Tema 02 - Producción y generación de Energía Eléctrica

TEMA 2. PRODUCCIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA ELËCTRICA

Sistemas Electrotécnicos de Potencia – 1º SISTEMAS DE REGULACIÓN Y CONTROL AUTOMÁTICOS Profesor: José María Delgado Casado

Curso 2009/2010

SISTEMAS DE REGULACIÓN Y CONTROL AUTOMÁTICOS

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TEMA 2. PRODUCCIÓN Y DISTRIBUCIÓN

DE ENERGÍA ELÉCTRICA.

1. INTRODUCCIÓN. A lo largo de este tema procuraremos detallar los aspectos más relevantes de la generación y

distribución de Energía Eléctrica, entendiendo por Sistema de Energía Eléctrica el conjunto formado por las

fuentes o centrales generadoras, los consumidores o cargas y la red de transporte y distribución que los

interconecta.

2. ENERGÍA ELÉCTRICA.

La electricidad es una de las muchas formas de energía que actualmente se usa en todos los ámbitos

industriales y domésticos. A diferencia de otros tipos de energía es una energía de alto nivel, flexible, limpia y

en ciertos casos insustituible, con el inconveniente conocido de su dificultad de almacenamiento.

Por el contrario, puede ser generada en grandes cantidades de forma concetrada y posteriormente

distribuida de forma fácil y relativamente eficiente, siendo sus principales aplicaciones la iluminación y el

trabajo mecánico. La generación de calor a partir de energía eléctrica es por el contrario enormemente

ineficiente (el rendimiento del ciclo termodinámico no supera el 40%), por lo que no suele emplearse de forma

transportada para estos fines a menos que sea imprescindible.



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Fig 1.1. Evolución generación energética a nivel mundial 1971-2005

Para interpretar adecuadamente los datos han de tenerse en cuenta algunos datos relativos al panorama

energético, como son los siguientes:

• Energía Primaria: Es la ofertada directamente por la naturaleza más las importaciones menos las

exportaciones.

• Energía Final: Es la energía que ha sufrido proceso de transformación, almacenamiento y distribución

y que es finalmente consumida por los usuarios.

• Tonelada equivalente de petróleo (tep): Es la unidad común en la que normalmente se expresan los

balances de energía. La conversión de unidades habituales a “tep” se hacen en base a los PCI de cada

uno de los combustibles. Suponiendo un rendimiento unidad en las transformaciones energéticas,

resulta la relación: 1 tep = 107 Kcal ≈ 11.700 kWh.

En la figura 1.1 se muestran los datos estadísticos de evolución de la producción energética mundial. Esta

estadística está tomada de la Internacional Energy Agency (www.iea.org).

3. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LOS SISTEMAS DE ENERGÍA ELÉCTRICA. GENERACIÓN.

Los sistemas de energía eléctrica se estructuran en las partes o niveles de generación, transporte y

distribución. La interconexión de estos niveles se realiza en las subestaciones y centros de transformación,

donde además se localizan los dispositivos de maniobra y protección del sistema.

3.1. Generación de Energía

La generación de energía eléctrica tiene lugar en las centrales, que, dependiendo del tipo de energía

primaria utilizada, pueden clasificarse en los tipos que a continuación se detallan. La generación se realiza

mediante alternadores trifásicos, con frecuencias de 50 ó 60 Hz, y con tensiones en los terminales generadores

de entre 6 y 25 KV. Las potencias de estas máquinas llegan hasta los 1500 MVA en el caso de las instaladas en

algunas centrales nucleares.

3.1.1. Centrales termoeléctricas.



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Una central termoeléctrica es una instalación empleada para la generación de energía eléctrica a partir

de la energía liberada en forma de calor, normalmente mediante la combustión de algún combustible fósil

como petróleo, gas natural o carbón. Este calor es empleado por un ciclo termodinámico convencional para

mover un alternador y producir energía eléctrica. Por otro lado, también existen centrales termoeléctricas que

emplean fisión nuclear del Uranio para producir electricidad. Este tipo de instalación recibe el nombre de

central nuclear.

a) Centrales termoeléctricas clásicas

Se denominan centrales clásicas a aquellas centrales térmicas que emplean la combustión del carbón,

petróleo (fuelóleo) o gas natural para generar la energía eléctrica. Son consideradas, en el Siglo XX, las

centrales más económicas y rentables, por lo que su utilización está muy extendida en el mundo

económicamente avanzado y en el mundo en vías de desarrollo, a pesar de que a principios del Siglo XXI estén

siendo criticadas debido a su elevado impacto medioambiental.

3.1.1.1. Componentes principales.

• Caldera de combustión

• Turbina de vapor

• Alternador

• Sistema de refrigeración (puede ser de caudal abierto o mediante torres de refrigeración)

• Instalaciones de control

• Área de tratamiento de agua

• Área de tratamiento de combustible

• Área de tratamiento de aceite

• Área de protección contra incendios

b) Centrales termoeléctricas de ciclo combinado

En la actualidad se están construyendo numerosas centrales termoeléctricas de las denominadas de

ciclo combinado, que son un tipo de central que utiliza gas natural, gasóleo o incluso carbón preparado como

combustible para alimentar una turbina de gas. Como los gases tienen todavía una temperatura muy alta, se

utilizan para producir vapor que mueve una segunda turbina, esta vez de vapor. Cada una de estas turbinas está

acoplada a su correspondiente alternador para generar la electricidad como en una central termoeléctrica

clásica.



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Como la diferencia de temperatura que se produce entre la combustión y los gases de escape es más

alta que en el caso de una turbina de gas o una de vapor, se consiguen rendimientos muy superiores, del orden

del 55%.

3.1.1.2. Impacto ambiental

La emisión de residuos a la atmósfera y los propios procesos de combustión que se producen en las

centrales térmicas tienen una incidencia importante sobre el medio ambiente. Para tratar de paliar, en la medida

de lo posible, los daños que estas plantas provocan en el entorno natural, se incorporan a las instalaciones

diversos elementos y sistemas.

El problema de la contaminación es máximo en el caso de las centrales termoeléctricas convencionales

que utilizan como combustible carbón. En las de fuel-oil o gas, los niveles de polución son mucho menores,

prácticamente inapreciables en las plantas de gas. Sin embargo, la combustión del carbón tiene como

consecuencia la emisión de partículas y ácidos de azufre. En las centrales de fuel-oil, la emisión de partículas

sólidas es, como ya se ha dicho antes, mucho más pequeña. No obstante ha de tenerse en cuenta la emisión de

óxidos de azufre y hollines ácidos.

3.1.1.3. Ventajas e inconvenientes

a) Ventajas

Son las centrales más baratas de construir (teniendo en cuenta el precio por megavatio instalado,

especialmente las de carbón, debido a la simplicidad (comparativamente hablando) de construcción y la

energía generada de forma masiva.

Las centrales de ciclo combinado de gas natural son mucho más eficientes que una termoeléctrica

convencional, aumentado la electricidad generada (y por tanto, las ganancias) con la misma cantidad de

combustible

b) Inconvenientes

El uso de combustibles fósiles genera emisiones de gases de efecto invernadero y de lluvia ácida a la

atmósfera, junto a partículas volantes (en el caso del carbón) que pueden contener metales pesados.



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Al ser los combustibles fósiles una fuente de energía finita, su uso está limitado a la duración de las

reservas y/o su rentabilidad económica.

Sus emisiones térmicas y de vapor pueden alterar el microclima local.

Afectan negativamente a los ecosistemas fluviales debido a los vertidos de agua caliente en estos.

