TEMA 2
TRANSPORTE Y DISTRIBUCION DE LA ENERGIA.
INDICE
PAG
2. TRANSPORTE Y DISTRIBUCION DE LA ENERGIA
ELECTRICA. 01
2.1 INTRODUCCION. 01
2.2 TRANSPORTE Y DISTRIBUCION DE ENERGIA
ELECTRICA 01
2.2.1 LINEAS DE TRANSPORTE 03
2.2.1.1 CARACTERISTICAS Y ELEMENTOS DE UNA
LINEA DE ALTA
TENSION AEREA. 03
2.2.1.1.1CARACTERISTICAS Y TIPOS DE
CONDUCTORES. 04
2..2.1.1.1.1 CARACTERISTICAS 04
2.2.1.1.1.2 TIPOS. 05
2.2.1.1.2 CARACTERISTICAS Y TIPOS DE
AISLADORES. 06
2.2.1.1.3 CLASIFICACION Y CARACTERISTICAS DE
LOS APOYOS 08
2.2.1.1.4 CRUCETAS 09
2.3 LINEAS SUBTERRANEAS DE ALTA TENSION. 10
2.3.1 CONSTITUCION DE LOS CABLES SUBTERRANEOS 11
2.3.2 ELEMENTOS DE EMPALME Y DERIVACION. 12
2.3.3 REGISTROS O ARQUETAS. 12
2.4 EL CARBON 13
2.5 EL GAS NATURAL 15
2.5.1 CANALIZACIONES DE GAS 15
2.5.2 TRANSPORTE DE GAS NATURAL EN ESTADO
LIQUIDO (GNL) 16
2.6 EL PETROLEO. 17
2.7 GASES PROCEDENTES DE LA DESTILACION
FRACCIONADA DEL
PETROLEO 17
2.8 LA BIOMASA 17
2.8.1 RESIDUOS AGRICOLAS 18
2.8.2 RESIDUOS FORESTALES 18
2.8.3 RESIDUOS ANIMALES 18
2.8.4 RESIDUOS URBANOS 18
2.8.5 COMBUSTION DIRECTA DE RESIDUOS Y
PRODUCCION DE
ELECTRICIDAD 18
2.8.6 PRODUCCION DE ETANOL 18
2.8.7 PRODUCCION DE BIOGAS 18
2.9 ENERGIA GEOTERMAL 18
2.10 TRANSPORTE Y DISTRUBUCION DE ENERGIA
CALORIFICA 19
2.10.1 CALENTADORES 19
2.10.2 SISTEMAS DE CALEFACCION 19
2.11 LEY DE TRANSPORTES TERRESTRES 19
2.12 REGLAMENTO NACIONAL DEL TRANSPORTE DE
MERCANCIAS
PELIGROSAS POR CARRETERA. 19
2.13 CONCLUSION 20
2.14 BIBLIOGRAFIA 20
-
2.1 INTRODUCCION.
Hasta
hace pocos años exitian un reducido numero de formas de obtener la energía y
era básicamente la madera y el carbón vegetal y mineral los elementos que se
utilizaban para ello. La forma de transportarlos a los lugares de empleo se
hacia básicamente con animales o se utilizaban los ríos para el transporte de los
troncos de madera. El desarrollo. El desarrollo del transporte por carretera y
el ferrocarril, así como la utilización de otras fuentes de energía facilitaron
y propiciaron la distribución de los elementos energéticos, así tenemos que
gran parte del trafico de mercancías en Gran Bretaña, a principios de siglo,
eran trenes carboneros. En la actualidad y debido al empleo de otras fuentes de
energía no existe tanto transporte de carbón ( también las térmicas que
funcionan con carbón se han acercado a las zonas de producción en lo posible),
pero han surgido otros elementos para poder disponer de la energía en los
lugares donde sea necesaria. Se emplean para ello todo tipo de medios:
ferrocarril, barcos, camiones, conducciones mediante tuberías , hilos conductores
de la electricidad......¿pero como son estos sistemas de transporte de energía?
¿ en que consisten? ¿cuáles son sus elementos? ¿cómo se emplean?
A lo largo del tema
daremos respuesta a estas y otras preguntas e iremos desarrollando cada uno de
los sistemas de transporte de energía que se emplean en la actualidad y
ahondaremos en sus características, regulación y utilización en general.
