Sistema Eléctrico:

1.- Sistema Eléctrico:

Conjunto de centrales generadoras de energía eléctrica, las estaciones y subestación de transformación, así como las de distribución e interconexión, además de las líneas de transporte y receptores que están eléctricamente unidos. La misión fundamental del sistema eléctrico es la de hacer llegar a todos los abonados conectados dicho sistema de energía eléctrica según la que necesiten.
Ventajas de la AT en líneas de transporte:
a) Reducción de la sección de los conductores. P = V • I
b) Reducción de las pérdidas de potencia por Efecto Joule. P = I2 • R

1.1 Partes del Sistema Eléctrico:
- Subsistema de producción. Lo constituye todo el conjunto de centrales generadoras de energía eléctrica, cuyo objetivo es generar la suficiente potencia eléctrica que necesita un país.
- Subsistema de transporte. Se inicia en las estaciones transformadoras elevadoras de las centrales generadoras y, a través de las líneas de transporte de muy alta tensión (MAT), llega a las estaciones de distribución.
- Subsistema de distribución. Formado por las redes primarias de distribución, las estaciones transformadoras de distribución y las redes secundarias de distribución.

Dibujo esquemático de un Sistema Eléctrico, (desde que se genera electricidad, hasta que llega a nuestras casas):

Esquema unifilar de una red de transporte y distribución:
Estructura mallada (un nudo está alimentado desde dos o más direcciones):

Reglamento de líneas de AT. Clasificación de las líneas por su tensión:
- Categoría especial: Un = 220kV (Red de Transporte)
- Primera categoría: 220kV = Un = 66kV
- Segunda categoría: 66kV = Un = 30kV
- Tercera categoría: 30kV = Un = 1kV

CECOEL: Centro de control y prevención eléctrica. Es el órgano encargado de la operación y supervisión coordinada en tiempo real de las instalaciones de generación y transporte del sistema eléctrico español.

Transporte: (400kV, 220kV) Se encarga de la conexión de grandes centros de producción con grandes centros de consumo. Su estructura se define como mallada.

Distribución:
- Alta Tensión (AT): (132kV, 66kV, 45kV). Usada regionalmente. Estructura mallada.
- Media Tensión (MD): (30kV, 20kV, 15kV, 10kV, 6kV, 3kV) Estructura algo mallada, en operación radial.
- Baja Tensión (BT): (0,4kV) Suministrada directamente al consumo. Estructura algo mallada, en operación radial.

2.- Clasificación de las redes según su estructura y alimentación:

- Redes radiales o en antena:
Se alimentan por un único extremo, desde el que se realiza el suministro a los receptores finales. (Electrificación mural).

Ventajas:
- Menor inversión, sencillez en el diseño.
- Fácil protección y selectividad.
- Clara distribución y rápida localización de averías.

Desventajas:
- Escasa garantía del servicio.
- Fuertes caídas de tensión (se suele recurrir a feeders, ramas que acercan la energía a los puntos de reparto sin tener ramificaciones en su trayecto).

- Redes en bucle o en anillo:
Alimentadas desde dos o más puntos. Pueden estar conectadas a la misma fuente o a dos fuentes de alimentación. Dispuestos en forma de anillo o bucle, explotándose normalmente abiertos en ciertos lugares, permitiendo el cierre de estos y la apertura por otro sitio cuando fuera necesario. (Grandes centros de población).

Ventajas:
- Mayor garantía suministradora. Los elementos de maniobra permiten aislar una parte del anillo, por lo que la avería afecta a menos usuarios.
- Facilidad de mantenimiento.

Desventajas:
- Encarece la instalación.
- Dificulta la protección.

- Redes en malla o malladas:
Se obtiene al enlazar varios anillos que, en servicio normal, se cierran sobre sí mismos. Su empleo queda restringido a zonas donde la densidad de carga sea elevada y a aquellas otras donde la seguridad de suministro sea una condición indispensable.

Ventajas:
- Es más fiable.
- Facilidad de mantenimiento.
- Mayor flexibilidad de operación.
- Caídas de tensión inferiores, ya que las secciones de los conductores en este tipo de redes son elevadas.

