Sin título de diapositiva - SISTEMAS ELECTROTÉCNICOS Y

Eva González Romera
TECNOLOGÍA INDUSTRIAL ELÉCTRICA
4º I.O.I.
Escuela de Ingenierías Industriales
Badajoz
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Introducción
La energía eléctrica es una de las formas de energía más versátiles.
Además, otros dos aspectos la caracterizan: la variedad de fuentes de
energía desde las que puede obtenerse y su facilidad de transporte a
cualquier distancia.
Un Sistema Eléctrico de Potencia (S.E.P) se define como "el conjunto
de máquinas eléctricas convertidoras, transformadores, líneas y
aparamenta eléctrica convenientemente conectados y coordinados,
mediante los cuales generamos, transportamos, distribuimos y utilizamos
la energía eléctrica".
Así pues, son cuatro las partes o subsistemas en que podemos dividir el
S.E.P.:
O
O
O
O
Generación
Transporte
Distribución
Consumo
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Características de un S.E.P.
Tensión de servicio o nominal (Un):
El valor convencional de la tensión para el que han sido previstos tanto
su funcionamiento como el aislamiento (V).
El RLEAAT recomienda para AT: 20, 66, 132, 220 y 400 kV.
El REBT recomienda para BT: 230/400 V
Frecuencia de servicio (f):
Se expresa en ciclos/segundo o Hertzios (Hz). El valor normalizado en
Europa es de 50 Hz. En Estados Unidos, por el contrario, es de 60 Hz.
Características de un S.E.P.
Número de fases (n):
El empleo de redes de tres fases (sistema trifásico) está extendido en la
mayoría de instalaciones del S.E.P., reduciéndose el empleo de la
distribución monofásica a instalaciones de B.T. de escasa importancia.
En B.T. el sistema trifásico puede ser de 3 ó 4 hilos, dependiendo de la
existencia del conductor neutro.
La forma en que se genera y transporta la energía eléctrica en la
actualidad es a través de corrientes alternas en detrimento de las
continuas, por dos razones:
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la facilidad de transformación que presentan las primeras
necesitan menores valores de corriente, por lo que bastarán menores
secciones para los conductores.
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Actividades desarrolladas en un Sistema Eléctrico
Desde un punto de vista funcional, podríamos distinguir las siguientes
actividades:
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O
O
O
O
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Generación: su función es la de obtener energía eléctrica a partir de
otras formas de energía.
Transporte: se encarga de transportar masivamente la energía eléctrica
generada previamente desde los puntos de generación hasta las redes de
distribución (grandes distancias).
Distribución: se encarga de distribuir la energía eléctrica que reciben de
las líneas de transporte a los usuarios finales consumidores de la misma.
Consumo: elementos que consumen la energía eléctrica, transformándola
en otra forma de energía de la que obtienen un beneficio.
Transformación: variación de la tensión nominal con fines técnicos y
económicos.
Conversión: variación de otros parámetros de la energía eléctrica, como
la frecuencia
Subsistemas de un Sistema Eléctrico
Si hiciésemos un recorrido desde el lugar de generación hasta el de
consumo, nos encontraríamos, en el caso más general, con los
siguientes elementos:
O
O
O
Subsistema de producción: formado por las centrales generadoras.
Subsistema de transporte: formado por las estaciones transformadoras
elevadoras (E.E.), líneas de transporte y estaciones o subestaciones
transformadoras.
Subsistema de distribución: englobando a las redes de reparto,
estaciones
transformadoras
de
distribución
o
subestaciones
transformadoras de distribución (S.T.D.), redes de distribución en media
tensión, centros de transformación (C.T.) y redes de distribución en baja
tensión.
Como frontera entre subsistemas e incluso entre partes de un mismo subsistema
encontramos unidades transformadoras de tensión.
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Central
generadora
Línea
Generación
Estación
transformadora
6-25 kV
Centro de
transformación
Nudo
Consumidor
Transporte
220-400 kV
Usuarios BT
Reparto o
distribución
primaria
30-132 kV
Usuarios MT
Usuarios AT
Distribución
secundaria MT
1-30 kV
Distribución
BT
<1000 V
Subsistema de producción
Centrales generadoras:
Conjunto de instalaciones en las que se produce o genera energía
eléctrica a partir de otras fuentes de energía.