Su rendimiento (en muchos casos) es bajo (comparado con el rendimiento ideal), a pesar de haberse

realizado grandes mejoras en la eficiencia (un 30-40% de la energía liberada en la combustión se convierte en

electricidad, de media)

3.1.2. Centrales hidroeléctricas.

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 es conducida mediante una tubería de descarga a la sala de máquinas de la central, donde

mediante enormes turbinas hidráulicas se produce la generación de energía eléctrica en alternadores.

3.1.2.1. Características de una central hidroeléctrica.

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

aguas abajo de la usina, y del caudal máximo turbinable, además de las características de la turbina y

del generador.

• La energía garantizada, en un lapso de tiempo determinado, generalmente un año, que es función del

volumen útil del embalse, y de la potencia instalada.

La potencia de una central puede variar desde unos pocos MW (megawatts), hasta 10 MW se

consideran minicentrales. En Paraguay y Brasil se encuentra la mayor central hidroeléctrica del mundo, la

Itaipú que tiene una potencia instalada de 14.000 MW en 20 turbinas de 700 MW cada una.

3.1.2.2. Tipos de centrales hidroeléctricas.

Desde el punto de vista de su concepción arquitectónica, las centrales pueden ser clasificadas en:



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• Centrales al aire libre, al pie de la presa, o relativamente alejadas de esta, y conectadas por medio de

una tubería en presión;

• Centrales en caverna, generalmente conectadas al embalse por medio de túneles, tuberías en presión, o

por la combinación de ambas.

Desde el punto de vista de cómo utilizan el agua para la generación, se pueden clasificar en:

• Centrales a filo de agua. También denominadas centrales de agua fluyente o de pasada, utilizan parte

del flujo de un río para generar energía eléctrica. Operan en forma continua porque no tienen

capacidad para almacenar agua, no disponen de embalse. Turbinan el agua disponible en el momento,

limitadamente a la capacidad instalada. En estos casos las turbinas pueden ser de eje vertical, cuando

el río tiene una pendiente fuerte u horizontal cuando la pendiente del río es baja.

• Centrales acopladas a uno o más embalses. Es el tipo más frecuente de central hidroeléctrica. Utilizan

un embalse para reservar agua e ir graduando el agua que pasa por la turbina. Es posible generar

energía durante todo el año si se dispone de reservas suficientes. Requieren una inversión mayor.

• Centrales mareomotrices. Utilizan el flujo y reflujo de las mareas. Pueden ser ventajosas en zonas

costeras donde la amplitud de la marea es amplia, y las condiciones morfológicas de la costa permiten

la construcción de una presa que corta 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.

• Centrales mareomotrices sumergidas. Utilizan la energía de las corrientes submarinas. En 2002, en

Gran Bretaña se implementó la primera de estas centrales a nivel experimental.

• Centrales que aprovechan el movimiento de las olas. Este tipo de central es objeto de investigación

desde la década de los 80. A inicios de agosto de 1995, el "Ocean Swell Powered Renewable Energy

(OSPREY)" implementó la primera central que utiliza la energía de las olas en el norte de Escocia. La

potencia de esta central es de 2 MW. Lamentablemente fue destruida un mes más tarde por un

temporal.

3.1.2.3. Modalidad de generación.

La modalidad con que se opera una central hidroeléctrica puede variar a lo largo de su vida útil. Las

centrales pueden operar en régimen de:



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• Generación de energía de base

• Generación de energía en períodos de punta. Estas a su vez se pueden dividir en:

o centrales tradicionales; o,

o centrales reversibles o de bombeo.

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 se destacan:

• Tipos de industrias existentes en la zona, y turnos que estas realizan en su producción;

• Tipo de cocina doméstica que se utiliza más frecuentemente;

• Tipo de calentador de agua que se permite utilizar;

• La estación del año;

• La hora del día en que se considera la demanda.

La generación de energía eléctrica debe seguir la curva de demanda, así, a medida que aumenta la

potencia demandada deberá incrementarse el caudal turbinado, o iniciar la generación con unidades

adicionales, en la misma central, e incluso iniciando la generación en centrales reservadas para estos períodos.

3.1.3. Centrales Nucleares.

Es una instalación industrial empleada para la generación de energía eléctrica a partir de energía

nuclear, que se caracteriza por el empleo de materiales fisionables que mediante reacciones nucleares

proporcionan calor. Este calor es empleado por un ciclo termodinámico convencional para mover un alternador

y producir energía eléctrica.

Las centrales nucleares constan de uno o varios reactores, que son contenedores (llamados

habitualmente vasijas) en cuyo interior se albergan varillas u otras configuraciones geométricas de minerales

con algún elemento fisil (es decir, que puede fisionarse) o fértil (que puede convertirse en fisil por reacciones

nucleares), usualmente uranio, y en algunos combustibles también plutonio, generado a partir de la activación

del uranio. En el proceso de fisión radiactiva, se establece una reacción que es sostenida y moderada mediante

el empleo de elementos auxiliares dependientes del tipo de tecnología empleada.



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Fig 1.2. Torres de refrigeración de la central nuclear de Cofrente (España)

Las instalaciones nucleares son construcciones muy complejas por la variedad de tecnologías

industriales empleadas y por la elevada seguridad con la que se les dota. Las características de la reacción

nuclear hacen que pueda resultar peligrosa si se pierde su control y prolifera por encima de una determinada

temperatura a la que funden los materiales empleados en el reactor, así como si se producen escapes de

radiación nociva por esa u otra causa.

La energía nuclear se caracteriza por producir, además de una gran cantidad de energía eléctrica,

residuos nucleares que hay que albergar en depósitos aislados y controlados durante largo tiempo. A cambio,

no produce contaminación atmosférica de gases derivados de la combustión que producen el efecto

invernadero, ni precisan el empleo de combustibles fósiles para su operación. Sin embargo, las emisiones

contaminantes indirectas derivadas de su propia construcción, de la fabricación del combustible y de la gestión

posterior de los residuos radiactivos (se denomina gestión a todos los procesos de tratamiento de los residuos,

incluido su almacenamiento) no son despreciables.

3.1.4. Energía Eólica.

La energía eólica es la que se obtiene por medio del viento, es decir mediante la utilización de la

energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire.

El término eólico viene del latín Aeolicus, perteneciente o relativo a Éolo o Eolo, dios de los vientos

en la mitología griega y, por tanto, perteneciente o relativo al viento. La energía eólica ha sido aprovechada

desde la antigüedad para mover los barcos impulsados por velas o hacer funcionar la maquinaria de molinos al

mover sus aspas. Es un tipo de energía verde.



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Fig 1.3. Parque eólico. Hamburgo, Alemania.

3.1.4.1. La energía del viento

La energía del viento está relacionada con el movimiento de las masas de aire que desplazan desde

áreas de alta presión atmosférica hacia áreas adyacentes de baja presión, con velocidades proporcionales al

(gradiente de presión).

Los vientos son generados a causa del calentamiento no uniforme de la superficie terrestre por parte de

la radiación solar, entre el 1 y 2% de la energía proveniente del sol se convierte en viento. De día,la masa de

aire sobre los océanos, los mares y los lagos se mantienen frías con relación a las áreas vecinas situadas sobre

las masas continentales.

Los continentes absorben una menor cantidad de luz solar, por lo tanto el aire que se encuentra sobre la

tierra se expande, y se hace por lo tanto más liviana y se eleva. El aire más frió y más pesado que proviene de

los mares, océanos y grandes lagos se pone en movimiento para ocupar el el lugar dejado por el aire caliente.

