Esta pregunta fue respondida de manera elocuente y concisa por Ted Kury en NPR’s All Things Considered hoy. Desafortunadamente, la transcripción no está (¿todavía?) Disponible. Sin embargo, el audio de la historia corta se puede escuchar en línea:
http://www.npr.org/2011/08/29/14…
Además, Wikipedia proporciona un buen resumen de las ventajas y desventajas de “Subterráneo”. La página se refiere al soterramiento general, pero menciona detalles que son particularmente importantes con las líneas eléctricas.
http://en.wikipedia.org/wiki/Und…
- ¿Importa dónde está un componente en un circuito?
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Las ventajas de Wikipedia en el subsuelo incluyen una menor interferencia electromagnética (porque los campos eléctricos decaen rápidamente cuando se sumergen en un conductor, como la tierra) y una exposición reducida a los rayos y al viento. Las desventajas de Wikipedia incluyen el costo (que menciono a continuación) y las complicaciones para encontrar y reparar fallas.
Lo que sigue es lo que creo que se puede agregar y / o sintetizar a partir de los enlaces anteriores. Tómelo con un grano de sal. Al final, creo que la principal barrera para enterrar las líneas eléctricas no es técnica, y comento sobre esos desafíos prácticos y económicos al final de mi respuesta a continuación.
La mayoría de las ventajas de enterrar líneas eléctricas son estéticas. Es cierto que existen riesgos significativos al colocar cables de alta tensión en lugares donde están expuestos al viento, la lluvia, los rayos y la interferencia de los árboles. Sin embargo, existen riesgos similares bajo tierra debido a las marejadas ciclónicas. Además, el aire que rodea las líneas eléctricas aéreas cumple funciones importantes de enfriamiento y aislamiento:
- Enfriamiento convectivo: se pierde una cantidad significativa de calor en las líneas eléctricas aéreas durante la distribución. De hecho, aunque la energía se genera y se recibe a voltajes relativamente bajos (por ejemplo, los 110 VCA en los receptáculos de los hogares de América del Norte), los transformadores permiten que esa energía se distribuya a voltajes muy altos. El proceso de conversión de energía de bajo voltaje a energía de alto voltaje reduce la cantidad de corriente que debe fluir a través de las líneas de distribución. Es decir, si una cierta cantidad de energía por unidad de tiempo debe entregarse a una carga, puede proporcionarse a una baja densidad de energía (bajo voltaje) con alto flujo (alta corriente) o una alta densidad de energía (alto voltaje) con bajo flujo (baja corriente). Las pérdidas de calor en una línea eléctrica están relacionadas con la corriente a través de la línea, por lo que es más eficiente transmitir energía a voltajes muy altos. Incluso con esta medida drástica, las líneas eléctricas aéreas se calientan tanto que el metal en ellas se expande y hace que se hundan. Esto puede llevarlos a interactuar eventualmente con los árboles cercanos. Entonces puede imaginar cómo pueden estar las líneas de alta tensión en condiciones normales y muy cargadas. Como el aire es un fluido, la convección (que es la transferencia de calor a través del movimiento de masa fluida) proporciona una forma eficiente de alejar el calor de las líneas eléctricas. Bajo tierra, la conducción de calor es el único método para la transferencia de calor. En consecuencia, enterrar líneas eléctricas generalmente requiere medidas costosas adicionales para proporcionar la capacidad de enfriar las líneas.
Habiendo dicho eso, debido a que la tierra es casi constante a 50 grados Fahrenheit debajo de la línea de hielo (¿6 pies?), La tierra puede tener algunas propiedades de enfriamiento atractivas. No estoy seguro de que sea una buena idea generar bolsas de calor posiblemente inmenso adyacentes a las líneas subterráneas, y el experto de NPR dio la impresión de que esto también es un problema.