2.2
TRANSPORTE Y DISTRIBUCION DE ENERGIA ELECTRICA.
Excepto en algunos casos muy concretos, la energía eléctrica no se
produce en el lugar en que se consume, por lo que es necesario transportarla
desde la central eléctrica que se produce hasta su lugar de consumo, distante a
veces centenares de kilómetros.
Por
regla general, las centrales generadoras de energía eléctrica se instalan al
pie de los yacimientos de carbón, saltos hidráulicos o cualquier otra fuente de
energía y , una vez transformada, se traslada al centro de consumo mediante
grandes líneas de distribución. Esta líneas pueden ser aéreas o subterráneas, estas
ultimas se dan más en los núcleos urbanos. Con este sistema de transporte de
energía se consigue aprovechar mejor las fuentes de energía, a la vez que se
reducen los costes de transformación, al centrarlos en pocos lugares. También,
de esta forma , es posible la instalación de industrias en zonas que carezcan
de fuentes primarias de energía.
Para
realizar el transporte de energía eléctrica, es necesario superar muchos
problemas: los propios de la complejidad de la instalación, el cruce sobre
ríos, carreteras y otras líneas de transporte de energía o de
telecomunicaciones, su instalación en terrenos accidentados y a los que es
difícil hacer llegar los elementos necesarios para la instalación de las líneas
de distribución (conductores, apoyos, torres, herrajes y otros).
Por la propia característica del
fluido eléctrico debe ser transportado y distribuido a través de conductores.,
además la energía eléctrica no se puede almacenar y debe ser suministrada en el
momento que se solicita, por tanto , la producción y distribución de energía
eléctrica debe ser flexible y adaptarse constantemente a las exigencias de la
demanda.
Otra característica importante del
transporte de la energía eléctrica, es que hay que disminuir las perdidas por
calor (efecto Joule) en los conductores
(estas perdidas son directamente proporcionales al cuadrado de la intensidad Q=
0,24 *I2 *R*t en calorías); como la potencia transportada ha de
mantenerse constante P=V*I , podemos conseguirlo aumentando fuertemente la V,
minimizando las perdidas por efecto Joule , para ello utilizamos los
transformadores.
Un esquema genérico sobre el
transporte y distribución de energía eléctrica, seria: CENTRO PRODUCTOR –
TRANFORMADOR ELEVADOR (O ESTACION DE SALIDA)- LINEA DE TRANSPORTE DE ALTA –
TRANSFORMADORES REDUCTORES ( O SUBESTACIONES) – TRANSFORMADOR FINAL (O
SUBESTACION DE TRANSFORMACION O CENTRO DE TRANSFORMACION), tal como podemos
observar en la siguiente figura.
Un esquema básico de distribución de la
energía eléctrica que engloba los sectores más representativos de consumo es:
2.2.1 LINEAS DE TRANSPORTE.
Como ya hemos dicho para economizar en el transporte de la energía eléctrica, elevamos la tensión , pero no podemos elevarla indefinidamente, sobre todo por las descargas ionicas producidas por el “efecto corona”, que empiezan a adquirir importancia a partir de 100 Kv. Como regla empírica, se suele decir que la adecuada tensión en Kv de una línea es igual a la mitad de la longitud de transporte en kilómetros(Ej. 200 Kv para 400 Km), otro factor a tener en cuenta en líneas trifásicas es que los conductores han de guardar entre si una distancia mínima para disminuir las perdidas reactivas ( por inductancia mutua).
En caso de sobreintensidad (cortocircuito o sobrecarga) las partes afectadas tienen que desconectarse, lo que es misión de fusibles y interruptores automáticos, los fusibles los podemos utilizar hasta 30 Kv, a partir de ahí, el arco es muy difícil de apagar, por lo que empleamos interruptores automáticos accionados por medio de relés de protección conectados a la línea por medio de transformadores de medida. Empleándose también los interruptores para cortes voluntarios de la línea por reparaciones, ampliaciones y otros.
Las tensiones que se suelen utilizar en España, junto con su clasificación por categoría, son:
|
CATEGORIA DE LA LINEA |
TENSION NOMINAL EN KV |
TENSION MAS ELEVADA EN KV |
|
3ª |
3 6 10 15 |
3,6 7,2 12 17,5 24 |
|
2ª |
30 45 66 |
36 52 72,5 |
|
1ª |
132 220 380 |
145 245 420 |
Según normas CEI ( Comité Eléctrico Internacional).
