Eva González Romera TECNOLOGÍA INDUSTRIAL ELÉCTRICA 4º I.O.I. Escuela de Ingenierías Industriales Badajoz R R R R R R R R R R R R 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 R R R R R R 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: O la facilidad de transformación que presentan las primeras necesitan menores valores de corriente, por lo que bastarán menores secciones para los conductores. O R R R R R R Actividades desarrolladas en un Sistema Eléctrico Desde un punto de vista funcional, podríamos distinguir las siguientes actividades: O O O O O O 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. ~ ~ ~ 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. R R R R R R 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. R R R R R R 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. R R R R R R 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. R R 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 R R