Generacion De Electricidad

Elementos De Los Sistemas De Potencia

Es el conjunto de todas las instalaciones electrotécnicas, redes eléctricas incluidas, y todas las instalaciones adicionales para la generación, transporte y utilización de la energía eléctrica dentro de una determinada unidad territorial.

Central eléctrica

Instalación de producción de energía eléctrica que comprende los grupos generadores, la aparamenta asociada y la parte de las obras en las que están instaladas.

En el MIE-RAT 01 se define como: "Lugar y conjunto de instalaciones, incluidas las construcciones de obra civil y edificios necesarios, utilizados directa o indirectamente para la producción de energía eléctrica".

Subestación

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 uno o más circuitos, quedan excluidos de esta definición los centros de transformación.

Subestación de maniobra

Esta destinada a la conexión de dos o más circuitos eléctricos y a su maniobra.

Subestación de transformación

Es la destinada a la transformación de la energía eléctrica mediante uno o más transformadores cuyos secundarios se emplean en la alimentación de otras subestaciones o centros de transformación.

Centro de transformación

Instalación provista de uno o varios transformadores reductores de Alta a Baja tensión con la aparamenta y obra complementaria precisa.

En un sistema de energía eléctrica, siguiendo el gráfico que se anexa, cada tramo de línea de transporte, generación o consumo dispone de unas características peculiares, encontrándonos con las siguientes unidades estructurales, tal como se representa en el dibujo correspondiente.

Zona de generación de energía eléctrica

Estará formada por los siguientes componentes:

Central generadora eléctrica, térmica, nuclear o hidroeléctrica.

Generador eléctrico, generador asíncrono trifásico normalmente, con una tensión de salida máxima de unos 25kV.

Estación transformadora elevadora, subestación de transformación.

Zona de transporte

Estará formada por los siguientes componentes:

Línea primaria de transporte de energía eléctrica, este tramo de instalación se identificará por:

grandes tensiones U>132kV normalmente, grandes distancias L>100km normalmente, sistema de interconexión en malla, todas las líneas están unidas entre sí, haciéndose esta unión extensible también entre las centrales generadoras y utilización de líneas aéreas.

Subestación transformadora, donde las tensiones y las potencias comienzan a decrecer, suele estar formada por un conjunto de transformadores, correspondiendo a las derivaciones de la línea principal de potencia, los transformadores pasan de alta a media tensión.

Línea secundaria de transporte de energía eléctrica

Este tramo se identifica por, tensiones medias

(U<66kV normalmente, distancias medias L<25km normalmente, sistema de interconexión en malla, todas las líneas están unidas entre sí y utilización de líneas aéreas.

Subestación transformadora secundaria

Donde las tensiones y las potencias se adaptan a valores más bajos, suele estar formadas por un conjunto de transformadores, correspondiendo a las derivaciones de la línea secundaria de potencia, los transformadores pasan de media a baja tensión.

Línea terciaria o red pública de transporte de energía eléctrica, este tramo se identifica por, tensiones medias bajas U<25kV normalmente, distancias Cortas L<1km normalmente, sistema de interconexión

en antena o radial, no hay interconexión entre líneas de distintas distribuciones y utilización de líneas aéreas o subterráneas.

Centros de transformación a baja tensión

Donde mediante un transformador se pasa de media tensión a baja tensión.

Línea de enlace

Corresponde al tramo final del transporte de energía eléctrica, este tramo comprende desde la acometida hasta el usuario, las tensiones son bajas U<1kV, distancias cortas L<100m, sistema de interconexión en antena o radial, no hay interconexión entre líneas de distintas distribuciones y utilización de líneas aéreas o subterráneas dependiendo si son zonas urbanas o rurales.

Usuarios

Todo tipo de consumo o aprovechamiento de la energía eléctrica, motores, cintas transportadoras, procesos productivos, iluminación, etc.

Sistema eléctrico de potencia

Es una serie de elementos o componentes eléctricos o electrónicos, tales como resistencias, inductancias, condensadores, fuentes, y/o dispositivos electrónicos semiconductores, conectados eléctricamente entre sí con el propósito de generar, transportar o modificar señales electrónicas o eléctricas.

Un circuito eléctrico tiene que tener estas partes, o ser parte de ellas.

1. Por el tipo de señal: De corriente continua, de corriente alterna y mixtos.

2. Por el tipo de régimen: Periódico, Transitorio y Permanente.

3. Por el tipo de componentes: Eléctricos: Resistivos, inductivos, capacitivos y mixtos. Electrónicos: digitales, analógicos y mixtos.

4. Por su configuración: En Serie y Paralelo.

Características de los Sistemas Eléctricos

• 1. Todo circuito eléctrico está formado por una fuente de energía (tomacorriente), conductores (cables), y un receptor que transforma la electricidad en luz (lámparas),en movimiento (motores), en calor (estufas).

• 2. Para que se produzca la transformación, es necesario que circule corriente por el circuito.

3. Este debe estar compuesto por elementos conductores, conectados a una fuente de tensión o voltaje y cerrado.

4. Los dispositivos que permiten abrir o cerrar circuitos se llaman interruptores o llaves.

Conceptos básicos de un Sistema Eléctrico

• Conductor eléctrico: Cualquier material que ofrezca poca resistencia al flujo de electricidad se denomina conductor eléctrico. La diferencia entre un conductor y un aislante, que es un mal conductor de electricidad o de calor, es de grado más que de tipo, ya que todas las sustancias conducen electricidad en mayor o en menor medida. Un buen conductor de electricidad, como la plata o el cobre, puede tener una conductividad mil millones de veces superior a la de un buen aislante, como el vidrio o la mica. En los conductores sólidos la corriente eléctrica es transportada por el movimiento de los electrones; y en disoluciones y gases, lo hace por los iones.

Los materiales en los que los electrones están fuertemente ligados a los átomos se conocen como aislantes, no conductores o dieléctricos. Algunos ejemplos son el vidrio, la goma o la madera seca.

• Diferencia de potencial: La diferencia de potencial es constante. Al circular partículas cargadas entre dos puntos de un conductor se realiza trabajo. La cantidad de energía necesaria para efectuar ese trabajo sobre una partícula de carga unidad se conoce como diferencia de potencial (V). Esta magnitud se mide en volts. Cuando una carga de 1 coulomb se desplaza a través de una diferencia de potencial de 1 volt, el trabajo realizado equivale a 1 joule. Esta definición facilita la conversión de cantidades mecánicas en eléctricas.

L = V.q

L: trabajo [J]

V: diferencia de potencial o tensión [V]

La Tierra, un conductor de gran tamaño que puede suponerse sustancialmente uniforme a efectos eléctricos, suele emplearse como nivel de referencia cero para la energía potencial. Así, se dice que el potencial de un cuerpo cargado positivamente es de tantos volts por encima del potencial de tierra, y el potencial de un cuerpo cargado negativamente es de tantos volts por debajo del potencial de tierra.

