Sistema Eléctrico
Sistema Eléctrico de Potencia (Definición)
Un Sistema Eléctrico de Potencia (SEP), es el conjunto de centrales generadoras, de líneas de transmisión interconectadas entre sí y de sistemas de distribución esenciales para el consumo de energía eléctrica. Esto permite el suministro de energía eléctrica con la calidad adecuada para manejar motores, iluminar hogares y calles, hacer funcionar plantas de manufacturas, negocios, así como para proporcionar potencia a los sistemas de comunicaciones y de cómputo. El punto de inicio del sistema eléctrico son las plantas generadoras que convierten energía mecánica a energía eléctrica.
El Sistema Eléctrico de Potencia (SEP) está formado por tres partes principales: generación, transmisión y distribución; siendo:
- Generación. Es donde se produce la energía eléctrica, por medio de las centrales generadoras, las que representan el centro de producción, y dependiendo de la fuente primaria de energía.
- Transmisión. Son los elementos encargados de transmitir la energía eléctrica, desde los centros de generación a los centros de consumo, a través de distintas etapas de transformación de voltaje.
- Distribucion. En función a su diseño son las encargadas en interconectar líneas de transmisión de distintas centrales generadoras, transformar los niveles de voltajes para su transmisión o consumo.
Elementos Eléctricos Básicos
- Resistor: Es un elemento que causa oposición al paso de la corriente eléctrica, causando que en sus terminales aparezca una diferencia de tensión (un voltaje).
- Capacitor: Consisten básicamente de dos placas metálicas separadas por un material aislante (llamado dieléctrico). Este material dieléctrico puede ser aire, mica, papel, cerámica, etc. Cada placa presenta una carga distinta una es positiva y la otra negativa.
- Inductor o Bobina: Es un componente eléctrico que permite almacenar la energía eléctrica en forma de campo magnético, cuando a través de la bobina pasa una corriente eléctrica
Elementos Electrónicos
- Diodo: Es un dispositivo semiconductor que permite el paso de la corriente eléctrica en una única dirección, con características similares a un interruptor; consta de un ánodo frío y un cátodo caldeado.
- Transistor: Es un dispositivo electrónico que controla una corriente eléctrica. Exteriormente está formado por una cápsula de la que salen tres terminales; internamente está formado por un cristal que contiene una región P entre dos regiones N (transistor NPN), o una región N entre dos regiones P (transistor PNP).
- Circuito Integrado: En la electrónica, un circuito integrado es una combinación de elementos de un circuito que están miniaturizados y que forman parte de un mismo chip o soporte. La noción, por lo tanto, también se utiliza como sinónimo de chip o microchip. El circuito integrado está elaborado con un material semiconductor, sobre el cual se fabrican los circuitos electrónicos a través de la fotolitografía. Estos circuitos, que ocupan unos pocos milímetros, se encuentran protegidos por un encapsulado con conductores metálicos que permiten establecer la conexión entre dicha pastilla de material semiconductor y el circuito impreso.
- Circuito Integrado Analógico: Es un circuito electrónico que funciona con las corrientes y voltajes que varían continuamente con el tiempo y no tienen transiciones bruscas entre los niveles.
- Circuito Integrado Digital: Son agrupaciones de resistencias, diodos y transistores; cuya fabricación se da en una sola pieza; es de material semiconductor, que por lo general es silicio; comúnmente recibe nombre de chip.
Generadores eléctricos (tipos de plantas eléctricas)
La generación eléctrica se realiza, básicamente, mediante un generador; si bien estos no difieren entre sí en cuanto a su principio de funcionamiento, varían en función a la forma en que se accionan. Explicado de otro modo, en que fuente de energía primaria utiliza para convertir la energía contenida en ella, en energía eléctrica.
De acuerdo a esta definición podemos nombrar, según su importancia en relación con su utilización en el mundo, las siguientes formas de generación eléctrica.
Generación Termoeléctrica: La que podemos diferenciar en tres grandes grupos,
Según su funcionamiento:
a) Turbinas a Vapor.
b) Turbinas a Gas.
c) Ciclos Combinados.
Todas las Centrales térmicas dependen imprescindiblemente para su puesta en marcha y funcionamiento del empleo de energías no renovables como lo son los combustibles fósiles. Producen un gran impacto negativo sobre todo en la atmósfera.
Generación Hidroeléctrica:
Estas centrales utilizan como fuente de energía primaria un recurso renovable como lo es la fuerza de las aguas, pero tienen un gran impacto inicial sobre la flora, la fauna terrestre e íctica, el clima etc. normalmente están diseñados con un fin multipropósito.
