Ventajas e inconvenientes de las líneas aéreas y subterráneas

Cuando se proyectan líneas tradicionales de transmisión aérea es mejor elegir líneas de alta tensión para la transmisión a largas distancias, ya que permiten aumentar la capacidad de transmisión y reducir al mismo tiempo las pérdidas. Sin embargo, la situación es algo diferente para la transmisión en CA con cables subterráneos, si se aumenta la tensión también aumenta la absorción de potencia reactiva del cable, de modo que la máxima longitud técnica no aumenta, sino que se reduce. Las leyes de la física actúan en este caso en contra de las líneas de transmisión de CA subterráneas de gran longitud. La experiencia actual de transmisión por cable sugiere una distancia máxima de transmisión de unos 60 km para cables subterráneos de CA de 400 kV.

Por otro lado, la tecnología de líneas de transmisión aérea está sometida a una gran presión por razones medioambientales, lo cual aumenta mucho los costes totales y trae consigo el riesgo de que los proyectos sufran importantes retrasos. Varios estudios han demostrado que una línea aérea reduce el valor de la propiedad en sus alrededores.

Seguidamente se exponen las particularidades que condicionan la instalación de líneas eléctricas aéreas y subterráneas:

1. En los cables subterráneos, la evacuación del calor producido por efecto Joule se hace con mucha dificultad a través del aislamiento y de la protección exterior del cable, además este inconveniente se ve agravado al tener el aislamiento la propiedad de ser un aislante térmico.

Las líneas aéreas no presentan este problema, su aislamiento es el propio aire ambiente el cual constituye, al mismo tiempo, un medio ideal de refrigeración del conductor para disipar el calor producido por la circulación de la corriente.

2. Además del calor producido y comentado en el párrafo anterior, los cables subterráneos están sometidos a un calentamiento adicional debido a su campo eléctrico. Este calentamiento o pérdida dieléctrica es independiente de la corriente que circula por el conductor y crece con la tensión de la línea, siendo importante para tensiones iguales o superiores a 400 kV. 

3. Cuanto mayor es la tensión del cable mayor debe ser el espesor del aislamiento, lo que hace que para un cable de 400 kV el diámetro total (aislamiento – conductor – protección exterior) sea cuatro veces superior que el de un conductor de una línea aérea.

Esto es debido a lo expuesto en los párrafos anteriores, la intensidad máxima admisible en un conductor depende directamente de la temperatura que pueda alcanzar, lo que hace que para una misma sección de corriente máxima de un cable subterráneo sea menor que la de una línea aérea, agudizándose el problema al aumentar la tensión de la línea, ya que debe aumentar el espesor del aislamiento.

4. Debido a lo indicado en 3 a igualdad de potencia transportada y tensión, (la resistencia de un conductor es inversamente proporcional a su sección), las pérdidas en una línea subterránea son inferiores a las de una línea aérea equivalente.

5. Para la misma corriente transportada y resistencia del conductor, la caída de tensión es inferior en una línea subterránea, al ser menor su reactancia inductiva.

6. Debido al material dieléctrico las líneas subterráneas se comportan como condensadores, apareciendo circulación de corrientes capacitivas que fluyen radialmente desde el centro de las pantallas metálicas. Estas corrientes pueden llegar a ser de 10 a 40 veces las de las líneas aéreas e implican la reducción de la potencia útil a transportar, agravándose este efecto cuanto mayor es la tensión y la longitud.

Se define como distancia crítica aquella a partir de la cual el cable no puede transportar energía útil, porque la corriente capacitiva llega a alcanzar el valor de la intensidad máxima admisible por el cable. Esta distancia crítica es aproximadamente de unos 40 a 60 km para una tensión de 400 kV, de 80 a 110 km para 220 kV. Por este motivo, si se quiere que el cable transporte algo más que su corriente capacitiva, deben instalarse elementos de compensación reactiva (reactancias) a lo largo de su recorrido o transportar la energía en corriente continua, (en otro Post se expondrán las ventajas e inconvenientes entre el transporte en HVDC y HVAC).

7. La mayor sección total de los cables subterráneos hace que el cable suministrado en una bobina sea más corto, esto implica mayor número de empalmes con los consiguientes problemas de mantenimiento de la continuidad eléctrica, nivel de aislamiento y posible introducción de humedad.

8. La excavación de grandes zanjas para líneas subterráneas destruye la cobertura vegetal y limita futuros usos, a pesar de ello es la solución óptima en zonas urbanas.

En cuanto a una línea aérea de 400 kV, el derecho de paso puede afectar a una franja de 60 m de anchura en la que no se permite la existencia de edificios ni árboles altos, mientras que los cables subterráneos necesitan a lo sumo una vía de inspección de 4 m de anchura por encima de la conducción.

9. Las limitaciones al uso de terreno se extienden más allá del derecho de paso inmediato. El ruido audible por efecto corona de la línea de transmisión –más apreciable cuando hay niebla y los conductores están húmedos– puede restringir la construcción en las proximidades de una línea aérea. La anchura de este ‘pasillo de ruido’ depende de las ordenanzas locales sobre el ruido, así como del diseño y de la tensión de la línea. Las reclamaciones de los habitantes de la zona también dificultan la obtención de permisos. Naturalmente, los cables subterráneos no emiten ruido audible.

10. Los campos magnéticos y eléctricos pueden restringir también el uso del terreno cerca de una línea aérea. En varios países está vigente una política preventiva respecto de los campos magnéticos. 

En las líneas aéreas estos dependen de la altura de los conductores respecto del suelo, de la disposición física de los conductores, de la distancias entre fases, de la disposición de fases el líneas de doble circuito, del número de conductores por fase, diámetro de los conductores, presencia de cable de tierra, etc.

En cables subterráneos el campo eléctrico en la superficie del terreno es nulo, debido al apantallamiento conectado a tierra en uno o sus dos extremos y a su enterramiento que confina el campo eléctrico al interior del cable.

El campo magnético no se apantalla pero se puede reducir aumentando la profundidad de los cables, reduciendo la distancia entre fases, colocando planchas de acero sobre el trazado y su conexión a tierra, etc. El campo magnético generado en la superficie del terreno es superior para los cables subterráneos, por estar más cerca de la superficie.

11. La construcción de una línea subterránea requiere mayor inversión debido al coste de los materiales, excavaciones, galerías, empalmes, equipos adicionales como compensadores de reactiva, equipos de ventilación y terminales de los extremos de enlace. La diferencia de costes se agudiza al incrementar la tensión. Pudiendo ser para una línea subterránea de 400 kV entre 20 y 30 veces superior al de una línea aérea de potencia similar.

Los costes de mantenimiento y reparación también son superiores en la opción subterránea, sin embargo, los costes por indisponibilidad debidos a agentes atmosféricos son inferiores en las líneas subterráneas.

12. Otros riesgos importantes de las líneas aéreas que no repercuten a las subterráneas son sus efectos en el impacto visual, el riesgo para la avifauna y los posibles incendios de las masas forestales.