Torres de transmisión vs. sistemas subterráneos: comparación de costos, mantenimiento y eficiencia

¿Alguna vez se ha preguntado por qué son necesarios los sistemas de cableado subterráneo cuando ya existen torres de transmisión? ¿Se trata de la eficiencia de la transmisión eléctrica o de otros factores, como los costos de construcción? Este artículo ofrece una comparación y un análisis detallados de las torres de transmisión y los sistemas subterráneos, centrándose en tres dimensiones: costo, mantenimiento y eficiencia. Este artículo pretende proporcionar una base sólida para la toma de decisiones por parte de compañías eléctricas, contratistas de ingeniería y planificadores de proyectos.

¿Qué son las torres de transmisión y los sistemas de cables subterráneos?

Definición básica de torre de transmisión

Torres de transmisión , también conocidas como torres de transmisión aéreas, son estructuras de acero u hormigón que se utilizan para soportar y asegurar líneas de transmisión de alto voltaje. Generalmente se construyen a partir de tubos de acero o de acero angular, ensamblados mediante pernos o soldadura, y son capaces de soportar las cargas verticales y la tensión lateral de las líneas. Los tipos comunes incluyen torres de suspensión, torres de tensión, torres de esquina y torres terminales, cada una elegida en función de la alineación, el tramo y la carga de la línea. La función principal de una torre de transmisión es mantener una altura segura para los conductores, garantizar una distancia segura entre líneas y desde el suelo y prevenir cortocircuitos entre fases y posibles riesgos para el personal y las instalaciones.

Introducción a los sistemas de cables subterráneos

Los sistemas de cables subterráneos transmiten energía eléctrica colocando cables aislados bajo tierra. Utilizan estructuras de aislamiento y blindaje multicapa, enterrando cables de alto voltaje dentro de tuberías subterráneas, túneles o zanjas para protegerlos contra interferencias externas y daños ambientales. Los cables subterráneos generalmente constan de un conductor, aislamiento, blindaje y capas protectoras, lo que los hace adecuados para su uso en entornos urbanos donde el espacio es limitado o estéticamente agradable.

Comparación de entornos aplicables y restricciones

Las torres de transmisión son más adecuadas para la transmisión de alto voltaje y larga distancia, especialmente en áreas abiertas o rurales. Son relativamente económicos de construir y fáciles de mantener. Los sistemas de cables subterráneos se utilizan a menudo en centros urbanos, zonas medioambientalmente sensibles o zonas con requisitos de alta agudeza visual. Sin embargo, tienen un largo periodo de construcción, unos costes elevados y un mantenimiento complejo. En general, la idoneidad de cada sistema depende del terreno, el entorno, el presupuesto y los requisitos técnicos del proyecto.

Comparación de costos de torres de transmisión y cables subterráneos

Análisis de costos de construcción

Costos de materiales, diseño e instalación de torres de transmisión:  La construcción de líneas aéreas generalmente requiere acero, cimientos de hormigón, conductores y aisladores. La fase de diseño requiere cálculos de carga, análisis de vibraciones inducidas por el viento y optimización de la línea. La instalación incluye el montaje de la torre, el vertido de los cimientos y la instalación de los conductores. En comparación, el costo por kilómetro de una torre de transmisión es relativamente bajo, especialmente en áreas con terreno plano y condiciones de construcción favorables.

Gastos de excavación, tendido, aislamiento y protección de cables subterráneos: Los sistemas subterráneos requieren la excavación de zanjas, la construcción de tuberías o túneles y el uso de materiales de aislamiento e impermeabilización de alto rendimiento. Durante la construcción, se deben abordar cuestiones como obstrucciones subterráneas, desvíos de tráfico y protección del medio ambiente. Estos factores incrementan significativamente los costos de construcción, especialmente en áreas urbanas densamente pobladas, donde el costo por kilómetro es a menudo varias veces el de las líneas aéreas.

Diferencias de costos en diferentes niveles de voltaje: A medida que aumentan los niveles de voltaje, aumentan el espesor del aislamiento y los requisitos de blindaje para los cables subterráneos, lo que genera aumentos exponenciales en los costos. Las torres de transmisión, si bien también requieren materiales de mayor resistencia, experimentan un aumento de costo general menor.

Por lo tanto, las líneas aéreas son generalmente más económicas para la transmisión de alto voltaje o ultra alto voltaje a larga distancia.

Costos operativos a largo plazo

Mantenimiento y frecuencia: Las líneas de las torres de transmisión se encuentran sobre el suelo, lo que hace que los puntos de falla sean fácilmente visibles y el mantenimiento sea relativamente simple y rápido. Las fallas en los cables subterráneos son difíciles de localizar, lo que requiere equipos de prueba especializados y excavaciones, lo que genera mayores costos de mantenimiento.

Costos del ciclo de vida:  Análisis del retorno de la inversión: Las líneas aéreas suelen tener una vida útil de 40 a 60 años, mientras que los cables subterráneos, debido al envejecimiento del aislamiento y la humedad, tienen una vida útil más corta y costos de reemplazo más altos. A lo largo de todo su ciclo de vida, las torres de transmisión ofrecen un retorno de la inversión superior.