Generación por formas no convencionales:
Enumeramos en este punto a las fuentes energéticas que se utilizan actualmente en forma comercial, aunque lamentablemente todavía su participación porcentual en la ecuación energética mundial no es muy significativa.
- Generación Termonuclear: El recurso primario de estas centrales es no renovable y presentan el problema de la manipulación de los residuos por un lado y la explotación minera por el otro.
- Energía Solar: La energía solar es la energía obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del Sol. La radiación solar que alcanza la Tierra puede aprovecharse por medio de captadores que mediante diferentes tecnologías (células fotovoltaicas, helióstatos, colectores térmicos) pueden transformarla en energía eléctrica o térmica. Es una de las llamadas energías renovables o energías limpias.
- Energía Eólica: La energía eólica se basa en la utilización del viento como energía primaria. Este ha sido un recurso empleado desde tiempos remotos en diferentes partes del mundo y para diversos propósitos.
- Energía Geotérmica: En forma general, la energía geotérmica es la energía almacenada bajo la superficie de la tierra en forma de calor. Su aprovechamiento comercial sólo es posible en aquellos lugares en donde coexisten los factores que dan origen a la existencia de un campo geotérmico propiamente dicho.
- Energía Mareomotriz: La energía mareomotriz es la que se obtiene aprovechando las mareas, mediante su empalme a un alternador se puede utilizar el sistema para la generación de electricidad, transformando así la energía mareomotriz en energía eléctrica, una forma energética más segura y aprovechable.
- Energía utilizando la Biomasa: La bioenergía o energía de biomasa es un tipo de energía renovable procedente del aprovechamiento de la materia orgánica e industrial formada en algún proceso biológico o mecánico, generalmente, de las sustancias que constituyen los seres vivos (plantas, ser humano, animales, entre otros), o sus restos y residuos.
Las fuentes de energías primarias que activan estas centrales son todas renovables, el sol, el aire, el movimiento de las mareas etc. No obstante, aunque en muy baja proporción en relación a las energías convencionales, cada una de ellas también genera un cierto grado de contaminación ambiental.
Transformación: Tipos de Subestaciones:
Conjunto situado en un mismo lugar, de la aparamenta 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.
Tipos de subestaciones
Según la función
1.- De maniobra: destinada a la interconexión de dos o más circuitos
- Todas las líneas que concurren en la subestación a igual tensión
- Permite la formación de nudos en una red mallada
- Aumenta la fiabilidad del sistema
2.- De transformación pura: destinada a la transformación de tensión desde un nivel superior a otro inferior
- Necesario presencia de uno o varios transformadores
- Niveles de transformación
- Transporte Subtransporte
- Subtransporte Reparto
- Reparto Distribución.
3.- De transformación/maniobra: destinada a la transformación de tensión desde un nivel superior a otro inferior, así como a la conexión entre circuitos del mismo nivel.
4.- De Transformación/Cambio del Número de Fases: destinada a la alimentación de redes con distinto número de fases
- Trifásica Hexafásica
- Trifásica Monofásica (subestación de tracción)
5.- De rectificación: destinada a alimentar una red en corriente continua
(subestación de tracción)
6.- De central: destinada a la transformación de tensión desde un nivel inferior a otro superior (centrales eléctricas)
Según emplazamiento
1.- De intemperie
2.- De interior
· Elementos protegidos frente a agentes atmosféricos
· Distancias menores
· Más costosas
3. Blindadas
· Aisladas en gas SF6
· Mínimo espacio requerido
· Empleada en ciudades, zonas de alta contaminación
La Red de Distribución de la Energía Eléctrica o Sistema de Distribución de Energía:
Es la parte del sistema de suministro eléctrico cuya función es el suministro de energía desde la subestación de distribución hasta los usuarios finales (medidor del cliente). Se lleva a cabo por los Operadores del Sistema de Distribución (Distribution System Operator o DSO en inglés).
Los elementos que conforman la red o sistema de distribución son los siguientes:
Subestación de Distribución de casitas: conjunto de elementos (transformadores, interruptores, seccionadores, etc.) cuya función es reducir los niveles de alta tensión de las líneas de transmisión (o subtransmisión) hasta niveles de media tensión para su ramificación en múltiples salidas.
Circuito Primario.
Circuito Secundario.
La distribución de la energía eléctrica desde las subestaciones de transformación de la red de transporte se realiza en dos etapas.
