CARACTERÍSTICAS DE LAS LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
Las características de
una línea de transmisión se determinan por sus propiedades eléctricas, como la
conductancia de los cables y la constante dieléctrica del aislante, y sus
propiedades físicas, como el diámetro del cable y los espacios del conductor.
Estas propiedades, a su
vez, determinan las constantes eléctricas primarias:
v resistencia de CD en serie ( R ),
v inductancia en serie ( L ),
v capacitancia de derivación ( C ),
v y conductancia de derivación ( G ).
La resistencia y la
inductancia ocurre a lo largo de la línea, mientras que entre los dos
conductores ocurren la capacitancia y la conductancia.
Las constantes primarias
se distribuyen de manera uniforme a lo largo de la línea, por lo tanto, se les
llama comúnmente parámetros distribuidos.
Los parámetros
distribuidos se agrupan por una longitud unitaria dada, para formar un modelo
eléctrico artificial de la línea.
Las características de
una línea de transmisión se llaman constantes secundarias y se determinan con
las cuatro constantes primarias.
Las constantes
secundarias son impedancia característica y constante de propagación.
IMPEDANCIA CARACTERÍSTICA.
Para una máxima
transferencia de potencia, desde la fuente a la carga ( no hay energía
reflejada ), una línea de transmisión debe terminarse en una carga puramente
resistiva igual a la impedancia característica de la línea.
La impedancia
característica ( Zo ), de una línea de transmisión es una cantidad compleja que
se expresa en Ohms, que idealmente es independiente de la longitud de la línea,
y que no puede medirse.
La impedancia
característica ( resistencia a descarga ) se define como la impedancia que se
ve desde una línea infinitamente larga o la impedancia que se ve desde el largo
finito de una línea que se determina en una carga totalmente resistiva igual a
la impedancia característica de la línea.
Una línea de transmisión
almacena energía en su inductancia y capacitancia distribuida.
PERDIDAS EN LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN.
Las líneas de transmisión
frecuentemente se consideran totalmente sin perdidas. Sin embargo, en realidad,
hay varias formas en que la potencia se pierde en la línea de transmisión, son;
v Perdida del conductor,
v Perdida por radiación por el calentamiento del
dieléctrico,
v Perdida por acoplamiento,
v Y descarga luminosa (efecto corona).
TIPOS DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN.
Las líneas de transmisión
se clasifican generalmente como balanceadas o desbalanceadas. Con líneas
balanceadas de dos cables, ambos conductores llevan una corriente; un conductor
lleva la señal y el otro es el regreso.
Este tipo de transmisión
se llama transmisión de señal y el otro es el regreso. Este tipo de transmisión
se llama transmisión de señal diferencial o balanceada.
La señal que se propaga a
lo largo del cable se mide como la diferencia de potencial entre los dos
cables. Las corrientes que fluyen en direcciones opuestas por un par de cable
balanceados se les llaman corriente de circuito metálico.
Las corrientes que fluyen
en las mismas direcciones se le llaman corriente longitudinales. Un par de
cables balanceados tiene la ventaja que la mayoría de la interferencia por
ruido (voltaje de modo común) se induce igual mente en ambos cables,
produciendo corrientes longitudinales que se cancelan en las carga.
Cualquier par de cable
puede operar en el modo balanceado siempre y cuando ninguno de los dos cables
esté con el potencial a tierra. Esto incluye al cable coaxial que tiene dos
conductores centrales y una cubierta metálica.
La cubierta metálica
general mente se conecta a tierra para evitar interferencia estática al
penetrar a los conductores centrales. Con una línea de transmisión
desbalanceada, un cable se encuentra en el potencial de tierra, mientras que el
otro cable se encuentra en el potencial de la señal.
Este tipo de transmisión se le llama transmisión de
señal desbalanceada o de terminación sencilla. Con la transmisión de una señal
desbalanceada, el cable de la tierra también puede ser la referencia a otros
cables que llevan señales.
LÍNEAS DE TRANSMISIÓN DE CABLE ABIERTO.
Una línea de transmisión
de cable abierto es un conductor paralelo de dos cables. Consiste simplemente
de dos cables paralelos, espaciados muy cerca y sólo separado por aire.
Los espaciadores no
conductivos se colocan a intervalos periódicos para apoyarse y mantenerse a la
distancia entre las constantes entre los conductores. Las distancias entre los
dos conductores generalmente está entre 2 y 6 pulgadas.