Factores externos que afectan los costos: El terreno complejo, las malas condiciones geológicas, los requisitos de planificación urbana y las condiciones climáticas extremas pueden incidir en los costos. Por ejemplo, la construcción de líneas aéreas es más difícil en zonas montañosas o propensas a terremotos, mientras que los cables subterráneos enfrentan desafíos como la corrosión del suelo o las aguas subterráneas. Estos factores deben evaluarse exhaustivamente durante las etapas iniciales de planificación.

Mantenimiento y confiabilidad de torres de transmisión y sistemas subterráneos

Facilidad de mantenimiento:

• Debido a que las líneas de torres de transmisión están expuestas, la inspección y el mantenimiento son convenientes, y tecnologías como las inspecciones con drones y las imágenes térmicas infrarrojas pueden mejorar la eficiencia.
• Los cables subterráneos, por otro lado, requieren pruebas y un posicionamiento preciso antes de la excavación y reparación, lo que lleva mucho tiempo y afecta un área grande.

Riesgo de corte de energía:

• Las líneas aéreas son más susceptibles a las perturbaciones climáticas (como rayos y tifones), pero las fallas se pueden solucionar rápidamente y los cortes son más breves.
• Los cables subterráneos son menos susceptibles a las interferencias ambientales, pero si ocurre una falla, las reparaciones toman más tiempo, lo que genera un mayor riesgo de cortes de energía.

Requisitos técnicos de mantenimiento:

• El mantenimiento de líneas aéreas implica principalmente revisiones mecánicas y estructurales, con un nivel moderado de dificultad técnica.
• Los cables subterráneos, por otro lado, requieren requisitos más estrictos, que incluyen pruebas eléctricas, restauración del aislamiento y control ambiental. Los costos de mano de obra y equipo son significativamente más altos que los de las torres de transmisión.

Comparación de eficiencia y rendimiento de torres de transmisión y cables subterráneos

Eficiencia de transmisión

Diferencias en el rendimiento conductivo entre líneas aéreas y subterráneas:

• Los cables subterráneos tienen una pobre disipación del calor, lo que genera un mayor aumento de la temperatura del conductor y una capacidad limitada de transporte de corriente.
• Por otro lado, los conductores instalados en torres de transmisión tienen una excelente disipación de calor, lo que les permite transportar corrientes más altas y mejorar la eficiencia de la transmisión.

Análisis de la distancia de transmisión y la pérdida de potencia:

• Los cables subterráneos tienen un efecto de capacitancia significativo, lo que genera pérdidas significativas de potencia reactiva en largas distancias de transmisión, lo que los hace inadecuados para la transmisión a distancias ultralargas.
• Sin embargo, las líneas de transmisión aéreas en torres de transmisión pueden lograr bajas pérdidas de energía si se diseñan adecuadamente, lo que las hace adecuadas para la transmisión de alta potencia y a larga distancia.

Factores de seguridad y ambientales

Impacto de las torres de transmisión en el uso de la tierra y el medio ambiente: Las líneas aéreas requieren un corredor más amplio, que ocupa un área relativamente grande e impacta el paisaje. Sin embargo, el proceso de construcción es más corto y las perturbaciones ambientales son manejables.

Disipación de calor de cables subterráneos y riesgos de construcción: si bien los sistemas subterráneos ofrecen un impacto visual mínimo, generan perturbaciones significativas durante la construcción, lo que puede afectar la red de tuberías subterráneas y el entorno ecológico. La disipación del calor también es difícil, lo que requiere medidas de enfriamiento, lo que aumenta el consumo de energía y dificulta el mantenimiento.

Escenarios aplicables y recomendaciones de selección

Cuándo elegir una torre de transmisión: Adecuada para proyectos de transmisión de larga distancia, alta potencia y con presupuesto limitado, especialmente en áreas rurales o suburbanas, donde ofrece una solución más rentable.

Cuándo elegir un sistema subterráneo: Adecuado para proyectos en áreas urbanas densamente pobladas, con altos requisitos de paisajismo o terrenos limitados. Si bien es costoso, puede satisfacer requisitos espaciales y estéticos.

Ejemplos de aplicación de soluciones híbridas: Algunos proyectos utilizan una combinación de soluciones aéreas y subterráneas, como el uso de una torre de transmisión en la periferia de la ciudad y la transición a cables subterráneos dentro del centro de la ciudad para equilibrar las consideraciones económicas y ambientales.

Conclusión

Las torres de transmisión y los sistemas de cables subterráneos tienen sus ventajas y desventajas, y la elección depende de la escala del proyecto, el presupuesto, los requisitos ambientales y técnicos. Desde una perspectiva de costos, las torres de transmisión ofrecen ventajas; mientras que los sistemas de cables subterráneos son más adecuados por cuestiones estéticas y limitaciones de espacio. Teniendo en cuenta tanto la facilidad de mantenimiento como la eficiencia a largo plazo, las torres de transmisión siguen siendo la opción preferida para la mayoría de los proyectos de transmisión de larga distancia.

Se recomienda a los encargados de tomar decisiones del proyecto que evalúen exhaustivamente el terreno, las demandas de carga, los requisitos ambientales y las estrategias de mantenimiento a largo plazo durante la planificación inicial. Cuando sea necesario, pueden combinar las ventajas de ambas opciones para lograr la solución óptima. Como fabricante profesional de torres de transmisión, JOISYNC Ofrece soporte integral desde el diseño, la fabricación y la instalación para garantizar la seguridad del proyecto y maximizar la eficiencia económica.