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La madurez alcanzada por los cables de potencia extruidos en HVDC…
La madurez alcanzada por los cables de potencia extruidos en HVDC
Mediciones de carga espacial
Técnica PEA (The Pulsed Electro-Acoustic)
La medición se puede realizar mientras se aplica una tensión para
introducir carga espacial en el espécimen.
Para detectar la carga espacial, se aplica un impulso corto de alto voltaje. El campo electrostático producido por este pulso provoca cargas dentro del dieléctrico que experimentar una fuerza mecánica momentánea
Fig 12 aqui
Fig 13 aqui
Técnica TSM
Otra técnica que se utiliza comúnmente en los cables de alimentación es el método de la etapa térmica.
Se aplica a un corto circuito y se mide la corriente capacitiva, esta es del orden de pA a nA.
AC vs DC
En un cable de CA, el campo eléctrico en cualquier radio dado en el aislamiento como una función de la tensión aplicada se define por la densidad de corriente. El campo está bien definido para un cable de CA
Fig 8 aqui.
El campo de corriente continua se controla por la conductividad del aislamiento, no su permitividad. A diferencia de la permitividad, la conductividad es altamente dependiente de la temperatura
Fig 9 aqui
Fig 10 aqui
Acumulación de espacio de carga
En aislamiento polimérico, las cargas eléctricas (electrones, agujeros, iones) pueden ser atraídas electrostáticamente a puntos dentro del aislamiento para formar enlaces químicos.
La ecuación de gobierno relevante en una dimensión es la ecuación de Poisson:
Dónde V es la tensión en la posición x, E es el campo eléctrico, "p" es la densidad de carga espacial y "e" es la permitividad
Árboles Agua
Son una forma de degradación que se produce en el aislamiento de cables XLPE en condiciones de humedad bajo voltaje de corriente alterna.
Fig 3 aqui.
En HVDC las tasas de inicio y crecimiento estan determinados por la componente de CA, mientras que una alta tensión de CC puede impedir el crecimiento de arboles de agua.
Arboles eléctricos
La alta energía de los electrones es suficiente para romper los enlaces químicos que sujetan el material junto, en consecuencia se forma una nueva rama de un árbol
Fig 6 aqui.
Fig 7 aqui
Es posible demostrar que la longitud del árbol, l, se relaciona con el volumen total, v, con la ecuación:
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Se han observado árboles DC especialmente donde hay transitorios o impulsos de tensión significativos.
Las descargas parciales significativas bajo HVDC pueden ser encontradas durante la conmutación (durante el cambio de tensión)
Introducción
Los sistemas HVDC ofrecen la posibilidad de transmisión de alta potencia con baja pérdida en
distancias muy largas
La presa de las Tres en china produce 18,2 GW, alimenta gran parte de su energía a ciudades como Shanghai y Guangdong
alrededor de distancia los 1000 km; este último utiliza un enlace 3 GW HVDC
Tales enlaces permiten conexiones entre sistemas de corriente alterna asíncronos y pueden ayudar a prevenir fallos en cascada
El uso de
cables eléctricos enterrados, en lugar de las líneas aéreas, permitiría proteger los cables de las tormentas e inundaciones
La relación del costo de enterrar cables a la utilización de líneas aéreas ha reducido considerablemente
El conductor tipo XLPE puede
funcionar a temperaturas más altas, típicamente hasta 90 C en lugar de la 70 C permisible para un PE.
En 1968 fue el Primer uso de cables XLPE.Tivieron una vida corta porque no se considero la pureza quimica, es decir, cables sin contaminantes ni huecos en el XLPE. Tampoco se consideró lo efectos de la humedad.
Graf. de Impureza.
Mediciones de conductividad
Muy importante en HVDC
Para cables de CA las propiedades que ofrecen la mayor mejora fueron el límite de temperatura y la conductividad térmica
Fig 17 aqui
Fig 18 aqui
Fig 19 aqui
Una observación interesante es que la conductividad aumenta de manera significativa después de envejecimiento térmico
La descomposición térmica puede llegar a ser el mecanismo que limita la tensión de un cable HVDC dado
Un cierto aumento no lineal en la corriente es beneficiosa como puntos altos de campo en el aislamiento del cable ya que generan un aumento en la conductividad.
A frecuencias muy bajas, si hay una verdadera conductividad
En campos eléctricos elevados la conductividad de corriente continua de muchos polímeros aumento con el campo eléctrico
Hay una ecuación semi-empírica útil para describir este efecto:
Conclusión: Los cables extruidos se han convertido en el de facto estándar para cables de media y alta tensión de corriente alterna.
En cables extruidos en HVDC su introducción requiere atención en el control de los campos internos, que se ven afectados por los cambios de conductividad debido a los cambios de temperatura y por la acumulación de carga espacial