Corriente eléctrica

Si dos cuerpos de carga igual y opuesta se conectan por medio de un conductor metálico, por ejemplo un cable, las cargas se neutralizan mutuamente. Esta neutralización se lleva a cabo mediante un flujo de electrones a través del conductor, desde el cuerpo cargado negativamente al cargado positivamente (en ingeniería eléctrica, se considera por convención que la corriente fluye en sentido opuesto, es decir, de la carga positiva a la negativa). En cualquier sistema continuo de conductores, los electrones fluyen desde el punto de menor potencial hasta el punto de mayor potencial. Un sistema de esa clase se denomina circuito eléctrico. La corriente que circula por un circuito se denomina corriente continua (CC) si fluye siempre en el mismo sentido y corriente alterna (CA) si fluye alternativamente en uno u otro sentido. El flujo de una corriente continua está determinado por tres magnitudes relacionadas entre sí:

1- La diferencia de potencial en el circuito, que en ocasiones se denomina fuerza electromotriz (fem) o voltaje.

2- La intensidad de corriente.

3- La resistencia del circuito.

Elementos de un Sistema eléctrico

Los elementos de un circuito pueden ser activos y pasivos. Elementos activos: son los que transforman una energía cualquiera en energía eléctrica, mediante un proceso que puede ser reversible o no. Nos referimos a los generadores de tensión y de corriente.

Elementos pasivos: son cuando almacenan, ceden o disipan la energía que reciben. Se refiere a las resistencias, bobinas y condensadores.

Estos elementos también se pueden tomar como:

- Elementos activos: la tensión y la corriente tienen igual signo.

- Elementos pasivos: la tensión y la corriente tienen distinto signo.

Elementos activos:

1. Generadores de tensión: son parte integrante indispensable en todo equipo electrónico o sistema de medición. Como parte de un instrumento, es de estas fuentes que los diferentes circuitos electrónicos obtienen la energía para operar, por lo que, internamente, todo equipo está provisto de una de ellas más o menos compleja, dependiendo de los requisitos impuestos por el circuito que debe alimentar.

Estos generadores, mantienen las características de la tensión entre sus bornes, independientemente de los elementos que componen el resto del circuito. Cuando esto no ocurre así se dice que se comporta como un generador real de tensión.

2. Generadores de corriente: es una corriente constante por el circuito externo con independencia de la resistencia de la carga que pueda estar conectada entre ellos. Estos mantienen las características de la corriente entre sus bornes, independientemente de los elementos que componen el resto del circuito. Cuando esto no ocurre así se dice que se comporta como un generador real de corriente.

3. Fuente eléctrica: Es un circuito o dispositivo eléctrico activo que provee una diferencia de potencial o una corriente de manera confiable para que otros circuitos puedan funcionar. A continuación se indica una posible clasificación de las fuentes eléctricas:

Fuentes reales: A diferencia de las fuentes ideales, la diferencia de potencial que producen o la corriente que proporcionan fuentes reales, depende de la carga a la que estén conectadas.

3.2 Fuente de tensión ideal: Es aquella que genera tensión entre sus terminales constante e independiente de la carga que alimente. Si la resistencia de carga es infinita se dirá que la fuente está en circuito abierto, y si fuese cero se estaría en un caso absurdo, ya que según su definición una fuente de tensión ideal no puede estar en cortocircuito.

3.3 Fuente de intensidad ideal: Aquella que proporciona una intensidad constante e independiente de la carga que alimente. Si la resistencia de carga es cero se dirá que la fuente está en cortocircuito, y si fuese infinita estaríamos en un caso absurdo, ya que según su definición una fuente de intensidad ideal no puede estar en circuito abierto.

Fuentes ideales: Las fuentes ideales son elementos utilizados en la teoría de circuitos para el análisis y la creación de modelos que permitan analizar el comportamiento de componentes electrónicos o circuitos reales. Pueden ser independientes, si sus magnitudes son siempre constantes, o dependientes en el caso de que dependan de otra magnitud.

4.1 Fuente independiente: Es un generador de voltaje o corriente que no depende de otras variables del circuito.

4.2 Fuente dependiente: Es un generador de voltaje o corriente cuyos valores dependen de otra variable del circuito.

Elementos pasivos:

1. Resistores: Es un elemento pasivo. Se denomina resistor a la oposición que encuentra la corriente eléctrica para recorrerla. Su valor se mide en ohmios y se designa con la letra griega omega mayúscula (O). La materia presenta 4 estados en relación al flujo de electrones. Éstos son conductores, semiconductores, resistores y dieléctricos. Todos ellos se definen por el grado de oposición a la corriente eléctrica. Y disipa la energía en forma irreversible.

2. Capacitores o condensadores: Es un dispositivo formado por dos conductores o armaduras, generalmente en forma de placas o láminas separados por un material dieléctrico, que, sometidos a una diferencia de potencial adquieren una determinada carga eléctrica.

A esta propiedad de almacenamiento de carga se le denomina capacidad o capacitancia. En el Sistema internacional de unidades se mide en Faradios (F), siendo 1 faradio la capacidad de un condensador en el que, sometidas sus armaduras a una diferencia de potencial de 1 voltio, éstas adquieren una carga eléctrica de 1 culombio.

3. Inductor o bobina: Es un componente pasivo que, debido al fenómeno de la autoinducción, almacena energía en forma de campo magnético. Un inductor está constituido usualmente por una bobina de material conductor, típicamente cable de cobre. Existen inductores con núcleo de aire o con núcleo de un material ferroso, para incrementar su inductancia. La inductancia es la capacidad de un dispositivo para almacenar energía en forma de un campo magnético.

Los capacitores e inductores suelen estar dentro de estas dos categorías ya que adsorben energía cuando se carga y asi mismo suministran energía cuando se descargan.

Símbolos de algunos elementos de un circuito eléctrico.

Es un conjunto de cables generalmente recubierto de un material aislante o protector.

Es una medida de la oposición que un material presenta a ser atravesado por un flujo de energía calórica o térmica

Es un elemento que causa oposición al paso de la corriente, causando que en sus terminales aparezca una diferencia de tensión (un voltaje).

Es un dispositivo eléctrico que produce luz mediante el calentamiento de un filamento metálico.

Es un dispositivo para cambiar el curso de un circuito.

Es un componente electrónico cuya resistencia disminuye con el aumento de intensidad de luz incidente.

Es un instrumento que sirve para medir la potencia de amperios eléctricos que está circulando por un Circuito eléctrico.

Es un dispositivo que convierte energía química en energía eléctrica por un proceso químico transitorio. La pila contiene un polo positivo o ánodo y el otro es el polo negativo o cátodo.

Es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico cerrado pero a la vez abiertos en los polos.

Es un dispositivo que tiene un contacto móvil que se mueve a lo largo de la superficie de una resistencia de valor total constante.

Es un dispositivo semiconductor que permite el paso de la corriente eléctrica en una única dirección con características similares a un interruptor.

Almacena energía eléctrica, usando procedimientos electroquímicos y que posteriormente la devuelve casi en su totalidad.

Es un dispositivo que almacena energía eléctrica, es un componente pasivo.

