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SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE SENA
JOHN EDISSON CORONADO HERRERA
25 MEI
Centrales termoeléctricas
Artículo principal: Central termoeléctrica
Turbina de una central termoeléctrica.
Una central termoeléctrica o central térmica 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. 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.
En las centrales termoeléctricas denominadas de ciclo combinado se usan los
gases de la combustión del gas natural para mover una turbina de gas. Como,
tras pasar por la turbina, esos gases todavía se encuentran a alta temperatura,
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.
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.
The 11MW PS10 central termosolar funcionando en Sevilla, España.
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 ºC hasta 1000 ºC, 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.).
Véase también: Central nuclear, ciclo combinado, central térmica solar, y
controversia sobre la energía nuclear
Centrales hidroeléctricas
Turbina de una central hidroeléctrica.
Artículo principal: 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 bahía.
SUBESTACIONES ELÉCTRICAS
Partes Principales y protección
En toda instalación industrial o comercial es indispensable el uso de la energía,
la continuidad de servicio y calidad de la energía consumida por los diferentes
equipos, así como la requerida para la iluminación, es por esto que las
subestaciones eléctricas son necesarias para lograr una mayor productividad.
Una subestación es un conjunto de máquinas, aparatos y circuitos, que tienen
la función de modificar los parámetros de la potencia eléctrica, permitiendo el
control del flujo de energía, brindando seguridad para el sistema eléctrico, para
los mismos equipos y para el personal de operación y mantenimiento. Las
subestaciones se pueden clasificar como sigue:
Subestaciones en las plantas generadoras o centrales eléctricas.
Subestaciones receptoras primarias.
Subestaciones receptoras secundarias.
Subestaciones en las plantas generadoras o centrales eléctricas.- Estas se
encuentran en las centrales eléctricas o plantas generadoras de electricidad,
para modificar los parámetros de la potencia suministrada por los generadores,
permitiendo así la transmisión en alta tensión en las líneas de transmisión. Los
generadores pueden suministrar la potencia entre 5 y 25 kV y la transmisión
depende del volumen, la energía y la distancia.
Subestaciones receptoras primarias.- Se alimentan directamente de las líneas
de transmisión, y reducen la tensión a valores menores para la alimentación de
los sistemas de subtransmisión o redes de distribución, de manera que,
dependiendo de la tensión de transmisión pueden tener en su secundario
tensiones de 115, 69 y eventualmente 34.5, 13.2, 6.9 o 4.16 kV.
Subestaciones receptoras secundarias.- Generalmente estas están
alimentadas por las redes de subtransmisión, y suministran la energía eléctrica
a las redes de distribución a tensiones entre 34.5 y 6.9 kV.
Las subestaciones, también se pueden clasificar por el tipo de instalación, por
ejemplo:
Subestaciones tipo intemperie.
Subestaciones de tipo interior.
Subestaciones tipo blindado.
Subestaciones tipo intemperie.- Generalmente se construyen en terrenos
expuestos a la intemperie, y requiere de un diseño, aparatos y máquinas
capaces de soportar el funcionamiento bajo condiciones atmosféricas adversas
(lluvia, viento, nieve, etc.) por lo general se utilizan en los sistemas de alta
tensión.
Subestaciones tipo interior.- En este tipo de subestaciones los aparatos y
máquinas están diseñados para operar en interiores, son pocos los tipos de
subestaciones tipo interior y generalmente son usados en las industrias.
Subestaciones tipo blindado.- En estas subestaciones los aparatos y las
máquinas están bien protegidos, y el espacio necesario es muy reducido,
generalmente se utilizan en fábricas, hospitales, auditorios, edificios y centros
comerciales que requieran poco espacio para su instalación, generalmente se
utilizan en tensiones de distribución y utilización.
Principales partes de una subestación eléctrica:
1. Cuchillas desconectadoras.
2. Interruptor.
3. TC.
4. TP.
5. Cuchillas desconectadotas para sistema de medición.
6. Cuchillas desconectadoras de los transformadores de potencia.
7. Transformadores de potencia.
8. Barras de conexión.
9. Aisladores soporte.
10. Conexión a tierra.
11. Tablero de control y medición.
12. Barras del tablero
13. Sujeción del tablero.
El transformador, es la parte más importante de una subestación eléctrica,
consta de un embobinado de cable que se utiliza para unir a dos o más
circuitos, aprovechando el efecto de inducción entre las bobinas.
La bobina conectada a la fuente de energía se llama bobina primaria, las
demás bobinas reciben el nombre de bobinas secundarias. Un transformador
cuyo voltaje secundario sea superior al primario se llama transformador
elevador, si por el contrario, el voltaje secundario es inferior al primario este
dispositivo recibe el nombre de transformador reductor.
