Fases del sistema de energía eléctrica.
En general, representar un sistema de generación de energía implica algunos pasos. Principalmente centrales eléctricas como fuente de electricidad. Luego, las líneas eléctricas de alto voltaje se utilizan para transportar electricidad de un lugar a otro (por ejemplo, de las centrales eléctricas a las subestaciones). Las subestaciones con sus transformadores reductores están configuradas para reducir la tensión a niveles adecuados para la circulación. En una fase final se utilizan sistemas de circulación para satisfacer las necesidades de energía eléctrica del cliente. Todas estas fases se muestran en la siguiente figura.
A continuación se muestra una breve descripción de cada fase:
generación
En la fase de generación, la energía eléctrica se genera en plantas. Diferentes tipos de plantas, como las centrales térmicas, y fuentes de energía viables, como los parques solares y eólicos, convierten diferentes formas de energía en electricidad. La electricidad producida suele ser en forma de corriente alterna (CA) de alto voltaje.
transmisión
Una vez generada la electricidad, debe transmitirse a largas distancias, desde las centrales eléctricas hasta los centros de carga o subestaciones. Esto se logra a través de una red de líneas eléctricas de alta tensión. La fase de transmisión tiene como objetivo transportar electricidad minimizando eficientemente las pérdidas de energía. Los altos voltajes reducen la corriente, lo que permite transmitir grandes cantidades de electricidad a largas distancias.
distribución
Una vez que la energía eléctrica llega a las subestaciones, comienza la fase de distribución. Las subestaciones son esenciales para reducir el voltaje desde los niveles de transmisión hasta los niveles de distribución adecuados para los usuarios finales. Antes de que la electricidad se distribuya a través de una red de líneas de distribución. La fase de distribución garantiza que la electricidad llegue de forma fiable y segura a hogares, empresas e industrias.
usar
La fase de uso es la fase final del sistema eléctrico. En esta etapa, los usuarios finales consumen energía eléctrica para alimentar diversos dispositivos y sistemas, incluidas aplicaciones residenciales, comerciales e industriales. Los clientes reciben electricidad a través de su infraestructura eléctrica, como paneles y cables conectados a líneas de distribución. Luego, la electricidad se utiliza para iluminación, calefacción, refrigeración, funcionamiento de máquinas y otras cargas eléctricas.
Es importante señalar que estas fases están interconectadas y son interdependientes para proporcionar energía confiable. Cualquier fallo o fallo en un solo paso puede afectar a toda la red eléctrica. Por lo tanto, el diseño, operación y mantenimiento de cada paso son cruciales para mantener la estabilidad y eficiencia generales de la red eléctrica.
Principio de funcionamiento del transformador
El principio de funcionamiento de un transformador se basa en los principios básicos del electromagnetismo. Un transformador es un dispositivo eléctrico estático que transfiere energía eléctrica entre dos o más circuitos mediante inducción electromagnética. Es crucial en los sistemas de energía eléctrica ya que facilita la conversión de voltaje, el aislamiento y la distribución de energía.
A continuación se muestra un resumen de cómo funciona un transformador:
construcción
Un transformador consta de dos componentes esenciales: un devanado primario y un devanado secundario. Estos devanados suelen ser bobinas de alambre aislado enrollado sobre un núcleo magnético de hierro o acero laminado. El devanado primario recibe el voltaje de entrada mientras que el devanado secundario proporciona el voltaje de salida.
Ley de inducción electromagnética de Faraday
El principio de funcionamiento de un transformador se basa en la ley de inducción electromagnética de Faraday. Según esta ley, un cambio en la corriente que fluye a través de un conductor induce un voltaje en un conductor o bobina adyacente. En un transformador, el devanado primario está conectado a una fuente de corriente alterna (CA), lo que crea un campo magnético variable alrededor de la bobina primaria.
