Ampliación de Electrotecnia
Introducción a la Energía Eléctrica
La energía eléctrica no es una energía útil en sí misma, sino que se utiliza como fuente para generar otras formas de energía, como la mecánica, térmica, lumínica o química. Su principal ventaja radica en su fácil transporte y conversión a otros tipos de energía. Sin embargo, la energía eléctrica no se puede almacenar y debe ser consumida inmediatamente después de su generación. Es importante destacar que el incremento de la generación eléctrica siempre es mayor que el incremento de la demanda.
Niveles de Distribución Eléctrica
Existen dos niveles principales de distribución eléctrica:
Distribución Primaria
La distribución primaria suministra energía a medianos consumidores, con tensiones superiores a 10 kV. Estos consumidores, como grandes hoteles e industrias, optan por este nivel de tensión debido a su menor coste. Para obtener media tensión, es necesario contar con un centro de transformación propio.
Distribución Secundaria
La distribución secundaria abastece a pequeños consumidores, con tensiones inferiores a 1000 voltios.
Conductores Eléctricos
Los conductores eléctricos se pueden clasificar en dos tipos: subterráneos y aéreos.
- Conductores subterráneos: Requieren aislamiento artificial.
- Conductores aéreos: Su aislamiento principal es el aire, excepto en casos especiales como las fachadas de edificios.
Parámetros importantes de los conductores:
- Rigidez dieléctrica: Capacidad del conductor para soportar tensiones sin que se transmita la corriente.
- Conductividad: Capacidad del conductor para conducir la corriente eléctrica.
Las líneas aéreas suelen estar fabricadas en acero y cobre. Los conductores se pueden agrupar en:
- Unipolares
- Bipolares (fase-neutro)
- Tripolares (fase-neutro-tierra) (trifásico)
- Tetrapolares (trifásicos-neutro)
A partir de ciertas tensiones, los conductores suelen tener una pantalla para asegurar que el campo eléctrico sea radial.
Manguitos
Los manguitos se utilizan para conectar dos conductores o para conectar los conductores a otros elementos. Existen tres tipos principales:
- Manguitos terminales: Conectan el conductor a una máquina u otro elemento.
- Manguitos de empalme: Conectan dos conductores.
- Manguitos de derivación: Conectan dos elementos, pero su uso está prohibido por las compañías eléctricas distribuidoras.
Magnetotérmicos
Un magnetotérmico es un elemento de protección que también se utiliza como elemento de maniobra en algunos establecimientos. Consta de dos partes:
- Parte térmica: Protege contra sobrecargas.
- Parte magnética: Protege contra cortocircuitos.
Características clave de los magnetotérmicos:
- Poder de corte: Capacidad para abrir una corriente de cortocircuito. Debe ser superior a la corriente de cortocircuito.
- Calibre: Intensidad de trabajo (nominal) para la cual está diseñado el dispositivo.
Otros elementos de protección contra cortocircuitos:
- Fusibles: Seguros y baratos, pero con un mantenimiento complicado.
- ICP: Interruptores de control de potencia.
- IGA: Interruptor general automático.
Transporte de Energía Eléctrica a Altos Niveles de Tensión
El transporte de energía eléctrica se realiza preferentemente a altos niveles de tensión porque, para un determinado nivel de potencia, al aumentar la tensión se reduce la corriente. Esto disminuye las pérdidas por efecto Joule y permite utilizar conductores con menor sección, lo que reduce los costes.
Materiales de Aislamiento de Conductores
Los materiales más utilizados en el aislamiento de conductores son:
- Polietileno reticulado (R,X)
- Poliolefina y elastómero termoplástico libre de halógenos (Z1,Z)
- Policloruro de vinilo PVC (V)
- Compuesto termoestable de silicona libre de halógenos (S)
- Elastómero de etileno-propileno (D)
- Polímero clorado vulcanizado (N)
Descripción de Conductores
Conductor RZ1-K 0,6/1Kv 4x1x25 +16T
- R: Aislamiento de polietileno reticulado.
- Z1: Cubierta de poliolefina termoplástica libre de halógenos.
- K: Conductor flexible de fibra de cobre para instalaciones fijas.
- 0,6/1Kv: Tensión de trabajo del conductor.