Desventajas:
- Protección muy compleja por exigencias de selectividad y al considerar mayores corrientes de cortocircuito.
- Encarecimiento de la red.

3.- Elementos del Sistema Eléctrico:

- Estación transformadora elevadora (EE). Constituye el primer escalón de transformación que encuentra la energía eléctrica en su recorrido. Elevan la tensión de generación hasta los valores de transporte.

- Red de transporte. Líneas principalmente aéreas, une las EE con las subestaciones transformadoras reductoras, realizando el transporte de la energía a largas distancias (300 km). Permiten unir las EE de unas centrales con otras a las que se hallen interconectadas, así como a las subestaciones primarias transformadoras.

- Estaciones o subestaciones transformadoras (reductoras). También llamadas subestaciones primarias reductoras, tienen como principal misión la de reducir los valores de tensión de transporte a valores adecuados para realizar el reparto en las proximidades a núcleos de consumo importantes.

- Subestaciones de maniobra o centro de reparto. Empeñan funciones de maniobra, protección y seccionamiento que interconectan líneas de transporte. Una o más líneas de AT se derivan de otras de la misma tensión.

- Redes de reparto, de distribución primaria. Aquellas líneas que distribuyen alrededor de núcleos de consumo, enlazan las subestaciones o estaciones transformadoras de distribución (ETD).
Las tensiones de reparto habituales suelen ser 132, 66, 45 y 30kV.
La mayoría discurren en tendido aéreo, si bien en núcleos urbanos importantes se trazan en disposición subterránea. Son longitudes que no llegan a 100km en la mayoría de los casos.
De ellos pueden alimentarse grandes industrias.

- Redes de distribución en MT, de distribución secundarias. Se tratan de líneas que unen las ETD con los clientes en MT, o con las líneas de distribución en BT a través de los CT.
Los valores de tensión más frecuentes son los de 10, 15, 20 y 30 kV.
La disposición puede ser aérea o subterránea, generalmente de forma mallada aunque su explotación sea radial.
Las longitudes no suelen soportar los 25 kV.

- Centros de reflexión. Elementos de la red de distribución que suelen realizar funciones de interconexión y maniobra. Están unidos a una subestación mediante un “circuito cero”, al que no se conecta ningún otro elemento. En condiciones normales el “circuito cero”, no lleva carga. Sin embargo, cuando se produce una avería, este sirve como camino alternativo a la electricidad y es capaz de transportar toda la electricidad desde la subestación al centro de reflexión proporciona un suministro de socorro a la red de distribución en caso de fallo.

- Centros de transformación (CT). Reducen los valores de tensión de MT a valores en BT (400/230v). Pueden ser propiedad de la empresa suministradora o del cliente.

- Red de distribución en BT. Lo forman líneas eléctricas, aéreas o subterráneas, que parten de los CT y unen estos con las acometidas de los diversos usuarios a ellas conectados.

4.- La forma de Conexión de una Red de Distribución a una Red Existente:

La norma NTE-IER (Normas técnicas de edificación-red exterior), nos plantea los criterios de diseño a tener en cuenta para realizar una distribución de energía eléctrica.
- Tipo A. En las proximidades de la red que queremos conectar existe una red de tensión superior. Es necesaria la instalación de subestaciones y la reducción a valores apropiados de consumo.
- Tipo B. Existe una subestación o centro de reparto en las proximidades de la red que queremos conectar. Solo necesitamos conectarnos a la subestación o al centro de reparto y transformar la MT que obtenemos a valores propios para el consumo.
- Tipo C. Existe una línea de tensión igual a la red que vamos a conectar. Necesario instalar un centro de reparto para poder derivar la línea de MT existente.

- Tipo D. Existe un CT con potencia suficiente para alimentar al abonado.

