Componentes del sistema de suministro de energía

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El sistema de energía eléctrica se puede dividir en tres partes principales: generación (G), transmisión (T) y distribución (D), como se muestra en la Fig. 1. El sistema generador suministra energía eléctrica al sistema.

Sistemas de transmisión y subtransmisión

Los sistemas de transmisión y subtransmisión son redes malladas; es decir, hay múltiples caminos de un punto a otro. Esta estructura de trayectos múltiples aumenta la fiabilidad del sistema de transmisión. el es red de transporte es una red de alto voltaje diseñada para transportar electricidad a largas distancias desde los generadores hasta los puntos de carga. el es red de subtransmisión es una red de baja tensión que tiene como objetivo transportar energía en distancias más cortas desde las subestaciones de suministro masivo a las subestaciones de distribución. El sistema de transmisión, normalmente de 132 a 765 kilovoltios (kV), y el subsistema de transmisión, normalmente de 34 a 132 kV, constan de:

  1. Alambres o cables aislados para transmisión de energía.
  2. Transformadores para pasar de un nivel de tensión a otro
  3. Dispositivos de protección, como disyuntores, relés, sistemas de comunicación y control
  4. Estructuras físicas para incluir lo anterior, como torres de transmisión y subestaciones

Figura 1: Estructura simple del sistema eléctrico.

Sistema de entrega

La distribución de energía eléctrica incluye la parte de un sistema de energía eléctrica por debajo del nivel de subtransmisión, es decir, la subestación de distribución, las líneas principales de distribución o líneas eléctricas, el suministro, los transformadores de distribución, los circuitos secundarios de distribución y las conexiones y medidores de clientes.

La subestación contiene un transformador para reducir el voltaje de los niveles de subtransmisión a los niveles de distribución. Las tensiones de distribución suelen estar entre 4 y 34 kV. Cada transformador de subestación sirve a uno o más alimentadores.

El sistema de distribución primaria se extiende desde las subestaciones de distribución hasta los transformadores de distribución. Se distingue entre alimentadores principales, que se conectan a la subestación, y alimentadores secundarios, que se conectan a los alimentadores principales. estas alimentadores principales y laterales que se muestra en la Fig. 2.

Componentes del sistema de distribución eléctrica

Figura 2: Componentes del sistema de distribución de energía eléctrica.

Cada alimentador está equipado con un interruptor automático o reconectador para protegerse a sí mismo y al transformador de la subestación contra daños causados ​​por corrientes de cortocircuito. Más allá de la subestación, el suministro primario consistente en cables subterráneos o líneas aéreas para transportar energía y dispositivos asociados para controlar y proteger el alimentador. Estos incluyen interruptores, capacitores, fusibles, reguladores de voltaje, seccionadores, reconectadores y transformadores de distribución reductores.

Se conectan varios transformadores al suministro principal para reducir los niveles de voltaje a los niveles del cliente, que es de 240, 208 o 120 V. Los transformadores de distribución sirven al sistema de distribución secundario, que tiene pequeños conductores que conectan de 1 a 10 clientes residenciales en todos los transformadores de distribución. .

Dependiendo de la cantidad de su demanda de energía eléctrica, los clientes pueden conectarse a la red de transmisión, a la subred de transmisión, a la distribución primaria o a la distribución secundaria. Todos los clientes están conectados a la red eléctrica a través de un contador.

sistema radial

Los principales circuitos de distribución en los distritos centrales de negocios de las grandes ciudades consisten en cables subterráneos que se utilizan para interconectar los transformadores de distribución de la red eléctrica. Con esta excepción, el sistema suele ser primario radial; es decir, es un árbol. Para mayor seguridad, es bastante común bucle radial:

Lazo de alimentación principal a través del área de carga y de regreso a la subestación.

Ambos extremos del bucle generalmente están conectados a la subestación en dos interruptores automáticos separados. La configuración de bucle radial proporciona capacidad de respaldo. Cuando se abren los interruptores de la sección seleccionada, se utilizará una configuración radial para el funcionamiento normal. Cuando ocurre una falla en una sección servida por alimentadores radiales, esta sección se aísla y el resto del circuito se puede usar para abastecer a los clientes no afectados aguas abajo de la sección defectuosa.