Es la relación entre el flujo magnético y la intensidad de corriente eléctrica.

Regulador de Tensión Esta diseñado con el objetivo de proteger aparatos eléctricos y electrónicos delicados de variaciones de diferencia de potencial (tensión/voltaje), descargas eléctricas y "ruido" existente en la corriente alterna de la distribución eléctrica.

Leyes de los Sistemas Eléctricos

Ley de Ohm.

La corriente fluye por un circuito eléctrico siguiendo varias leyes definidas. La ley básica del flujo de la corriente es la ley de Ohm, así llamada en honor a su descubridor, el físico alemán Georg Ohm. Según la ley de Ohm, la cantidad de corriente que fluye por un circuito formado por resistencias puras es directamente proporcional a la fuerza electromotriz aplicada al circuito, e inversamente proporcional a la resistencia total del circuito. Esta ley suele expresarse mediante la fórmula I = V/R, siendo I la intensidad de corriente en amperios, V la fuerza electromotriz en voltios y R la resistencia en ohmios. La ley de Ohm se aplica a todos los circuitos eléctricos, tanto a los de corriente continua (CC) como a los de corriente alterna (CA), aunque para el análisis de circuitos complejos y circuitos de CA deben emplearse principios adicionales que incluyen inductancias y capacitancias.

V = I x R

Donde:

V: diferencia de potencial o voltaje aplicado a la resistencia, Voltios

I: corriente que atraviesa la resistencia, Amperios

R: resistencia, Ohmios

Leyes de Kirchhoff.

Si un circuito tiene un número de derivaciones interconectadas, es necesario aplicar otras dos leyes para obtener el flujo de corriente que recorre las distintas derivaciones. Estas leyes, descubiertas por el físico alemán Gustav Robert Kirchhoff, son conocidas como las leyes de Kirchhoff. La primera, la ley de los nudos, enuncia que en cualquier unión en un circuito a través del cual fluye una corriente constante, la suma de las intensidades que llegan a un nudo es igual a la suma de las intensidades que salen del mismo. La segunda ley, la ley de las mallas afirma que, comenzando por cualquier punto de una red y siguiendo cualquier trayecto cerrado de vuelta al punto inicial, la suma neta de las fuerzas electromotrices halladas será igual a la suma neta de los productos de las resistencias halladas y de las intensidades que fluyen a través de ellas. Esta segunda ley es sencillamente una ampliación de la ley de Ohm.

Generación de energía eléctrica

Alternador de fábrica textil

En general, la generación de energía eléctrica consiste en transformar alguna clase de energía química, mecánica, térmica o luminosa, entre otras, en energía eléctrica. Para la generación industrial se recurre a instalaciones denominadas centrales eléctricas, que ejecutan alguna de las transformaciones citadas. Estas constituyen el primer escalón del sistema de suministro eléctrico.

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, difiere en qué fuente de energía primaria utiliza para convertir la energía contenida en ella, en energía eléctrica.

Desde que Nikola Tesla descubrió la corriente alterna y la forma de producirla en los alternadores, se ha llevado a cabo una inmensa actividad tecnológica para llevar la energía eléctrica a todos los lugares habitados del mundo, por lo que, junto a la construcción de grandes y variadas centrales eléctricas, se han construido sofisticadas redes de transporte y sistemas de distribución. Sin embargo, el aprovechamiento ha sido y sigue siendo muy desigual en todo el planeta. Así, los países industrializados o del Primer mundo son grandes consumidores de energía eléctrica, mientras que los países del llamado Tercer mundo apenas disfrutan de sus ventajas.

Planta nuclear en Cattenom, Francia.

La demanda de energía eléctrica de una ciudad, región o país tiene una variación a lo largo del día. Esta variación es función de muchos factores, entre los que destacan: tipos de industrias existentes en la zona y turnos que realizan en su producción, climatología extremas de frío o calor, tipo de electrodomésticos que se utilizan más frecuentemente, tipo de calentador de agua que haya instalado en los hogares, la estación del año y la hora del día en que se considera la demanda. La generación de energía eléctrica debe seguir la curva de demanda y, a medida que aumenta la potencia demandada, se debe incrementar la potencia suministrada. Esto conlleva el tener que iniciar la generación con unidades adicionales, ubicadas en la misma central o en centrales reservadas para estos períodos. En general los sistemas de generación se diferencian por el periodo del ciclo en el que está planificado que sean utilizados; se consideran de base la nuclear y la eólica, de valle la termoeléctrica de combustibles fósiles, y de pico la hidroeléctrica principalmente (los combustibles fósiles y la hidroeléctrica también pueden usarse como base si es necesario).

Centrales termoeléctricas

Rotor de una turbina de una central termoeléctrica.

Central termoeléctrica.

Una central termoeléctrica es una instalación empleada para la generación de energía eléctrica a partir de calor. Este calor puede obtenerse tanto de combustibles fósiles (petróleo, gas natural o carbón) como de la fisión nuclear del uranio u otro combustible nuclear o del sol como las solares termoeléctricas. Las centrales que en el futuro utilicen la fusión también serán centrales termoeléctricas.

En su forma más clásica, las centrales termoeléctricas consisten en una caldera en la que se quema el combustible para generar calor que se transfiere a unos tubos por donde circula agua, la cual se evapora. El vapor obtenido, a alta presión y temperatura, se expande a continuación en una turbina de vapor, cuyo movimiento impulsa un alternador que genera la electricidad. Luego el vapor es enfriado en un Condensador donde circula por tubos agua fría de un caudal abierto de un río o por torre de refrigeración.

En las centrales termoeléctricas denominadas de ciclo combinado se usan los gases de la combustión del gas natural para mover una turbina de gas. En una cámara de combustión se quema el gas natural y se inyecta aire para acelerar la velocidad de los gases y mover la turbina de gas. Como, tras pasar por la turbina, esos gases todavía se encuentran a alta temperatura (500 °C), se reutilizan para generar vapor que mueve una turbina de vapor. Cada una de estas turbinas impulsa un alternador, como en una central termoeléctrica común. El vapor luego es enfriado por medio de un caudal de agua abierto o torre de refrigeración como en una central térmica común. Además, se puede obtener la cogeneración en este tipo de plantas, al alternar entre la generación por medio de gas natural o carbón. Este tipo de plantas está en capacidad de producir energía más allá de la limitación de uno de los dos insumos y pueden dar un paso a la utilización de fuentes de energía por insumos diferentes.

Las centrales térmicas que usan combustibles fósiles liberan a la atmósfera dióxido de carbono (CO2), considerado el principal gas responsable del calentamiento global. También, dependiendo del combustible utilizado, pueden emitir otros contaminantes como óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno, partículas sólidas (polvo) y cantidades variables de residuos sólidos. Las centrales nucleares pueden contaminar en situaciones accidentales (véase accidente de Chernóbil) y también generan residuos radiactivos de diversa índole.

central termosolar funcionando en Sevilla, España.