Transformación de voltaje
Los devanados primario y secundario tienen diferente número de vueltas, lo que permite al transformador aumentar o disminuir el voltaje de entrada. Un transformador que aumenta el voltaje del devanado primario al secundario se llama transformador elevador. Por otro lado, un transformador que reduce el voltaje del devanado primario al secundario se llama transformador reductor.
Transmisión de potencia
La transferencia de potencia entre los devanados primario y secundario de un transformador depende de la relación entre el número de vueltas y la impedancia de los devanados. Según el principio de ahorro de energía, la potencia del lado primario es igual a la potencia del lado secundario, despreciando las pérdidas. Por tanto, un transformador permite la transmisión eficiente de energía eléctrica del circuito primario al circuito secundario.
Eficiencia y pérdidas
Si bien los transformadores son altamente eficientes, no son perfectos y su funcionamiento implica pérdidas. Las mayores pérdidas en un transformador son las pérdidas en el cobre (debidas a la resistencia en los devanados), las pérdidas en el hierro (causadas por histéresis magnética y corrientes parásitas en el núcleo) y las pérdidas por fugas (fugas de flujo y pérdidas de aislamiento). Se hacen esfuerzos para minimizar estas pérdidas y mejorar la eficiencia del transformador.
Principio de funcionamiento del generador
El principio de funcionamiento de un generador se basa en la ley de inducción electromagnética de Faraday y es similar al de un transformador. Un generador es un dispositivo que convierte energía mecánica en energía eléctrica haciendo girar un conductor en un campo magnético. Es un componente fundamental en centrales eléctricas y diversas aplicaciones que necesitan generar electricidad.
Aquí hay una descripción general de cómo funciona un generador:
Campo magnético
Un generador consta de dos componentes esenciales: un campo magnético y un conductor. El campo magnético suele ser creado por imanes permanentes o electroimanes. Crea un campo magnético en el área donde gira el conductor.
Conductores y bobinas
El conductor, a menudo en forma de bobina o alambre, se coloca en el campo magnético. El conductor suele estar fabricado de cobre o aluminio debido a su excelente conductividad eléctrica. El anillo puede estar enrollado en una armadura, un componente giratorio del generador.
rotación
El conductor o bobina gira dentro del campo magnético para generar electricidad. Esto se puede lograr de varias maneras, como usando una turbina impulsada por agua, vapor o gas, o haciendo girar un eje mediante un motor u otra fuente mecánica. El proceso hace que el conductor cruce las líneas del campo magnético.
Inducción electromagnética
Según la ley de inducción electromagnética de Faraday, cuando un conductor cruza líneas de campo magnético, se induce una fuerza electromotriz (EMF) o voltaje en el conductor. La intensidad del voltaje inducido es proporcional a la velocidad a la que el conductor cruza las líneas del campo magnético.
Generación de corriente alterna
La tensión inducida en el conductor es inicialmente una tensión alterna. A medida que el conductor gira, la polaridad del voltaje inducido cambia, lo que da como resultado una corriente alterna (CA). Esta tensión alterna producida por el generador suele tener forma de onda sinusoidal.
Eficiencia y pérdidas
Los generadores no son perfectamente eficientes y su funcionamiento implica varias pérdidas. Estas pérdidas incluyen pérdidas de resistencia en el conductor, pérdidas en el núcleo debido a histéresis magnética y corrientes parásitas, y pérdidas por fricción. El objetivo del diseño y operación eficiente de un generador es minimizar estas pérdidas y mejorar la eficiencia general.
Conclusión
Al adherirse al Principio de Sistemas Energéticos, quienes participan en la industria eléctrica pueden diseñar, operar y gestionar sistemas energéticos de manera efectiva. Esto garantiza un suministro fiable, seguro y eficiente de energía eléctrica que satisfaga las crecientes necesidades de los consumidores, teniendo en cuenta la sostenibilidad medioambiental. Los principios de los sistemas energéticos evolucionan con los avances tecnológicos y los nuevos desafíos, impulsando la mejora continua en las infraestructuras y prácticas de los sistemas energéticos.