Para poder aprovechar la energía eólica es importante conocer las variaciones diurnas y nocturnas y

estacionales de los vientos, la variación de la velocidad del viento con la altura sobre el suelo, la entidad de las

ráfagas en espacios de tiempo breves, y valores máximos ocurridos en series históricas de datos con una

duración mínima de 20 años. Es también importante conocer la velocidad máxima del viento. Para poder



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utilizar la energía del viento, es necesario que este alcance una velocidad mínima de 12 km/h, y que no supere

los 65 km/h .

La energía del viento es utilizada mediante el uso de máquinas eólicas (o aeromotores) capaces de

transformar la energía eólica en energía mecánica de rotación, utilizable sea para accionar directamente

máquinas operatrices, sea que, para la producción de energía eléctrica: en este último caso, el sistema de

conversión, (que comprende un generador eléctrico con sus sistemas de control y de conexión a la red) es

conocido como aerogenerador.

3.1.4.2. Parque eólico.

La baja densidad energética, de la energía eólica por unidad de superficie, trae como consecuencia la

necesidad de proceder a la instalación de un número mayor de máquinas para el aprovechamiento de los

recursos disponibles. El ejemplo más típico de una instalación eólica está representada por los "parques

eólicos" (varios aerogeneradores implantados en el territorio conectados a una única línea que los conecta a la

red eléctrica local o nacional).

En la actualidad se utiliza, sobre todo, para mover aerogeneradores. En estos la energía eólica mueve

una hélice y mediante un sistema mecánico se hace girar el rotor de un generador, normalmente un alternador,

que produce energía eléctrica. Para que su instalación resulte rentable, suelen agruparse en concentraciones

denominadas parques eólicos.

Si bien los parques eólicos son relativamente recientes, iniciando a popularizarse en las décadas de los

80 - 90, desde hace mucho tiempo la energía eólica se ha utilizado en otras aplicaciones, como: moler granos o

bombear agua, basta recordar los ya famosos molinos de viento en las andanzas de Don Quijote.

3.1.4.3. Micro generadores eólicos

El cuarto trimestre del 2006 será recordado como el comienzo de la "revolución del viento". Se ha

puesto a la venta, en comercios esparcidos por toda Inglaterra los nuevos micro generadores eólicos, al alcance

de todos, con un manual de instalación, asistencia técnica para su instalación, y garantía de funcionamiento de

10 años. Estimaciones preliminares señalan que pueden producir hasta el 30% de la energía eléctrica

consumida en una casa.



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Esta modalidad de producción de energía eléctrica ya era conocida y utilizada en la primera mitad del

siglo XX, sin embargo entonces se utilizaba en lugares aislados, desprovistos de redes de transmisión, y

principalmente en el medio rural.

El gran salto adelante de la nueva introducción de los micro generadores eólicos de 1 kw en el

mercado está en la posibilidad de interconectarlos a la red, de forma que la energía de la red de distribución

solo se utilizará cuando la generación propia no sea suficiente.

El costo actual (octubre del 2006) del equipo es de aproximadamente 2000 Euros, y en algunos países

de la Unión Europea pueden utilizarse subsidios gubernamentales para su instalación.

3.1.4.4. Coste de la energía eólica.

El coste de la unidad de energía (kWh) producida en instalaciones eólicas se deduce de un calculo

bastante complejo. Para su evaluación se deben tener en cuenta diversos factores entre los cuales:

• El costo inicial o inversión inicial, el costo del aerogenerador incide en aproximadamente el 60 a 70%.

El costo medio de una central eólica es de 1.000 Euros por kW de potencia instalada, variable desde

1250 €/kW para máquinas con una unos 150 kW de potencia, hasta 880 €/kW para máquinas de 600

kW;

• Debe considerarse la vida útil de la instalación (aproximadamente 20 años) y la amortización de este

costo;

• Los costos financieros;

• Los costos de operación y mantenimiento (variables entre el 1 y el 3% de la inversión;

• La energía global producida en un período de un año. Esta es función de las características del

aerogenerador y de las características del viento en el lugar donde se ha instalado.

3.1.4.5. Producción por países .

Capacidad total de energía eólica instalada (fin de año y últimas estimaciones)

Capacidad (MW)

Posición País 2006 2005 2004

1 Alemania 20.622 18.428 16.629

2 España 11.615 10.028 8.504



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3 USA 11.603 9.149 6.725

4 India 6.270 4.430 3.000

5 Dinamarca 3.136 3.128 3.124

6 China 2.405 1.260 764

7 Italia 2.123 1.717 1.265

8 Reino Unido 1.963 1.353 888

9 Portugal 1.716 1.022 522

10 Francia 1.567 757 386

Total mundial 73.904MW 58.982 47.671

Existe una gran cantidad de aerogeneradores operando, con una capacidad total de 73.904 MW, de los

que Europa cuenta con el 65% (2006). El 90% de los parques eólicos se encuentran en Estados Unidos y

Europa, pero el porcentaje de los cincos países punteros en nuevas instalaciones cayó del 71% en 2004 al 55%

en 2005. Para 2010, la Asociación Mundial de Energía Eólica (World Wind Energy Association) espera que

hayan instalados 160.000 MW, lo que implicaría un crecimiento anual más del 15%.

En 2006, la instalación de 7,588 MW en Europa supuso un incremento del 23% respecto a la de 2005.

Alemania, España, Estados Unidos, India y Dinamarca han realizado las mayores inversiones en

generación de energía eólica. Dinamarca es, en términos relativos, la más destacada en cuanto a fabricación y

utilización de turbinas eólicas, con el compromiso realizado en los años 1970 de llegar a obtener la mitad de la

producción de energía del país mediante el viento. Actualmente genera más del 20% de su electricidad

mediante aerogeneradores, mayor porcentaje que cualquier otro país, y es el quinto en producción total de

energía eólica, a pesar de ser el país número 56 en cuanto a consumo eléctrico

3.1.4.7. Energía eólica en España.

Fig 1.4. Capacidad Eólica Mundial Instalada y Prevista 1997-2010. Fuente WWEA.



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En 2006, España tenía instalada una capacidad de energía eólica de 11.615 MW, siendo así el segundo

país en el mundo en cuanto a producción, junto con Estados Unidos, y sólo por detrás de Alemania. En 2005,

el Gobierno de España aprobó una nueva ley nacional con el objetivo de llegar a los 20.000 MW de

producción en 2012.

La energía eólica en España batió el 19 de marzo de 2007 un nuevo récord de producción, al alcanzar

los 8.375 MW a las 17.40 horas, gracias al fuerte viento que azotó gran parte de la península[. Esta es una

potencia superior a la producida por las seis centrales nucleares que hay en España que suman 8 reactores y

que juntas generan 7.742,32 MW. Desde hace unos años en España es mayor la capacidad teórica de generar

energía eólica que nuclear y es el segundo productor mundial de energía eólica, después de Alemania. España

y Alemania también llegaron a producir en 2005 más electricidad.

Ventajas de la energía eólica:

• Es un tipo de energía renovable ya que tiene su origen en procesos atmosféricos debidos a la energía

que llega a la Tierra procedente del Sol.

• Es una energía limpia ya que no produce emisiones atmosféricas ni residuos contaminantes.

• No requiere una combustión que produzca dióxido de carbono (CO2), por lo que no contribuye al

incremento del efecto invernadero ni al cambio climático.

• Puede instalarse en espacios no aptos para otros fines, por ejemplo en zonas desérticas, próximas a la

costa, en laderas áridas y muy empinadas para ser cultivables.

• Puede convivir con otros usos del suelo, por ejemplo prados para uso ganadero o cultivos bajos como

trigo, maíz, papas, remolacha, etc.

• Crea un elevado número de puestos de trabajo en las plantas de ensamblaje y las zonas de instalación.

• Su instalación es rápida, entre 6 meses y un año.