Centrales Térmicas Solares

Una central térmica solar o central termosolar es una instalación industrial en la que, a partir del calentamiento de un fluido mediante radiación solar y su uso en un ciclo termodinámico convencional, se produce la potencia necesaria para mover un alternador para generación de energía eléctrica como en una central térmica clásica. En ellas es necesario concentrar la radiación solar para que se puedan alcanzar temperaturas elevadas, de 300 °C hasta 1000 °C, y obtener así un rendimiento aceptable en el ciclo termodinámico, que no se podría obtener con temperaturas más bajas. La captación y concentración de los rayos solares se hacen por medio de espejos con orientación automática que apuntan a una torre central donde se calienta el fluido, o con mecanismos más pequeños de geometría parabólica. El conjunto de la superficie reflectante y su dispositivo de orientación se denomina heliostato. Su principal problema medioambiental es la necesidad de grandes extensiones de territorio que dejan de ser útiles para otros usos (agrícolas, forestales, etc.).

Centrales hidroeléctricas

Rotor de una turbina de una central hidroeléctrica.

Una central hidroeléctrica es aquella que se utiliza para la generación de energía eléctrica mediante el aprovechamiento de la energía potencial del agua embalsada en una presa situada a más alto nivel que la central. El agua se lleva por una tubería de descarga a la sala de máquinas de la central, donde mediante enormes turbinas hidráulicas se produce la electricidad en alternadores. Las dos características principales de una central hidroeléctrica, desde el punto de vista de su capacidad de generación de electricidad son:

• La potencia, que es función del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal máximo turbinable, además de las características de la turbina y del generador.

• La energía garantizada en un lapso determinado, generalmente un año, que está en función del volumen útil del embalse, de la pluviometría anual y de la potencia instalada.

La potencia de una central hidroeléctrica puede variar desde unos pocos MW, hasta varios GW. Hasta 10 MW se consideran minicentrales. En China se encuentra la mayor central hidroeléctrica del mundo (la Presa de las Tres Gargantas), con una potencia instalada de 22.500 MW. La segunda es la Represa de Itaipú (que pertenece a Brasil y Paraguay), con una potencia instalada de 14.000 MW en 20 turbinas de 700 MW cada una.

Esta forma de energía posee problemas medioambientales al necesitar la construcción de grandes embalses en los que acumular el agua, que es sustraída de otros usos, incluso urbanos en algunas ocasiones.

Actualmente se encuentra en desarrollo la explotación comercial de la conversión en electricidad del potencial energético que tiene el oleaje del mar, en las llamadas centrales mareomotrices. Estas utilizan el flujo y reflujo de las mareas. En general pueden ser útiles en zonas costeras donde la amplitud de la marea sea amplia, y las condiciones morfológicas de la costa permitan la construcción de una presa que corte la entrada y salida de la marea en una bahía. Se genera energía tanto en el momento del llenado como en el momento del vaciado de la bobina

Centrales Mareomotrices

Las centrales mareomotrices utilizan el flujo y reflujo de las mareas. En general, pueden ser útiles en zonas costeras donde la amplitud de la marea sea amplia y las condiciones morfológicas de la costa permitan la construcción de una presa que corte la entrada y salida de la marea en una bahía. Se genera energía tanto en el momento del llenado como en el momento del vaciado de la bahía.

Actualmente se encuentra en desarrollo la explotación comercial de la conversión en electricidad del potencial energético que tiene el oleaje del mar, en las llamadas centrales undimotrices.

Centrales eólicas

La energía eólica se obtiene mediante el movimiento del aire, es decir, de la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire o de las vibraciones que el dicho viento produce. Los molinos de viento se han usado desde hace muchos siglos para moler el grano, bombear agua u otras tareas que requieren una energía. En la actualidad se usan aerogeneradores para generar electricidad, especialmente en áreas expuestas a vientos frecuentes, como zonas costeras, alturas montañosas o islas. La energía del viento está relacionada con el movimiento de las masas de aire que se desplazan de áreas de alta presión atmosférica hacia áreas adyacentes de baja presión, con velocidades proporcionales al gradiente de presión.2

El impacto medioambiental de este sistema de obtención de energía es relativamente bajo, pudiéndose nombrar el impacto estético, porque deforman el paisaje, la muerte de aves por choque con las aspas de los molinos o la necesidad de extensiones grandes de territorio que se sustraen de otros usos. Además, este tipo de energía, al igual que la solar o la hidroeléctrica, están fuertemente condicionadas por las condiciones climatológicas, siendo aleatoria la disponibilidad de las mismas.

Centrales fotovoltaicas

Panel solar.

Se denomina energía solar fotovoltaica a la obtención de energía eléctrica a través de paneles fotovoltaicos. Los paneles, módulos o colectores fotovoltaicos están formados por dispositivos semiconductores tipo diodo que, al recibir radiación solar, se excitan y provocan saltos electrónicos, generando una pequeña diferencia de potencial en sus extremos. El acoplamiento en serie de varios de estos fotodiodos permite la obtención de voltajes mayores en configuraciones muy sencillas y aptas para alimentar pequeños dispositivos electrónicos. A mayor escala, la corriente eléctrica continua que proporcionan los paneles fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna e inyectar en la red eléctrica. Alemania es en la actualidad el segundo productor mundial de energía solar fotovoltaica tras Japón, con cerca de 5 millones de metros cuadrados de colectores de sol, aunque sólo representa el 0,03% de su producción energética total. La venta de paneles fotovoltaicos ha crecido en el mundo al ritmo anual del 20% en la década de los noventa. En la Unión Europea el crecimiento medio anual es del 30%, y Alemania tiene el 80% de la potencia instalada de la Unión.3

Los principales problemas de este tipo de energía son su elevado coste en comparación con los otros métodos, la necesidad de extensiones grandes de territorio que se sustraen de otros usos, la competencia del principal material con el que se construyen con otros usos (el sílice es el principal componente de los circuitos integrados), o su dependencia con las condiciones climatológicas. Este último problema hace que sean necesarios sistemas de almacenamiento de energía para que la potencia generada en un momento determinado, pueda usarse cuando se solicite su consumo. Se están estudiando sistemas como el almacenamiento cinético, bombeo de agua a presas elevadas, almacenamiento químico, entre otros.

PRONOSTICO DE LA DEMANDA ELECTRICA

PRONOSTICOS DE LA DEMANDA ELECTRICA EN SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

La Planificación de un Sistema Eléctrico

OBJETIVO GENERAL:

Tiene como finalidad estudiar, pronosticar, determinar y anticipar los requerimientos, de obras y equipos con el objeto de satisfacer de forma eficiente y con niveles aceptables de confiabilidad, el crecimiento de la demanda y el consumo de energía eléctrica en un periodo determinado de tiempo.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

 Estudiar la demanda eléctrica

 Analizar algunas de las metodologías existentes para la predicción de la demanda en sistemas eléctricos de distribución.