El uso de las subestaciones eléctricas es de vital importancia en la industria, ya
que nos permiten el control del flujo de la energía necesaria para llevar a cobo
los procesos; las subestaciones se pueden clasificar en primarias, secundarias,
y subestaciones en las plantas generadoras; el elemento principal de una
subestación eléctrica es el transformador, que funciona con el principio de
inducción, a través de una serie de bobinados, que permiten controlar el voltaje
de salida
Características
Las características fundamentales de la subestación son las siguientes:
El sistema de barras en 220 kV empleado es la configuración de doble barra
con celda de acoplamiento, correspondiendo a REDESUR cuatro
salidas de línea y celda de acoplamiento de barras y a ENERSUR dos salidas
de línea y dos celdas de transformación.- Las celdas
correspondientes a REDESUR son las siguientes:
Cuatro celdas de salida de línea en 220KV que decepcionan los circuitos de
salida a la subestación Socabaya (L-2025 y L-2026),
salida a la subestación Tacna (L-2029) y salida a la subestación Puno (L-2030),
y cada una de ellas equipada con los siguientes elementos:
Un seccionador de línea
Dos seccionadores de barra
Un interruptor de accionamiento uni-tripolar
Tres transformadores de tensión capacitivos
Tres transformadores de corriente de cinco núcleos
Tres pararrayos de oxido de zinc clase 4
Dos bobinas de acoplamiento para comunicaciones por onda portadora.
Una celda de 220KV para acoplamiento
Dos seccionados de barra
Un interruptor de accionamiento uni-Tripolar
Seis transformadores de corriente de cinco núcleos
Dos transformadores de tensión para barras de 220KV (barras A y B)
Los servicios auxiliares, equipos de control y comunicaciones se describen a
continuación:
Servicios Auxiliares de tipo redundante en corriente alterna y continua
incluyendo grupo electrógeno de emergencia.
Ampliación de la sala de control existente
Sistema de comunicación mediante el empleo de cable de fibra óptica y onda
portadora, este sistema también será para
transmisión de datos, telecontrol y comunicaciones.
Sistema de medición y con tecnología telecontrol, con el envío de señales al
centro de control de ETESUR, mediante tecnología de fibra óptica.
Sistema de protección principal y respaldo de la siguiente configuración para
cada línea de salida:
Protección Diferencial de línea, como protección principal, empleando canales
de fibra óptica
Protecciones de Distancia de línea, como protección de respaldo, empleando
canales de onda portadora
Equipos de apoyo, como refiere , sincronismo, oscilografia, etc.
Protección diferencial de barras
Aislamiento
El nivel de aislamiento seleccionado para el equipamiento de la subestación es
la siguiente:
Tensión Nominal del Equipo : 245 kV
Tensión de Prueba de la Onda
impulso normalizada:
1050
kVp
Tensión de Prueba a Frecuencia
Industrial: 460 kV
Longitud de la línea de fuga :25
mm/KV
Norma empleada : IEC-71
PROTECCIONES ELÉCTRICAS.
1. CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO EN UN PUNTO DE LA LÍNEA
Supongamos un cortocircuito producido a la salida de un transformador para
baja tensión, es decir, el cortocircuito más desfavorable que puede producirse.
Para determinar esta intensidad dispondremos de un método práctico basado
en unas gráficas que representan las variaciones de la intensidad de
cortocircuito en función de la potencia del transformador y de la resistencia de
la línea intercalada hasta el lugar del cortocircuito.
Basándonos en estas gráficas, el procedimiento a seguir será el siguiente:
1. Se calcula la resistencia del conductor intercalado desde el
transformador hasta el cortocircuito.
2. Al valor de resistencia que resulte deberá sumarsele el valor del hilo
neutro, cuando el cortocircuito sea entre fase y neutro, y
multiplicarlo por cuando el cortocircuito sea entre dos fases.
3. El resultado obtenido se traslada al gráfico de la figura 5, donde en
función de la potencia del transformador, se determinará el valor de
la intensidad de cortocircuito en amperios.
Mediante este procedimiento obtenemos la intensidad de cortocircuito en el
punto elegido, y con él tendremos el poder de corte mínimo del fusible o
interruptor automático que vayamos a colocar. El valor obtenido será en exceso
ya que no tenemos en cuenta la reactancia de la línea.
2. CORTACIRCUITOS FUSIBLES DE BAJA TENSIÓN
Los cortacircuitos fusibles son el medio más antiguo de protección de los
circuitos eléctricos y se basan en la fusión por efecto de Joule de un hilo o
lámina intercalada en la línea como punto débil.