• Su inclusión en un sistema ínter ligado permite, cuando las condiciones del viento son adecuadas,

ahorrar combustible en las centrales térmicas y/o agua en los embalses de las centrales hidroeléctricas.

• Su utilización combinada con otros tipos de energía, habitualmente la solar, permite la

autoalimentación de viviendas, terminando así con la necesidad de conectarse a redes de suministro,

pudiendo lograrse autonomías superiores a las 82 horas, sin alimentación desde ninguno de los 2

sistemas.

• La situación actual permite cubrir la demanda de energía en España un 30% debido a la múltiple

situación de los parques eólicos sobre el territorio, compensando la baja producción de unos por falta

de viento con la alta producción en las zonas de viento. Los sistemas del sistema eléctrico permiten



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estabilizar la forma de onda producida en la generación eléctrica solventando los problemas que

presentaban los aerogeneradores como productores de energía al principio de su instalación.

• Posibilidad de construir parques eólicos en el mar, donde el viento es más fuerte, más constante y el

impacto social es menor, aunque aumentan los costes de instalación y mantenimiento. Los parques

offshore son una realidad en los países del norte de Europa, donde la generación eólica empieza a ser

un factor bastante importante.

Inconvenientes de la energía eólica

• Aspectos técnicos

Debido a la falta de seguridad en la existencia de viento, la energía eólica no puede ser utilizada como

única fuente de energía eléctrica. Por ejemplo, el presidente de Red Eléctrica Española, Luis Atienza Serna

responde como sigue a la siguiente pregunta: ¿Cuál es la solución para no depender tanto del gas natural?:

... Es necesario un debate social para decidir qué cesta de energía queremos tener a medio y largo

plazo. Red Eléctrica, al menos, quiere tener el máximo de opciones. Debiéramos reflexionar hasta qué punto

queremos tener al gas natural como única energía que nos garantice la potencia. Porque la eólica es muy

importante, aporta ya casi tanto como la hidroeléctrica, pero no es gestionable porque no aporta garantía. El

viento no sopla cuando queremos y pese a que tenemos 11.000 megavatios instalados, un día nos pueden

aportar 8.000 y otro sólo 400.[9]

Por lo tanto, para salvar los "valles" en la producción de energía eólica es indispensable un respaldo de

las energías convencionales (centrales de carbón o de ciclo combinado, por ejemplo, y más recientemente de

carbón limpio). Sin embargo, cuando respaldan la eólica, las centrales de carbón no pueden funcionar a su

rendimiento óptimo, que se sitúa cerca del 90% de su potencia. Tienen que quedarse muy por debajo de este

porcentaje, para poder subir sustancialmente su producción en el momento en que afloje el viento. Por tanto,

en el modo "respaldo", las centrales térmicas consumen más combustible por Kwh producido. También, al

subir y bajar su producción cada vez que cambia la velocidad del viento, se desgasta más la maquinaría. Este

problema del respaldo en España se va a tratar de solucionar mediante una interconexión con Francia que

permita emplear el sistema europeo como colchón de la variabilidad eólica.



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Fig 1.5. Parque Eólico en Tehachapi Pass, California.

Además, la variabilidad en la producción de energía eólica tiene 2 importantes consecuencias:

• Para evacuar la electricidad producida por cada parque eólico (que suelen estar situados además en

parajes naturales apartados) es necesario construir unas líneas de alta tensión que sean capaces de

conducir el máximo de electricidad que sea capaz de producir la instalación. Sin embargo, la media de

tension a conducir será mucho más baja. Esto significa poner cables 4 veces más gruesos, y a menudo

torres más altas, para acomodar correctamente los picos de viento.

• Es necesario suplir las bajadas de tensión eólicas "instantáneamente" (aumentando la producción de

las centrales térmicas), pues sino se hace así se producirían, y de hecho se producen apagones

generalizados por bajada de tensión. Este problema podría solucionarse mediante dispositivos de

almacenamiento de energía eléctrica. Pero la energía eléctrica producida no es almacenable: es

instantaneamente consumida o perdida.

Además, otros problemas son:

• Técnicamente, uno de los mayores inconvenientes de los aerogeneradores es el llamado hueco de

tensión. Ante uno de estos fenómenos, las protecciones de los aerogeneradores con motores de jaula de

ardilla se desconectan de la red para evitar ser dañados y, por tanto, provocan nuevas perturbaciones

en la red, en este caso, de falta de suministro. Este problema se soluciona bien mediante la

modificación de la aparamenta eléctrica de los aerogeneradores, lo que resulta bastante costoso, bien

mediante la utilización de motores síncronos.

• Uno de los grandes inconvenientes de este tipo de generación, es la dificultad intrínseca de prever la

generación con antelación. Dado que los sistemas eléctricos son operados calculando la generación

con un día de antelación en vista del consumo previsto, la aleatoriedad del viento plantea serios

problemas. Los últimos avances en previsión del viento han mejorado muchísimo la situación, pero

sigue siendo un problema. Igualmente, grupos de generación eólica no pueden utilizarse como nudo

oscilante de un sistema.



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• Además de la evidente necesidad de una velocidad mínima en el viento para poder mover las aspas,

existe también una limitación superior: una máquina puede estar generando al máximo de su potencia,

pero si el viento aumenta lo justo para sobrepasar las especificaciones del molino, es obligatorio

desconectar ese circuito de la red o cambiar la inclinación de las aspas para que dejen de girar, puesto

que con viento de altas velocidades la estructura puede resultar dañada por los esfuerzos que aparecen

en el eje. La consecuencia inmediata es un descenso evidente de la producción eléctrica, a pesar de

haber viento en abundancia, y otro factor más de incertidumbre a la hora de contar con esta energía en

la red eléctrica de consumo.

• Aspectos medioambientales

• Generalmente se combina con centrales térmicas, lo que lleva a que existan quienes critican que

realmente no se ahorren demasiadas emisiones de dióxido de carbono.

• Existen parques eólicos en España en espacios protegidos como ZEPAS (Zona de Especial Protección

de Aves) y LIC (Lugar de Importancia Comunitaria) de la Red Natura 2000, lo que es una

contradicción. Si bien la posible inserción de alguno de estos parques eólicos en las zonas protegidas

ZEPAS y LIC tienen un impacto reducido debido al aprovechamiento natural de los recursos, cuando

la expansión humana invade estas zonas, alterándolas sin que con ello se produzca ningún bien.

• Al comienzo de su instalación, los lugares seleccionados para ello coincidieron con las rutas de las

aves migratorias, o zonas donde las aves aprovechan vientos de ladera, lo que hace que entren en

conflicto los aerogeneradores con aves y murciélagos. Afortunadamente los niveles de mortandad son

muy bajos en comparación con otras causas como por ejemplo los atropellos (ver gráfico). Aunque

algunos expertos independientes aseguran que la mortandad es alta. Actualmente los estudios de

impacto ambiental necesarios para el reconocimiento del plan del parque eólico tienen en

consideración la situación ornitológica de la zona. Además, dado que los aerogeneradores actuales son

de baja velocidad de rotación, el problema de choque con las aves se está reduciendo.

• El impacto paisajístico es una nota importante debido a la disposición de los elementos horizontales

que lo componen y la aparición de un elemento vertical como es el aerogenerador. Producen el

llamado efecto discoteca: este efecto aparece cuando el sol está por detrás de los molinos y las

sombras de las aspas se proyectan con regularidad sobre los jardines y las ventanas, parpadeando de tal

modo que la gente denominó este fenómeno: “efecto discoteca”. Esto, unido al ruido, puede llevar a la



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gente hasta un alto nivel de estrés, con efectos de consideración para la salud. No obstante, la mejora

del diseño de los aerogeneradores ha permitido ir reduciendo el ruido que producen.

