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El sistema eléctrico
Conocer las distintas líneas de transporte y distribución que se utilizan y partes de las que se componen.
Conocer las magnitudes y parámetros necesarios para verificar las características de los elementos de una instalación. Interpretar los planos de una red de distribución y conocer la simbología aplicada.
El sistema eléctrico
Un sistema de energía eléctrica es una red de componentes interconectados entre sí y diseñados para convertir energía eléctrica, transportarla, transformarla y convertirla de nuevo.
Otra definición: Un sistema de energía eléctrica, es el conjunto de todas las instalaciones electrotécnicas, redes incluidas, y todas las instalaciones adicionales para la generación, transporte y utilización de la energía eléctrica dentro de una determinada unidad territorial.
Objeto: Suministrar energía eléctrica a los consumidores que la demandan con unas condiciones de continuidad y calidad de onda determinadas y al mínimo coste posible.
En la figura pueden observarse los elementos que componen un sistema eléctrico englobado en tres subsistemas: el de producción, el de transporte y el de distribución.
Objetivos
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Subsistema de producción. Lo constituye el conjunto de todas las centrales generadoras de energía (hidroeléctrica, térmica, nuclear, eólica) cuyo objetivo es generar la energía eléctrica que precisa un país.
Subsistema de transporte. Se inicia en las estaciones transformadoras de las centrales generadoras y, a través de las líneas de transporte de muy alta tensión (MAT), llega a las estaciones de distribución. Desde estas, la energía eléctrica se dirige a las estaciones transformadoras reductoras.
Subsistema de distribución. Es el último eslabón del sistema eléctrico y está formado por las redes primarias de distribución, las estaciones transformadoras de distribución y las redes secundarias de distribución.
Características del sistema eléctrico.
Las características principales de un sistema eléctrico son el número de fases, la tensión de servicio y la frecuencia de la red.
Respecto al número de fases, los sistemas más utilizados son los trifásicos, mientras que los monofásicos se emplean solo para instalaciones de baja tensión (BT). Las tensiones de servicio normalizadas, tanto para el sistema de transporte como para el de distribución, se indican en la tabla siguiente. Estas tensiones constituyen la característica de mayor importancia a la hora de diseñar una red de distribución.
Tensiones nominales normalizadas
TENSiÓN NOMINAL
DE LA RED (U
n
)
kV
TENSiÓN MAS
ELEVADA
DE LA RED (U
s
)
kV
3
3,6
6
7,2
10
12
15
17,5
20*
24
25
30
30
36
45
52
66*
72,5
110
123
132*
145
150
170
220*
245
400*
420
El valor de la frecuencia de la red, que para toda Europa y gran parte del mundo, está normalizada en 50 Hz. En América es de 60 Hz.
El valor de tensión más elevada es el mayor valor de la tensión eficaz entre fases que puede presentarse en un instante en un punto cualquiera de la línea, en condiciones normales de explotación.
Líneas eléctricas de AT.
Son todas aquellas líneas de corriente alterna trifásica a 50 Hz de frecuencia, cuya tensión nominal eficaz entre fases sea superior a 1 kV.
El reglamento Electrotécnico de Alta Tensión establece una clasificación de las líneas eléctricas a partir de los conceptos de tensión nominal y tensión más elevada. Las tres categorías de líneas eléctricas son:
1ª categoría. Líneas de tensión nominal superior a 110 kV.
2ª categoría. Líneas cuya tensión nominal está comprendida entre 30 y 110 kV, ambas inclusive.
3ª categoría. Líneas con tensiones nominales inferiores a 30 kV e iguales o superiores a 1 kV.
Constituyen la base del contenido de las instalaciones de enlace y de los centros de transformación (CT). De entre todas ellas, las de mayor utilización son: 20, 66, 132, 220 y 400 kV.
Demanda eléctrica.
Red Eléctrica capta mediante las instalaciones que tiene distribuidas por todo el país los datos precisos para realizar una operación segura del sistema eléctrico. Con estos valores, gestiona la disponibilidad de las centrales de producción, las posibles restricciones de la red de transporte y los intercambios internacionales y, además, realiza la previsión de la demanda.
