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INSTALACIONES ELÉCTRICAS IINSTALACIONES ELÉCTRICAS I

1. INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS

INGENIERÍA TÉCNICA INDUSTRIAL: ELECTRICIDAD

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1. Introducción de los sistemas eléctricos. 1. Introducción de los sistemas eléctricos.

Concepto de sistema eléctrico.

Sistemas de generación, transporte y distribución.

Elementos de los sistemas eléctricos.

1. Introducción de los sistemas eléctricos.1. Introducción de los sistemas eléctricos.

CONCEPTO DE SISTEMA ELÉCTRICO

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Concepto de sistema eléctricoConcepto de sistema eléctrico

SISTEMA ELÉCTRICO: Conjunto de elementos que hace posible disponer de energía eléctrica en cualquier punto en el que se considere adecuada o necesaria su utilización.

GENERACIGENERACIÓÓNN CONSUMOCONSUMODISTRIBUCIDISTRIBUCIÓÓNNTRANSPORTETRANSPORTEEl sistema de energía eléctrica es un SISTEMA DINÁMICO de enormes dimensiones que permanentemente debe mantener el equilibrio entre generación y demanda

GENERACIÓN = DEMANDA + PÉRDIDASLos procesos de producción, transporte y distribución se realizan siguiendo unas reglas técnicas de OPERACIÓN, siendo supervisados en todo instante para asegurar el buen funcionamiento del Sistema (Operación del Sistema)

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Concepto de sConcepto de sistemaistema eléctricoeléctrico

CARACTERÍSTICAS del SISTEMA ELÉCTRICO: Frecuencia, tensión e intensidad y nº de fases.

Frecuencia: 50 Hz. Sistema interconectado.Tensión: Distintos niveles normalizados.Intensidad: Depende de la potencia demandada.Nº de fases: El sistemas trifásicos es el más generalizado.

Los sistemas eléctricos se estructuran en: generación, transporte y distribución.

GENERACIÓN TRANSPORTE DISTRIBUCIÓN

CONSUMO

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Estructura de un sistema eléctricoEstructura de un sistema eléctrico

• GENERACIÓN: su misión es producir energía eléctrica. Suele estar alejada de los centros de consumo y próxima a fuentes de energía.

• TRANSPORTE: permite llevar grandes cantidades de energía eléctrica desde los centros productores hasta las zonas consumidoras. Suele realizarse a grandes tensiones para evitar pérdidas.

• DISTRIBUCIÓN: suministro de la energía eléctrica a distintos niveles de tensión.

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Estructura de un sEstructura de un sistemaistema eeléctricoléctrico

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Clasificación de las Redes EléctricasClasificación de las Redes Eléctricas

• Criterios de clasificación de las redes– TENSIÓN, que limita la potencia a transportar y fija las

dimensiones del material– FUNCIÓN, que debe cumplir la red. Tiene influencia en las

condiciones de operación de la red.– TOPOLOGÍA, que determina la forma de explotación

normal y las posibilidades de socorro en caso de defecto.– SISTEMA, el tipo de corriente, el número de fases, la

frecuencia, el sistema de puesta a tierra, etc.

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Tipos de tensión en las redes eléctricasTipos de tensión en las redes eléctricas

Tensiones Aplicación

Muy Baja Tensión U ≤ 50 V Control

Baja Tensión50 V < U < 1 kV

110, 220, 380 (400), 660 VDistribución

Media Tensión1 kV < U < 66 kV

6 -10 kV, 15 ó 20 kV, 25 ó 35 kVProducción Distribución

Alta Tensión66 kV < U < 275 kV

66, 132, 220 kVTransporte Distribución

Muy Alta TensiónU > 300 kV

400 kVTransporte

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Clasificación según la función de las redesClasificación según la función de las redes

• Red de utilización: alimentar directamente consumos del usuario final. Buena continuidad de servicio con estructuras simples y baratas.

• Red industrial: red de utilización que necesita potencias elevadas (> 350 kW). Tensiones de 400 V a 10 kV.

• Red de distribución: suministrar energía a las redes de utilización. Constan normalmente de más de un escalón de tensión.