Dependiendo del tipo de energía primaria empleada, distinguimos entre:
O
centrales hidroeléctricas
O
centrales termoeléctricas
O
centrales nucleares
O
centrales de energía solar fotovoltaica
O
centrales de energía eólica
O
centrales de aprovechamiento de biomasa y residuos
O
etc
Las tensiones habituales de generación están comprendidas entre los 6
kV y los 25 kV, considerando un amplio margen de generación que varía
según zonas, compañías, países y tipo de central.
Frontera producción-transporte
Estaciones transformadoras elevadoras (E.E.):
Constituyen el primer escalón de transformación que encuentra la
energía eléctrica en su recorrido. Elevan la tensión de generación hasta
los valores de transporte mediante uno o más transformadores
estáticos.
El interés de aumentar la tensión radica en criterios técnicos y
económicos:
O
O
O
al elevar la tensión se reduce la corriente, a igualdad de potencia
transmitida
la reducción de corriente permite utilizar secciones de conductores
inferiores
de igual forma, se reducen las pérdidas por efecto Joule en las líneas
Subsistema de transporte
Formado por líneas, principalmente aéreas, une las E.E. con las
subestaciones transformadoras reductoras, realizando el transporte de
energía a largas distancias.
Permiten interconexiones de las E.E. de distintas centrales.
Cubren distancias, en ocasiones, superiores a los 300 km. A partir de
los 220 kV suelen denominarse de Muy Alta Tensión (M.A.T.).
En ciertos países se realiza el transporte de energía eléctrica en
corriente continua, mediante la conversión de la corriente alterna de las
E.E. en corriente continua por rectificación. Sin embargo, su
rentabilidad sólo está justificada en líneas aéreas cuyas longitudes
excedan de los 1.000 km (algo inferior en el caso de líneas
subterráneas).
Frontera transporte-distribución
Estaciones o Subestaciones transformadoras (reductoras):
También llamadas subestaciones primarias reductoras, tienen como
principal misión la de reducir los valores de tensión de transporte a
valores adecuados para realizar el reparto (tensiones de reparto) en las
proximidades a núcleos de consumo importantes. Realizan, pues,
reducciones de tensión de transporte en M.A.T. a valores de transporte
o distribución en A.T. o de distribución en M.T.
También pueden desempeñar funciones de maniobra, interconectando
líneas de transporte.
Subsistema de distribución
Redes de reparto, de distribución primaria o mallas medias:
Son aquellas líneas que, distribuyéndose alrededor de grandes núcleos
de consumo, enlazan las subestaciones o estaciones (transformadoras)
primarias con las estaciones secundarias de transformación o
estaciones transformadoras de distribución.
Las tensiones de reparto habituales suelen ser: 132, 66, 45, y 30 kV.
La mayoría discurren en tendido aéreo, si bien en núcleos urbanos
importantes se trazan en disposición subterránea. Sus longitudes son
inferiores a las de las redes de transporte, no llegando en la práctica a
los 100 km en la mayoría de los casos. De ellas pueden alimentarse
grandes industrias tales como metalúrgicas.
Subsistema de distribución
Estaciones transformadoras de distribución (E.T.D.) o subestaciones
de distribución:
También conocidas como estaciones secundarias de transformación,
reducen los valores de tensiones de reparto a valores de distribución en
M.T., o a valores de tensiones de utilización en B.T. directamente.
Los valores a los que reducen dependen de la zona y de la compañía
distribuidora.
Llegados a este punto del sistema, ya aparecen abonados de relativa
importancia conectados al mismo.
Subsistema de distribución
Redes de distribución en M.T., redes de distribución secundarias o
de mallas finas:
Se trata de líneas que unen las E.T.D. con los abonados en M.T., o con
las líneas de distribución en B.T. a través de los C.T.
Los valores de tensiones varían según la compañía y la zona, pero las
más frecuentes según el C.E.I. son las de 10, 15, 20 y 30 kV.