• La apertura de pistas y la presencia de operarios en los parques eólicos hace que la presencia humana

sea constante en lugares hasta entonces poco transitados. Ello afecta también a la fauna.

3.1.5. Generación solar térmica.

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.

Constructivamente, es necesario concentrar la radiación solar para que se puedan alcanzar

temperaturas elevadas, de 300 º C hasta 1000 º 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.

Los fluidos y ciclos termodinámicos escogidos en las configuraciones experimentales que se han

ensayado, así como los motores que implican, son variados, y van desde el ciclo Rankine (centrales nucleares,

térmicas de carbón) hasta el ciclo Brayton (centrales de gas natural) pasando por muchas otras variedades

como el motor de Stirling, siendo las más utilizadas las que combinan la energía termosolar con el gas natural.

3.1.5.1. Evolución.

En los años 1980 se construyeron varias centrales termoeléctricas solares con dos conceptos distintos,

las centrales de torre y las de cilindros parabólicos.

3.1.5.1.1. Las centrales de torre.

Una central de torre —también conocida como sistema de receptor central— está compuesta por un

sistema concentrador o campo de heliostatos, que capta y concentra la componente directa de la radiación solar

sobre un receptor —donde se produce la conversión de la energía radiante en energía térmica— que suele

instalarse en la parte superior de una torre. El fluido de trabajo puede ser, entre otros, aire, vapor de agua,



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sodio fundido o sales fundidas, según la tecnología escogida. En las de vapor de agua, este mueve

directamente una turbina. En los otros, el fluido transporta el calor a un generador de vapor de agua, con el que

se hace funcionar una turbina que mueve al generador eléctrico.

Durante finales de los años 1970 y principios de los años 1980 se construyeron varias centrales

eléctricas termosolares en distintos lugares del planeta y con diversas variantes tecnológicas, con objeto de

demostrar la viabilidad de la generación de energía eléctrica a partir de la energía solar mediante la conversión

térmica.

3.1.6. Generación solar fotovoltaica.

Es una forma de 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, operación que es muy rentable económicamente

pero que precisa todavía de subvenciones para una mayor viabilidad.

El proceso, simplificado, sería el siguiente: Se genera la energía a bajas tensiones (380-800 V) y en

corriente continua. Se transforma con un inversor en corriente alterna. Mediante un centro de transformación

se eleva a Media tensión (15 ó 25 kV) y se inyecta en las redes de transporte de la compañía.

En entornos aislados, donde se requiere poca potencia eléctrica y el acceso a la red es difícil, como

estaciones meteorológicas o repetidores de comunicaciones, se emplean las placas fotovoltaicas como

alternativa económicamente viable.

3.1.6.1. Producción de energía solar fotovoltaica.

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



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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 UE el crecimiento medio anual es del 30%, y Alemania tiene el 80% de la

potencia instalada.

El crecimiento actual de las instalaciones solares fotovoltaicas está limitado en 2006 por la falta de

materia prima en el mercado (silicio de calidad solar) al estar copadas las fuentes actuales. Diversos planes se

han establecido para nuevas factorías de este material en todo el mundo, incluyendo en Mayo de 2006 la

posibilidad de que se instale una en España con la colaboración de los principales actores del mercado. La

inyección en red de la Energía solar fotovoltaica, está probada por el Gobierno Español con el 575 % del valor

del kilowatiohora normal. Lo que corresponde con unos 0,44 céntimos por cada kwh que se inyecte en red.

Actualmente, el acceso a la red eléctrica en España requiere una serie de permisos de la administración

y la autorización de la compañía eléctrica distribuidora de la zona. Esta tiene la obligación de dar punto de

enganche o conexión a la red eléctrica, pero en la práctica el papeleo y la reticencia de las eléctricas están

frenando el impulso de las energías renovables. Las eléctricas buscan motivos técnicos como la saturación de

la red para controlar sus intereses en otras fuentes energéticas y con la intención de bloquear la iniciativa de los

pequeños productores de energía solar fotovoltaica. Este situación provoca una grave contradicción entre los

objetivos de la Unión Europea para impulsar las energías limpias y la realidad de una escasa liberalización en

España del sector energético que impide el despegue y la libre competitividad de las energías renovables.

3.1.6.2. Centrales de energía solar fotovoltaica.

La mayor central de energía solar del mundo hasta el año 2004 se encontraba en la ciudad de

Espenhain, cerca de Leipzig. Con 33.500 paneles solares modulares monocristalinos y una capacidad de

producción de 5 megavatios, la central es suficiente para abastecer a 1.800 hogares. La inversión ascendió a 20

millones de euros, según Shell Solar y Geosol, las firmas constructoras. Actualmente la empresa alemana SAG

Solarstrom, que opera en España con el nombre TAU Solar, ha construido la mayor huerta solar del mundo en

Erlasee (Alemania). Esta sustituye a la central de Espenhain. La nueva central de Erlasee cuenta en su totalidad

con una capacidad de producción de 12 megavatios.

El mayor fabricante europeo de productos fotovoltaicos es la compañía alemana RWE SCHOTT Solar

con sede en Alzenau (Baviera). Esta compañía posee la planta de producción fotovoltaica más moderna y

completamente integrada del mundo. En 2003 la compañía generó ventas netas de 123 millones de euros y

tiene más de 800 empleados.



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Además Friburgo de Brisgovia es la sede de ISES (Sociedad Internacional de Energía Solar).

4. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LOS SISTEMAS DE ENERGÍA ELÉCTRICA. TRANSPORTE Y

DISTRIBUCIÓN.

Con el fin de disminuir la sección de los conductores de las líneas de transmisión y las pérdidas por

efecto Joule es necesario elevar las tensiones obtenidas en la generación de Energía Eléctrica. En España son

valores normalizados para esta función, según el Reglamento de Líneas Aéreas de Alta Tensión (RAT) los

siguientes valores:

Fig 1.6. Tensiones normalizadas RAT por categorías.

La clasificación anterior normalizada por el RAT suele nombrarse de la siguiente forma:

a) Categoría 3º: Transporte y distribución en Media Tensión.

b) Categoría 2ª: Transporte en Alta Tensión.

c) Categoría 1ª: Transporte en Muy Alta Tensión.

Mediante el transporte y distribución a estas tensiones, la corriente es menor y se reducen las pérdidas

anteriormente citadas. Las operaciones de reducción / elevación de la tensión se llevan a cabo mediantes

transformadores.



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Fig 1.7. Sistema de transporte y distribución de la red eléctrica.

4.1. Red de transporte y reparto.

Las redes de reparto y transporte parten de las centrales generadoras a tensiones no superiores a 36 kV.

Posteriormente es elevada la tensión a valores de Alta o Muy Alta tensión (hasta 380 kV) y al final de las

líneas de transporte se reduce la tensión en subestaciones a valores reglamentarios de 45, 66 y 132 kV. A estas

tensiones funcionan las redes de reparto, de longitudes más reducidas, y que generalmente no sobrepasan los

100 km en el caso de líneas aéreas. Desde estos niveles de tensión se alimentan los grandes consumidores

industriales a través de centros de transformación propios o de compañía específicamente ubicados para ello.

4.2. Red de distribución.

La constitución más habitual de una red de distribución es la siguiente:

• Subestaciones reductoras de tensión, de 400 o 220 kV a 132, 66, 45 y 20 kV.

• Líneas de distribución en Alta Tensión, líneas de 66 o 45 kV.

• Centro de Reparto y/o Centro de Reflexión, con niveles de tensión entre 20 y 15 kV.

• Líneas de distribución en media tensión, de 20 y 15 kV.

• Líneas de distribución en baja tensión, de 3 x 400/230.