• Red de reparto o subdistribución: suministran la potencia a las redes de utilización pero limitadas a cortas distancias. No suelen alimentar a usuario. Tensiones de 45 a 132 kV.

• Red de transporte: aseguran la alimentación a una zona o conjunto de zonas, transportando grandes potencia a grandes distancias. 400 kV.

• Red de interconexión: unen redes de transporte de gran dimensión y potencia con el fin de dar mayor estabilidad al sistema y permitir intercambio de energía.

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Clasificación según la topología de las redes Clasificación según la topología de las redes

• Red radial o en antena: la energía circula siempre en el mismo sentido por cada tramo de la red (se transmite en forma radial a los receptores). Simple y fácil de equipar con protecciones. Falta de garantía de suministro.

• Red en bucle o en anillo: cada punto de la red se alimenta de dos fuentes en paralelo. Seguridad de suministro, fácil mantenimiento, mayor complejidad en los sistemas de control y protección y aumento del coste.

• Red mallada: resultado de entrelazar anillos y líneas radiales formando mallas. Todas las líneas deben poder soportar sobrecargas permanentes. Seguridad de suministro, flexibilidad y facilidad de mantenimiento. Mayor complejidad y coste..

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Topología de las redes eléctricasTopología de las redes eléctricas

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Clasificación de las redes eléctricasClasificación de las redes eléctricas

• SISTEMA:– Tipo de corriente: continua o alterna – Número de fases: monofásica o polifásica (trifásica)– Frecuencia– Sistema de puesta a tierra:

• Sistema de neutro aislado.• Sistema puesto a tierra (rígidamente o a través de una impedancia)• Sistema puesto a tierra a través de bobina de extinción (localizada

entre el neutro de devanado del transformador que alimenta la red y la tierra)

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Estructura de un sistema eléctricoEstructura de un sistema eléctrico

1. Introducción de los sistemas eléctricos.1. Introducción de los sistemas eléctricos.

SISTEMAS DE GENERACIÓN, TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN

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Generación. Tipos de Centrales Generación. Tipos de Centrales

• La generación (de energía eléctrica) se realiza en Centrales de Produccióna una tensión típica de 6 a 20 kV Necesidad elevar tensión.

• La ubicación de la generación de electricidad tiene múltiples condicionantes:

− Disponibilidad de la Energía Primaria• Hidroeléctrica: Caudal o salto de agua• Térmica de combustibles fósiles:

– Nacional: minas de carbón, yacimientos de gas...– Importación: cercanía de puertos, gasoductos...– Ciclos Combinados: red de gaseoductos

• Térmica nuclear:− Agua de refrigeración− Rechazo social

• Renovables (Viento, sol, biomasa, pequeña hidráulica.)

− Impacto ambiental…

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Generación. Tipos de CentralesGeneración. Tipos de Centrales

Convencional

Generación

Renovables

Carbón

Fuel o Gas

Hidráulica

Nuclear

Térmica

Eólica

Biomasa

Fotovoltaica

Geotérmica

Mareas

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Generación convencionalGeneración convencional

NUCLEARNUCLEARCTCCCTCC

COGENERACIÓNCOGENERACIÓNGRAN HIDRÁULICAGRAN HIDRÁULICA

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Generación de régimen especialGeneración de régimen especial

FOTOVOLTAICAFOTOVOLTAICA

CENTRAL DE BIOMASACENTRAL DE BIOMASA

EÓLICAEÓLICA

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Generación. Situación de las centralesGeneración. Situación de las centrales

23

GeneraciónGeneración

La nueva generación: Parques Eólicos y Ciclos combinados

24

Evolución de las tecnologías elegidas en España para la producción de electricidad.

1.2. Generación. Tipos de Centrales1.2. Generación. Tipos de CentralesGeneración Generación

GRAN HIDRÁULICA BOMBEOS

FUEL-OIL

CARBÓN

NUCLEAR FISIÓN

GAS, TURBINAS Y C.C.G.T.

