Componentes y Funcionamiento de Sistemas de Suministro Eléctrico

Sistema Eléctrico

Un sistema eléctrico es un conjunto de centrales generadoras de energía, estaciones, subestaciones, redes de transporte y distribución que permiten el suministro de energía, desde la generación hasta los puntos de consumo, en condiciones adecuadas de tensión, frecuencia y disponibilidad. Además, debe incluir los mecanismos de control, seguridad y protección.

Componentes del Sistema de Suministro Eléctrico

• Producción: Constituido por centrales generadoras. Disponen de un parque de transformación o estación transformadora elevadora que adecua los valores de tensión.
• Transporte: Su función es conectar las centrales generadoras con las subestaciones transformadoras, que reducen las tensiones para adecuarlas a las redes de distribución. Se utiliza para transportar energía eléctrica a grandes distancias.
• Distribución: Lo componen las redes que conectan a los abonados con las subestaciones transformadoras.

Elementos Clave del Sistema de Suministro Eléctrico

• Centro de Control Eléctrico (CECOEL): Responsable de la operación y supervisión coordinada en tiempo real de las instalaciones de generación y transporte del sistema eléctrico español.
• Subestación de generación: Eleva la tensión de la energía eléctrica que sale de la central para conectarla a la red de transporte. Este proceso sirve para minimizar las pérdidas por efecto Joule.
• Subestación de distribución: Transforma la energía en alta tensión (AT) que circula por la red de transporte a tensiones menores para que, a través de las redes de distribución, la electricidad llegue al consumidor.
• Estación o subestación transformadora: Conecta varios elementos de la red con el fin de hacer llegar la energía generada en las centrales eléctricas hasta los consumidores. Además, recoge toda la información del funcionamiento de los equipos y elementos de la red de transporte, y los resultados se envían continuamente al CECOEL. Con los datos recibidos, se analiza el funcionamiento del sistema y se toman las decisiones oportunas para garantizar la seguridad y continuidad del suministro.
• Subestación de transporte: Conecta entre sí varias líneas de alta tensión (AT) para conseguir una red mallada. El proceso es directo si las redes son de la misma tensión, pero habrá que utilizar transformadores si las tensiones son diferentes.

Constitución de una Red de Distribución

• Subestaciones de distribución: Cambian la energía de un nivel de tensión a otro inferior:
  • Subestación de muy alta tensión (MAT) a alta tensión (AT). Transforma de 220 kV a 66 kV o a 45 kV.
  • Subestación AT/media tensión (MT). Transforma de 132 kV a 20 kV.
  • Subestación MAT/MT. Transforma de 220 kV a 20 kV.
• Centro de reparto: Instalación donde una o más líneas provenientes de una o varias subestaciones se derivan a otras de la misma tensión. Alojan los dispositivos de protección necesarios.
• Centro de reflexión: Instalación donde se garantiza la alimentación de una o más líneas a través de una línea denominada línea cero proveniente de una subestación o centro de reparto. Esta línea cero constituye un circuito sin carga cuya misión principal es proporcionar una vía alternativa de alimentación ante el fallo de alguno de los tramos que apoya.
• Centro de transformación: Incluye la instalación con toda la aparamenta necesaria para la reducción de las líneas de MT a líneas de baja tensión (BT). Transformadores con entrada de MT y salida de BT.
• Líneas para distribuir la energía de un punto a otro de la red:
  • Líneas de MAT y AT, que corresponden con la red primaria de distribución o reparto. Los niveles de tensión serán inferiores a 220 kV y superiores a 20 kV.
  • Líneas de MT, que corresponden con la red de distribución secundaria. Los niveles de tensión son 20 kV e inferiores. Son líneas que, partiendo de la subestación o centro de reparto, alimentan los centros de transformación (CT).
  • Líneas de BT, con tensiones de 400/230 V y hasta 1 kV, que partiendo del CT, alimentan a los usuarios o abonados.

Estructura de las Redes de Distribución de Media Tensión (MT)

• Red lineal: Constituida por una línea de distribución en MT alimentada por uno o por dos lados y por las líneas de distribución en BT que se necesiten por cada uno de los CT. Esta estructura permite suministrar la energía a la totalidad de los CT desde cualquiera de los dos extremos de alimentación.
• Red en anillo: Formada por una línea de distribución de MT, que se cierra sobre sí misma, y por sus correspondientes líneas de distribución en BT. La energía suministrada por cada una de las salidas de la subestación no debe superar el 50% de su capacidad, dado que, ante un fallo en cualquier punto del anillo, se debe poder alimentar la totalidad de los CT a través de la otra salida.
• Red en anillos múltiples: Variación de la red en anillo. Está formada por varias redes conectadas a una subestación o centro de reparto cerradas en anillo. Cada anillo puede disponer de un número determinado de CT con sus líneas de distribución en BT.
• Red en huso normal: Formada por varias líneas con origen en el mismo punto de alimentación, generalmente una subestación, que confluyen en un punto común denominado centro de reflexión. Una de las líneas interconecta directamente la subestación con el centro de reflexión. Esta línea se denomina circuito cero y permite disponer de toda la capacidad en el centro de reflexión para alimentación, desde este punto, a las restantes líneas en caso de fallo en cualquiera de ellas.
• Red en huso apoyado: El centro de reflexión se sustituye por una subestación.