Los cortacircuitos fusibles o simplemente fusibles son de formas y tamaños
muy diferentes según sea la intensidad para la que deben fundirse, la tensión
de los circuitos donde se empleen y el lugar donde se coloquen.
El conductor fusible tiene sección circular cuando la corriente que controla es
pequeña, o está formado por láminas si la corriente es grande. En ambos
casos el material de que están formados es siempre un metal o aleación de
bajo punto de fusión a base de plomo, estaño, zinc, etc.
Fundamentalmente encontraremos dos tipos de fusibles en las instalaciones de
baja tensión:
• gl (fusible de empleo general)
• aM (fusible de acompañamiento de Motor)
Los fusibles de tipo gl se utilizan en la protección de líneas, estando diseñada
su curva de fusión "intensidad-tiempo" para una respuesta lenta en las
sobrecargas, y rápida frente a los cortocircuitos.
Los fusibles de tipo aM, especialmente diseñados para la protección de motores, tienen una respuesta extremadamente lenta frente a las sobrecargas, y rápida frente a los cortocircuitos. Las intensidades de hasta diez veces la nominal (10 In) deben ser desconectadas por los aparatos de protección propios del motor, mientras que las intensidades superiores deberán ser interrumpidas por los fusibles aM.
La intensidad nominal de un fusible, así como su poder de corte, son las dos
características que definen a un fusible.
La intensidad nominal es la intensidad normal de funcionamiento para la cual el
fusible ha sido proyectado, y el poder de corte es la intensidad máxima de
cortocircuito capaz de poder ser interrumpida por el fusible. Para una misma
intensidad nominal, el tamaño de un fusible depende del poder de corte para el
que ha sido diseñado, normalmente comprendido entre 6.000 y 100.000 A.
3. INTERRUPTORES MAGNÉTICOS
Son interruptores automáticos que reaccionan ante sobreintensidades de alto
valor, cortándolas en tiempos lo suficientemente cortos como para no
perjudicar ni a la red ni a los aparatos asociados a ella.
Para iniciar la desconexión se sirven del movimiento de un núcleo de hierro
dentro de un campo magnético proporcional al valor de la intensidad que
circula.
La curva característica de un disparo magnético es la representada en la figura
siguiente.
El dispositivo permite trabajar en la zona A pero no en la B. La desconexión se
efectúa cuando las condiciones del circuito llegan a la zona rayada de
separación entre ambas.
Así pues, para la curva ejemplo de la figura 3, cualquier intensidad menor de
4,25 A, no provocaría la desconexión, por más tiempo que estuviera circulando.
En cambio, para cualquier intensidad mayor de 4,75 A, provocaría la
desconexión inmediata.
El límite inferior de la curva (unos 4 milisegundos), viene determinado por el
tiempo que transcurre desde el instante de establecimiento de la intensidad,
hasta la extinción del arco. Este tiempo marca la inercia mecánica y eléctrica
propia de estos aparatos.
4. INTERRUPTORES TÉRMICOS
Son interruptores automáticos que reaccionan ante sobreintensidades
ligeramente superiores a la nominal, asegurando una desconexión en un
tiempo lo suficientemente corto para no perjudicar ni a la red ni a los receptores
asociados con él.
Para provocar la desconexión, aprovechan la deformación de una lámina
bimetálica, que se curva en función del calor producido por la corriente al pasar
a través de ella.
5. INTERRUPTORES MAGNETO-TÉRMICOS
Generalmente, los interruptores automáticos combinan varios de los sistemas
de protección descritos, en un solo aparato. Los más utilizados son los
magneto-térmicos.
Poseen tres sistemas de desconexión: manual, térmico y magnético. Cada uno
puede actuar independientemente de los otros, estando formada su curva de
disparo por la superposición de ambas características, magnética y térmica.
En el gráfico de la figura 4. puede verse la curva de desconexión de un
magneto-térmico, en la que se aprecia una zona A, claramente térmica, una
zona B que corresponde a la reacción magnética, y la zona de solape C, en
donde el disparo puede ser provocado por el elemento magnético o térmico
indistintamente.
Normalmente, en los gráficos en que se ilustra la curva característica de
los magneto-térmicos, se concede el eje vertical a la escala de tiempos,
graduada logarítmicamente, y el eje horizontal a la escala de intensidades,
graduada también a escala logarítmica, y en múltiplos de la intensidad nominal.Así, por ejemplo, un punto 3 In corresponderá a 30A, si el aparato es de 10A, o bien a 75A, si el aparato es de 25A, etc.
