pueda medir para comprobar el estado de un aislamiento en líneas en servicio. Un valor elevado de tgδ revelará un aislamiento en mal estado (arborescencias, vacuolas de aire, humedad…).

Visto el desarrollo se puede caer en la tentación de pensar que no hay pérdidas de potencia activa cuando se emplea corriente continua al anularse el termino de la frecuencia (f), por ejemplo en sistemas HVDC. Serán menores porque desaparece el rozamiento debido la polarización alterna (fenómeno 1) pero siguen entrando en juego pérdidas en el aislamiento debidas a la corriente de fuga.

Lisardo Recio

Product Manager.

Prysmian Group

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