ECI, Belgium
en ESPAÑOLEl sistema eléctrico visto como una bicicleta tándem
BruselasSeptiembre 2005
Traducción: Eduardo Valsera
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El sistema eléctrico visto como una bicicleta tándem
Sistema eléctrico= – Parte crucial de la economía de cada día– Altamente complejo
Una buena analogía para crear una idea de cómo funcionan las cosas
Comparación con una bicicleta tándem
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El sistema eléctrico visto como una bicicleta tándem
Ninguna analogía encaja al 100%– No se pueden “traducir” todas las
características– Ciertos aspectos de la analogía no son
del todo precisos Puntos en común muy similares Supone una gran ayuda para entender el
abstracto sistema eléctrico
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Representación básica del sistema (1)
La bicicleta tándem se está moviendo a velocidad constante
Meta: Mantener a las siluetas azules en movimiento
Siluetas azules = carga (cargas industriales, viviendas)
Siluetas rojas = estaciones generadoras (diferentes tamaños)
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Representación básica del sistema (2)
Cadena = red eléctrica La cadena debe mantenerse a velocidad
constante (la red eléctrica debe mantenerse a frecuencia constante)
La parte superior de la cadena debe estar sometida a una tensión mecánica constante
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Representación básica del sistema (3)
Parte inferior de la cadena sin tensión mecánica = neutro eléctrico
Engranajes transmiten energía a la cadena = transformador conecta las estaciones generadoras con la red eléctrica
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Representación básica del sistema (4)
Algunas de las siluetas rojas (estaciones generadoras) no pedalean a plena potencia
Estas pueden aplicar una fuerza adicional cuando– Otra silueta azul (carga) salta a la bicicleta– Una de las siluetas rojas (estación generadora)
tiene un calambre (problemas técnicos)
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Potencia inductiva y su compensación (1)
Silueta azul inclinada hacia un lado = carga inductiva
La carga inductiva posee una onda sinusoidal desplazada (concretamente: seno retrasado)
Origen: bobinas de motor eléctrico, luces fluorescentes, ciertos tipos de calefacción eléctrica…
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Potencia inductiva y su compensación (2)
Silueta azul: – Peso normal
(= carga normal)– Sin influencia en la
tensión de la cadena (=nivel de tensión normal)
– Sin influencia en la velocidad (= frecuencia normal)
Pero sin compensación la bicicleta caería hacía un lado
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Potencia inductiva y su compensación (3)
Silueta roja inclinándose hacia el otro lado para compensar= estación generadora generando potencia inductiva (potencia con la onda sinusoidal desplazada como la carga)
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Potencia inductiva y su compensación (4)
Consecuencias:– La compensación tiene
que ser inmediata y exacta, lo que requiere una buena entendimiento
– La silueta roja inclinada no puede pedalear tan cómodamente como lo hacía antes
– La bicicleta coge más viento de cara, lo que conlleva más pérdidas
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Potencia inductiva y su compensación (5)
Es mejor: compensar cerca de la carga con una carga capacitiva= silueta azul sentada al lado de la inductiva pero inclinada hacia el otro lado
La carga capacitiva tiene una sinusoidal adelantada, de esta manera compensa la onda retrasada de la carga inductiva
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Distorsión harmónica (1)
Ciclista azul hiperactivo– Se inclina hacia atrás y
hacia adelante– Tres o cinco veces más
rápido que el ritmo de la bicicleta
= Carga armónica Origen: televisiones,
ordenadores, lámparas fluorescentes, motores eléctricos con dispositivos inversores…
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Distorsión harmónica (2)
Debe ser compensada cerca de la fuente, sino La bicicleta empezará a
sacudirse hacia atrás y hacía adelante
Pérdidas adicionales Compensada por filtro de
armónicos= sillín con amortiguadores
que se mueve hacia atrás y hacia delante que neutraliza al ciclista hiperactivo
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Mantenimiento de la tensión y la frecuencia constantes (1)
Zapatos resbaladizos (= fallo en la estación generadora )
Zapato resbalándose del pedal (= estación generadora se apaga)
Tensión mecánica en la cadena cae= disminución de la tensión en la red