PRONOSTICO DE DEMANDA

Una planificación adecuada de los equipos de GENERACION, TRASMISION Y DISTRIBUCION, requieren como primer paso, del PRONOSTICO DE LA DEMANDA que envuelva la magnitud y localización geográfica de la futura carga, con la suficiente resolución para estudiar diversas alternativas de capacidad, localización e interconexión. De esta forma la calidad y precisión del pronóstico influyen de manera determinante en el costo de las instalaciones del sistema de distribución planificado.

IMPORTANCIA DEL PRONOSTICO DE LA DEMANDA

La importancia del pronóstico de la demanda de la energía eléctrica surge, de forma obvia, de la incertidumbre asociada a una magnitud que se refiere al futuro. Lo mencionado puede ayudar a determinar si, previsiblemente, se va a producir una carencia de capacidad generadora y en consecuencia, pudiera ser conveniente considerar la construcción de nuevas centrales de energía o simplemente impulsar la adopción de medidas de conservación de la energía) o, por el contrario, en el futuro existirá un exceso de capacidad que pudiera aconsejar la no utilización de parte del parque generador ya existente.

La previsión de la demanda es una actividad esencial de los suministradores de energía eléctrica. Sin una adecuada representación de las necesidades futuras de generación eléctrica, los problemas de exceso de capacidad, o por el contrario de capacidad insuficiente, pueden tener costes sorprendentemente altos. La correcta previsión de la demanda también desempeña un importante papel en las decisiones de una compañía eléctrica respecto a que cantidad y en que época será conveniente comprar (vender) energía a otras empresas del sector.

Si las predicciones resultan ser demasiado bajas pueden tener lugar carencias de energía cuyos costes habitualmente son mucho mayores que el valor de la energía no suministrada. Por el contrario, si las previsiones resultan demasiado altas, los costes de oportunidad pueden ser muy elevados al tener comprometidos, de forma improductiva, cuantiosos fondos económicos durante largos periodos de tiempo.

Pronostico de variables eléctricas

-ventas

-Suscriptores

-Ingresos

-Energía/potencia

-Precios

-Perdidas

 OBJETIVO GENERAL:

Establecer un mecanismo de apoyo teórico-practico, como lo son los pronósticos al momento de tomar una decisión, en cualquier aspecto que sea, para que con la misma y con unas bases estadísticas sólidas podrán permitir, eliminar cualquier posible error al tomar una decisión.

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PRONOSTICO DE LA DEMANDA

• En la demanda de energía eléctrica conviene, frecuentemente segmentar los kilowatios consumidos en los que se observa un comportamiento similar.

• Aunque no existe uniformidad en su aceptación esta muy difundida la división en tres grupos de demanda: residencial, comercial e industrial

• Como se ha comentado anteriormente, el propio precio relativo de la electricidad puede ser un factor importante en la cantidad de energía consumida por las clases de clientes anteriormente mencionadas.

• La influencia de otros factores puede ya no ser tan clara. Así por ejemplo, el precio de los productos sustitutivos (petróleo, gas natural, carbón, etc.) también se suele considerar un factor relevante en la cantidad de energía eléctrica consumida. Sin embargo la magnitud de la renta disponible suele ser un factor más importante en el consumo del sector residencial que en el industrial.

• La demanda de energía eléctrica esta sujeta a alteraciones debido a un gran numero de factores. El consumo de electricidad varia de acuerdo con la estación del año y la hora del día. Con la estación del año ya que se consume más electricidad durante el invierno y el verano que en la primavera o el otoño, estaciones estas ultimas en la que el tiempo es más moderado. El consumo de energía eléctrica también varia según el día de la semana considerado, ya que la demanda suele ser mayor durante los días laborables que durante los fines de semana o los días festivos.

MODELIZACION DE LA PREDICCION DE DEMANDA

En este contexto, el horizonte temporal del pronóstico esta relacionado con los problemas a los que se enfrenta una compañía eléctrica. Básicamente se pueden considerar tres horizontes temporales para la predicción de energía eléctrica:

• A corto plazo se entiende por el periodo que va desde 1 año hasta 3 años.

• Por mediano plazo, se suele entender el periodo de predicción que se extiende en el futuro a partir de 3 años hasta 10 años o desde el momento en que se efectúa el pronóstico. Esta predicción es necesaria, generalmente para establecer, el calendario de mantenimiento de las plantas generadoras y del sistema de transmisión.

• Se suele denominar largo plazo al periodo de predicción que abarca un periodo mayor a diez años en el futuro. Puesto que es el tiempo necesario para planificar, construir, probar y poner en funcionamiento nueva capacidad generadora puede oscilar entre tres y diez años.

PRONOSTICO, PREDICCION Y PROYECCION

 PREDICCION: Es un proceso de estimación de un proceso futuro, basándose en consideraciones subjetivas.

 PROYECCION: Son aquellos datos del pasado que pueden ser combinados sistemáticamente en forma predeterminada, para hacer estimaciones del futuro. Se utilizan métodos estadísticos.

Del gráfico anterior se puede decir con certeza que el pronóstico de la demanda no puede ser hecho con base a una relación matemática pura, lo más razonable es formular un pronóstico considerando tanto la parte matemática (proyección), como la parte cualitativa (Predicción).

MÉTODOS PARA REALIZAR LOS PRONÓSTICOS DE DEMANDA

LOS METODOS SURGEN DE LA NECESIDAD DE ELABORAR PROYECCIONES DE LA DEMANDA DE ENERGIA ELECTRICA EN UN SISTEMA, CON UN IMPORTANTE GRADO DE PRECISION.

A continuación se señalan algunos de los métodos empleados para realizar estimaciones y proyecciones de la demanda:

 Método de tendencia histórica

 Uso futuro de la Tierra.

 Modelos Econométricos.

 Modelos Estocásticos.

 Matrices de Markov.

 Métodos Híbridos

 Método del Usuario Final

METODO DE TENDENCIA HISTORICA

• Los métodos de tendencia histórica, en general, usan los datos anteriores de demanda de cada micro área para extrapolar su carga futura. Sin embargo a medida que el tamaño de las microáreas disminuye, el proceso de desarrollo se cumple de una manera rápida.

• Los métodos de tendencia histórica presentan problemas clásicos como: sobrextrapolación. Esto es, predecir mayor carga de la que puede existir en términos reales en una microárea.

DESVENTAJAS:

• Incapacidad de predecir demanda en área previamente vacantes, es decir, sin demanda que extrapolar.

• Incapacidad de predecir cambios grandes en el comportamiento de la carga debido a condiciones externas.

• No pueden predecir escenarios múltiples, por lo que no son recomendados para planificación a largo plazo.

USO FUTURO DE LA TIERRA

Los modelos de predicción de carga basada en el uso de la tierra, evitan el uso de herramientas de tendencia histórica, de tal manera que el preeditor usa los tipos y densidad de uso de la tierra esperada en cada área y entonces traslada la demanda eléctrica a estas proyecciones de tierra.

Estos métodos utilizan como paso previo la predicción del uso de la tierra, esto es, densidad de población futura en áreas residenciales, comerciales e industriales.

Para ello, esta densidad es representada usualmente en planos de uso de la tierra, divididos en micro áreas.