En las redes de distribución los niveles de tensión se reducen en las subestaciones a niveles

reglamentarios de Media Tensión. Hoy día, prácticamente todas las instalaciones nuevas en España se realizan

a 20 kV. Las longitudes de línea no suelen sobrepasar los 25 km. Normalmente con líneas aéreas se abastece a



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ciertos consumidores industriales y se realiza la electrificación rural. Para la distribución en ciudades se

emplean normalmente cables subterráneos, llegando hasta los centros de gravedad de las áreas de consumo

donde se reduce la tensión para la distribución en baja en los Centros de Transformación.

4.2.1. Elementos de una red de distribución.

4.2.1.1. Subestación.

Entendemos por 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 dos o más

circuitos. Quedan excluidos de esta definición los centros de transformación.

En las figuras 1.8. y 1.9. se representan los esquemas de dos subestaciones de la Red Eléctrica

Nacional.

4.2.1.2. Línea de transporte.

Línea aérea de normalmente de 400 ó 200 kV (ó 132) que sirve para unir dos subestaciones.

4.2.1.3. Centro de reparto.

Centro fuertemente alimentado en el que una o más líneas de Alta Tensión se derivan de otras de la

misma tensión.

En su interior se alojarán los dispositivos de protección de las líneas derivadas.

Para su emplazamiento se reservará un espacio de superficie igual a 60 m2 para tensiones de 30 kV y

de 40 m2 para tensiones iguales o inferiores a 20 kV, de forma rectangular, en el que uno de los lados no será

inferior a 4 m.

4.2.1.4. Centro de reflexión.

Centro que garantiza la alimentación de las líneas de Alta Tensión que en él concurren, procedentes de

una subestación o de un Centro de Reparto situados en la zona de actuación, mediante un circuito sin carga en



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explotación normal, denominado Circuito Cero, alimentado también desde dicha Subestación o Centro de

Reparto.

Para su emplazamiento se reservará un espacio similar al del Centro de Reparto.



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Fig 1.8. Esquema eléctrico de la Subestación de RNE de La Mudarra (Valladolid)

Fig 1.9. Esquema eléctrico de la Subestación de RNE de Morata de Tajuña (Madrid).



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4.2.1.5. Centro de transformación.

Centro alimentado por una línea de distribución en Alta o Media Tensión, que reduce ésta a 400/230 V

(tensión normal de utilización de distribución en baja tensión en la C.E.) y del cual parten las líneas de

distribución en baja tensión. Sus características se adaptan a lo dispuesto en el Reglamento sobre Condiciones

Técnicas y Garantías de Seguridad en Centrales Eléctricas, Subestaciones y Centros de Transformación

(aprobado mediante RD 3275/1982 de 12 de Noviembre. BOE 1 de Diciembre), así como a las

recomendaciones de diseño que se recogen en la NTE-IET (Normas Tecnológicas de la Edificación:

Instalaciones de Electricidad. Centros de Transformación).

Para su emplazamiento se reservará un espacio accesible a vehículos pesados y de dimensiones de

acuerdo a las normas anteriores. En el caso de Centros de Transformación subterráneos o en zonas interiores

de ciudad deberá además reservarse el espacio necesario para acceso al centro de personal especializado.

4.2.1.6. Líneas de distribución en Baja Tensión.

Son las líneas encargadas de alimentar a los puntos de utilización de medio y bajo consumo, a

tensiones inferiores a 1 kV, normalmente a 4 hilos y tensiones de 400/230 V.

En la figura 1.10. puede verse un esquema general de una red de distribución.



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Fig 1.10. Esquema eléctrico red de distribución.

4.3. Interconexión de niveles.

La interconexión entre los distintos niveles de tensión de una red de transporte, reparto y distribución

se lleva a cabo en las instalaciones de transformación, donde, a su vez, se concentra la mayor parte de los

dispositivos destinados a la maniobra y protección.

El esquema eléctrico y la constitución de estas instalaciones e muy variada, según cual sea su función

dentro del sistema y cuáles sean los niveles de tensión que se interconectan. Con objeto de dar una idea general

de la constitución de estas instalaciones describiremos a continuación los elementos básicos que las integran,

tal y como se reflejan en la figura 1.11.

Fig 1.11. Unidad básica de una subestación eléctrica tipo intemperie.

4.3.1. Transformador.



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El transformador es la máquina eléctrica destinada a la función de transformar energía eléctrica con

unas características determinadas de I y V (I1 y V1) en otras características de I y V distintas (I2 y V2), de forma

que, en el caso de distribución eléctrica, será la tensión la que se transforme de uno a otro nivel.

Los transformadores empleados en este tipo de instalaciones son transformadores trifásico de un solo

bloque o bien bancos de transformadores monofásicos, en el cual se coloca en cada fase de la transformación

un transformador monofásico idéntico a los demás del banco.

4.3.2. Seccionadores e interruptores.

Los seccionadores e interruptores son dispositivos destinados a cortar el paso de la corriente eléctrica

en un circuito, teniendo en cuenta que la interrupción de suministro eléctrico a tensiones elevadas es una

operación no carente de dificultades. En efecto, cuando empiezan a separarse los contactos de un dispositivo

destinado a cortar la corriente, la densidad de corriente (amperios por sección de paso) va aumentando a

medida que la superficie de contacto disminuye, alcanzándose una temperatura tan elevada en esa zona que da

lugar a la emisión de electrones del metal de conducción, produciéndose una ionización del aire circundante

(superpoblación de electrones en el aire y almacenamiento de carga negativa en la zona). Como consecuencia

de esta ionización y del choque de electrones aparece el fenómeno de arco eléctrico. En esta situación, el

camino del arco eléctrico a través del aire es un camino conductor, por lo que la corriente no cesa aunque los

contactos mantengan una separación física, a menos que dicho arco sea extinguido por algún procedimiento.

Ello se consigue mediante una apertura rápida de contactos, la apertura en un medio de alta rigidez dieléctrica

(caso del SF6 – Hexafluoruro de azufre, en el caso de transformadores y equipos),… Además, el hecho de que

la corriente eléctrica pase por cero cada 10 ms (para frecuencia de 50 Hz) ayuda en el proceso de extinción.

La diferencia entre los elementos seccionadores e interruptores radica en lo siguiente:

• Seccionador: Dispositivo que no está diseñado para cortar corriente alguna. Su misión es separar o

aislar (de forma visible) dos partes de un circuito, siempre y cuando hay cesado la corriente que circula

a través del mismo mediante la actuación de algún otro dispositivo. Son por tanto elementos que

realizan una interrupción sin carga del circuito eléctrico.

• Interruptores: Dispositivo diseñado para poder abrir o cerrar un circuito eléctrico por el que circula la

corriente normal o nominal del mismo. En el caso de interruptores que actúen ante defectos, hablamos



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de poder de corte o poder de cierre en función de la corriente que sean capaces de interrumpir o

establecer en dicho circuito.

4.3.3. Barras.

Se denominan barras colectoras, juego de barras o simplemente barras al conjunto de

conductores eléctricos dispuestos como conexión común de dos o más circuitos trifásicos. Son los

nudos de la red formada por el sistema.

4.3.4. Transformadores de medida y relés.

Estos transformadores son los utilizados para reducir las magnitudes tensión e intensidad en

determinado punto a valores bajos, del orden de 100 V y 5 A respectivamente, con objeto de efectuar la

medida de las magnitudes correspondientes, así como proporcionar las señales de entrada a los relés,

dispositivos que dan las órdenes de apertura o cierre o a los interruptores automáticos en función de los valores

de dichas variables.

