¿Por qué la potencia se transmite a baja frecuencia y no a alta frecuencia?

Para tener una comprensión clara de por qué usamos baja frecuencia, es decir, 50/60 Hz para la transmisión de energía eléctrica, primero consideraremos algunos puntos.

GENERACION:

La energía se genera a partir de máquinas síncronas, es decir, alternadores que giran a una velocidad particular llamada velocidad síncrona dada por

N = 120f /P

y la frecuencia viene dada por

f= P×N /120

Ahora, para producir voltaje a alta frecuencia, se deben aumentar dos cosas:

Número de polos en la máquina

Velocidad de la máquina

Pero estos dos factores se contradicen. Supongamos, por ejemplo, que tenemos una máquina hipotética de 50 polos, no podemos girarla a velocidades más altas debido a la alta fuerza centrífuga, la fuerza vibratoria y la resistencia mecánica.

Dado que el número de polos en el alternador ha aumentado (en comparación con los turbogeneradores de alta velocidad de dos polos que giran a 3000/3600 RPM a 50/60 Hz respectivamente), el diámetro de la máquina aumentará, lo que aumentará el tamaño de la máquina.

Ahora que para producir energía a alta frecuencia, tendríamos que rotar la máquina a altas velocidades, lo que requeriría una mayor entrada de vapor para la misma cantidad de energía a una frecuencia más alta.

Una entrada más alta al alternador lo deteriorará mecánicamente. Parafraseando, un alternador de alta frecuencia debe ser mecánicamente robusto y, por lo tanto, requerirá un tamaño más grande y más material en la construcción.

TRANSMISIÓN:

En cuanto a la transmisión de energía a alta frecuencia, primero debemos realizar el modelo de línea de transmisión para comprender.

Una línea de transmisión es físicamente un circuito R, L, C, G, siendo R y L parámetros en serie. R siendo independiente de la frecuencia para ser más específicos. Mientras que C y G son parámetros de derivación de línea, G es independiente de la frecuencia.

Si el voltaje a alta frecuencia se usa para transmitir potencia

La caída en el inductor aumentará como V = I×X =I×2πfL donde f es la frecuencia.

Una caída de voltaje más alta hará que el voltaje de la línea baje. Por lo tanto, no se obtendrá el perfil de voltaje plano codiciado.

El voltaje disminuirá con el aumento de la longitud y será menor en el extremo receptor donde más se necesita.

La pérdida de corona es directamente proporcional a la frecuencia; por lo tanto, las pérdidas debidas a la corona aumentarán. Esto causará más interferencia con las líneas de comunicación/teléfono.

Altas pérdidas en los hilos de transmisión por efecto pelicular.

Debido al efecto pelicular, el costo del material del conductor aumentará ya que el conductor no se utiliza por completo a altas frecuencias.

La economía de transmisión es un punto importante al diseñar líneas de transmisión. Aumentar el costo del conductor hará que el sistema no sea económico.

Dado que la resistencia debido al efecto pelicular aumenta (suponiendo que Rac=1.6Rdc), las pérdidas de línea I2R aumentarán y, por lo tanto, la capacidad de transmisión de potencia disminuirá.

Se requerirán dispositivos FACTS (Sistema de transmisión de CA flexible) o compensadores para la demanda/suministro de energía reactiva, lo que hace que el sistema sea aún más costoso.

DISTRIBUCIÓN Y UTILIZACIÓN:

Incluso en la distribución, la CA de alta frecuencia no será tan eficiente como se describe a continuación.