RENOVABLES

... 1960 ... 1970 1980 1990 2000 2010

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Generación. Previsiones de desarrolloGeneración. Previsiones de desarrollo

Potencia Instalada 2003

7,9%13,1%

29,8%

28,2%

Potencia 2002 = 58.892 MW


22,8%

26,8% 23,6%

15,9%

11,0%

Hidráulica

Nuclear

Ciclos Combinados

Resto Térmica

Régimen Especial


31,5%

17,1% 20,0%

21,3%

10,1%



Estructura de la potencia instalada

21,0

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Sistema eléctrico. Red de Transporte.Sistema eléctrico. Red de Transporte.

• Conecta la generación con el consumo.• Se realiza en alta tensión para reducir la intensidad, y por tanto las

pérdidas. En el sistema eléctrico peninsular integra las líneas de tensión ≥ 220 kV y las interconexiones internacionales.

• La red de transporte es mallada por razones de fiabilidad y robustez.• La gran mayoría de las líneas son aéreas.• Cables subterráneos sólo cuando es preciso:

− Coste del aislante, mantenimiento y reparación.

400 kV 220 kVkm líneas 16.846 16.458% REE 99,77 98,97Capacidad Transformación (MVA) 56.022

% REE 98,57REE. Informe del sistema eléctrico en 2005.

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Evolución de la red de transporte. Hitos.Evolución de la red de transporte. Hitos.

1908 Línea 30 kV Quintana-Bilbao.1909 Línea 66 kV Valencia-Millares-Madrid.1915 Propuesta de Pérez del Pulgar de red de transporte nacional.1919 1er Congreso de Ingeniería. Conclusiones: Red Nacional bajo control

del Estado.1926 Concurso para enlazar los diversos sistemas regionales.1927 Línea 132 kV Burguillo-Puente Princesa.

Línea 132 kV Conchas-Lindoso.1944 Creación de UNESA.1951 Línea 220 kV Ricobayo-Valladolid-Villalbilla.50-60 Red Peninsular interconectada.1964 Línea 400 kV Mequinenza-Rubí-Frontera Francesa.1977 II PEN (Fuentes Quintana) se propone nacionalización de la REN.1979 Creación de ASELÉCTRICA.1985 Creación de RED ELÉCTRICA.1997 Nuevo contexto regulatorio: Ley 54/1997 del Sector Eléctrico.

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Sistema eléctrico. Transporte.Sistema eléctrico. Transporte.

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Transporte. Interconexiones internacionales.Transporte. Interconexiones internacionales.

• Las interconexiones proporcionan beneficios:− técnicos− económicos− medioambientales

• En el mundo existen numerosos sistemas interconectados, con objeto de aprovechar los beneficios de las interconexiones.

• España está integrada en la UCTE, que compone el sistema interconectado de mayor envergadura en Europa.

Vic

Baixas

LindosoBemposta

Pocinho

Saucelle

Aldeadavila

CedilloFalagueira

Cartelle

Pinar del ReyINTERCONEXIÓN (Tensión)

Conchas

Melloussa

Elvas

Badajoz

Argia

Errondenia

Arkale

Biescas

Pragneres

Hernani

Irun

Argia

Benos

Lac d'oo

Adrall

Andorra

400 kV 220 kV 132 kV 66 kVLíneas

Cable submarino

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Sistema eléctrico. Distribución.Sistema eléctrico. Distribución.

• Transmisión de energía eléctrica desde desde la red de transporte a los centros de consumo.

571.246 km de líneas y 250.000 transformadores

• Se suele distinguir entre la red de Reparto y la red de Distribuciónpropiamente dicha.

• La red de reparto cubre una región y suele tener una estructura poco mallada o en lazo.

• Las redes de distribución tienen que llegar hasta el último consumidor.- En zonas rurales suelen ser radiales.- En zonas urbanas suelen ser malladas pero se explotan radialmente.

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Sistema eléctrico. DistribuciónSistema eléctrico. Distribución

32


• Las redes de distribución en zonas urbanas son generalmente subterráneas. Se caracterizan por una gran densidad de carga en poco espacio. Los requisitos de fiabilidad son mayores.