4.3.5. Dispositivos de protección contra las sobretensiones.

Los elementos componentes de los sistemas de energía eléctrica (líneas, transformadores, máquinas

rotativas,…) están diseñados para soportar una determinada tensión, a base de separar adecuadamente

mediante un medio aislante, las partes entre las cuales existe una diferencia de potencial, así como los

conductores de una línea aérea están separados entre sí por el aire, siendo dicha separación tanto mayor cuanto

mayor es la tensión entre esos conductores, en otras palabras, el nivel de tensión impone las distancias de

aislamiento. Las descargas atmosféricas en las tormentas y también ciertas maniobras de apertura o cierre de

interruptores pueden dar lugar a que la tensión en determinado punto del sistema aumente a varias veces su

valor nominal. Se dice entonces que se ha producido una sobretensión. Tal fenómeno, por ser normalmente

una variación brusca, se propaga a través de los conductores llegando así a afectar a partes del sistema alejadas

del origen de la perturbación (en un fenómeno similar al golpe de ariete en el caso de transporte de fluidos).

Una tensión normalmente alta puede dar lugar a que se supere en nivel de tensión de aislamiento de alguno de

los elementos de la instalación, pudiendo provocar graves fallos y averías.

En el caso de que se supere el nivel de tensión de aislamiento de los conductores en líneas aéreas, el

caso no es grave, ya que el medio aislante es el aire. Ahora bien, si la sobretensión, como consecuencia de la

propagación afecta a algún componente como transformador o generador, el medio aislante del mismo puede



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deteriorarse irreversiblemente, provocándose una avería permanente (de ahí la existencia de elementos como

los relés Bucholz en el caso de transformadores de aceite).

Para evitar los perjuicios anteriormente descritos se recurre a la instalación de dispositivos de

protección contra sobretensiones. Su función consiste en mantener la tensión entre sus terminales por debajo

de unos ciertos valores límites menores que el valor de la tensión correspondiente al nivel de aislamiento del

equipo protegido. Son conocidos con nombre como pararrayos, autoválvulas o supresores de sobretensión.

En las figuras siguientes pueden observarse estos elementos instalados en instalaciones típicas de

transformación (Centros de Transformación de intemperie sobre poste, de interior con acometida aérea y

prefabricado).



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Fig 1.12. Centro de transformación de intemperie sobre poste.

Fig 1.13. Centro de transformación de interior con acometida aérea.



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Fig 1.14. Centro de transformación de interior prefabricado.

4.4. Tipos de línea y de conexión en las redes de distribución: Líneas aéreas y subterráneas.

A partir de las subestaciones, centros de reparto, centros de reflexión o centros de transformación,

podemos encontrarnos distribuciones aéreas o subterráneas en Media Tensión o Baja Tensión. Los casos más

habituales son los siguientes:

a) Centros de Reparto: La entrada suele ser en AT/MT y la salida en AT/MT, ambas aéreas o

subterráneas.

b) Centros de reflexión: La entrada suele ser en AT/MT y la salida en AT/MT, ambas aéreas o

subterráneas.

c) Centros de transformación: La entrada suele ser aérea o subterránea en MT y la salida aérea o

subterránea en BT.

Desde el punto de vista del medio físico empleado para la distribución, podemos distinguir líneas aéreas y

líneas subterráneas. Por otro lado, desde el punto de vista de la configuración física de redes de distribución

hablaremos de redes lineales, redes en anillo, redes en huso normal, redes en huso apoyado y redes

exclusivamente en BT.

4.4.1. Líneas aéreas.

Las líneas aéreas son aquellas en las que los conductores van instalados por encima del suelo.

Podemos distinguir dos tipos de líneas aéreas en distribución:

a) Líneas aéreas sobre poste:

Para mantener los conductores a la distancia mínima que el Art. 25 del RAT establece, se utilizan apoyos,

normalmente de hormigón o celosía metálica, ya que los de madera están en desuso. Sobre estos se disponen

posteriormente otros soportes en posición horizontal, denominados crucetas, donde se montarán los distintos

elementos o herrajes destinados a soportar conductores y aislantes para la distribución aérea. La distancia entre

dos apoyos se denomina vano o luz. La distancia existente entre la línea que une los extremos de los apoyos y



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la tangente al punto más bajo del conductor en el vano se denomina flecha. La distancia existente entre la

tangente al punto más bajo del conductor en el vano y el terreno se denomina distancia al terreno.

Fig 1.15. Cruceta metálica y apoyos metálicos UNESA de celosía.



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Los elementos que transportan la energía eléctrica son los conductores, pudiendo estos ser desnudos o

aislados. En el caso de la distribución sobre poste, los conductores suelen ser aislados para el caso de BT

(empleándose para ello conductores trenzados tipo RZ) y desnudos para el caso de MT (siendo los más

habituales los conductores Al- Ac 54,6).

Fig 1.16. Vano y flecha de un tendido aéreo.

Existen distintos tipos de apoyos clasificados según su función en la red aérea de distribución. De esta

forma tenemos los apoyos fin de línea, los apoyos de alineación, apoyos en ángulo, apoyos de amarre,… El

RAT especifica, en casos particulares de distribución, el tipo de apoyo a emplear así como las distancias

prescriptitas de vano, flecha y esfuerzos a cumplir para cada tipología anteriormente citada.

Las líneas aéreas presentan importantes ventajas frente a las líneas subterráneas, tanto desde el punto

de vista económico como desde el punto de vista de mantenimiento.

b) Líneas aéreas sobre fachada:

Se recurre a la distribución aérea sobre fachada exclusivamente para BT, mientras que el caso anterior

podía aplicarse a MT y BT, estando el caso de media tensión regulado mediante la aplicación del RAT y el

caso de baja tensión regulado mediante la aplicación de la ITC-BT-06 del RBT.



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Las líneas aéreas sobre fachada, o como las denomina el RBT, cables posados, suelen colocarse en

distribución en BT en zonas urbanas, debiendo respetar en estos casos, las distancias de seguridad respectos a

elementos que la instrucción citada anteriormente del reglamento prescribe.

Para estos casos, suele recurrirse a conductores aislados trenzados en haz, tipo RZ, directamente posados

sobre fachadas o muros, mediante abrazaderas fijadas a los mismos y resistentes a las acciones de la

intemperie. Los conductores se protegerán adecuadamente en aquellos lugares en qué puedan sufrir deterioró

mecánico de cualquier índole.



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Fig 1.17. Elementos de líneas aéras sobre poste.



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Fig 1.18. Elementos de líneas aéras sobre fachada.

4.42. Líneas subterráneas.

Las líneas subterráneas son aquellas en las que los conductores van situados por debajo del nivel del

suelo. Este tipo de montaje evita el gran peligro que presentar las líneas aéreas desde el punto de vista de

seguridad, pero el coste de infraestructura e instalación, con respecto a las líneas aéreas, es muy elevado, pues

la ejecución de zanjas, señalización de las mismas y de los conductores y las reparaciones de los conductores

hacen que las instalaciones de este tipo queden reservadas para las instalaciones que se realizan en el interior

de las ciudades o centros industriales.

Las líneas subterráneas, que igualmente pueden ser de MT ó BT, pueden instalarse con la siguiente

configuración:

• Conductores aislados directamente enterrados.

• Conductores aislados alojados en el interior de tubos o conductos.

• Conductores aislados alojados en el interior de galerías.

En cuanto a normativa, las instalaciones enterradas de BT deberán obedecer lo dispuesto en la ITC-BT-07

del RBT, mientras que las instalaciones de MT deberán obedecer lo prescrito en el RCT (Reglamento sobre

Condiciones Técnicas y Garantías de Seguridad en Centrales Eléctricas, Subestaciones y Centros de

Transformación). La NTE propone algunos esquemas interesantes sobre distribución en MT y BT enterradas:



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Fig 1.19. Montaje subterráno. Paralelismo de cables de MT. Fig 1.20. Montaje subterráno. Paralelismo de cables de MT y BT.