Según el RLAAT ( reglamento de líneas eléctricas aéreas de alta tensión), se recomienda utilizar aquellas que van en negrita.
Las redes de transporte y distribución de energía que nos podemos encontrar son:
1) Líneas Aéreas.
2)
Líneas Subterráneas.
3)
Líneas Mixtas.
Veamos ahora cada una de ellas.
2.2.1.1 Características y elementos de una línea de
alta tensión aérea.
Son aquellas en las que los conductores van instalados por encina del suelo. Para mantener los conductores a las distancias mínima que el RLAAT, obliga, se utilizaran apoyos que pueden ser de : madera, hormigón o celosía metálica, sobre estos apoyos se deberán disponer otros soportes en posición horizontal a los anteriores llamados crucetas, donde se montaran los diferentes elementos o herrajes, con partes conductoras y partes aislantes (aisladores) que serán los encargados de sustentar los conductores.
La distancia entre dos apoyos o columnas se le llama tramo o vano, y la medida entre ambos expresada en metros se la denomina luz.
La distancia existente entre la línea recta que pasaría por los dos puntos de sujeción de los conductores (aisladores9 en un vano consecutivo y el puntos más bajo que toma el conductor se le llama flecha.
Los elementos que transportan la energía son los conductores, pudiendo ser estos desnudos o aislados, en función del lugar por donde vayan a discurrir y del tipo de instalación, estando los conductores soportados por apoyos que pueden estar compuestos de distintos tipos de materiales, tales como: la madera, hormigón armado, celosía metálica, etc..
Una de las grandes ventajas de las líneas aéreas sobre las subterráneas, es que tanto el importe inicial como los gastos de mantenimiento son inferiores, y como principal desventaja el peligro potencial a estar los conductores desnudos.
Vamos a describir de una manera esencial los elementos de una línea de alta aérea:
- Conductores.
- Aisladores.
- Apoyos
- Crucetas.
2.2.1.1.1 CARACTERÍSTICAS Y TIPOS DE CONDUCTORES.
2.2.1.1.1.1 CARACTERÍSTICAS.
En las líneas aéreas de alta tensión se utilizan básicamente el Cu y el Al, y en la actualidad solamente el Al y solo para casos muy justificados el Cu.
Por ser la resistencia mecánica del Al, muy pequeña es necesario que para formar dichos conductores, su alma este formada por alambres de acero con el fin de aumentar la resistencia mecánica de dicho conductor.
Llamamos cable a la unión de varios alambres de igual diámetro , estando trenzados entre si y formando varias capas.
La sección mínima para el Cu es de 10 y la del Al 12,5 mm2, respectivamente , según el RLAAT.
Los conductores se denominan por varios parámetros, destacan entre otros los siguientes.
- La sección nominal, siendo la suma total de los conductores de aluminio mas los de acero.
- El diámetro, es la media aritmética de dos medidas opuestas realizadas al conductor en sentido perpendicular.
- La resistencia eléctrica, solo se tiene en cuenta la de los conductores de aluminio, se desprecia las de los de acero.
2.2.1.1.1.2 TIPOS.
Los conductores que principalmente se utilizan en las líneas aéreas son los formados pro un conductor de Al- Acero. Los hilos o alambres se van colocando en capas superpuestas , siendo los hilos centrales los formados por el acero y las capas exteriores las formadas por hilos de aluminio.
Los más usuales son:
a) Cable 1 + 6; formado por un hilo de acero y seis de aluminio.
b) Cable 7 + 30, formado por un hilo central y una capa envolviendo al mismo de 6 hilos de acero, y dos capas de Al superpuestas de 12 y 18 hilos .
c) Cable 7 + 54; formado por un hilo central envolviendo al mismo de seis hilos de acero, y de tres capas de aluminio, superpuestas de 12 , 18 y 24 hilos.