ECONOMETRICOS

Se basan en ecuaciones estimadas que relacionan la demanda de electricidad con factores externos. Generalmente se considera que algunos de los modelos de este tipo pueden ser tos más complejos de todos los utilizados para la predicción de la demanda de la energía eléctrica.

En estos modelos la demanda futura se determina considerando la influencia que en esta última tienen algunas variables explicativas, Cuyos valores históricos son un requisito imprescindible para la utilización de estos modelos. Entre las mencionadas variables explicativas que suelen ser objeto de consideración en estos modelos se encuentran el número de clientes, la renta de los mismos, el precio de la electricidad y de los productos sustitutivos, el nivel de actividad económica, las variables climáticas, el nivel de equipamiento de los hogares, etc.

MODELOS ESTOCASTICOS:

Logran captar las tendencias de las curvas de demanda que están encubiertas por los cambios bruscos.

MATRICES DE MARKOV:

Emplean técnicas probabilísticas para relacionar la demanda de energía eléctrica con variables económicas cuyo comportamiento futuro se supone conocido.

METODOS DEL USUARIO FINAL

• En la literatura especializada no hay unanimidad en considerar a los métodos de usuario final como cualitativamente distintos de los métodos de saturación de aparatos (generalmente electrodomésticos), ya que la metodología en ambos casos consiste en hallar la energía eléctrica consumida por un determinado tipo de aparato como el resultado de multiplicar el número de usuarios del mismo y sus tasas de utilización por el consumo energético de dicho aparato, agregando a continuación tales productos sobre los diferentes tipos de aparatos electrodomésticos que se desee incluir por considerarlos relevantes desde el punto de vista de la energía consumida.

• Estos modelos son aplicables, en principio, a la estimación de la demanda de energía eléctrica en los sectores residencial, comercial, industrial y servicios. No obstante, a veces, cuando se trata de estimar la demanda de energía eléctrica solo en el sector residencial se tiende más a utilizar la expresión de estimación por saturación de aparatos. En cambio, cuando se trata de una estimación en los demás sectores mencionados se acostumbra a emplear preferentemente la terminología de estimación por el método de usuario final.

METODOS HIBRIDOS

• Cada uno de los métodos anteriores puede tener una aplicación adecuada en un determinado contexto. Así por ejemplo, cuando se dispone de datos de saturación que abarcan un período de quince o más años, los modelos econométricos de regresión pueden ser más convenientes. En cambio si se dispone de datos de saturación de aparatos o de usuario final, éstos serían los métodos apropiados.

• En la práctica, existen numerosas situaciones en las que no existe un método mejor de efectuar la predicción de la demanda eléctrica por lo que, a veces, se recurre a elaborar una combinación de predicciones realizadas por diferentes métodos, pretendiéndose con ello obtener una predicción más robusta que las proporcionadas por cada método individual de pronóstico.

• Entre las ventajas de los modelos híbridos se puede considerar la de que pueden utilizar lo mejor de los tipos Econométricos y de usuario final. Entre sus desventajas pueden citarse la gran cantidad de datos que necesitan

Los métodos que estiman la demanda eléctrica son numerosos pero el uso de métodos híbridos, han demostrado ser los más útiles y flexibles para horizontes de largo plazos.

El manejo de proyecciones estadísticas se dificulta, debido a la gran cantidad de variables que se deben manejar por ello es conveniente el uso de programas de computación

Modelo de predicción de Demanda:

Al emplear cada uno de los métodos antes señalados con anterioridad es importante definir el término de:

MICROÁREA

Es la mínima unidad espacial de carga a la cual se le asigna demanda eléctrica, con un mínimo de tiempo de tres (03) años.

Las microáreas corresponden a divisiones del área bajo estudio y de acuerdo a su forma se pueden clasificar en:

 Irregulares: resultan de la diferenciación del área de influencia de equipos en la zona de interés.

 Regulares: son el producto del reticulado del área bajo estudio.

Características de la demanda

La demanda debe estar caracterizada, por los tipos de usuarios, utilización de la tierra, usos finales y distribución espacial; una vez realizada esta caracterización pueden ser elaborados los pronósticos.

Con el objeto de caracterizar la demanda, se utilizan factores que identifican diferentes propiedades de la demanda.

Algunos de estos factores son:

Demanda: De un sistema eléctrico, es la carga promedio, recibida en los terminales, en un determinado intervalo de tiempo; expresada en kilovatios (KW) ó kilovoltio amperios (KVA).

Demanda máxima: La demanda máxima de una instalación o sistema, es el mayor valor de todas las demandas, el cual se ha medido durante un periodo de tiempo específico. Por ejemplo puede ser el valor más alto de demanda en una semana, un mes, según sea el caso.

CARACTERISTICA DE LA CARGA

Los parámetros utilizados en distribución para caracterizar la carga (Demanda) de un sistema son los siguientes:

Ciclo de carga: es una representación gráfica de variación horaria de la carga (en amperios o KVA)

Valor máximo: es el máximo valor de la demanda observado en el ciclo de carga

Valor Promedio: es la carga promedio en un periodo de tiempo considerado (T), por lo general T=24 horas, tiempo en el que transcurre todo el ciclo de carga

Factor de carga: se define como la relación entre la demanda promedio a la demanda máxima.

Factor de demanda: es la relación entre la demanda máxima a la carga conectada al sistema.

Factor de utilización: es la relación entre la demanda máxima y la capacidad nominal del equipo individual o sistema

Factor de diversidad: es la relación entre la suma de un grupo de cargas considerada la demanda combinada.

Factor de pérdida: Se define como el cociente entre la pérdida promedio de potencia y la máxima demanda.

CURVA TIPICA DE DEMANDA

Demanda de energía en tiempo real

Demanda de energía eléctrica en tiempo real, su estructura de generación y emisiones de CO2

Detalle de la estructura de generación en tiempo real

Demanda de electricidad por intervalos

Curva de demanda en dispositivos móviles.

• Generación de energía eólica en tiempo real

• Curvas de demanda del sistema eléctrico canario

Con una tecnología muy avanzada, Red Eléctrica capta mediante las instalaciones que tiene distribuidas por todo el país los datos precisos para realizar una operación segura del sistema eléctrico. Con estos valores, gestiona la disponibilidad de las centrales de producción, las posibles restricciones de la red de transporte y los intercambios internacionales y, además, realiza la previsión de la demanda.

Red Eléctrica representa en estos gráficos la demanda de energía que se está produciendo en el sistema eléctrico peninsular en tiempo real. Incluyen datos, cada diez minutos, de la demanda real, prevista y programada así como los valores de máximos y mínimos de la demanda diaria.

Junto a las curvas, se presenta información de las distintas tecnologías de producción o componentes de generación necesarios para cubrir la demanda en tiempo real, incluyendo la energía destinada a la exportación y a los consumos en bombeo. Así mismo se muestran las emisiones de CO2 asociadas al parque de generación peninsular español, que representa en torno al 28% de las emisiones totales.

