Distribución de energía eléctrica: subestaciones, equipos necesarios, condiciones de distribución, aplicación, reglas de contabilidad y control

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24

¿Cómo es la distribución de electricidad y su transmisión desde la fuente de energía principal hasta el consumidor? Este tema es bastante complicado, ya que la fuente es una subestación, la cual puede estar ubicada a una distancia considerable de la ciudad, pero la energía debe ser entregada con la máxima eficiencia. Este problema debe considerarse con más detalle.

Descripción general del proceso

Como se mencionó anteriormente, el objeto inicial, desde donde comienza la distribución de electricidad, hoy es una planta de energía. Hoy en día, hay tres tipos principales de estaciones que pueden suministrar electricidad a los consumidores. Puede ser una central térmica (TPP), una central hidroeléctrica (HPP) y una central nuclear (NPP). Además de estos tipos básicos, también hay estaciones solares o eólicas, sin embargo, estas se utilizan para fines más locales.

Estos tres tipos de estaciones son tanto la fuente como el primer punto de distribución de electricidad. ParaPara llevar a cabo un proceso como la transmisión de energía eléctrica, es necesario aumentar significativamente el voltaje. Cuanto más lejos esté el consumidor, mayor debe ser el voltaje. Así, el aumento puede llegar hasta 1150 kV. Es necesario un aumento en el voltaje para disminuir la intensidad de la corriente. En este caso, la resistencia en los cables también cae. Este efecto le permite transferir corriente con la menor pérdida de energía. Para aumentar el voltaje al valor deseado, cada estación tiene un transformador elevador. Después de pasar por la sección con el transformador, la corriente eléctrica se transmite al centro de distribución central mediante líneas eléctricas. PIU es una estación de distribución central donde la electricidad se distribuye directamente.

Descripción general de la ruta actual

Instalaciones como el centro de distribución central ya se encuentran muy cerca de ciudades, pueblos, etc. Aquí, no solo tiene lugar la distribución, sino también una caída de tensión a 220 o 110 kV. Después de eso, la electricidad se transmite a las subestaciones ubicadas ya dentro de la ciudad.

Al pasar por subestaciones tan pequeñas, la tensión vuelve a caer, pero a 6-10 kV. Posteriormente, la transmisión y distribución de energía eléctrica se realiza a través de puntos de transformación ubicados en distintos puntos de la ciudad. También vale la pena señalar aquí que la transmisión de energía dentro de la ciudad a la subestación transformadora ya no se realiza con la ayuda de líneas eléctricas, sino con la ayuda de cables tendidos bajo tierra. Esto es mucho más conveniente que el uso de líneas eléctricas. El punto de transformación es la última instalación deen el que tiene lugar la distribución y transmisión de energía eléctrica, así como su reducción por última vez. En tales áreas, el voltaje se reduce a los 0,4 kV ya familiares, es decir, 380 V. Luego se transfiere a edificios privados de varios pisos, cooperativas de garaje, etc.

Si consideramos brevemente la ruta de transmisión, es aproximadamente como sigue: fuente de energía (planta de energía de 10 kV) - transformador elevador hasta 110-1150 kV - línea de transmisión de energía - subestación con transformador reductor - punto del transformador con caída de tensión hasta 10- 0,4 kV - consumidores (sector privado, edificios residenciales, etc.)

Características del proceso

La producción y distribución de electricidad, así como el proceso de su transmisión, tiene una característica importante: todos estos procesos son continuos. En otras palabras, la producción de energía eléctrica coincide en el tiempo con el proceso de su consumo, razón por la cual las centrales eléctricas, las redes y los receptores están interconectados por el concepto de modo común. Esta propiedad hace necesario organizar los sistemas energéticos para ser más eficientes en la producción y distribución de energía eléctrica.

Aquí es muy importante entender qué es un sistema de energía de este tipo. Este es un conjunto de todas las estaciones, líneas eléctricas, subestaciones y otras redes de calefacción, que están interconectadas por una propiedad como un modo común, así como un proceso único para la producción de energía eléctrica. Además, los procesos de transformación y distribución en estas áreas se realizan bajo laejecutando todo este sistema.