- 4x1x25 +16T: Cuatro conductores de 25mm2 con una protección unifilar de 16mm2.
Conductor DV-K 0,6/1Kv 4x1x25 +25T
- D: Aislamiento de elastómero de etileno propileno.
- V: Cubierta de vinilo.
- K: Conductor de cobre flexible para instalaciones fijas.
- 0,6/1Kv: Tensión de trabajo del conductor.
- 4x1x25 +25T: Cuatro conductores en un cable de sección 25mm2 más una protección unifilar de sección 25mm2.
Aisladores
Los aisladores en las líneas aéreas sujetan los conductores y evitan la derivación de corriente hacia tierra. Un aislamiento defectuoso provoca pérdidas de energía y aumenta los costes de explotación. Los aisladores suelen estar fabricados con vidrio, materiales cerámicos y, actualmente, principalmente con porcelana.
Tipos de aisladores:
- Aisladores de apoyo: Tienen una superficie conductora para evitar fugas de corriente y requieren mantenimiento.
- Aisladores de cadena: Pueden ser de suspensión vertical (soportan esfuerzos verticales) o de amarre (el conductor tira de la cadena).
- Aisladores pasantes: Permiten el paso del conductor bajo tensión a través de una pared (pasamuros).
Apoyos
Los apoyos son estructuras que soportan los conductores eléctricos aéreos de las líneas de transmisión. Los materiales empleados para los apoyos son madera, acero galvanizado y hormigón.
Tipos de apoyos:
- Torres de alineación: Soportan los conductores en línea recta.
- De ángulo: Generan ángulos en la línea.
- De amarre o anclaje: Proporcionan puntos firmes en la línea.
- De fin de línea: Se utilizan en el inicio o fin de la línea.
Capacidad de las Líneas Aéreas y Subterráneas
Las líneas subterráneas tienen mayor capacidad que las líneas aéreas porque la capacidad aumenta cuando los conductores están más cerca. En las líneas aéreas, la separación entre conductores es grande, por lo que su capacidad es despreciable. En cambio, en las líneas subterráneas, la separación es mínima, lo que resulta en una alta capacidad.
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Inductancia de las Líneas Aéreas y Subterráneas
Las líneas aéreas tienen mayor inductancia que las líneas subterráneas porque sus conductores están más alejados entre sí.
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Efecto Corona
El efecto corona es la causa más frecuente de fuga de corriente en los aisladores de líneas aéreas. Produce calor, luz y ruido debido a la ionización del aire cercano al conductor por el campo eléctrico. Se produce con tensiones elevadas y condiciones climáticas específicas. Para reducirlo, se puede aumentar la sección de los conductores, la separación entre ellos o utilizar varios conductores por fase.
Efecto Skin
El efecto skin se produce en conductores alimentados por corriente alterna, haciendo que la corriente se concentre en la superficie del conductor. Se puede contrarrestar aumentando la frecuencia.
Cortocircuito
Un cortocircuito es la conexión entre dos terminales de un circuito que anula total o parcialmente la resistencia, provocando una elevación brusca de la intensidad. Tipos de cortocircuito:
- Tripolar: Los tres conductores entran en contacto simultáneamente.
- Bipolar: Dos conductores entran en contacto.
- Bipolar a tierra: Dos conductores entran en contacto y tocan tierra.
- Unipolar: Una fase se conecta a tierra (el más frecuente).
Interruptor Automático y Poder de Corte
Un interruptor automático interrumpe un circuito cuando la intensidad supera un valor determinado o se produce un cortocircuito. El poder de corte es la intensidad máxima que puede interrumpir sin sufrir daños. Los parámetros que definen estos aparatos son: calibre, poder de corte, polos y poder de cierre.
Conductores de Líneas Aéreas
Los conductores de líneas aéreas son desnudos, de baja impedancia y alta resistencia a la tracción. Se fabrican con aluminio, aleaciones de aluminio, cobre y acero.
Clasificación de las Líneas de Transporte por Longitud
Las líneas de transporte se clasifican en cortas, medias y largas:
- Líneas cortas: No superan los 80 km. Su capacidad es despreciable en los cálculos.
- Líneas medias: Entre 80 y 240 km.
- Líneas largas: Superan los 240 km.