Red Eléctrica representa en estos gráficos la demanda de energía que se está produciendo en el sistema eléctrico peninsular en tiempo real. Incluyen datos, cada diez minutos, de la demanda real, prevista y programada así como los valores de máximos y mínimos de la demanda diaria.
Junto a las curvas, se presenta información de las distintas tecnologías de producción o componentes de generación necesarios para cubrir la demanda en tiempo real, incluyendo la energía destinada a la exportación y a los consumos en bombeo. Así mismo se muestran las emisiones de CO2 asociadas al parque de generación peninsular español, que representa
en torno al 28% de las emisiones totales.
La demanda real (curva amarilla) refleja el valor instantáneo de la demanda de energía eléctrica.
La previsión de la demanda (curva verde) es elaborada por Red Eléctrica con los valores de consumo en periodos
precedentes similares, corrigiéndola con una serie de factores que influyen en el consumo como laboralidad,
climatología y actividad económica.
La programación horaria operativa (línea escalonada roja) es la producción programada para los grupos de
generación a los que se haya adjudicado el suministro de energía en la casación de los mercados diario e intradiario,
así como en los mercados de gestión de desvíos y regulación terciaria. Estos dos últimos son gestionados por Red
Eléctrica teniendo en cuenta la evolución de la demanda.
Junto a la estructura de generación se presenta el total de emisiones de CO
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producidas por el parque de generación
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Definiciones:
Subestación. Conjunto, situado en un mismo lugar, de la aparmenta eléctrica y de los edificios necesarios para realizar alguna de las funciones siguientes: transformación de la tensión, de la frecuencia, del número de fases, rectificación, compensación del factor de potencia y conexión de dos o más circuitos.
Línea de transporte. Línea aérea de M.A.T., normalmente a 400 o 220 kV, aunque todavía hoy existen muchas líneas a 132 kV, que sirven para unir dos subestaciones.
Centro de Reparto. Centro fuertemente alimentado, en la que una o más líneas de Alta Tensión se derivan de otras de la misma tensión.
En su interior se alojarán los dispositivos de protección de las líneas derivadas.
Para su emplazamiento se reservará un espacio de superficie igual a 60 m2 para tensiones de 30 kV y a 40 m2 para tensiones iguales o inferiores a 20 kV, de forma rectangular, en el que uno de los lados será de longitud no inferior a 4 m.
Centro de reflexión. Centro que garantiza la alimentación de las líneas de Alta Tensión que en él concurren, procedentes de una Subestación o de un Centro de Reparto situados en la zona de actuación, mediante un circuito sin carga en explación normal, denominado circuito cero, alimentado también desde dicha Subestación o Centro de Reparto.
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Para su emplazamiento se reservará un espacio de iguales características que el considerado para el Centro de Reparto.
Línea de Distribución. Línea en Alta Tensión, usualmente de 13,2; 15; 20 o 30 kV, que, partiendo de una Subestación, de un Centro de Reparto o del final de la derivación en Alta Tensión, alimenta los Centros de Transformación.
Centro de Transformación. Centro alimentado por una línea de distribución en alta Tensión, que reduce ésta a 220/380 V (tensión normal de utilización hasta la entrada de España en la C.E.E.) o 230/400 V (tensión a la que se tendrá que ir unificando todas las nuevas líneas) y del cual parten las líneas de distribución en baja tensión. Para su emplazamiento se reservará un espacio accesible a vehículos pesados. En el caso de Centros de Transformación subterráneos en acera o zona ajardinada, deberá preverse, además, el espacio necesario para el acceso al centro.
Cuando los transformadores del centro se conecten directamente a la red, sin celdas de seccionamiento y protección, el espacio podrá ser más reducido que los interiormente señalados y dependerá de la potencia del centro, debiendo fijarse de acuerdo con la E.S.E.
El centro de transformación podrá alojarse en un centro de orden superior.