5.- Configuraciones Adoptadas por las Líneas de Distribución:

- Red en BT exclusivamente:
Una o más líneas de distribución que parten de un CT ya existente en la zona. Red radial aérea o subterránea.
• Una o más líneas en BT.
• Potencia máxima demandada: la disponible en el CT.
• Superficie máxima alimentada:
- Edificación extensiva - 4 Ha
- Edificación semi-intensiva - 2 Ha
- Edificación intensiva - 1 Ha

Topologías de Distribución a Tensiones Inferiores a los 3kV en Zonas Urbanas de forma Subterránea:

- Red Lineal:
Línea de distribución en MT con hasta un máximo de 10 CT y se alimentan desde ambos extremos, consiguiendo mejorar la continuidad del servicio.
• Potencia máxima demandada: 8.000 kW.
• Superficie máxima alimentada:
- Edificación extensiva - 200 Ha
- Edificación semi-intensiva - 150 Ha
- Edificación intensiva - 80 Ha

- Red en anillo:
1 línea de distribución en anillo y con 9 CT máximo.
• Potencia máxima demandada: 8.000 kW.
• Superficie máxima alimentada:
- Edificación extensiva - 200 Ha
- Edificación semi-intensiva - 150 Ha
- Edificación intensiva - 80 Ha

- Red en anillos múltiples:
Varias redes en anillo conectadas a una subestación o centro de reparto (CR). Cada anillo constituido por 10 CT.
5 anillos con conexión a una subestación (SE).
3 anillos con conexión a un centro de reparto (CR).
• Potencia máxima demandada: 40.000 kW. (conexión a un SE)
• Potencia máxima demandada: 24.000 kW. (conexión a un CR)
• Superficie máxima alimentada:
- Edificación extensiva - 200 Ha
- Edificación semi-intensiva - 150 Ha
- Edificación intensiva - 80 Ha.

- Red en huso normal:
6 líneas de distribución en MT como máximo conectados por un extremo a una subestación o centro de reparto y por el otro extremo a un centro de reflexión. Las líneas disponen de 10 CT.
• Potencia máxima demandada: 48.000 kW.
• Superficie máxima alimentada:
- Edificación extensiva - 1.200 Ha
- Edificación semi-intensiva - 650 Ha
- Edificación intensiva - 480 Ha

- Red en huso apoyado:
6 líneas de distribución en MT conectadas a dos CR o a dos SE en ambos extremos y unidos entre sí por un circuito cero o línea de interconexión. Las líneas de distribución disponen de 10 CT.
• Potencia máxima demandada: 48.000 kW.
• Superficie máxima alimentada:
- Edificación extensiva - 1.200 Ha
- Edificación semi-intensiva - 650 Ha
- Edificación intensiva - 480 Ha

- Red en huso múltiple:
2 o más husos normales conectados a una subestación o centro de reparto, y por el otro u otros lados, a un centro de reflexión.
• Potencia máxima demandada: 48.000 kW.
• Superficie máxima alimentada:
- Edificación extensiva - 1.200 Ha
- Edificación semi-intensiva - 650 Ha
- Edificación intensiva - 480 Ha

6.- Transmisión de la Información en los Sistemas Eléctricos:

- Comunicación por hilo telefónico:
Consiste en utilizar pares telefónicos contratados con una empresa de telefonía.

Ventajas:
- Supervisión y mantenimiento por parte de la empresa suministradora.

Desventajas:
- La línea tiene que estar en las inmediaciones.
- Las interferencias provocadas.
- Restricciones en cuanto al nivel de ruido de las señales de transmisión impuestas por la compañía.

- Comunicación por radiofrecuencia a alta frecuencia:
Se basa en la transmisión de datos por ondas de radio VHF (muy alta frecuencia).

Ventajas:
- No necesita medio de transporte físico.

Desventajas:
- Un espectro limitado por la utilización de ciertas bandas por parte de emisoras comerciales, cuerpos de seguridad y fuerzas armadas.
- Necesita instalar estaciones repetidoras para salvar grandes elevaciones del terreno.
- Las interferencias producidas por las tormentas solares.

- Comunicación por ondas portadoras:
Permiten emplear las propias líneas de At como soporte físico para la transmisión de señales de baja intensidad y alta frecuencia, superpuesta a la onda de alta intensidad y 50 Hz del sistema de potencia.
Este sistema consiste en acoplar en la línea de AT un transmisor/receptor de señales y de un divisor de frecuencias formado por un divisor capacitivo y una bobina llamada “trampa de choque”. La bobina se sintoniza para bloquear las señales de alta frecuencia y permitir pasar las frecuencias industriales; mientras que el divisor capacitivo bloquea las señales de frecuencia industriales y permite pasar las señales de alta frecuencia hacia el receptor.