• Resulta más costoso enterrar las líneas y repararlas, pero las distancias son menores que en las redes rurales.

Red de distribución urbana

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Red de distribución rural• En zonas rurales, las redes de distribución suelen ser aéreas. La densidad

de carga no es muy elevada, la fiabilidad requerida es menor por el número de usuarios, no hay problemas de espacio y resultan más baratas.

• La fiabilidad va disminuyendo a medida que aumenta la distancia a la subestación. A veces existe alimentación de socorro que puede suministrar desde aguas abajo en caso de fallo.

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Sistema eléctrico. Distribución.Sistema eléctrico. Distribución.

ISLASCANARIAS

ASTURIAS

LUGOSANTANDER

A CORUÑA

LEÓN

VIZCAYA

NAVARRA

HUESCA LLEIDA

BARC

ELON

AGERONA

PONTEVEDRA

ORENSE

ZAMORAVALLADOLID

PALE

NCI

A

BURGOS

ÁLAVA

LOGROÑO

SORIA ZARAGOZA

TARRAGONA

SALAMANCA

MADRID

GUADALAJARA TERUEL

CAST

ELLÓ

N

TOLEDO CUENCA

VALENCIA

ALBACETE

MURCIA

ALICANTEBADAJOZ

CIUDAD REAL

HUELVASEVILLA

CORDOBA

CÁDIZ

MÁLAGA

JAÉN

GRANADA

CÁCERES

ÁVILA

ALMERÍA

SEGOVIA

GUIPÚZCOA

ISLASBALEARES

% Energía Distribuida

2,5E. E. ViesgoViesgo

4,5H. CantábricoH. Cantábrico

15,5 Unión FenosaUnión Fenosa

37,9 EndesaEndesa

39,6IberdrolaIberdrola

Datos 2001Datos 2001

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Subestaciones y centros de transformaciónSubestaciones y centros de transformación

La interconexión entre los distintos niveles de La interconexión entre los distintos niveles de tensión se realiza en las subestaciones y tensión se realiza en las subestaciones y centros de transformación.centros de transformación.

1. Producción: 6 kV – 20 kV

2. Subestación elevadora. Eleva la tensión desde el valor de generación hasta tensión de transporte. Normalmente en las proximidades de la central.

3. Red de transporte: 220 kV – 400 kV

4. Subestación transformadora. Reduce la tensión de la red de transporte a tensiones de reparto de 132 kV, 110 kV, 66 kV.

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SubestacionesSubestaciones

5. Red de reparto. 132 kV, 110 kV, 66 kV. Reparte la energía hasta llegar a las subestaciones de distribución.

6. Subestación de distribución. Transforma la tensión de reparto hasta el nivel de tensión de la red de MT 66 kV, 20 - 45 kV.

7. Red de distribución MT. Cubre la superficie del centro de consumo uniendo las subestaciones de distribución con los centros de transformación.

8. Centro de transformación. Reducen hasta BT.9. Red de distribución BT (U < 1 kV). Alimentan distintos

receptores y son el último escalón en la distribución de energía eléctrica.

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SubestacionesSubestaciones

• Proporcionan conexión entre líneas e integran distintos niveles de tensión.

• Elementos básicos:− Transformadores de potencia− Elementos de compensación

• reactancias, condensadores

− Elementos de corte• interruptores, seccionadores

− Equipos auxiliares de medida y control• transformadores de tensión/intensidad, sistemas de protección

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Sistema eléctrico. ConsumoSistema eléctrico. Consumo

• Es el uso final de la energía eléctrica.• El consumo de electricidad se concentra en grandes

aglomeraciones de población, zonas muy industrializadas, etc...

• Numerosas aplicaciones.• Demanda creciente, e indexada al PIB.• Conectados en distintos puntos del sistema y a

diferentes niveles de tensión.

