Qué son las líneas de transmisión: tipos, ecuaciones y aplicaciones

Las líneas de transmisión surgieron del trabajo de James Clerk Maxwell (13 de junio de 1831 - 5 de noviembre de 1879) fue un científico escocés, Lord Kelvin (26 de junio de 1824 - 17 de diciembre de 1907) y Oliver Heaviside nació el 18 de mayo de 1850 y murió el 3 de febrero. 1925. En América del Norte, la primera línea de transmisión se opera a 4000 V en 1889 el 3 de junio. Algunos de los transmisión de potencia y las empresas de distribución en India son NTPC en Nueva Delhi, Tata Power en Mumbai, NLC India en China, Orient Green en Chennai, Neuron Towers o Sujana Towers Ltd en Hyderabad, Aster Transmission line construction, LJTechnologies en cherlapalli, Mpower Infratech private limited en Hyderabad.

¿Qué son las líneas de transmisión?

Las líneas de transmisión forman parte del sistema que lleva la electricidad de las centrales a los hogares y está hecho de aluminio porque es más abundante, más barato y menos denso que el cobre. Transporta energía electromagnética de un punto a otro y consta de dos conductores que se utilizan para transmitir ondas electromagnéticas a gran distancia entre el transmisor y el receptor se denominan líneas de transmisión. Hay líneas de transmisión de CA (corriente alterna) y CC (corriente continua). Las líneas de transmisión de CA se utilizan para transmitir corriente alterna a larga distancia utilizando tres conductores y las líneas de transmisión de CC utilizan dos conductores para transmitir corriente continua a larga distancia.

Ecuación de la línea de transmisión

Tomemos el circuito equivalente de la línea de transmisión, para esto vamos a tomar la forma más simple de línea de transmisión que son dos líneas de cable. Estos dos cables están formados por dos conductores separados por un medio dieléctrico, generalmente aire, que se muestra en la siguiente figura.

two_wireline_conductor

Si pasamos una corriente (I) a través del conductor-1, encontraremos que hay un campo magnético alrededor del cable portador de corriente de un conductor-1 y el campo magnético se puede ilustrar usando un inductor en serie debido al flujo de corriente en el conductor-1, debe haber una caída de voltaje a través del conductor-1, que puede ilustrarse mediante una serie de resistencia e inductor. La configuración de los dos conductores alámbricos se puede realizar en un condensador. El capacitor en la figura siempre estará flojo para ilustrar que hemos agregado el conductor G. La configuración total, es decir, la resistencia en serie, un inductor, un capacitor paralelo y un conductor forman un circuito equivalente de una línea de transmisión.

circuito_equivalente_de_una_línea_transmisión_1

El inductor y la resistencia juntos en la figura anterior se pueden llamar impedancia en serie, que se expresa como

Z = R + jωL

La combinación en paralelo de capacitancia y conductor n la figura anterior se puede expresar como

Y = G+jωc

equivalente_circuito_de_línea_transmisión_2

Donde l - longitud

yo_s- Envío de corriente final

V_s- Envío de tensión final

dx - longitud del elemento

x - una distancia de dx desde el extremo de envío

En un punto, 'p' toma corriente (I) y voltaje (v) y en un punto, 'Q' toma I + dV y V + dV

El cambio de voltaje para la longitud PQ es el

V- (V + dV) = (R + jωL) dx * I

V-V-dv = (R + jωL) dx * I

-dv / dx = (R + jωL) * I ………………. eq (1)

Yo- (I + dI) = (G + jωc) dx * V

Yo - Yo + dI = (G + jωc) dx * V

-dI / dx = (G + jωc) * V… ……………. eq (2)

Diferenciar la ecuación (1) y (2) con respecto a dx obtendrá

-D²v / dx²= (R + jωL) * dI / dx ………………. eq (3)

-D²I / dx²= (G + jωc) * dV / dx… ……………. eq (4)

Sustituyendo la ecuación (1) y (2) en la ecuación (3) y (4) se obtendrá

-D²v / dx²= (R + jωL) (G + jωc) V ………………. eq (5)

-D²I / dx²= (G + jωc) (R + jωL) I… ……………. eq (6)

Deje P²= (R + jωL) (G + jωc)… ……………. eq (7)

Donde P - constante de propagación

Sustituya d / dx = P en la ecuación (6) y (7)

-D²v / dx²= P²V ………………. eq (8)
-D²I / dx²= P²I … ……………. eq (9)

La solución general es

V = Ae^px+ Ser^-px… ……………. eq (10)

Yo = que^px+ De^-px… ……………. eq (11)

Donde A, B C y D son constantes

Diferenciar la ecuación (10) y (11) con respecto a 'x' obtendrá

-dv / dx = P (Aepx - Be-px) ………………. eq (12)

-dI/dx = P (Cepx – De-px) … ……………. eq(13)

Sustituya la ecuación (1) y (2) en la ecuación (12) y (13) obtendrá

- (R + jωL) * I = P (Ae^px+ Ser^-px) ………………. eq (14)
- (G + jωc) * V = P (Ce^px+ De^-px) ………………. eq (15)

