Sistemas eléctricos de la central
Introducción
¡Hola!
Es una alegría encontrarnos en este espacio formativo, espero que sigas gozando de buena salud y de un excelente ánimo pues te ayudarán bastante para completar esta unidad de aprendizaje que ya está entrando a su etapa final; por lo tanto te invito a tu clase 17 titulada Sistemas eléctricos de la central.
La electricidad es la forma de energía más utilizada hoy en día en la industria y en los hogares. La electricidad es una forma de energía relativamente fácil de producir en grandes cantidades, de transportar a largas distancias, de transformar en otros tipos de energía y de consumir de forma aceptablemente limpia. Está presente en todos los procesos industriales y en prácticamente todas las actividades humanas por lo que se puede considerar hoy en día como un bien básico insustituible. Para que la electricidad pueda ser utilizada es necesario, como en cualquier otra actividad industrial, un sistema físico que permita y sustente todo el proceso desde su generación hasta su utilización y consumo final. Este sistema es el sistema eléctrico. En esta clase digital, se verán los conceptos de los sistemas eléctricos de la central generadora de energía.
Te invito a conocerlos. ¡Éxito!
Desarrollo del tema
La energía eléctrica generada dentro de una central debe ser transmitida hacia el sistema interconectado. Para ello, la potencia eléctrica es transportada desde la salida del generador hacia una subestación. Una subestación es un conjunto de equipos y sistemas cuyo objetivo es enlazar dos redes eléctricas entre sí, en la que al menos una de ellas está a una tensión inferior a la correspondiente a las estaciones eléctricas. Allí, los niveles de tensión (voltaje) se elevan con la finalidad de disminuir las pérdidas de energía debido a la circulación de corrientes altas en los conductores, básicamente, por recalentamiento de estos. Desde la subestación, la energía es transportada hacia las líneas de transmisión, donde se incorpora al sistema eléctrico para su consumo.
El sistema de suministro eléctrico comprende el conjunto de medios y elementos útiles para la generación, el transporte y la distribución de la energía eléctrica. Este conjunto está dotado de mecanismos de control, seguridad y protección.
El sistema eléctrico está compuesto por tres etapas fundamentales:
- Generación. La energía eléctrica se genera en las centrales eléctricas de todo tipo: hidráulica, térmica, eólica, etc. Una central eléctrica es una instalación que utiliza una fuente de energía primaria para hacer girar una turbina que, a su vez, hace girar un alternador, que produce energía en corriente alterna sinusoidal.
- Transmisión. La energía se transporta, frecuentemente a gran distancia de su centro de producción, a través de la red de transporte, encargada de enlazar las centrales con los puntos de utilización de energía eléctrica.
- Distribución. La red de distribución es el sistema de líneas que finalmente conecta al usuario con la red. Trabaja en conjunto con otra estación de transformadores reductores cuya función es la de reducir el voltaje a magnitudes de 230V y 400V que serán utilizados por los consumidores, ya sea en residencia o industria.
Niveles de voltaje
- Alta tensión. Tensiones arribas de 34,000 Volts. Las tensiones más conocidas son, 69 kV, 115 kV, 161 kV, 230 kV, 400 kV. Usualmente estos niveles son utilizados para líneas de transmisión.
- Media tensión. Tensiones arriba de 1,000 Volts. Las tensiones más conocidas son, 4.16 kV, 7.6 kV, 13.2 kV, 23 kV y 34 kV. Usualmente estas líneas son utilizadas para la distribución de energía en las áreas rurales y urbanas.
- Baja tensión. Tensiones menores de 1,000 Volts. Las tensiones mayormente conocidas en baja tensión son: 110 V, 220 V, 240 V, 254 V, 277 V, 440 V y 480 V.
Los elementos principales de una subestación de intemperie, la más habitual en una central de ciclo combinado para enlazar los generadores con la red eléctrica en la que vuelca la energía producida son:
- Transformador
- Interruptor de potencia.
- Restaurador
- Cuchillas fusibles
- Cuchillas desconectadoras
- Apartarrayos
- Transformadores de instrumento
- Barras, Buses o cajas derivadoras
Transformador
Es una máquina eléctrica estática que transfiere energía eléctrica de un circuito a otro conservando la frecuencia constante, opera bajo el principio de inducción electromagnética y tiene circuitos eléctricos que están enlazados magnéticamente y aislados eléctricamente.