43.00043.0009.7009.70046.00046.000Alta TensiónAlta TensiónU > 1 U > 1 kVkV

85.26685.26699.80099.8002211,3,3**101066Baja Tensión Baja Tensión U < 1 U < 1 kVkV

Energía Energía ((GWhGWh))

Potencia Potencia (MW)(MW)Nº. SuministroNº. Suministro

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Estructura de la demandaEstructura de la demanda

El 1,8% del total de clientes consumen un 37% del total de energíamientras que el 84% de los clientes consumen sólo un 25%

Número de clientes Estructura del consumo

Industria y Construcción 430.000 1,8%

Comercio y Servicios 2.880.000 12,1%

Otros 450.000 1,9%

Residencial 20.040.000 84,1%

TOTAL 23.800.000 100,0%

Comercio y Servicios

30%

Residencial25%

Industria y Construcción

37%

Otros8%

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Demanda. Día laborable Demanda. Día laborable –– miércoles.miércoles.

1. Introducción. Ideas Básicas.1. Introducción. Ideas Básicas.

ELEMENTOS DE LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS

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Elementos de los sistemas eléctricosElementos de los sistemas eléctricos

• Máquinas eléctricas– Generadores eléctricos: E. mecánica E. eléctrica– Transformadores: convierten las tensiones– Motores: E. eléctrica E. mecánica

• Líneas eléctricasConducen la energía eléctrica. Consisten básicamente en conductores apoyados en torres o enterrados.

• Cargas eléctricasSe caracterizan por la potencia que demandan y por la variación de dicha potencia.

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Elementos de los sistemas eléctricosElementos de los sistemas eléctricos

• AparamentaConjunto de dispositivos para maniobra, control, regulación, seguridad y canalización en instalaciones eléctricas.

• Sistemas de controlSistemas centralizados desde los que se controla la red o parte de ella, donde se verifica su estado, se ajusta la generación y la demanda, se realizan funciones de programación de la generación, maniobras, etc.

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Elementos en los distintos subsistemasElementos en los distintos subsistemas

• Centrales generadoras– Turbina– Alternador o generador– Sistema de regulación y control del grupo turbina-alternador

• Subestaciones y centros de transformación– Transformadores de potencia– Embarrados– Equipos de medida– Sistema de tierras– Aparamenta de alta tensión (aparatos de corte, trafos de medida

y protección, elementos de protección, elementos de apoyo y sustentación).

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Elementos en los distintos subsistemasElementos en los distintos subsistemas

• Líneas de transporte y redes de reparto (aéreas)– Conductores desnudos– Sistema de tierras– Aparamenta de alta tensión (aparatos de corte, sistemas

de protección, elementos de apoyo y sustentación)• Redes de distribución (subterráneas)

– Conductores aislados (cables)– Sistema de tierras– Aparamenta de alta tensión (aparatos de corte, sistemas

de protección, elementos de apoyo, sustentación y transición)

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Legislación del sector eléctrico españolLegislación del sector eléctrico español

• “Reglamento Técnico de Líneas Aéreas de Alta Tensión”, Decreto del Ministerio de Industria 3151/1968 (BOE 27/12/68).

• “Reglamento sobre condiciones técnicas y garantías de seguridad en Centrales Eléctricas, Subestaciones y Centros de Transformación”, R.D. 3275/1982 de 12 de noviembre, e Instrucciones Técnicas Complementarias (MIE-RAT).

• “Reglamento Electrotécnico de Baja tensión”, R.D. 842/2002 de 2 de agosto, e Instrucciones Técnicas Complementarias (ICT-BT).

• 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.

• “UNE-EN 50160. Características de la tensión suministrada por las redes generales de distribución”, AENOR.

• Ley 54/1997 de 27 de noviembre, del Sector Eléctrico.

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Introducción a los sistemas eléctricos.Introducción a los sistemas eléctricos.

Bibliografía:• Gómez Expósito, “Análisis y Operación de sistemas de energía

eléctrica”, Mc Graw-Hill, 2002.• Grainger, Stevenson, “Análisis de Sistemas de Potencia”, Mc Graw-

Hill, 1995.• Guirado, Asensi, Jurado, Carpio, “Tecnología Eléctrica”, Mc Graw-

Hill, 2006. • Navarro Vázquez, “Instalaciones eléctricas en Alta Tensión.

Sistemas de maniobra, medida y protección”, Paraninfo, 1998.

Documents

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