La disposición puede ser aérea o subterránea, generalmente de forma
mallada aunque su explotación sea radial. Las longitudes no suelen
superar los 25 km.
Subsistema de distribución
Centros de transformación (C.T.):
Reducen los valores de tensión de M.T. a valores en B.T.
Pueden ser propiedad de la empresa distribuidora o del cliente, y de
ellos salen las líneas que alimentan a abonados en B.T. donde son
preferentes los niveles de tensión de 400/230 V (tensiones entre
fases/fase-neutro).
En función de su ubicación se distingue entre CT interiores o
intemperie, variando su constitución y su forma constructiva.
Subsistema de distribución
Red de distribución en B.T.:
La forman líneas eléctricas, aéreas o subterráneas, que parten de los
C.T. y unen éstos con las acometidas de los diversos usuarios a ellas
conectados. En ocasiones, parten directamente de las E.T.D.
Las tensiones preferentes son las indicadas en el punto anterior,
discurriendo la mayoría en disposición subterránea en el caso de
núcleos urbanos.
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Objetivo de un S.E.P.
El principal objetivo de un sistema eléctrico es el de satisfacer las
necesidades de los usuarios que demandan energía eléctrica.
Para alcanzarlo se planifica el sistema eléctrico considerándolo como un
conjunto de dispositivos que permitan facilitar dicha energía a los
usuarios finales, transportándola desde los lugares donde la misma es
generada.
Además, y es aquí donde reside la complejidad de la planificación, del
control y del estudio de sistemas eléctricos, dicha planificación deberá
realizarse de forma que el sistema resulte lo más económico y fiable
posible, entre otras características exigibles al mismo y cuya
importancia es secundaria.
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Planificación y control de un S.E.P.
Debe realizarse buscando alcanzar una serie de objetivos que podríamos
catalogar como fundamentales:
Satisfacción de la demanda:
Debe garantizarse la satisfacción de la demanda de los usuarios tanto
en potencia instantánea como en energía eléctrica. Esto conduce a
implantar minuciosos estudios de la curva de demanda y predicciones
precisas de la misma.
Economía:
Esta función, tradicionalmente denominada despacho económico, se
realiza tanto a nivel de áreas como a un nivel global, en el mercado
eléctrico.
Calidad:
Debe garantizarse que la energía entregada al cliente cumple con unos
estándares de continuidad y calidad. Es decir, la energía debe ser
proporcionada a los usuarios de forma que se minimice el número y
duración de interrupciones y las perturbaciones de la forma de onda.
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Son diversos los motivos por los que las centrales de generación de
energía eléctrica están situadas en un determinado enclave geográfico
pero es, sin duda, la proximidad a algunos de los factores o elementos
partícipes en mayor medida en el proceso de transformación, lo que
condiciona su ubicación. Al final, el sistema descrito sitúa a las
centrales alejadas de los puntos de consumo, lo que obliga a encontrar
un vehículo que permita “transportar” la energía hasta los usuarios de
la misma, cumpliendo con las condiciones de calidad, fiabilidad y
continuidad exigibles al suministro.
La misión descrita la cumplen las denominadas redes eléctricas, cuyos
principales elementos reciben el nombre de líneas eléctricas, que son, al
fin y al cabo, las que les proporcionan su nombre.
Clasificación de redes según su estructura y forma
de alimentación
Redes radiales o en antena
Se caracterizan por radiar desde el punto de alimentación. Se alimentan
por un único extremo, desde el que se realiza el suministro a los
receptores finales. Las derivaciones o ramificaciones son en antena, no
pudiéndose cerrar sobre sí mismas.
Redes en bucle o en anillo
Se caracterizan por alimentarse por dos extremos, considerándose casi
como una solución intermedia entre la radial y la mallada. Están
dispuestas en forma de anillos o bucles, explotándose normalmente
abiertos en ciertos lugares, permitiendo el cierre de éstos y la apertura
por otro sitio cuando fuera necesario.
Redes en malla o malladas
Se obtienen al enlazar varios anillos que, en servicio normal, se cierran
sobre sí mismos.