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Generación de energía eléctrica

La mayor parte de la energía eléctrica en los Estados Unidos se produce en centrales eléctricas de vapor. La energía hidroeléctrica representa menos del 20% del total, y este porcentaje disminuirá a medida que se desarrollen la mayoría de las fuentes hidroeléctricas disponibles. Las turbinas de gas se utilizan en menor medida durante períodos cortos cuando un sistema soporta una carga máxima.

Carbón Es el combustible más utilizado en las centrales térmicas de vapor. Centrales nucleares alimentadas por uranio Representan una parte cada vez mayor de la carga, pero su construcción es lenta e incierta debido a la dificultad de financiar mayores costos de construcción, mayores requisitos de seguridad, oposición pública a la operación de plantas de energía nuclear y retrasos en los permisos.

Se hace algún uso de ella energía geotérmica como vapores derivados del suelo en los Estados Unidos y otros países.

La energía solar, que sigue siendo principalmente en forma de calentamiento directo de agua para uso doméstico, debería mejorar gracias a la investigación en células fotovoltaicas. Se ha avanzado mucho en el aumento de la eficiencia de estas células y la reducción de su coste, pero aún queda un largo camino por recorrer.

Generadores eléctricos accionados por molino operando en varios lugares y suministrando pequeñas cantidades de energía a los sistemas eléctricos. Se están realizando esfuerzos para aprovechar la energía de las mareas y las olas cambiantes. El alcohol es una forma indirecta de energía solar que se obtiene del grano y se mezcla con gasolina para convertirlo en un combustible aceptable para los automóviles. Otra forma de energía solar indirecta es el gas de síntesis hecho de basura y aguas residuales.

Transporte y distribución

La tensión de los grandes generadores en el sistema eléctrico suele estar entre 13,8 y 24 kV. Sin embargo, los grandes generadores modernos están construidos para voltajes de 18 a 24 kV. No se han adoptado estándares para los voltajes del generador.

El voltaje del generador se eleva a niveles de transmisión en el rango de 115 a 765 kV. Las altas tensiones estándar (HT) son 115, 138 y 230 kV. Las tensiones extra altas (EHT) son de 345, 500 y 765 kV.

Las líneas se investigan a niveles de voltaje ultra alto (UHT) de 1000 a 1500 kV. el es aprovechar los niveles más altos de voltaje de transmisión es evidente cuando se considera la capacidad de transmisión de megavoltios-amperios (MVA) de una línea.

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el es capacidad de la línea de transmisión varía con el cuadrado del voltaje. La capacitancia también depende de los límites térmicos del conductor, la caída de voltaje permitida, la confiabilidad y los requisitos de estabilidad para mantener la sincronización entre las máquinas en el sistema. La mayoría de estos factores dependen Longitud de la línea.

Transmisión de alto voltaje suelen utilizar líneas aéreas soportadas por estructuras de acero, cemento o madera. Actualmente, la implementación de la transmisión subterránea es insignificante en términos de la longitud total de las líneas de transmisión. Esto es principalmente debido a la inversión mucho mayorasí como los costes de reparación y mantenimiento del transporte subterráneo frente al transporte aéreo.

El uso de cables subterráneos se limita principalmente a áreas urbanas densamente pobladas o grandes masas de agua.

el es caída de voltaje primero la subestación de fuerza a granel tiene niveles de transmisión, donde la reducción está en el rango de 34.5 a 138 kV, dependiendo de la tensión de transmisión. Algunos clientes industriales pueden recibir suministro a estos niveles de voltaje.

el es el siguiente paso hacia abajo en la tensión es en la subestación de distribución, donde la tensión en las líneas de transmisión que salen de la subestación está entre 4 y 34,5 kV y suele estar entre 11 y 15 kV. Es el sistema de distribución primaria. 12 kV (línea a línea) es un voltaje muy común en este nivel. Esta tensión suele describirse como 12 kV Y/7,2 kV ∆.

La mayoría de las cargas industriales son alimentadas por el sistema primario, que también alimenta a los transformadores de distribución que suministran voltajes secundarios en circuitos monofásicos de tres hilos para uso residencial. Aquí, el voltaje entre dos cables es de 240 V y 120 V entre cada uno de ellos y el tercer cable, que está conectado a tierra. Otros circuitos secundarios son 208-VY/120-VA o 480-VY/277-V ∆, sistemas trifásicos de cuatro hilos.

