HV (66kV - 500kV) es... difícil de manejar.

Recitaré las razones que se me ocurran desde la parte superior de mi cabeza.

Todas las cifras que siguen (pesos, dólares) son estimaciones aproximadas del orden de magnitud.

Liquidaciones

Usemos 220kV como ejemplo. El estándar australiano de subestaciones HV AS 2067 nomina los siguientes espacios libres requeridos para equipos de 220kV:

• Fase a tierra - 2100mm. Es decir, ningún conductor de 220 kV puede estar dentro de los 2 metros de cualquier conductor conectado a tierra (digamos, un tanque de transformador o un poste de acero). Editar: En realidad, debería haber citado la Distancia sin descarga disruptiva (N) aquí.
• Distancia entre fases - 2.415 mm. Es decir, los conductores aéreos de 220 kV deben tener una separación de al menos 2,4 m en todo momento.
• Distancia de seguridad horizontal - 4.125 mm. Todas las partes vivas deben estar al menos a 4125 mm por encima de cualquier superficie sobre la que una persona pueda pararse.
• Distancia de seguridad vertical - 3.565 mm.

Lo que quiere decir que no existe una subestación 'compacta' de 220 kV. (Bueno, la hay; las subestaciones basadas en aparamenta aislada con gas pueden ser muy compactas, pero no querrá saber cuánto cuestan).

El tamaño mínimo para una subestación de 220 kV, que contenga el equipo necesario y mantenga todos estos espacios libres, es de al menos un cuadrado de 20 m × 20 m, es decir, el tamaño de un bloque de terreno suburbano.

También tendría que tener estructuras de al menos 4 metros de altura, lo que es difícil de mimetizar con el paisaje suburbano.

Además de las autorizaciones anteriores requeridas para evitar que las personas se electrocuten directamente, también debe lidiar con:

• Radio de seguridad contra incendios en caso de que un transformador deje caer 10.000 litros de aceite aislante y se incendie. De memoria, al menos 10 metros.
• Radio en caso de explosión eléctrica. El radio de umbral típico para recibir quemaduras de segundo grado 'supervivientes' puede exceder los 10 metros para algunos tipos de fallas energéticas. Definitivamente no se permiten viviendas civiles dentro de este radio.

Proteccion

Una falla en la red de 220 kV debe eliminarse rápidamente, o conducirá a toda la red a un estado inestable (es decir, apagón). El 'tiempo de eliminación de falla crítica' para evitar un apagón suele ser mucho menos de 1 segundo.

Se utilizan esquemas de protección muy costosos (diferencial de línea con pilotos de fibra óptica, protección de distancia) para garantizar esta alta velocidad de protección. Estos esquemas de protección deben instalarse en cada terminal de la línea de 220kV.

Una vez que tengamos en cuenta el costo de -

• Disyuntores de 220 kV: aproximadamente $200 000 cada uno, se requieren un mínimo de tres por subestación: dos para el circuito entrante/saliente que continúa más allá de la subestación y uno para el T-off = $600 000
• dos juegos de transformadores de corriente de protección trifásica con capacidad nominal de 220 kV y "suficientes" amperios continuos: alrededor de $ 50,000 por juego (estadio) = $ 100,000
• dos conjuntos de relés de protección, cada uno con un duplicado redundante, alrededor de $20,000 cada uno = $80,000. (Nota: la protección "X" e "Y" duplicada es estándar para las subestaciones HV).

... estamos hasta cerca de $780,000, solo en equipo de protección, por subestación. Y ni siquiera hemos comenzado a comprar hardware de terminación de líneas de transmisión, desviadores de sobretensiones, barras colectoras, estructuras de soporte, movimiento de tierras, cercas, hormigón, PLC de control, caseta de control...

(Compare la protección del transformador de distribución de 22 kV, que generalmente es solo un conjunto de fusibles de desconexión de expulsión trifásicos, el costo total puede ser de $ 2,000).

Transformadores

Los transformadores de 220 kV son grandes, a fuerza de todo el aislamiento necesario en su interior para evitar descargas disruptivas. No existe un transformador "pequeño" de 220 kV: el más pequeño que he visto tiene una capacidad nominal de 60 MVA y pesa alrededor de 10 toneladas.

Compare los transformadores típicos de 22/0,415 kV para la parte superior de un poste que tienen una capacidad nominal de 500 kVA o menos. El peso es importante porque hay un límite máximo de lo que puedes tener encima de un poste de madera. No soy ingeniero estructural, pero ciertamente no querría montar en un poste nada más que una tonelada.

¿Son suficientes razones?

Una de las principales razones es que estas líneas son para transmisión de larga distancia e interconexión de grandes redes.

