¿Por qué se utilizan altas tensiones en el transporte de energía eléctrica?

Excepto en casos muy concretos, la energía eléctrica no se produce en el lugar en que se consume, por lo que es necesario transportarla desde la central eléctrica que la produce hasta el lugar de consumo, distante a veces centenares o miles de kilómetros.

Por regla general, las centrales generadoras de energía eléctrica se instalan al pie de los yacimientos de carbón, saltos hidráulicos o cualquier otra fuente de energía y, una vez transformada, se transporta al centro de consumo mediante grandes líneas de distribución. Con esto se consigue aprovechar mejor las fuentes de energía, a la vez que se reducen los costes de transformación, al centrarlos en pocos lugares. También, de esta forma, es posible la instalación de industrias en zonas del país que carezcan de fuentes primarías de energía.

Generación, transporte y distribución eléctrica

Para realizar el transporte de energía eléctrica, es necesario superar muchos problemas: los propios de la complejidad de la instalación, el cruce sobre ríos, carreteras y otras líneas de transporte de energía o de telecomunicaciones, su instalación en terrenos accidentados y a los que es difícil hacer llegar los elementos necesarios para la instalación de las líneas de distribución (conductores, apoyos, herrajes, etc.).

Para el transporte de energía, se emplean altas tensiones ya que la potencia que ha de transportar una línea es:

 donde:

V: tensión asignada de la línea

I: intensidad

cos φ: factor de potencia 

las pérdidas de potencia en la línea serán:

donde:

p: pérdidas por efecto Joule

R: resistencia eléctrica

I: corriente de línea

Por lo tanto, sustituyendo e igualando, se obtiene:

donde:

Expresión en la cual se puede observar que la sección S de los conductores varía en razón inversa del cuadrado de la tensión empleada; en consecuencia, si se duplica la tensión, se reduce la sección a la cuarta parte con la misma pérdida de potencia, lo que conllevaría un ahorro en el coste de los cables.

Las siguientes relaciones se deducen de las anteriores expresiones:

Es decir, si duplicamos la tensión la sección necesaria de los cables se reduce a la cuarta parte.

O lo que es lo mismo, elevar la tensión 10 veces en las líneas de distribución eléctrica supone reducir las pérdidas de energía por efecto Joule en razón de 100.

Es decir, si se duplica la tensión la potencia a transmitir se multiplica por cuatro.

En la siguiente tabla puede observarse la potencia que puede transportar en MW/km una línea con una caída de potencia del 7,5% y un factor de potencia del 0,9, según la tensión y la sección de los conductores de aluminio con alma de acero. 

Se observa que de esta forma, al transportar grandes potencias a largas distancias mediante altas tensiones, se consigue reducir la sección de los conductores empleados y tener menores pérdidas de potencia. No obstante, esto no quiere decir que una línea de distribución sea más económica cuanto más elevada sea la tensión de transporte, ya que, al aumentar la tensión, los transformadores necesarios aumentan de precio y lo mismo ocurre con los aisladores, apoyos, aparatos de medida, seccionadores y todo el material necesario excepto los conductores.