Siendo su representación simbólica:
6Al/ 1 Acero 30 Al/7 Acero 54 Al/7Acero
Los conductores más utilizados son:
2.2.1.1.2 CARACTERÍSTICAS Y TIPOS DE LOS AISLADORES.
Son los elementos cuya finalidad consiste en aislar el conductor de la línea de apoyo que lo soporta. Al emplearse los conductores, generalmente desnudos, se precisa que los aisladores posean buenas propiedades dieléctricas que la misión fundamental del aislador es evitar el paso de la corriente del conductor al apoyo.
Los materiales de los que se suelen fabricar son.: porcelana, esteatita, y resinas .epoxi
Los niveles de aislamiento se determinaran en función de los niveles de polución de la zona donde vaya a ser instalada la línea, estos dos niveles son:
NIVEL MEDIO
- Zonas con industrias que no produzcan humos particularmente contaminantes y con una densidad media de viviendas equipadas con calefacción.
- Zonas de fuerte densidad de población o de industrias pero sometidas a lluvias limpias.
- Zonas expuestas al viento del mar, pero alejadas algunos kilómetros de la costa.
En nivel medio se utilizan aisladores de vidrio o de composite tipo U 70 BS, dos por cadena , que podemos observar ahora:
U-70 BS de vidrio:
AISLADOR SINTETICO COMPOSITE U70 BS
NIVEL FUERTE
- Zonas generalmente poco extensas sometidas a polvo conductor y a humos que producen depósitos particularmente espesos.
- Zonas generalmente poco extensas y muy próximas a la costa, expuestas a nieblas o vientos muy fuertes y contaminantes provenientes del mar ( en este caso el conductor será de Cuy).
- Zonas desérticas caracterizadas por largos periodos de lluvia, expuestos a vientos fuertes que transportan arena y sal, sometidas a una condensación regular.
- Para estos niveles se utilizaran dos aisladores del tipo U 100 BLP por cadena, tales como, los anteriores dibujos, salvo por la características de cada uno .
2.2.1.1.3. CLASIFICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS
APOYOS.
Se denominan apoyos a los elementos que soportan los conductores y demás componentes de una línea aérea separándolos del terreno, están sometidos a fuerzas de compresión y flexión, debido al peso de los materiales que sustentan y a la acción del viento sobre los mismos; además a los desniveles del terreno.
Aunque a priori según las prescripciones oficiales pueden ser de cualquier material, siempre que cumplan las debidas condiciones de seguridad, solamente se utilizan apoyos de : madera, hormigón y acero.
- Apoyos de madera: Constituidos por arboles que les ha sido extraída la corteza y tratados convenientemente (inmersión en líquidos compuesto por agua y bicloruro de mercurio en uno de los casos o por impregnación de alquitrán cuando la madera esta seca) para que no se pudran.
Los tipos de arboles de los que principalmente están construidos estos tipos de apoyos son : castaño, abeto y pino. Siendo su vida media muy variada, dependiendo de la madera utilizada y la climatología.
El extremo superior se prepara para que la lluvia no entre.
- Apoyos de hormigón: Compuesto por hierro y hormigón.
El hormigón a su vez suele estar compuesto por : arena, grava y cemento P-450 o P-550.
La armadura metálica esta compuesta por varillas de hierro colocadas unas en sentido longitudinal y otras en el transversal, para ser recubiertas de hormigón armado.
Además para mejorar las características del hormigón armado, se suelen utilizar las siguientes variaciones: hormigón vibrado, hormigón pretensado y centrifugado.
Las ventajas sobre los apoyos de madera, es que nos permite que los huecos sean mayores, su vida es muy superior, casi ilimitada, siempre que no queden varillas al descubierto y en contacto con el aire, ya que esto ocasionaría oxidación y su deterioro por esta zona; no necesitan mantenimiento, como inconveniente son mucho más frágiles y pesados que los de madera.
Alguno de ellos son.
-
Apoyos metálicos.
Están realizados con acero confeccionados de diversos tipos de perfiles siendo los más detacados los que están laminados en forma de U , T , Y , I ; unidos por remaches, tornillos o soldadura.
Los apoyos metálicos tienen una serie de ventajas sobre los demás tipos de postes, entre las que destacaremos: superior resistencia mecánica; armado cómodo en el lugar de izado, fácil mantenimiento, mejor estética, otros.
Han de protegerse contra la acción de los agentes atmosféricos. Esta protecciones suelen consistir en pintado, galvanizado, metalizado, etc.