Interruptor de potencia
Interrumpe y restablece la continuidad de un circuito eléctrico. La interrupción se debe efectuar con carga o corriente de corto circuito.
Restaurador
Es un interruptor de aceite con sus tres contactos dentro de un mismo tanque y que opera en capacidades interruptivas bajas. Los restauradores están construidos para funcionar con tres operaciones de recierre y cuatro aperturas con un intervalo entre una y otra; en la última apertura el cierre debe ser manual, ya que indica que la falla es permanente.
Cuchillas fusibles
Son elementos de conexión y desconexión de circuitos eléctricos. Tienen dos funciones: una como cuchilla desconectadora, para lo cual se conecta y desconecta, y otra como elemento de protección. El elemento de protección lo constituye el dispositivo fusible que se encuentra dentro del cartucho de conexión y desconexión.
Cuchillas desconectadoras y cuchillas de prueba
Sirven para desconectar físicamente un circuito eléctrico. Por lo general se operan sin carga, pero con algunos aditamentos se puede operar con carga hasta ciertos límites.
Apartarrayos
Se encuentra conectado permanentemente en el sistema, descarga la corriente a tierra cuando se presenta una sobretensión de determinada magnitud. Su operación se basa en la formación de un arco eléctrico entre dos explosores cuando se alcanza el valor para el cual está calibrado o dimensionado.
Transformadores de instrumento
Existen dos tipos: transformadores de corriente (TC), cuya función principal es cambiar el valor de la corriente en su primario a otro en el secundario; y transformadores de potencial (TP), cuya función principal es transformar los valores de voltaje sin tomar en cuenta la corriente.
Estos valores sirven como lecturas en tiempo real para instrumentos de medición, control o protección que requieran señales de corriente o voltaje.
Barras, buses o cajas derivadoras
Son las terminales de conexión por fase. Los sistemas de una subestación son:
- Sistema de medición y control
- Sistema de barras colectoras o buses
- Sistema de protección contra sobrevoltaje y sobrecorriente
- Sistemas auxiliares: sistema de enfriamiento, filtrado de aceite, presión, etc
El sistema eléctrico está compuesto por las centrales generadoras, líneas de transporte, subestaciones, líneas de distribución y centros de consumo.
En apoyo a tu aprendizaje te invito a ver el siguiente video:
Conclusión
En conclusión de la clase repasamos lo siguiente:
La energía eléctrica generada dentro de una central debe ser transmitida hacia el sistema interconectado. Para ello, la potencia eléctrica es transportada desde la salida del generador hacia una subestación. Una subestación es un conjunto de equipos y sistemas cuyo objetivo es enlazar dos redes eléctricas entre sí, en la que al menos una de ellas está a una tensión inferior a la correspondiente a las estaciones eléctricas. Allí, los niveles de tensión (voltaje) se elevan con la finalidad de disminuir las pérdidas de energía debido a la circulación de corrientes altas en los conductores, básicamente, por recalentamiento de estos. Desde la subestación, la energía es transportada hacia las líneas de transmisión, donde se incorpora al sistema eléctrico para su consumo.
El sistema de suministro eléctrico comprende el conjunto de medios y elementos útiles para la generación, el transporte y la distribución de la energía eléctrica. Este conjunto está dotado de mecanismos de control, seguridad y protección.
Hemos concluido la clase y como puedes notar has avanzado mucho durante el trayecto del curso ¡Muchas felicidades! Te invito a repasar los temas y conceptos revisados y la realización de las consignas para que se pueda alcanzar el aprendizaje esperado en esta clase. Te encuentro en tu última clase.
Fuentes de información
- Klempner, G., & Kerszenbaum, I. (2008). Handbook of Large turbo-generators, operation and maintenance. (2a ed.). Wiley-IEEE Press.
- Nag. P. K. (2002). Power Plant Engineering. (2a ed.).Tata McGraw Hill Education.
- Drbal, L., Westra, K., & Boston, P. (Eds). (1996). Power Plant Engineering. Springer EE. UU.