Regulación primaria

Como la frecuencia eléctrica está ligada al balance de potencia activa en el sistema eléctrico, suele hablarse indistintamente de control de frecuencia, control de potencia, o control de frecuencia-potencia. De manera breve puede decirse que la frecuencia del sistema y los flujos de potencia por determinadas líneas son las variables que se quieren controlar, y la potencias entrantes a los generadores son las variables empleadas para controlarlas.

Aunque la frecuencia de un sistema eléctrico es la misma en todos sus nudos únicamente cuando el sistema se encuentra en régimen permanente, al estudiar el control frecuencia-potencia, asumimos que las desviaciones del punto de equilibrio son pequeñas, y que la frecuencia puede considerarse la misma en todos los nudos del sistema. Por ello, el control de frecuencia es un problema que se aborda de manera global. En este sentido es distinto al control de tensión, eminentemente local y que afecta, salvo en casos muy especiales como el colapso de tensión, a un conjunto limitado de nudos. Así, los sistemas de control de frecuencia y de tensión se conciben de forma independiente, aprovechando el débil acoplamiento entre el flujo de potencia reactiva y las tensiones, por un lado, y el flujo de potencia activa, los ángulos de tensión y la frecuencia, por otro.

La potencia generada en cada planta debe atender también a otros requerimientos además de la frecuencia, fundamentalmente compromisos adoptados durante el funcionamiento del mercado eléctrico. Estos compromisos se refieren tanto a la producción en cada planta como al intercambio de potencia entre áreas de control vecinas. En la actualidad, dada la extensión geográfica alcanzada por los sistemas eléctricos modernos y la variedad de instituciones involucradas en su organización, éstos se dividen en áreas interconectadas para facilitar su gestión técnica y económica. Las transacciones de energía en un instante determinado entre áreas quedan programadas con antelación, y cada área debe disponer de las suficientes reservas de energía para hacer frente a sus posibles desequilibrios entre generación y demanda.

Teniendo en cuenta todas estas consideraciones relativas a la potencia, el control de frecuencia debe conseguir que

• Se mantenga el equilibrio entre generación y demanda

• Se mantenga la frecuencia de referencia en el sistema

• Se cumplan los compromisos de intercambio de energía con las áreas vecinas

• Se mantenga la suficiente energía de reserva

El control primario

Es el más rápido, operando en un margen de tiempo de entre 2 y 20 segundos. Actúa de forma local en cada generador síncrono, atendiendo a la velocidad de giro del eje. La rapidez de este control está limitada por la propia inercia de los generadores.

CONTROL AUTOMÁTICO DE LA GENERACIÓN.

Es necesario distinguir entre el control automático de la tensión que constituye un sistema de regulación sencillo, del control automático de la generación que resulta más complicado y que requiere de varios bucles de control.

Los recursos de control pueden ser de tipo discreto, como la conexión o desconexión de reactancias o condensadores, transformadores con tomas, o continuos como en el caso de la regulación de un generador. Todo lo que sigue se refiere a la regulación mediante el generador síncrono.

Los mecanismos de regulación de la tensión y de la generación se pueden considerar con bastante aproximación como desacoplados, siendo mucho más rápida la regulación de la tensión.

a) Regulación automática de la tensión (AVR).

Los valores de la tensión en los nudos de un sistema eléctrico están relacionados con los flujos de potencia reactiva en las líneas del sistema (véase por ejemplo la fórmula 2.8). Esta relación tiene un carácter marcadamente local ya que la relación entre el flujo de reactiva y las tensiones en los extremos de la línea considerada es muy fuerte, pero se debilita rápidamente a medida que se consideran nudos más alejados. (interacción Q-U).

El control automático de la tensión (AVR) tiene por objetivo mantener la tensión en bornes del generador, mediante el control de la fuerza electromotriz interna del generador. Para ello se actúa sobre la corriente de excitación del generador. La respuesta de estos elementos de control es bastante rápida, del orden de los segundos.

El regulador automático de tensión (AVR) mide la magnitud de la tensión en bornes del generador, valor que es rectificado y filtrado hasta obtener una señal de corriente continua proporcional al valor eficaz original. Esta señal de continua V se compara con un valor de referencia, Vref, siendo la diferencia entre ambas el error de tensión, e, que después de su amplificación se utiliza como tensión de alimentación de la excitatriz principal del generador y que finalmente se convierte en la tensión de excitación del generador.

b) Control automático de la generación (AGC).

Si en algún momento la energía eléctrica generada en un sistema no coincide con la demandada más la pérdidas, se produce un desequilibrio en el balance de potencia. Este déficit o exceso de potencia sólo se puede obtener mediante la energía cinética almacenada en los generadores. Como la energía cinética depende de la velocidad del generador, cualquier desequilibrio en el balance de potencia activa se traducirá en una variación de la velocidad del generador, y por lo tanto en una desviación de la frecuencia eléctrica del sistema .

Por ejemplo, si en el sistema eléctrico se tiene momentáneamente un exceso de generación, la frecuencia del sistema aumentará. La velocidad de aumento de la CENTRALES ELÉCTRICAS

CONTROL AUTOMATICO DE LA GENERACIÓN

Casi todas las compañías generadores tienen líneas de interconexión con las compañías vecinas. las líneas de interconexión permiten compartir las fuentes de generación en emergencias y economías de la producción de potencia bajo condiciones normales de operación. Con el propósito de tener control del sistema, éste se subdivide en áreas de control que, generalmente, forman las fronteras de una o más compañías. El intercambio neto de potencia en las líneas de interconexión de una área es la diferencia algebraica entre la generación del área y la carga del área (más las pérdidas). Se hace una programación con las áreas vecinas para tales flujos en las líneas de interconexión y mientras una área mantenga el intercambio de potencia programado está, evidentemente, cumpliendo con su responsabilidad primaria de absorber sus propios cambios de carga. Pero como cada área comparte los beneficios de la operación interconectada, también se espera que comparta la responsabilidad de mantener la frecuencia del sistema.

Los cambios en la frecuencia ocurren porque varía aleatoriamente la carga del sistema a través del día de manera que no se puede asegurar una predicción exacta de la demanda real de potencia. El desbalance entre la generación de potencia real y la demanda de la carga (más las pérdidas), a través del cielo diario de carga, causa que la energía cinética de rotación se añada o se tome de las unidades generadores en operación y como resultado, la frecuencia a través del sistema interconectado varía. Cada área de control tiene una instalación central llamada centro de control de energía, que mide la frecuencia del sistema y los flujos reales de potencia en las líneas de interconexión con las áreas vecinas. La diferencia entre la frecuencia deseada y la real del sistema se combina con la diferencia del intercambio total programado para formar una medida compuesta, conocida como error de control de área, o simplemente ECA. Para eliminar el error de control de áreas el centro de control de energía envía órdenes a las unidades generadores en las plantas de potencia dentro de su área para controlar las salidas del generador, de manera que se restaure el intercambio de potencia a los valores programados y que se restaure la frecuencia del sistema al valor deseado. La medición, telemetría, procesamiento y funciones de control se coordinan dentro del área individual por medio del sistema de control automático de generación (CAG), basado en computadora, que se tiene en el centro de control de energía.