Los apoyos de celosía metálica, denominados “TORRES” son los que se utilizan para el transporte de muy alta tensión (400-220-132 KV),alcanzando alturas desde el suelo, próximas a los 55 o 60 m en función de la tensión de transporte y accidentes geográficos
Los llamados “COLUMNAS METALICAS”, se utilizan para media tensión (30-20-15 KV). normalmente construidos con perfiles en U. Pueden ser construidos de forma rígida o articulada.
Algunos de ellos son:
Por ultimo decir que se recomienda colocar indicaciones de PELIGRO en todos los apoyos, recomendación obligatoria en las líneas de primera categoría y en general en todas las zonas frecuentadas.
2.2.1.1.4 CRUCETAS.
Son accesorios que se montan en la parte superior de los postes para sujetar adecuadamente los soportes de los aisladores.
En su construcción se emplea madera, acero laminado y hormigón armado.
2.3 LINEAS SUBTERRANEAS DE ALTA TENSION.
La distribución en el interior de los grandes núcleos urbanos, aconsejan en algunos casos y obligan en otros a que dicho suministro se haga mediante canalizaciones enterradas o conductores enterrados directamente, y esto es así, no solo por el peligro que puede representar que los conductores vayan instalados al aire, sino por el aspecto físico y estético que representa para una gran ciudad.
Las redes de distribución subterráneas son mucho mas costosas que las aéreas, pues además de tener que realizar el calado de la vía publica para poder alojar las canalizaciones, conductores y señalización de los mismo, también tenemos que saber que los diferente tipos de conductores que se vayan a instalar son mas sofisticados que cualquier tipo de conductor desnudo
2.3.1. CONSTITUCION DE LOS CABLES SUBTERRANEOS.
Se denomina cable al conjunto constituido por una o varias almas (conjunto formados por el conductor y su correspondiente aislamiento) reunidas con recubrimientos protectores
Conductor , es el elemento metálico, generalmente de cobre (Cu) o de aluminio (Al), que cumple la función de conducir la corriente eléctrica, denominándose cuerda al conductor formado por varios alambres reunidos formando hélices.
El aislamiento es la envuelta aislante aplicada sobre el conductor.
Se utilizan básicamente los siguientes tipos:
a)Termoplásticos: papel impregnado en una mezcla a base de aceite mineral, Policloruro de Vinilo (PVC), Polietileno (PE).
b) Termoestables: Polietileno reticulado (PRC) , goma de etileno-propileno.
Se denomina relleno a las masas aislantes que ocupan los huecos que quedan entre las almas, una vez cableadas, sirviendo para dar forma cilíndrica al cable.
El revestimiento común es la envoltura aislante común, aplicada sobre las almas reunidas con el material de relleno correspondiente, únicamente los cables multipolares de campo no radial. Suele ser de la misma naturaleza que el aislamiento.
La eventual envoltura metálica es una envoltura protectora, constituida por un tubo continuo y adherente, de aplicación imprescindible en los cables con aislamiento de papel impregnado y de cable fluido. Se utilizan principalmente los siguientes tipos: tubo continuo de plomo, tubo continuo de aluminio, tubo corrugado de aluminio y tubo corrugado de cobre
La eventual armadura es un recubrimiento metálico, destinado a proteger el cable contra las acciones mecánicas exteriores, se utilizan principalmente: flejes de hierro, alambres de hierro, alambres de hierro recubiertos individualmente con PVC, pletinas de hierro , flejes de aluminio, alambres de aluminio , pletinas de aluminio.
El asiento de armadura sobre el que se aplica esta puede ser , según los casos , de fibras impregnadas , papel aceitado, material platico, etc.
Las pantallas son los elementos conductores que tienen como objeto obtener un campo radial y uniforme en el aislamiento, dispuesto sobre la superficie interna del mismo ( telas, encintados o mezclas conductoras) y sobre la superficie externa, de tipo metálico, consistente en cintas o hilos de cobre enrollados en hélice, asegurándose el contacto eléctrico entre todos ellos.
La cubierta es la envolvente externa. Su función es esencialmente de protección mecánica y no eléctrica, utilizándose : capa de fibras textiles impregnadas en mezclas de alquitranes o betunes, recubrimiento de polietileno, recubrimiento de policroropreno, recubrimiento de PVC.
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