La principal unidad de trabajo en tales sistemas es la instalación eléctrica. Este equipo está diseñado para la producción, conversión, transmisión y distribución de electricidad. Esta energía es recibida por receptores eléctricos. En cuanto a las instalaciones en sí, en función de la tensión de funcionamiento, se dividen en dos clases. La primera categoría trabaja con voltajes de hasta 1000 V, y la segunda, por el contrario, con voltajes de 1000 V y superiores.

Además, también existen dispositivos especiales para recibir, transmitir y distribuir electricidad: una aparamenta (RU). Es una instalación eléctrica, que consta de elementos estructurales tales como barras prefabricadas y de conexión, dispositivos de maniobra y protección, automatización, telemecánica, instrumentos de medida y dispositivos auxiliares. Estas unidades también se dividen en dos categorías. El primero son los dispositivos abiertos que se pueden operar al aire libre y los cerrados, que se usan solo cuando se encuentran dentro de un edificio. En cuanto al funcionamiento de este tipo de dispositivos dentro de la ciudad, en la mayoría de los casos se utiliza la segunda opción.

Una de las últimas fronteras del sistema de transmisión y distribución de energía eléctrica es la subestación. Se trata de un objeto que consta de una aparamenta hasta 1000 V y desde 1000 V, así como transformadores de potencia y otras unidades auxiliares.

Consideración del esquema de distribución de energía

Para ver más de cerca el proceso de producción, transmisión y distribuciónelectricidad, se puede tomar como ejemplo el diagrama de bloques del suministro de electricidad a la ciudad.

En este caso, el proceso comienza con el hecho de que los generadores en la central eléctrica del distrito estatal (central eléctrica regional estatal) generan voltaje de 6, 10 o 20 kV. En presencia de tal voltaje, no es económico transmitirlo a una distancia de más de 4 a 6 km, ya que habrá grandes pérdidas. Para reducir significativamente la pérdida de potencia, se incluye un transformador de potencia en la línea de transmisión, que está diseñado para aumentar el voltaje a valores como 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750 kV. El valor se elige en función de la distancia a la que se encuentre el consumidor. Le sigue un punto de abatimiento de energía eléctrica, que se presenta en forma de subestación reductora ubicada dentro de la ciudad. El voltaje se reduce a 6-10 kV. Vale la pena agregar aquí que dicha subestación consta de dos partes. La primera parte del tipo abierto está diseñada para un voltaje de 110-220 kV. La segunda parte es cerrada, incluye un dispositivo de distribución de energía (RU), diseñado para un voltaje de 6-10 kV.

Secciones del esquema de suministro de electricidad

Además de los dispositivos enumerados anteriormente, el sistema de suministro de energía también incluye objetos tales como una línea de cable de suministro - PKL, una línea de cable de distribución - RKL, una línea de cable con un voltaje de 0,4 kV - KL, un tipo de entrada de aparamenta en un edificio residencial - ASU, la subestación reductora principal en la planta - GPP, un gabinete de distribución de energía o un tablero de distribucióndispositivo de panel de control, ubicado en el taller de la planta, y diseñado para 0,4 kV.

También en el circuito puede haber una sección como el centro de energía: la CPU. Es importante señalar aquí que este objeto puede ser representado por dos dispositivos diferentes. Este puede ser un dispositivo de distribución de voltaje secundario en una subestación reductora. Además, también incluirá un dispositivo que realizará las funciones de regulación de voltaje y su posterior entrega a los consumidores. La segunda versión es un transformador para la transmisión y distribución de electricidad, o una celda de voltaje del generador directamente en la planta de energía.

Vale la pena señalar que la CPU siempre está conectada al punto de distribución de RP. La línea que conecta estos dos objetos no tiene una distribución de energía eléctrica en toda su longitud. Estas líneas suelen denominarse líneas de cable.