Con el fin de entender las acciones de control en las plantas de potencia, considérese primero la combinación caldera-turbina-generador de una unidad generadora térmica. La mayoría de los turbogeneradores de vapor ( y también de las hidroturbinas), que se encuentran en servicio, están equipadas con gobernadores de velocidad de la turbina. La función del gobernador de velocidad es medir continuamente la velocidad turbina-generador y controlar las válvulas reguladores que ajustan el flujo de vapor en la turbina (o la posición de la compuerta en las hidroturbinas), en respuesta a los cambios en la "velocidad del sistema” o frecuencia. Se usarán los términos velocidad y frecuencia indistintamente porque describen, cantidades que son proporcionales. Con el fin de permitir la operación en paralelo de las unidades generadores, la característica que gobierna la velocidad en función de la potencia de salida de cada unidad tiene una pendiente decreciente que significa que un incremento en la carga viene acompañado de un decremento en la velocidad, de la manera mostrada por la línea recta de la figura 1 a). La pendiente decreciente en por unidad o regulación de velocidad Rn de la unidad generadora, se define como la magnitud del cambio de la velocidad en estado permanente (expresada en por unidad de la velocidad nominal), cuando la salida de la unidad se reduce gradualmente desde la potencia nominal de 1.00 por unidad hasta cero. Asi, la regulación por unidades es simplemente la magnitud de la pendiente de la característica velocidad-potencia de salida cuando el eje de la frecuencia y el eje de la potencia de salida están en por unidad de sus respectivos valores nominales.

La unidad aislada de la figura 1 podría continuar operando a la frecuencia reducida f si no fuera por la acción de control suplementario del cambiador de velocidad. El mecanismo de control de velocidad tiene un motor de cambio de velocidad que puede variar paralelamente la característica de regulación a la nueva posición mostrada por la línea punteada de la figura 1 b).

Efectivamente, el cambiador de velocidad complementa la acción del gobernador al cambiar la velocidad para permitir más energía desde la fuente mecánica, a través de un incremento de la energía cinética de la unidad generadora de manera que esta pueda operar nuevamente a la frecuencia deseada .

El siguiente diagrama de bloques ilustra la operación de control por computadora de un área en particular.

El diagrama a bloques indica el flujo de información por computadora que controla un área en paricular. Los números encerrados en circulos que son adyacentes al diagrama identifian las posiciones sobre él que permiten simplificar el análisis que se hará de la operación de control. Los circulos mas grandes en el diagrama que encierran los símbolos x o E, indican los puntos de multiplicación o suma algebraica de las señales que entran en ellos.

En la posición 1 se indica el procesamiento de información del flujo de potencia en las líneas de interconexión con las otras áreas de control.

En la posición 2 se resta el intercambio total programado del intercambio total real.

Relé

Relé

Tipo Interruptor

Principio de funcionamiento Magnetismo

Símbolo electrónico

Configuración Bobina (dos terminales), interruptor (de dos posiciones)

.- Partes de un relé

El relé o relevador es un dispositivo electromecánico. Funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes.

Dado que el relé es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de entrada, puede considerarse, en un amplio sentido, como un amplificador eléctrico. Como tal se emplearon en telegrafía, haciendo la función de repetidores que generaban una nueva señal con corriente procedente de pilas locales a partir de la señal débil recibida por la línea. Se les llamaba "relevadores. De ahí "relé".

Los relés de "under/over frequency" (baja/alta frecuencia) son relés de barra, es decir, protegen la continuidad del servicio, no al generador propiamente dicho. Se utilizan para dar una alarma y desconectar carga.

Si la frecuencia cae por debajo de cierto nivel (uno o dos hertz), significa que la barra (o bus) y el (los) generador(es) está(n) sobrecargado/s). Debe, primero, dar una alarma, y luego, desconectar algo de carga para mantenerse en servicio. Esto ya esta determinado de antemano, y es un remedio de tipo "sacrificar algo para no perderlo todo".

En los sistemas interconectados de potencia, el relé de baja frecuencia es muy utilizado, ya que puede anticiparse a problemas de salida de servicio de centrales remotas.

No es común "conectar" carga si la frecuencia sube, ya que regulador de velocidad mantendrá el generador en servicio, pero sí puede dar una alarma.

Para un generador que opera como una isla, desconectado de la red pública ó en operación autónoma, el Relay “under frecuecy /over frecuency” , designación ANSI 81, cumple la siguiente función:

- Esta “vigilando” de forma continua la frecuencia en Hertzios (Hz) de la energía entregada por el generador, con el objeto de que esta se mantenga dentro de los límites de estabilidad, es decir que la frecuencia se mantenga en su valor nominal más o menos un %. Estos valores pueden estar entre los límites de 60 ± 1Hz, 60 ± 2Hz y 60 ± 3Hz, en dependencia de la masa inercial de cada sistema, independientemente de la carga a que esté sometido el generador.- NOTA: si el sistema es de 50 Hz, el criterio es el mismo.

- Cuando la demanda de la carga aumenta, la frecuencia decae, el Relay 81 detecta esta condición y envía señal al control del gobernador del Driver o Turbina o Diesel, para que éste aumente la velocidad.

- Cuando el generador supera el limite de 60 - 3 Hz, el Relay 81 da una señal de alarma, si esta condición no es corregida por el driver, el Relay 81 entra en la condición de rechazo de carga por baja frecuencia. El Relay 81 puede actuar de dos formas: ordenando un deslastre de carga (liberando un % de la carga) o dando la señal de disparo o salida del generador, quedando este rotando pero en vacío (sin carga). Cuando el Relay 81 sensa 60 – 9 Hz, da señal de para el apagado del Driver ó turbina.

- Cuando la demanda de la carga disminuye, la frecuencia aumenta, el Relay 81 detecta esta condición y envía señal al control del gobernador del Driver o Turbina o Diesel, para que éste disminuya la velocidad.

- Cuando el generador supera el limite de 60 + 3 Hz, el Relay 81 da una señal de alarma, si esta condición no es corregida por el Driver, el Relay 81 tiene la opción de dar la señal de disparo. Generalmente esta condición es de 60 + 9 Hz , llamada sobre-Frecuencia, es causada por el enbalamiento del Driver ó turbina y es causal de la señal para el apagado del Driver ó turbina.

Cuando un generador opera enlazado a la red o en paralelo con otros generadores, el Relay 81 funciona de la misma forma a la descrita arriba, pero adicionalmente, cumple otras tareas:

- Forma parte del conjunto de señales que hace la revisión de sincronización del generador, para poder conectarse a la red (pública) o con los demás generadores en paralelo.

- El Relay 81 es el medio universal para detectar la pérdida de operación en paralelo.

- En aplicaciones de operación como cogeneración, ejemplo en la industria petroquímica, el Relay 81 es parte de los dispositivos de control de la interconexión.

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