4.4.3. Redes desde el punto de vista de configuración física de la distribución.

4.4.3.1. Red lineal.

Entendemos por red lineal, desde el punto de vista de configuración física de distribución de redes,

como aquella red constituida por una línea de distribución en Alta Tensión, un número máximo de 10 centros

de transformación y las líneas de distribución de baja tensión.

• Potencia máxima demandada: 8.000 kW

• Superficie máxima alimentada: 200 Ha (edificación extensiva), 150 Ha (edificación semi-intensiva),

80 Ha (edificación intensiva).

Fig 1.21. Red lineal.

4.4.3.2. Red en anillo.



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Constituida por una línea de distribución en Alta Tensión cerrada en anillo, con un número máximo de

10 centros de transformación y líneas de distribución en baja tensión.


• Superficie máxima alimentada: 200 Ha (edificación extensiva), 150 Ha (edificación semi-intensiva),


Fig 1.22. Red en anillo.

4.4.3.3. Red en huso normal.

Constituida por un máximo de 6 líneas de distribución en AT o MT, conectadas por un extremo a una

Subestación o a un Centro de Reparto, y por el otro a un Centro de Reflexión, uno o dos circuitos cero, con un

máximo de 10 centros de transformación por cada línea de distribución en AT o MT, y las líneas de

distribución en BT.


• Superficie máxima alimentada: 1.200 Ha (edificación extensiva), 650 Ha (edificación semi-intensiva),




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Fig 1.23. Red en huso normal.

4.4.3.4. Red en huso apoyado.

Constituida por un máximo de 6 líneas de distribución en AT o MT, conectadas a dos Subestaciones o

a dos Centros de Reparto, enlazados entre sí por una línea de interconexión, un máximo de 10 centros de

transformación por cada línea y las líneas de distribución en BT.


• Superficie máxima alimentada: 1.200 Ha (edificación extensiva), 650 Ha (edificación semi-intensiva),


Fig 1.24. Red en huso apoyado.



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4.4.3.5. Red exclusivamente en BT.

Constituida por una o más líneas de distribución en BT que parten de un CT ya existente en la zona o

en sus proximidades.

• Potencia máxima demandada: la disponible en el CT al que se conectan.

• Superficie máxima alimentada: 4 Ha (edificación extensiva), 2 Ha (edificación semi-intensiva), 1 Ha

(edificación intensiva).

Fig 1.24. Red en BT

4.5. Cálculo eléctrico de líneas de distribución.

4.5.1. Cálculos eléctricos en media y alta tensión.

Dado que el cálculo mecánico de líneas aéreas de media tensión no forma parte del contenido de este

módulo, nos centraremos en el cálculo eléctrico de líneas aéreas y subterráneas. Para ello tendremos en cuenta

las siguientes fórmulas:



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1. Resistencia de línea

RL = RConductor [Ω · m] · LLínea [m]

2. Reactancia media de línea por km

X = 2 · π · f · L

L = (0.5 + 4.605 log (2D/d)) · 10 -4 [H/km]

Donde:

X.- Reactancia media por kilómetro de línea [Ω/km]

f.- Frecuencia de la red [Hz]

D.- Distancia media geométrica entre conductores [m] →

d.- Diámetro del conductor (mm)

3. Caída de tensión

Donde:

e.- Caída de tensión [V]

I.- Intensidad de línea [A]

X.- Reactancia por fase y km [Ω]

R.- Resistencia por fase y km [Ω]

L.- Longitud de línea [km]

P.- Potencia transportada [Kw]

U.- Tensión de línea [kV]

K.- Constante (1 para sistemas trifásicos)

.- Ángulo de fase [º]

4. Potencias

X = 2 · π · f · ((0.5 + 4.605 log (2D/d)) · 10 -4) [Ω/km]



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44

Donde:

S.- Potencia aparente por fase [VA]

P.- Potencia activa por fase [W]

Q.- Potencia reactiva por fase [VAr]

Donde:

I.- Intensidad de línea [A]

U.- Tensión de línea [kV]

P.- Potencia transportada [Kw]

.- Factor de potencia

5. Densidad de corriente

Donde:

.- Densidad de corriente [A/mm2]

.- Sección de conductor [mm2]

4.5.2. Cálculos eléctricos en baja tensión.

Los cálculos eléctricos en distribución trifásica en baja tensión son análogos a los anteriormente

expuestos, si bien las reactancias de línea no suelen considerarse debido a que las longitudes de línea son

mucho menores que las de distribución en media y alta tensión, por lo que las caídas de tensión se calculan

obviando el parámetro X de inductancia.

5. EJERCICIOS Y PROBLEMAS

1. Una instalación industrial de 20,5 KW de potencia instalada se alimenta desde un transformador de intemperie de 100

KVA sobre poste. La distancia entre el transformador trifásico y el CGP de la instalación es de 550 m. La alimentación se

produce a través de cable trenzado subterráneo en BT, y se conoce del cable tanto su resistencia por metro (0,45 Ω/m)

.- Potencia aparente trifásica [VA]

P.- Potencia activa por fase [W]

Q.- Potencia reactiva por fase [VAr]



Curso 2009/2010


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como su impedancia, que puede despreciarse. Si sabemos que el factor de potencia de la instalación global es de 0,85, se

pide calcular la caída de tensión de la alimentación a 400 V desde el centro de transformación hasta la CGP de la

instalación.

2. Para dos receptores de una instalación, uno de ellos de P=2,5 KW y fdp=0,85, y el segundo de P=4 CV y fdp=0,9,

ambos trifásicos, se desea conocer:

a) La intensidad que absorbe cada motor.

b) La potencia activa, reactiva y aparente que pone en juego la instalación.

3. Una instalación está alimentada con una red trifásica de 4 hilos, de 230V/400V, 50Hz y consta de:

• 30 Lámparas incandescentes de 50W conectadas entre fase y neutro de forma equilibrada.

• Un motor trifásico con fdp=0.65 y η=0.8 de 2 CV de potencia.

• Un motor trifásico de 5172 W, η=0.83 y fdp=0.72

Se desea conocer:

a) ¿Cuál es la corriente de línea del motor de 2CV?

b) ¿Cuál es la corriente total por la línea?

c) ¿Cuál es la potencia de la instalación?

d) ¿Cuál es el factor de potencia de la instalación?

e) ¿Qué longitud de línea máxima podríamos colocar sabiendo que la resistencia de línea es de 0,5 Ω/m si

queremos que la caída de tensión en la instalación no supere el 5%?.

6. BIBLIOGRAFÍA

“Técnicas y procesos en las Instalaciones Eléctricas de Media y Baja Tensión” J.L. Sanz, J.C. Toledano. Ed. Paraninfo. 2005

“Componentes de sistemas de Energía Eléctrica” F. Barrero. EU II.II. Extremadura. 2000

“Máquinas Eléctricas” J. Fraile Mora. Ed. Mc-Graw Hill. 2003

“Descripción de sistemas de generación de Energía Eléctrica” D.H.Álvarez. IES García-Téllez.

“RCT – Reglamento sobre condiciones técnicas y garantías de seguridad en centrales eléctricas, subestaciones y centros

de transformación” Ministerio de Industria y Energía.

“RBT – Reglamento electrotécnico de baja tensión” Ministerio de Industria y Energía.

“NTE – Normas Tecnológicas de la edificación” Ministerio de Obras Públicas.

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Tema 02 - Producción y generación de Energía Eléctrica