Imagina una autopista. En su mayoría, tienen salidas cada pocas millas en áreas urbanizadas y, a veces, más de una milla en casos particularmente extraños, pero en su mayor parte están destinadas a permitir un viaje rápido y eficiente desde largas distancias. Si bien claramente hay casas y negocios cerca de las carreteras, si cada uno tuviera su propia rampa de entrada y salida, no solo los recursos de infraestructura serían significativos, sino que cada vez que tenga un problema con una rampa de entrada o salida que termine cerrando una sección o un carril de la autopista durante un período de tiempo impactas a muchas, muchas más personas.

Si comienza a construir más subestaciones, aumenta el riesgo de tiempo de inactividad de la línea de transmisión debido a problemas con la subestación.

Además, las redes más pequeñas en realidad están conectadas a varias redes más grandes con conmutadores, que luego a veces se conectan a más de una línea de transmisión con conmutadores. Esto permite enrutar un problema en cualquier línea o red determinada y da como resultado una pérdida de energía que se localiza en el problema. Las líneas de transmisión son más difíciles y costosas de trabajar y reparar, y son una infraestructura fundamental para las redes eléctricas nacionales. Cuando las plantas de energía se desconectan por cualquier motivo, las plantas de energía mucho más alejadas pueden tomar el relevo debido a estas líneas.

Por último, eléctricamente están equilibrados en fase para la transmisión de electricidad más eficiente. Las subestaciones y redes individuales están diseñadas de modo que el factor de potenciaes lo más cercano a 1 posible. Los factores de potencia más bajos dan como resultado una pérdida de energía en las líneas y transformadores, lo que requiere conductores más sustanciales. Estas líneas no están diseñadas para cargas de CA mal adaptadas. Los clientes industriales que se conectan a las líneas de mayor voltaje a menudo tienen que agregar la corrección del factor de potencia si sus plantas no están debidamente balanceadas. Conectar una casa o un vecindario más directamente a una línea de transmisión requeriría una inversión aún mayor en la subestación necesaria para darles servicio de manera que las líneas de transmisión no se vean afectadas. Otras líneas de alta tensión fusionan muchos clientes con un factor de potencia bajo, pero al mezclar pequeños usuarios industriales (muchos motores) con usuarios domésticos (muchas fuentes de alimentación conmutadas), las subestaciones pueden equilibrar el factor de potencia a un costo mucho menor y con instalaciones más pequeñas. .

Realmente no están diseñados para pequeños consumidores.

Imagínese si realmente hiciéramos esto, y tuviéramos líneas eléctricas a lo largo de un vecindario o al costado, y cada casa conectada directamente a estas líneas eléctricas en lugar de una subestación, sería bastante tonto

Hice un dibujo para demostrar lo tonto que podría ser:

Afortunadamente, los suecos construyeron cosas mucho mejores que mis habilidades de dibujo:

Por cierto, esos son cables telefónicos, pueden acercarse un poco sin que les sucedan cosas terribles a los cables (y a las personas cercanas).

Ahora imagine que esos cables son cables de línea eléctrica de servicio pesado. Imagínese que no pudiera empacarlos tan densamente y tuviera que darle a cada línea un espacio libre individual. Imagine los soportes adicionales para cuando los bloques de pisos y los edificios de apartamentos bloqueen la línea de visión directa, las estructuras adicionales en el camino para soportar todo el cableado adicional y el peso y la tensión necesarios para mantenerlo en su lugar.

Imagínese el impacto que tienen todos estos cables de alto voltaje de alta resistencia en la recepción y las transmisiones de radio, y las numerosas microsubestaciones para cada casa.

Hice otro dibujo, es un pequeño pueblo con líneas eléctricas adyacentes:

Podríamos enterrar las líneas eléctricas la mayor parte del camino, pero eso es mucho excavar para colocar líneas eléctricas bastante peligrosas, todo va a ser muy costoso (que ya lo es).

Una solución simple sería que varias casas adyacentes compartan un cable y una subestación. Las estaciones de tamaño suficiente serían lo suficientemente baratas como para dar servicio a barrios enteros y, al mismo tiempo, ahorrar en costos de construcción y reducir la cantidad de cables. Todo esto empieza a sonar familiar...

Estoy pensando más en que se debe a la protección del sistema. Si desconecta la transmisión y la reduce con éxito al voltaje de su hogar, sería muy costoso para la empresa de servicios públicos si ocurre una falla en su ubicación.

También es rentable tener un sistema central que proteja el transformador central y la línea de transmisión principal. Además, el costo del transformador para reducir el voltaje de la línea de transmisión de alrededor de 69 Kv, 138 Kv, etc., a 120 V sería una locura.

Por lo tanto, tiene beneficios tanto técnicos como económicos tener el diseño actual.

Creo que es porque el objetivo principal de una línea de alta tensión es la transmisión. Esto se debe a que a voltajes altos, la pérdida de energía causada por I2R es menor que cuando se usa un voltaje más bajo (para la misma potencia [W], voltaje más alto => corriente más baja)

Además de eso, puede conectarse a una línea de alto voltaje usando transformadores, tal vez 500/0.4 kV, que serían inaceptablemente caros.