Hoy en día, equipos como KTP, una subestación transformadora completa, se pueden utilizar en la red eléctrica. Consta de varios transformadores, un dispositivo de distribución o de entrada, diseñados para operar con una tensión de 6-10 kV. El kit también incluye una aparamenta para 0,4 kV. Todos estos dispositivos están interconectados por conductores de corriente, y el kit se entrega confeccionado o listo para ensamblar. La recepción y distribución de electricidad también puede tener lugar en estructuras altas o en torres de transmisión de energía. Estas estructuras se denominan subestaciones transformadoras de poste o mástil.(ITP).

Receptores eléctricos de primera categoría

Hoy en día, hay tres categorías de receptores eléctricos, que difieren en el grado de confiabilidad.

La primera categoría de receptores eléctricos incluye aquellos objetos, en caso de corte de energía que presenten problemas bastante serios. Estos últimos incluyen lo siguiente: una amenaza para la vida humana, daños severos a la economía nacional, daños a equipos costosos del grupo principal, productos defectuosos en masa, la destrucción de un proceso tecnológico establecido para la producción y distribución de electricidad, una posible interrupción en la operación de elementos importantes de los servicios públicos. Dichos receptores eléctricos incluyen edificios con una gran aglomeración de personas, por ejemplo, un teatro, un supermercado, una tienda por departamentos, etc. Este grupo también incluye el transporte electrificado (metro, trolebús, tranvía).

En cuanto al suministro de energía eléctrica a estas estructuras, deben ser provistas de energía eléctrica de dos fuentes independientes entre sí. La desconexión de la red de dichos edificios solo se permite durante el período durante el cual se iniciará la fuente de energía de respaldo. En otras palabras, el sistema de distribución de energía debe proporcionar una transición rápida de una fuente a otra, en caso de una emergencia. En este caso, se considera fuente de alimentación independiente aquella en la que se mantendrá la tensión aunque desaparezca en otras fuentes que alimentan el mismo receptor eléctrico.

La primera categoría también incluye dispositivos que deben recibir alimentación de tres fuentes independientes a la vez. Este es un grupo especial cuyo trabajo debe ser asegurado de manera ininterrumpida. Es decir, no se permite la desconexión de la fuente de alimentación ni siquiera durante el tiempo que se enciende la fuente de emergencia. En la mayoría de los casos, este grupo incluye receptores, cuya falla implica una amenaza para la vida humana (explosión, incendio, etc.).

Receptores de segunda y tercera categoría

Los sistemas de distribución de electricidad con la conexión de la segunda categoría de receptores eléctricos incluyen tales equipos, cuando se corta la energía, habrá un tiempo de inactividad masivo de los mecanismos de trabajo y el transporte industrial, suministro insuficiente de productos, así como interrupción de las actividades de un gran número de personas que viven tanto dentro de la ciudad como fuera de ella. Este grupo de receptores eléctricos incluye edificios residenciales por encima del cuarto piso, escuelas y hospitales, centrales eléctricas, cuya falla de energía no provocará la falla de equipos costosos, así como otros grupos de consumidores eléctricos con una carga total de 400 a 10.000 kV.

Dos estaciones independientes deberían actuar como fuentes de energía en esta categoría. Además, se permite la desconexión de la fuente de energía principal de estas instalaciones hasta que el personal de turno inicie la fuente de respaldo, o hasta que el equipo de trabajo de trabajadores en la estación de suministro de energía más cercana lo haga.

En cuanto a la tercera categoría de receptores, entonces paraposeen todos los dispositivos restantes que pueden alimentarse con solo 1 fuente de alimentación. Además, se permite la desconexión de la red de dichos receptores durante el período de reparación o reemplazo del equipo dañado por un período de no más de un día.

Esquema principal del suministro y distribución de energía eléctrica

El control de la distribución de electricidad y su transmisión desde la fuente hasta el receptor de la tercera categoría dentro de la ciudad se lleva a cabo más fácilmente utilizando un esquema de callejón sin salida radial. Sin embargo, dicho esquema tiene un inconveniente importante, que es que si falla cualquier elemento del sistema, todos los receptores conectados a dicho esquema permanecerán sin energía. Esto continuará hasta que se reemplace la sección dañada de la cadena. Debido a esta deficiencia, no se recomienda utilizar un esquema de conmutación de este tipo.

