Sistema Eléctrico explicado por el símil de una bicicleta tándem

ECI, Belgium

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en ESPAÑOLEl sistema eléctrico visto como una bicicleta tándem

BruselasSeptiembre 2005

Traducción: Eduardo Valsera

www.leonardo-energy.org

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


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


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)



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



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



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)


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…



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



Silueta roja inclinándose hacia el otro lado para compensar= estación generadora generando potencia inductiva (potencia con la onda sinusoidal desplazada como la carga)



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



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


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…


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


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)



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



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



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


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



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



= 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



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



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


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



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



Silueta azul inclinándose hacia un lado = carga inductiva

La carga inductiva posee una onda sinusoidal desplazada (concretamente: seno retrasado)

Anteriormente expuesta


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


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

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