Sustituya el valor 'p' en la ecuación (14) y (15) obtendrá

I = -p / R + jωL * (Ae^px+ Ser^-px)

= √G + jωc / R + jωL * (Ae^px+ Ser^-px) ………………. eq (16)

V = -p / G + jωc * (Ce^px+ De^-px)

= √R + jωL / G + jωc * (Este^px+ De^-px) ………………. eq (17)

Deja Z₀= √R + jωL / G + jωc

Donde Z₀es la característica impedenc

Condiciones de contorno sustitutas x = 0, V = V_Sy yo = yo_Sen la ecuación (16) y (17) obtendrá

I­­_S= A + B ………………. eq (18)

V_S= C + D ………………. eq (19)

yo_SCON₀= -A + B ………………. eq (20)

V_S/CON₀= -C + D ………………. eq (21)

De (20) obtendrá los valores A y B

A = V_S-I­­_SCON₀

B = V_S+I­­_SCON₀

De la ecuación (21) obtendremos los valores C y D

C = (I­­_S- V_S/CON₀) /2

D = (yo_S+ V_S/CON₀) /2

Sustituya los valores A, B, C y D en la ecuación (10) y (11)

V = (V_S-I­­_SCON₀) es^px+ (V_S+I­­_SCON₀)es^-px

= V_S(es^px+ e-px / 2) –I_SZ¬0 (e^px-es^-px/2)

= V_Scoshx - yo_SCON₀sinhx

similitud

Yo = (yo_S-V_SCON₀) es^px+ (V_S/CON₀+I­­_S/ 2) y^-px

=I­­_S(es^px+ y^-px/ 2) –V_S/CON₀(es^px-es^-px/2)

=I­­_Scoshx - V_S/CON₀sinhx

Entonces V = V_Scoshx - yo_SCON₀sinhx

Yo = yo_Scoshx - V_S/CON₀sinhx

Se deriva la ecuación de la línea de transmisión en términos de envío de parámetros finales

Eficiencia de las líneas de transmisión

La eficiencia de la línea de transmisión se define como una relación entre la potencia recibida y la potencia transmitida.

Eficiencia = potencia recibida (P_r) / potencia transmitida (P_t) * 100%

Tipos de líneas de transmisión

Los diferentes tipos de líneas de transmisión incluyen los siguientes.

Línea de transmisión de cable abierto

Consiste en un par de cables conductores paralelos separados por una distancia uniforme. Las líneas de transmisión de dos hilos son muy simples, de bajo costo y fáciles de mantener en distancias cortas y estas líneas se utilizan hasta 100 MHz. El otro nombre de una línea de transmisión de hilo abierto es una línea de transmisión de hilo paralelo.

Línea de transmisión coaxial

Los dos conductores colocados coaxialmente y llenos de materiales dieléctricos como aire, gas o sólidos. La frecuencia aumenta cuando aumentan las pérdidas en el dieléctrico, el dieléctrico es polietileno. Los cables coaxiales se utilizan hasta 1 GHz. Es un tipo de cable que transporta señales de alta frecuencia con bajas pérdidas y estos cables se utilizan en sistemas de CCTV, audios digitales, en conexiones a redes informáticas, en conexiones a internet, en cables de televisión, etc.

tipos-de-lineas-de-transmision

Línea de transmisión de fibra óptica

La primera fibra óptica inventada por Narender Singh en 1952. Está compuesta de óxido de silicio o sílice, que se utiliza para enviar señales a larga distancia con poca pérdida de señal ya la velocidad de la luz. los cables de fibra óptica se utiliza como guías de luz, herramientas de imágenes, láseres para cirugías, se utiliza para la transmisión de datos y también se utiliza en una amplia variedad de industrias y aplicaciones.

Líneas de transmisión Microstrip

La línea de transmisión de microcinta es una línea de transmisión electromagnética transversal (TEM) inventada por Robert Barrett en 1950.

Guías de ondas

Las guías de onda se utilizan para transmitir energía electromagnética de un lugar a otro y generalmente funcionan en modo dominante. Los diversos componentes pasivos como filtro, acoplador, divisor, bocina, antenas, unión en T, etc. Las guías de onda se utilizan en instrumentos científicos para medir propiedades ópticas, acústicas y elásticas de materiales y objetos. Hay dos tipos de guías de ondas: guías de ondas metálicas y guías de ondas dieléctricas. Las guías de ondas se utilizan en comunicaciones por fibra óptica, hornos microondas, naves espaciales, etc.

Aplicaciones

Las aplicaciones de la línea de transmisión son

• Línea de transmisión de energía
• Líneas telefónicas
• Placa de circuito impreso
• Cables
• Conectores (PCI, USB)

los línea de transmisión Se derivan ecuaciones en términos de envío de parámetros finales, se discuten las aplicaciones y la clasificación de las líneas de transmisión y, aquí hay una pregunta para usted ¿Cuáles son los voltajes constantes en las líneas de transmisión de CA y CC?