Si hablamos de la conexión y distribución de energía para los receptores de la segunda y tercera categoría, aquí puede usar el diagrama del circuito del anillo. Con tal conexión, si falla una de las líneas eléctricas, puede restaurar la fuente de alimentación a todos los receptores conectados a dicha red en modo manual, si apaga la alimentación de la fuente principal e inicia la de respaldo. El circuito de anillo se diferencia del circuito radial en que tiene secciones especiales en las que los seccionadores o interruptores están en modo apagado. Si la fuente de alimentación principal está dañada, se pueden encender para restablecer el suministro, pero desde la línea de respaldo. también serviráuna buena ventaja si es necesario realizar alguna reparación en la línea principal. Se permite una interrupción en el suministro de energía de dicha línea por un período de aproximadamente dos horas. Este tiempo es suficiente para apagar la fuente de alimentación principal dañada y conectar la copia de seguridad a la red para que distribuya electricidad.

Hay una forma aún más confiable de conectar y distribuir energía: este es un esquema con conexión paralela de dos líneas de suministro o la introducción de una conexión automática de una fuente de respaldo. Con tal esquema, la línea dañada será desconectada del sistema de distribución general mediante dos interruptores ubicados en cada extremo de la línea. El suministro de energía eléctrica en este caso se realizará de forma aún ininterrumpida, pero ya a través de la segunda línea. Este esquema es relevante para los receptores de la segunda categoría.

Esquemas de distribución para la primera categoría de receptores

En cuanto a la distribución de energía para alimentar los receptores de primera categoría, en este caso es necesario conectar desde dos centros de alimentación independientes al mismo tiempo. Además, tales esquemas a menudo no usan un punto de distribución, sino dos, y siempre se proporciona un sistema de energía de respaldo automático.

Para los receptores eléctricos que pertenecen a la primera categoría, la conmutación automática a energía de respaldo está instalada en los dispositivos de distribución de entrada. Con tal sistema de conexión, la distribución de corriente eléctricase lleva a cabo utilizando dos líneas eléctricas, cada una de las cuales se caracteriza por una tensión de hasta 1 kV, y también está conectada a transformadores independientes.

Otros esquemas de alimentación y distribución de receptores

Para distribuir la electricidad de la manera más eficiente a los receptores de segunda categoría, puede usar un circuito con protección contra sobrecorriente para uno o dos RP, así como un circuito con energía de respaldo automática. Sin embargo, hay un cierto requisito aquí. Estos esquemas se pueden usar solo si el costo de los recursos materiales para su disposición no aumenta en más del 5%, en comparación con la disposición de una transición manual a una fuente de energía de respaldo. Además, es necesario equipar dichas secciones de tal manera que una línea pueda asumir la carga de la segunda, teniendo en cuenta la sobrecarga a corto plazo. Esto es necesario, porque si uno de ellos falla, la distribución de todo el voltaje se transferirá al restante.

Hay un esquema de conexión y distribución de haz bastante común. En este caso, un punto de distribución será alimentado por dos transformadores diferentes. Se conecta un cable a cada uno de ellos, cuyo voltaje no supera los 1000 V. Cada uno de los transformadores también está equipado con un contactor, que está diseñado para cambiar automáticamente la carga de una unidad de potencia a otra, si alguna de ellas la el voltaje desaparecerá.

Resumiendo la confiabilidad de la red, este es uno de los requisitos más importantes que se debengarantizar que la distribución de energía no se interrumpa. Para conseguir la máxima fiabilidad, no sólo es necesario utilizar los esquemas de suministro más adecuados para cada categoría. También es importante elegir las marcas adecuadas de cables, así como su grosor y sección transversal, teniendo en cuenta su calentamiento y pérdidas de potencia durante el flujo de corriente. También es importante seguir las reglas de operación técnica y la tecnología para realizar todo el trabajo eléctrico.

Con base en lo anterior, podemos concluir que el dispositivo para recibir y distribuir electricidad, así como suministrarla desde la fuente hasta el consumidor final o receptor, no es un proceso tan complicado.