Redes radiales o en antena
VENTAJAS:
Menor inversión
Fácil protección
INCONVENIENTES:
Escasa garantía de servicio
Red radial
Fuertes caídas de tensión
Centro de
Alimentacion
Para reducir caídas de tensión, se
recurre a veces a feeders, ramas
que acercan la energía a los
puntos de reparto sin tener
ramificaciones en su trayecto.
Feeder
Red radial con feeders
Redes en bucle o en anillo
VENTAJAS:
Mayor garantía de suministro
Facilidad de mantenimiento
INCONVENIENTES:
Encarece la instalación
Dificulta la protección
Constituyen, globalmente, el modo
de red más común, dado que las
redes radiales tienden a cerrarse en
anillo para dotar de seguridad al
suministro.
Red en anillo
Redes en malla o malladas
VENTAJAS:
La más fiable
Facilidad de mantenimiento
Mayor flexibilidad de operación
Caídas de tensión inferiores
INCONVENIENTES:
Protección muy compleja
Mayores corrientes de cortocircuito
Encarecimiento de la red
Su empleo queda restringido a zonas donde la densidad de carga sea
elevada y a aquellas otras donde la seguridad del suministro sea una
condición indispensable.
Clasificación de redes según su disposición sobre
el terreno
Redes aéreas
Menor inversión inicial
Mayor coste de mantenimiento, ya que sufren mayor deterioro.
Impacto visual desfavorable.
Mejor accesibilidad.
Uso extendido en redes de transporte y gran parte de redes de reparto y
distribución en MT. También en redes de BT en zonas rurales o con
escasa densidad de carga.
Redes subterráneas
Binomio calidad-garantía del suministro más favorable.
Mayor complejidad en la detección y reparación de averías.
Uso en zonas urbanas o de elevada densidad industrial.
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Directiva 96/92/CE, del Parlamento Europeo y del Consejo de 19 de
diciembre de 1996, sobre normas comunes para el mercado interior de la
electricidad.
Ley 54/1997, de 27 de noviembre, del sector eléctrico.
R.D. 2019/1997, de 26 de diciembre, por el que se organiza y regula el
mercado de producción de energía eléctrica, dotando de competencia a la
generación.
Orden del Ministerio de Industria y Energía, de 29 de diciembre de
1997, por la que se desarrollan algunos aspectos del R.D. 2019/1997, de 26 de
diciembre, por el que se organiza el mercado de producción de energía eléctrica
(modificada por Orden ministerial de 17 de diciembre de 1998).
R.D. 2818/1998, de 23 de diciembre, del Ministerio de Industria y Energía,
sobre producción de energía eléctrica por instalaciones abastecidas por recursos
o fuentes de energía renovables, residuos y cogeneración.
R.D. 1955/2000, de 1 de diciembre, por el que se regulan las actividades de
transporte, distribución, comercialización, suministro y procedimientos de
autorización de instalaciones de energía eléctrica.
Reglas de funcionamiento del mercado de producción de energía
eléctrica, 5 de abril de 2001 (BOE de 20 de abril).
Real Decreto 1164/2001, de 26 de octubre, por el que se establecen tarifas
de acceso a redes de transporte y distribución de energía eléctrica.
Real Decreto 1435/2002, de 27 de diciembre, por el que se regulan las
condiciones básicas de los contratos de adquisición de energía y de acceso a las
redes de baja tensión.
Real Decreto 1747/2003, de 19 de diciembre, por el que se regulan los
sistemas eléctricos insulares y extrapeninsulares.
Real Decreto 436/2004, de 12 de marzo, por el que se establece la
metodología para la actualización y sistematización del régimen jurídico y
económico de la actividad de producción de energía eléctrica en régimen especial.
Convenio internacional por el que se acuerda la constitución de un
mercado ibérico de la energía eléctrica entre el Reino de España y
la República Portuguesa.
Listado completo en www.omel.es
Normas técnicas
RAT – Reglamento de Líneas Eléctricas Aéreas de Alta Tensión.
1968
RCE – Reglamento sobre Centrales Eléctricas, Subestaciones y
Centros de Transformación. 1982 y modificaciones posteriores
REBT – Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión. 2002
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