El dieléctrico es
simplemente el aire, entre y alrededor de los conductores en donde se propaga
la onda transversal electromagnética, La única ventaja real de este tipo de
línea de transmisión de cable abierto es su construcción sencilla. Ya que no
hay cubiertas, las pérdidas por radiación son altas y susceptibles a recoger
ruido. Por lo tanto, las líneas de transmisión de cable abierto normalmente
operan en el modo balanceado.
PAR DE CABLES PROTEGIDO CON ARMADURA
Para reducir las pérdidas
por radiación e interferencia, frecuente mente se encierran las líneas de
transmisión de dos cables paralelos en una malla metálica conductiva. La malla
se conecta a tierra y actúa como una protección.
La malla también evita
que las señales se difundan más allá de sus límites y evita que la
interferencia electromagnética llegue a los conductores de señales.
CABLE DE PAR TRENZADO.
Un cable de par trenzado
se forma doblando (trenzado) dos conductores aisladores juntos. Los pares de
trenzan frecuentemente en unidades, y las unidades, a sé vez, están cableadas
en el núcleo.
Estas se cubren con
varios tipos de funda, dependiendo del uso que se les vaya a dar. Los pares
vecinos se trazan con diferente inclinación ( largo de la trenza ) para poder
reducir la interferencia entre los pares debido a la inducción mutua. Las
constantes primarias del cable de par trenzado con sus parámetros eléctricos (
resistencia, inductancia, capacitancia y conductancia ), que están sujetas a
variaciones con el ambiente físico como temperatura, humedad y tensión
mecánica, y que dependen de las variaciones en la fabricación.
CABLES GEMELOS
Los cables gemelos son
otra forma de línea de transmisión para un conductor paralelo de dos cables.
Los cables gemelos frecuentemente son llamados cable de cinta . Los cables
gemelos esencialmente son igual que una línea de transmisión de cable abierto,
excepto que los espaciadores que están entre los dos conductores se reemplazan
con un dieléctrico sólido continuo. Esto asegura los espacios uniformes a lo
largo de todo el cable, es una característica deseable. Típicamente, la
distancia entre los dos conductores es de 5/16 de pulgada, para el cable de
transmisión de televisión. Los materiales dieléctricos más comunes son el
teflón y el polietileno.
LÍNEAS DE TRANSMISIÓN COAXIAL O CONCÉNTRICA
(a) rígida llena de aire; (b) línea flexible maciza
Las líneas de transmisión
de conductores paralelos son apropiadas para las aplicaciones de baja
frecuencia. Sin embargo, en las frecuencias altas, sus pérdidas por radiación y
pérdidas dieléctricas, así como su susceptibilidad a la interferencia externa
son excesivas.
Los conductores coaxiales
se utilizan extensamente, para aplicaciones de alta frecuencia, para reducir
las pérdidas y para aislar las trayectorias de transmisión. El cable coaxial
básico consiste de un conductor central rodeado por un conductor exterior
concéntrico (distancia uniforme del centro).
A frecuencias de
operación relativamente altas, el conductor coaxial externo proporciona una
excelente protección más baja, el uso de la protección no es costeable. Además
el conductor externo de un cable coaxial generalmente está unido a tierra, lo
que limita su uso a las aplicaciones desbalanceadas.
Esencialmente, hay dos
tipos de cables coaxiales: líneas rígidas llena de aire y líneas sólidas
flexibles, En una línea coaxial rígida de aire, el conductor central está
rodeado de forma coaxial por un conductor externo tubular y el material
aislante es el aire. El conductor externo físicamente está aislado y separado
del conductor central por un espaciador, que generalmente está hecho de Pirex,
poliestireno, o algún otro material no conductivo.
En un cable coaxial
sólido flexible, el conductor externo estará trenzado, es flexible y coaxial al
conductor central. El material aislante es un material de poliestireno sólido
no conductivo que proporciona soporte, así como aislamiento eléctrico entre el
conductor interno y externo. El conductor interno es un cable de cobre flexible
que puede ser sólido o hueco. Los cables coaxiales rígidos llenos de aire son
relativamente caros en su fabricación, y el aislante de aire debe de estar relativamente
libre de humedad para minimizar las pérdidas.
Los cables coaxiales son
relativamente inmunes a la radiación externa, ellos en sí irradian muy poca, y
pueden operar a frecuencias más altas que sus contrapartes de cables paralelos.
Las desventajas básicas de las líneas de transmisión coaxial es que son caras y
tienen que utilizarse en el modo desbalanceado.
LONGITUD ELÉCTRICA DE UNA LÍNEA DE TRANSMISIÓN .