Líneas de Distribución en Baja Tensión. Son las líneas encargadas de aliementar a los puntos de utilización de medio y bajo consumo, a tensiones inferiores a 1 kV, normalmente a cuatro hilos y tensión de 230/400 V, aunque todavía quedan líneas de distribución a la tensión de 220/380 V y 127/220 V, a extinguir.
Tipos de línea y de conexión en las redes de distribución.
Las tensiones nominales que se utilizan son las de 20 y 30 kV, aunque todavía quedan líneas de 15 kV.
Otro valor importante a tener en cuenta a la hora de realizar los cálculos para el dimensionado de los conductores a instalar en cualquier tipo de red –aérea o subterránea-es el factor de potencia de ésta; se toma como valor mínimo el cosρ = 0,90. Las redes de distribución de energía pueden ser ejecutadas de la siguiente manera:
Líneas aéreas. Líneas subterráneas.
Líneas mixtas (algunos tramos aéreos + otros subterráneos)
Las líneas aéreas son aquellas en las que los conductores van instalados por encima del suelo.
L
os apoyos que deben mantener los conductores a suficiente altura sobre tierra y adecuadamente distanciados entre sí. Según su función se clasifican en:- Apoyos de alineación:
Su función es solamente soportar los conductores y cables de tierra; son empleados
en las alineaciones rectas.
- Apoyos de anclaje:
Su finalidad es proporcionar puntos firmes en la línea, que limiten e impidan la
destrucción total de la misma cuando por cualquier causa se rompa un conductor o apoyo.
- Apoyos de ángulo:
Empleados para sustentar los conductores y cables de tierra en los vértices o ángulos que
forma la línea en su trazado. Además de las fuerzas propias de flexión, en esta clase de apoyos aparece la
composición de las tensiones de cada dirección.
- Apoyos de fin de línea:
Soportan las tensiones producidas por la línea; son su punto de anclaje de mayor
resistencia.
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sobre ferrocarril, vías fluviales, líneas de telecomunicación o una bifurcación
Los apoyos pueden ser de madera, hormigón o celosía metálica. Sobre estos apoyos se deberán disponer otros soportes en posición horizontal a los anteriores llamados crucetas, donde se montarán los diferentes elementos o herrajes, parte conductores, parte aislantes (aisladores), que serán los encargados de sustentar a dichos conductores.
Los elementos que transportan la energía son los conductores. Éstos pueden ser desnudos o aislados, en función del lugar por donde vayan a discurrir y del tipo de instalación.
En instalaciones de extensión en derivación, la línea nueva que derive deberá disponer de los elementos de protección y maniobra adecuados a la técnica de protección y explotación de la línea general a que pertenezca.
Cuando se tenga que derivar una línea de otra existente, el primer apoyo de la derivación será del tipo fin de línea, de tal forma que el tense que se puede producir en el primer vano sea mínimo, con el fin de que pueda utilizarse el apoyo existente en el entroque.
Las líneas aéreas presentan ventajas importantes sobre las líneas subterráneas, ya que tanto el importe inicial de montaje como los gastos de mantenimiento son inferiores a los de las subterráneas; pero tienen la desventaja del peligro potencial que representan para cualquier persona o animal al poder quedarse electrocutados si tocan los conductores ya que éstos son desnudos y están instalados al aire.
Las líneas subterráneas son aquellas en que los conductores van situados por debajo del nivel del suelo. Este tipo de montaje evita el gran peligro que presentan las líneas aéreas, pero el coste de infraestructura e instalación con respecto a las aéreas es muy elevado, pues la ejecución de zanjas, la señalización de las mismas y de los conductores y las reparaciones de tecnología mucho más sofisticada, lo que hace que las instalaciones de este tipo queden reservadas para el interior de las ciudades o centros industriales.
Los conductores aislados podrán instalarse: Directamente enterrados.
Bajo tubo o conducto. En galerías de servicio.
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A contiuación, se indican los esquemas básicos ordenados de menor a mayor complejidad. La selección de uno u otro dependerá de la superficie de la zona, la potencia máxima prevista y el tipo de conexión a la red existente de la compañía suministradora.