Aparamenta Utilizada en Media Tensión

• Interruptor automático: Dispone de un elemento para maniobra o corte con apertura automática.
• Fusible: Elemento de protección contra cortocircuitos y sobrecargas. Su funcionamiento se basa en la ley de Joule, su curva de funcionamiento se denomina de tiempo inverso.
• Interruptor-seccionador: Combina las propiedades del interruptor y el seccionador para la maniobra y corte de distancia.
• Seccionador e interruptor: (Definición de cuaderno).
• Interruptor con fusible o ruptofusible: Elemento de maniobra y protección que lleva unos fusibles asociados que, al fundirse, realizan la apertura de dicho interruptor.
• Pararrayos autovalvulares o autoválvulas: Aparato de protección contra sobretensiones de tipo atmosférico. Contiene en su interior una sustancia semiconductora que, a tensión de funcionamiento, es aislante. Si la tensión aumentara bruscamente, esta sustancia se convertiría en conductora y derivaría a tierra dicha sobretensión.

Sistema de Conexión de Neutro y de las Masas a Distribución de Baja Tensión

Significado de las letras

• Primera letra: Indica cómo está conectado el neutro del transformador con respecto a tierra.
  • T: El neutro del transformador está conectado directamente a tierra.
  • I: El neutro del transformador está conectado a tierra con una impedancia muy grande o aislada de tierra.
• Segunda letra: Indica cómo es la distribución de las masas en la red de distribución.
  • T: Las masas de los receptores están conectados a una tierra dentro del propio edificio/fábrica.
  • N: Las masas de los receptores se unen directamente con el neutro del transformador, no hay toma de tierra en el propio edificio.
• Cuando es N puede aparecer una tercera letra:
  • S: Indica que el neutro y el cable de protección están separados en dos cables.
  • C: Neutro y protección combinados en un mismo cable.
  • CS: Neutro y protección combinados en un tramo, pero cuando llegan al receptor se dividen en dos cables.

En Cantabria se usa TT, distribuido por Viesgo.

Definiciones

• Apoyo: Estructura que se utiliza para mantener separados del suelo las líneas eléctricas aéreas:
  • Madera.
  • Hormigón armado, vibrado, centrifugado o prensado.
  • Acero galvanizado.
• Catenaria: Curva matemática que describe un cable al estar suspendido entre dos puntos.
• Vano: Espacio comprendido entre dos apoyos.
• Luz: Longitud en metros del vano.
• Flecha: Distancia desde una línea imaginaria que une los extremos de la catenaria hasta la parte más baja de la misma.

Esfuerzos Mecánicos de los Apoyos

• Verticales: Debido al peso de los cables, de los aisladores y todos los elementos asociados al cable. Manguitos de hielo en zonas frías.
• Transversales: Esfuerzos del viento y de diferentes alineaciones y direcciones. Para contrarrestar los efectos se instala una contrapunta.
• Longitudinales: Son debidos a una rotura de los conductores o al cambio de aéreo a subterráneo y viceversa.

Tipos de Apoyo

• Alineación: Soporta esfuerzos verticales y transversales por el viento (tramos rectos).
• Amarre / anclaje: Soporta esfuerzos verticales, viento y rotura de cables. Se intercalan con apoyos de alineación.
• Ángulo: Soporta esfuerzos verticales, viento y unión de dos alineaciones diferentes.
• Principio o fin de línea: Soporta el peso del cable, viento y esfuerzos longitudinales. Aéreo a subterráneo.
• Apoyo especial: Atraviesa ríos, carreteras, pantanos, etc.

Partes de una Subestación

• Autotransformador: Máquina encargada de subir o bajar la tensión (transformador) con un par de bobinas por fase, mientras que el autotransformador tiene una bobina por fase.
• Autoválvulas: Primer elemento que nos encontramos a la entrada de una subestación. Internamente, dispone de una VDR (resistencia dependiente de la tensión). Cuando están a la tensión nominal, su resistencia es infinita. Cuando hay sobretensión (por un rayo), su resistencia es cero. La autoválvula funcionará de pararrayos, conectándose por un lado a la fase y por otro a tierra, intercalando en ese cable un cuentarayos.
• Depósito de expansión: Absorbe las dilataciones del interior de la cuba.
• Transformador de medida de intensidad: Su misión es proporcionar una intensidad proporcional a la que circula por la línea eléctrica. En el secundario, la intensidad máxima que circula es de 5 A. Conexión: el primario se conecta en serie con la fase y el secundario al amperímetro. Para saber la intensidad de la línea, se multiplicará el valor del amperímetro por la relación de transformación del transformador de medida de intensidad.
• Transformador de medida de tensión: Son transformadores que proporcionan una tensión proporcional a la tensión de la red entre fase y tierra. Estos transformadores se conectan con el primario entre fase y tierra, ya que esa tierra está conectada a las tres fases en estrella. El secundario va a los aparatos de medida que se requieran. En estos transformadores, el secundario siempre es a 110 V.