- La primera está constituida por la red de reparto, que, partiendo de las subestaciones de transformación, reparte la energía, normalmente mediante anillos que rodean los grandes centros de consumo, hasta llegar a las estaciones transformadoras de distribución. Las tensiones utilizadas están comprendidas entre 25 y 132 kV. Intercaladas en estos anillos están las estaciones transformadoras de distribución, encargadas de reducir la tensión desde el nivel de reparto al de distribución en media tensión.
- La segunda etapa la constituye la red de distribución propiamente dicha, con tensiones de funcionamiento de 3 a 30 kV y con una característica muy radial. Esta red cubre la superficie de los grandes centros de consumo (población, gran industria, etc.), uniendo las estaciones transformadoras de distribución con los centros de transformación, que son la última etapa del suministro en media tensión, ya que las tensiones a la salida de estos centros es de baja tensión (125/220 ó 220/380 V1 ).
Las líneas que forman la red de distribución se operan de forma radial, sin que formen mallas, al contrario que las redes de transporte y de reparto. Cuando existe una avería, un dispositivo de protección situado al principio de cada red lo detecta y abre el interruptor que alimenta esta red.
La localización de averías se hace por el método de "prueba y error", dividiendo la red que tiene la avería en dos mitades y energizando una de ellas; a medida que se acota la zona con avería, se devuelve el suministro al resto de la red. Esto ocasiona que en el transcurso de localización se pueden producir varias interrupciones a un mismo usuario de la red.
Sistemas de transmisión
Los sistemas de transmisión esencialmente constan de los siguientes elementos:
- Estaciones transformadoras elevadoras.
- Líneas de transmisión.
- Estaciones de maniobra.
- Estaciones transformadoras reductoras.
Hoy en día, para el transporte de grandes potencias se usan universalmente los sistemas de corriente alterna. Se ha llegado a ello como consecuencia de la simplicidad de los grandes generadores y transformadores de corriente alterna. La tensión de transmisión puede ser adaptada a las necesidades del servicio con mayor sencillez y economía que en caso de sistemas de corriente continua.
El sistema de uso mas general en la actualidad es el trifásico. Los sistemas monofásicos solo se usan en ferrocarriles. Los sistemas de transmisión a alta tensión en corriente continua (Sistema Thury) fueron usados en Europa desde 1890 hasta 1937.
Sistemas Trifásicos:
Se emplean de modo casi exclusivo para la transmisión de energía, gracias a su simplicidad y al mayor rendimiento de los conductores respecto a los demás sistemas de corriente alterna.
Sistemas monofásicos:
Estos sistemas no pueden, en general, competir con los sistemas trifásicos para la transmisión de energía y se usan tan solo para aplicaciones especiales. La más importante de ellas es la de los grandes ferrocarriles; sise tiene en cuenta el coste del conjunto del equipo, la transmisión monofásica resulta ser la más económica.
Sistemas de alta tensión de Corriente Continua:
Estos sistemas permiten reducir la tensión, en comparación con los sistemas trifásicos, como puede deducirse del peso relativo de conductor para una tensión máxima dada.
Los métodos para conseguir grandes potencias a tensiones elevadas en corriente continua no han progresado al mismo ritmo que los adelantos en corriente alterna, y hoy día, casi no existen sistemas comerciales de alta tensión en corriente continua.
Tipos de consumidores
· Consumidores Cualificados: Son aquellos clientes que compran la energía por medio de un comercializador, que se encarga de todo. Además, ellos son los que pactan los precios del suministro eléctrico y deciden si quieren adquirir otros servicios.
· Consumidores a Tarifa: Son los consumidores más comunes. Por decisión propia, optan por dar a las empresas energéticas el poder de suministro sobre ellos con un precio establecido.
Tipos de cargas Eléctricas
Positivas y Negativas
Los átomos usualmente presentan igual cantidad de protones y electrones, en este caso decimos que se trata de un átomo eléctricamente neutro. Sin embargo, bajo ciertas circunstancias un átomo puede ganar o peder uno o más electrones. Cuando un átomo gana uno o más electrones (exceso de electrones) queda cargado negativamente y cuando un átomo pierde uno o más electrones (exceso de protones) queda con carga eléctrica positiva.
Por tanto llegamos a la conclusión de que existen dos tipos de cargas eléctricas: positivas y negativas. Las cargas eléctricas del mismo signo se repelen y las cargas eléctricas de signo contrario se atraen.
Cargas de igual signo se repelen (a) y cargas de signo diferente se atraen (b)