La longitud de una línea
de transmisión relativa a la longitud de onda que se propaga hacia abajo es una
consideración importante, cuando se analiza el comportamiento de una línea de
transmisión. A frecuencias bajas (longitudes de onda grandes), el voltaje a lo
largo de la línea permanece relativamente constante. Sin embargo, para
frecuencias altas, varias longitudes de onda de la señal pueden estar presentes
en la línea al mismo tiempo.
Por lo tanto, el voltaje
a lo largo de la línea puede variar de manera apreciable. En consecuencia, la
longitud de una línea de transmisión frecuentemente se da en longitudes de
onda, en lugar de dimensiones lineales. Los fenómenos de las líneas de
transmisión se aplican a las líneas largas. Generalmente, una línea de
transmisión se define como larga si su longitud excede una dieciseisava parte
de una longitud de onda; de no ser así, se considera corta. Una longitud
determinada, de línea de transmisión, puede aparecer corta en una frecuencia y
larga en otra frecuencia.
PERDIDAS EN LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN.
Para propósitos de
análisis, las líneas de transmisión frecuentemente se consideran totalmente sin
perdidas. Sin embargo, en realidad, hay varias formas en que la potencia se
pierde en la línea de transmisión, son;
v Perdidas del conductor,
v Perdida por radiación,
v Perdida por el calentamiento del dieléctrico,
v Perdida por acoplamiento, y descarga luminosa
( corona ) .
PERDIDA DEL CONDUCTOR.
Debido a que la corriente
fluye, a través de una línea de transmisión, y la línea de transmisión tiene
una resistencia finita, hay una pérdida de potencia inherente e inevitable.
Esto a veces se llama perdida del conductor o perdida por calentamiento del
conductor y es, simplemente, una perdida por calentamiento.
Debido a que la
resistencia se distribuye a lo largo de la línea de transmisión, la perdida por
calentamiento del conductor es directamente proporcional al cuadrado de
longitud de la línea. Además, porque la disipación de potencia es directamente
proporcional al cuadrado de la corriente, la pérdida del conductor es
inversamente proporcional a la impedancia característica.
Para reducir las pérdidas
del conductor, simplemente debe acortarse la línea de transmisión, o utilizar
un cable de diámetro más grande (deberá mantenerse en mente que cambiar el
diámetro del cable, también cambia la impedancia característica y, en consecuencia,
la corriente).
MCM
La nomenclatura A.W.G. es efectiva hasta cierto
calibre de conductores usados
en las instalaciones eléctricas
residenciales. Para aquellos conductores eléctricos de
mayor grosor, superiores al calibre 4/0 (se lee "cuatro ceros"),
se optó la solución de identificarlos directamente por su área en el
sistema inglés de unidades.
Se usa el término "Mil" cuando los
diámetros de los conductores eléctricos miden una milésima de pulgada.
El "Circular
Mil" es una unidad equivalente al área de un circulo con un diámetro
de una milésima de pulgada.
Las siglas M.C.M. nos están indicando el área
transversal de los conductores eléctricos en “Mil Circular Mils”.
Entonces, un cable calibre 250 MCM (muy usado
en la industria) es un cable de 250,000 circular mils, uno calibre 500 MCM
tiene un area de 500,000 circular mils.
Esta nomenclatura era muy común hasta finales de
siglo XX. Actualmente se prefiere el uso del sufijo "kcmil" ya que la
"k" (de kilo) significa también 1000.
La siguiente tabla muestra los diámetros y áreas de
los calibres kcmil tanto en el sistema inglés como en el sistema internacional.
es el elemento diferencial de volumen.
es la constante magnética.
en todo el volumen, el operador no afecta a ![\nabla \cdot\mathbf B=-\frac {\mu_0}{4\pi}\int_V \mathbf J \cdot \left[\nabla \times\nabla\left(\frac{1}{r}\right)\right]\ dV'](https://upload.wikimedia.org/math/8/6/f/86fd4aa5d4499f8f81e34c84020c9c49.png)
de la fuerza que cada una de las dos cargas puntuales 
y 
ejerce sobre la otra separadas por una distancia 
se expresa como:
es un 
= 
= 
= 
= 
) se mide por el número de líneas de fuerza que atraviesan la superficie.
, cada uno de los cuales es lo suficientemente pequeño como para que pueda ser considerado como un plano. Estos elementos de área pueden ser representados como vectores 
, cuya magnitud es la propia área, la dirección es perpendicular a la superficie y hacia afuera.
. Ya que los cuadrados son tan pequeños como se quiera, 
puede considerarse constante en todos los puntos de un cuadrado dado.
entre sí y la figura muestra una vista amplificada de dos cuadrados.