Riesgo de lesionarse debido a que el pedal continua en movimiento (= riesgo de dañar partes de la instalación debido a la rápida desconexión)
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Mantenimiento de la tensión y la frecuencia constantes (2)
Necesidad de que los otros ciclistas lo compensen o de lo contrario caerá la velocidad
= Las otras estaciones de generación deben incrementar su aportación o sino caerá la frecuencia
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Mantenimiento de la tensión y la frecuencia constantes (3)
Es arriesgado volver a poner el pie en el pedal
= es una operación complicada reconectarse a la red ya que las frecuencias deben de ser las mismas
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Mantenimiento de la tensión y la frecuencia constantes (4)
Es posible una disminución de tensión cuando se conecta repentinamente una carga grande (ciclista azul salta a la bicicleta)
Carga grande se desconecta repentinamente (ciclista azul salta de la bicicleta) puede darse un pico de tensión en la red
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Tres tipos diferentes de estaciones generadoras (1)
Silueta roja, conectada directamente a la cadena por el plato pedaleando a velocidad constante
= grandes centrales tradicionales, girando a velocidad constante y conectadas a la red mediante un transformador
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Tres tipos diferentes de estaciones generadoras (2)
Ciclista que pedalea más lento Conectado a la cadena mediante
un sistema de engranajes
= Turbina hidráulica; la velocidad depende del flujo que circula por el río– Turbina conectada al generador
mediante un sistema de cambios
– O: generador conectado a la red mediante un convertidor
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Tres tipos diferentes de estaciones generadoras (3)
= aerogeneradores solo funcionan cuando la velocidad del viento no
es ni demasiado baja ni demasiado alta Son necesarias las otras estaciones generadoras
Pequeñas siluetas rojas
Pedalean solo cuando el clima es favorable
Los otros ciclistas no pueden depender de éstas
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Tres tipos diferentes de estaciones generadoras (4)
Por qué un ciclista rojo entre ciclistas azules?
Conectadas mediante correa y sistema de engranajes
= aerogeneradores están conectados mediante una caja de cambios o/y un convertidor para contrarrestar las variaciones en la velocidad del viento
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Tres tipos diferentes de estaciones generadoras (5)
2) Los aerogeneradores no están usualmente conectados a redes de alta tensión como las otras centrales, pero si a la red de distribución Debido a que la red está diseñada para cargas que siempre están conectadas, el despacho y la protección resultan complejos
Por qué entre ciclistas azules?
1) Los aerogeneradores son mucho más pequeños que las centrales tradicionales
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Tres tipos diferentes de cargas (1)
Frenos transforman la energía cinética en calor Misma manera en que una resistencia eléctrica
transforma la electricidad en calor
Ciclista azul sin pedales presionando el freno
= resistencia eléctrica Por ejemplo: bombilla o
la gran mayoría de sistemas de calefacción eléctrica
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Tres tipos diferentes de cargas (2)
Ciclista azul con los pies en los pedales
En lugar de pedalear, aplica todo su peso en contra del movimiento
= Motor eléctrico Mismo principio de
funcionamiento de un generador
Transforma la energía eléctrica en energía rotatoria
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Tres tipos diferentes de cargas (3)
Silueta azul inclinándose hacia un lado = carga inductiva
La carga inductiva posee una onda sinusoidal desplazada (concretamente: seno retrasado)
Anteriormente expuesta
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Conclusión (1)
Gestionar el sistema eléctrico = altamente complejo– La potencia generada en cada momento
debe ser exactamente compensada por las cargas
– la velocidad de la cadena (frecuencia de la red) y la tensión mecánica de la cadena (nivel de tensión) deben permanecer estables
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Conclusión (2)
Pueden darse situaciones que perturben el equilibrio.
En Europa: cada país tiene un operador independiente que realiza esta difícil tarea
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en ESPAÑOL ¡Gracias por su atención!
Fuente
Explaining Power System Operation to Non-engineers by Lennart Söder, IEEE Power Engineering, April 2002
Traducción : Eduardo Valsera