Ventajas:
- Usa como soporte para la transmisión de señales el propio cable de las líneas de AT.

Desventajas:
- Pérdida de datos por disminución de los niveles de señal.

- Comunicación por fibra óptica:
Son filamentos de vidrio flexibles, del espesor de un pelo. Llevan mensajes en forma de haces de luz que realmente pasan a través de ellos de un extremo a otro sin interrupción.

Ventajas:
- Gran ancho de banda que permite la transmisión de un volumen de datos superior.
- Necesita transmisores y receptores más caros.
- Gran velocidad de transmisión.
- Detección de averías en el sistema de comunicación, mucho más sencillo.
- Posibilidad de nuevos canales sin modificar el sistema.
- Inmunidad ante interferencias de campos magnéticos y radiación nuclear.

Desventajas:
- Fragilidad de las fibras.
- Los empalmes entre fibras son difíciles de realizar especialmente en el campo, lo que dificulta las reparaciones por rotura del cable.
- No puede transmitir electricidad para alimentar receptores intermedios.
- Necesidad de efectuar en muchos casos, procesos de conversión eléctrico-ópticos.

Un cable de fibra óptica es un cable compuesto por un grupo de fibras ópticas por el cual se transmiten señales ópticas. Comparten su espacio con hiladuras de Aramida (KEVLER) que confieren al cable la necesaria resistencia a la tracción.

Componentes del cable de fibra óptica:
- El núcleo: Construido en sílice, cuarzo fundido o plástico. En el cuál se propagan las ondas ópticas.
- La funda óptica: Generalmente de los mismos materiales que el núcleo pero con aditivos que confinan las ondas ópticas en el núcleo.
- El revestimiento de protección: Por lo general está fabricado en plástico y asegura la protección mecánica de la fibra.

Cables especiales de fibra óptica:
- Cables aéreos. Deben soportar las altas temperaturas en verano y las bajas invernales. Estos cables se pueden tender adosados a un cable fiador, normalmente de acero, por lo que su cubierta debe resistir este proceso. En ocasiones deben reforzarse los apoyos de la línea, ya que el cable óptico producirá un esfuerzo adicional debido a la carga del viento.

- Cables autoportantes o autosoportados. Tienen que estar dotados de elementos de tracción capaces de soportar su propio peso, el efecto del viento y la eventual acumulación de hielo y nieve en superficie. Si se tienden en líneas de AT en las cercanías de cables de muy alto voltaje deben tener cubiertas anti-tracking, capaces de resistir el efecto corona que estos producen.

- Cable compuesto tierra-óptico (OPGW). Es un cable de tierra normal, cuyo elemento central es un núcleo óptico rodeado por un tubo de acero o aluminio. Es una solución económica y eficiente.

7.- Control del Sistema Eléctrico:
Necesita controlar, supervisar y conocer una gran masa de datos en tiempo real mediante un sistema de comunicaciones eficaz y redundante, para posteriormente tomar decisiones sobre la red.

- Telemedida. Registro de datos o representación de una curva de valores en tiempo real.
Se realiza una transformación de la magnitud a medir que ofrezca ventajas para su transmisión.

- Telemando. Transmisión de procesos técnicos, ordenes de mando medición, señalización, etc., desde el puesto de mando o control.
El propósito general es el de mover, desde un único punto, motores (seccionadores) que dan/quitan el paso de corriente a elementos de las subestaciones eléctricas. Esto permite que haya menor número de trabajadores, así como aumentar la seguridad, ya que en el caso de que se necesite abriría un motor y dejar sin corriente una zona, de manera urgente, nadie ha de desplazarse hasta ese punto.

- Telecontrol. Sistema para el control y vigilancia posterior a distancia de la instalación, controla de forma permanente el estado de la red y sus parámetros eléctricos, mediante una red de comunicaciones, actuando sobre las variables de control con el fin de garantizar la seguridad y calidad del suministro eléctrico o para restablecer el servicio en caso de que se haya producido un incidente.
Adicionalmente es preciso emitir consignas u órdenes de operación de los elementos de la red de transporte para que las variables de control permanezcan dentro de unos márgenes establecidos en los procedimientos de operación.