Características de la carga eléctrica

El objetivo último de cualquier sistema eléctrico es proporcionar energía eléctrica al consumidor de forma segura, fiable, económica y de alta calidad. La operación del sistema eléctrico requiere que se preste especial atención a la seguridad no solo del personal de servicios públicos, sino también del público en general.

En los centros de carga de los consumidores, la energía eléctrica se convierte en otras formas de energía más deseables y útiles. Esto implica que el suministro de electricidad debe estar disponible dónde, cuándo y en qué cantidad el consumidor lo necesita.

La calidad de la energía eléctrica suministrada depende en parte del consumo energético de los consumidores. Cuando existe una gran demanda de la capacidad limitada del sistema de energía, el voltaje puede desviarse de sus niveles aceptables.

Las fluctuaciones de voltaje y frecuencia pueden hacer que las máquinas grandes cambien. Las demandas extremadamente altas y prolongadas pueden hacer que el equipo se sobrecargue, lo que puede hacer que los dispositivos de protección se disparen para evitar daños mayores al equipo.

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finalel sistema eléctrico debe operarse de tal manera que los costos generales de generar electricidad, incluidas todas las pérdidas asociadas en los sistemas de generación y distribución. minimizado. Las condiciones más económicas resultan no solo de los procedimientos operativos correctos, sino también de la planificación y el diseño efectivos del sistema.

Las cargas eléctricas suelen estar agrupadas cuatro categorías: residencial, comercial, industrial y otros.

Estos a veces se subdividen en subgrupos según sus niveles de uso, por ejemplo, residencias A, B o C.

el es cargas residenciales son casas y apartamentos privados. Incluyen iluminación, cocina, calefacción y aire acondicionado, refrigeradores, calentadores de agua, lavadoras y secadoras, y muchos otros electrodomésticos diferentes.

Costos comerciales incluye edificios de oficinas, grandes almacenes, supermercados y almacenes.

Cargas industriales compuesto por fábricas, plantas manufactureras, siderúrgicas, madereras, papeleras, mineras, textiles y otras plantas industriales.

En grupos comerciales e industriales, las cargas incluyen iluminación, calefacción y aire acondicionado de confort, y varios tipos de equipos de oficina. Además, existen diferentes tipos y tamaños de motores, ventiladores, gabinetes, hornos, etc.

La carga eléctrica se refiere a la cantidad de energía eléctrica o energía eléctrica consumida por un dispositivo en particular o una comunidad entera.

También se le llama demanda de electricidad. A nivel del consumidor individual, la demanda de electricidad es bastante impredecible. Sin embargo, a medida que las demandas de diferentes usuarios se acumulan y se suman a un alimentador o subestación, comienzan a mostrar un patrón definido.

Curva de carga

Un gráfico típico de carga eléctrica se muestra en la Fig. 3, y se le da un curva de carga. El período de interés suele ser de 1 día; por eso se llama un curva de carga diaria. La curva de carga diaria muestra la demanda en kilovatios desde la medianoche hasta el mediodía.

Curva de carga típica

Figura 3: Curva de carga típica.

Las curvas de carga diaria tienen una forma similar y valores máximos de lunes a viernes. Curvas de carga de fin de semana generalmente diferente, especialmente para clientes industriales y comerciales debido al cierre de operaciones el sábado y domingo.

Curvas de carga se puede construir para alimentadores, subestaciones, centrales eléctricas o para todo el sistema. También se trazan curvas de carga para diferentes períodos o estaciones del año. Por lo tanto, la carga máxima del sistema para el verano o el invierno se puede leer como la ordenada más alta de la curva de carga correspondiente.

Curva de tiempo de carga

Las curvas de carga diaria pueden acumularse durante un año completo y presentarse en otra curva, conocida como curva de duración de carga anual (LDC). Una curva de duración de carga típica se muestra en la Fig. 4.

curva de tiempo de carga

Figura 4: Curva de duración de carga

El LDC muestra las cargas de 8760 horas durante el año, pero no en el orden en que ocurrieron. En cambio, el LDC indica el número de horas que la carga ha superado una determinada demanda en kilovatios. Calculando el área bajo la curva LDC y dividiendo por el número total de horas, se determina la demanda promedio.

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