- Aislamiento eléctrico: el aire es un aislante natural. Hay una diferencia significativa de potencial eléctrico entre dos de las tres fases en las líneas eléctricas aéreas. Es posible que haya notado que algunas líneas eléctricas crepitan audiblemente. Esto ocurre cuando el aislamiento artificial comienza a romperse debido a la intemperie y pequeños arcos de electricidad que viajan de línea en línea. La alta humedad puede exacerbar este efecto. La colocación de líneas eléctricas trifásicas bajo tierra reemplaza ese tampón aislante natural con tierra, que es un conductor eléctrico relativamente bueno. Además, la tierra puede ser aún más corrosiva para los aislantes artificiales alrededor de las líneas. Por lo tanto, se necesitan materiales de barrera importantes para enterrar líneas de alta tensión. Vale la pena señalar (como un riesgo adicional de líneas eléctricas aéreas) que después de que el aire se descompone y conduce (por ejemplo, en un arco de rayos), la tremenda energía (luz y calor) liberada crea un circuito de retroalimentación positiva que puede sostener la ruptura cuando se trata de una línea eléctrica. Por ejemplo, imagina los golpes de iluminación cerca de una línea eléctrica. El aire ionizado crea un plasma que conecta las líneas adyacentes. La potencia generada sigue ese plasma de línea a línea, y la liberación continua de energía sostiene la ionización. En consecuencia, esta no linealidad (cambio de aislante a conductor) es un aspecto peligroso del aire que debe manejarse con cuidado. Pueden ocurrir fallas subterráneas, pero su evolución es sustancialmente diferente a las fallas aéreas (como el ejemplo del rayo).
Dicho esto, evidentemente se sabe que las líneas eléctricas aéreas inducen separaciones de carga significativas en las tuberías de petróleo y gas enterradas:
http://www.who.int/peh-emf/meeti…
Por lo tanto, la tierra alrededor de estas líneas aparentemente no proporciona un “blindaje” efectivo (estoy usando este término libremente y no tengo la intención de establecer una relación con el blindaje que encontraría en un altavoz de computadora) al menos en frecuencias de interés. Por lo tanto, no está claro de inmediato por qué enterrar las líneas eléctricas sería mejor (si no peor). Puede ser que un poco más de propagación a través del suelo tenga un efecto atenuador mucho mayor que la gran cantidad de aire (que realmente solo tiene pérdida de propagación debido a la dispersión geométrica (es decir, pérdidas 1 / r ^ 2)). - Características dinámicas: aunque la tierra es un conductor relativamente bueno, también tiene una alta constante dieléctrica. En otras palabras, cuando dos conductores aislados están sumergidos en la tierra, se puede almacenar una cantidad significativa de energía entre los dos cables. Este almacenamiento adicional provoca desafíos dinámicos en la operación de la línea de alimentación. Imagine usar una manguera para llevar agua a un destino. Ahora, en lugar de poder regar ese destino directamente, solo puede usar la manguera para llenar un balde inclinado en ángulo. Su planificación de cómo llenar el balde para controlar el agua que sale del balde es más compleja. Existe un problema similar cuando se pasan líneas de alta tensión a través de elementos dieléctricos altos como la tierra.
El costo de enterrar las líneas eléctricas (teniendo en cuenta algunos de los desafíos anteriores, que son exclusivos de la distribución de energía) puede ser 10 veces mayor que el costo de colocar las líneas eléctricas sobre la cabeza. En consecuencia, a menos que haya una asimetría significativa entre los riesgos subterráneos y aéreos, el costo de enterrar las líneas eléctricas puede no estar justificado. Además, existen desafíos regulatorios que impiden la fácil conversión de líneas aéreas a líneas eléctricas subterráneas en largos tramos de línea de distribución que cruzan múltiples municipios. Por ejemplo, ¿quién paga la conversión cuando la línea en cuestión se extiende por dos jurisdicciones? ¿Cómo maneja estas transferencias en grandes tramos?
Entonces, había una vez, había razones tecnológicas importantes para que las líneas eléctricas estuvieran sobrecargadas. Todavía hay muchas ventajas para las líneas de alta tensión. Sin embargo, incluso si no existiera, los problemas prácticos (económicos y legislativos) aún pueden evitar la conversión a gran escala.
[Tenga en cuenta que mi experiencia no es en sistemas de energía. Este es mi equivalente de ingeniería eléctrica “sentido común”. Un ingeniero de energía puede tener información más especializada en la que debería confiar más. ]