Áreas de desempeño
Generación de energía eléctrica
La generación de electricidad es el proceso de generar energía eléctrica a partir de fuentes de energía primaria. Para los servicios públicos de la industria de energía eléctrica, es la etapa previa a su entrega (transmisión, distribución, etc.) a los usuarios finales o su almacenamiento (utilizando, por ejemplo, el método de almacenamiento por bombeo). Comprende la selección, diseño y construcción de instalaciones.
La electricidad no está disponible gratuitamente en la naturaleza, por lo que debe ser "producida" (es decir, transformando otras formas de energía en electricidad). La producción se lleva a cabo en centrales eléctricas. La electricidad se genera con mayor frecuencia en una central eléctrica mediante generadores electromecánicos, impulsados principalmente por motores térmicos alimentados por combustión o fisión nuclear, pero también por otros medios, como la energía cinética del agua que fluye y el viento. Otras fuentes de energía incluyen energía solar fotovoltaica y energía geotérmica.
Automatización, control, comunicación e instrumentación de centrales eléctricas
Una central eléctrica es una instalación industrial para la generación de energía eléctrica. Las centrales eléctricas generalmente están conectadas a una red eléctrica regional o nacional.
Una central eléctrica contiene miles de componentes y equipos, como motores, bombas o válvulas, que deben funcionar de manera bien coordinada. Esta coordinación se realiza mediante sistemas de instrumentación y control (I&C). Estos sistemas permiten al personal de la planta monitorear el estado de la central eléctrica de manera más efectiva, identificar oportunidades para mejorar el desempeño de los equipos y sistemas, y anticipar, comprender y responder a problemas potenciales. Básicamente, el propósito de los sistemas de I&C en las centrales eléctricas es permitir y respaldar la generación de energía segura y confiable mediante el control de los procesos de la planta.
La arquitectura del sistema I&C, junto con el personal de operaciones de la planta, actúa como el "sistema nervioso central" de una central eléctrica.
A través de sus elementos constitutivos, tales como equipos, módulos, sensores, transmisores, motores, válvulas y otros, el sistema de I&C detecta los parámetros de la planta, monitorea el desempeño, integra información y hace ajustes automáticos a las operaciones de la central eléctrica según sea necesario. También responde a fallas y eventos anormales, asegurando así una producción de energía eficiente y seguridad. Se presta especial atención al diseño, prueba, operación, mantenimiento, concesión de licencias, operación y modernización de los sistemas de I&C.
.Los sistemas de automatización para plantas de energía se han vuelto cada vez más sofisticados gracias a importantes avances en hardware y software informáticos. Además de proporcionar un mayor grado de automatización de la planta, estos avances también han proporcionado la capacidad de controlar más de cerca todos los procesos de una planta de energía. Esto, a su vez, ha significado que las operaciones de la planta se pueden optimizar contra una variedad de parámetros para proporcionar una mayor eficiencia y una mayor flexibilidad.
Estos sistemas avanzados mejoran el rendimiento de toda la planta y, en consecuencia, la economía y la seguridad de las centrales eléctricas presentes y futuras. Los sistemas de monitoreo y medición digitales modernos también pueden contribuir a la seguridad física y cibernética, si se diseñan con la seguridad como un requisito fundamental.
Automatización, control, comunicación e instrumentación de subestaciones eléctricas
Una subestación es parte de un sistema de generación, transmisión y distribución eléctrica. Las subestaciones transforman el voltaje de alto a bajo, o al revés, o realizan cualquiera de varias otras funciones importantes. Entre la estación generadora y el consumidor, la energía eléctrica puede fluir a través de varias subestaciones a diferentes niveles de voltaje. Una subestación puede incluir transformadores para cambiar los niveles de voltaje entre voltajes de transmisión altos y voltajes de distribución más bajos, o en la interconexión de dos voltajes de transmisión diferentes.
Con la introducción de la tecnología de microprocesadores, los dispositivos de control y protección digital se volvieron más inteligentes. Los nuevos dispositivos electrónicos inteligentes (IED) pueden recopilar y registrar información sobre muchos parámetros diferentes de un sistema, procesarlos basándose en una lógica compleja en una fracción de segundo y tomar decisiones sobre situaciones anormales para enviar comandos de control a interruptores y disyuntores para eliminar la falla.
Además de su capacidad de procesamiento superior, los dispositivos de subestación modernos también pueden almacenar información en su almacenamiento interno durante un cierto período y transferir esta información a aplicaciones de terceros para su posterior estudio y análisis. Los IED ahora pueden enviar información a un usuario local o remoto a través de diferentes tipos de comunicación. Esto brinda a los operadores más flexibilidad sobre cómo y cuándo procesar la información para proporcionar un tiempo de recuperación rápido de una interrupción en la subestación.
Con más información disponible de forma remota, se desarrollaron nuevos sistemas de supervisión para facilitar la tarea de un administrador de sistemas en el centro de control. Un sistema de control de supervisión y adquisición de datos (SCADA) puede recopilar información de varios IED en un sistema eléctrico a través de diferentes métodos de comunicación y luego controlarlos y monitorearlos utilizando varias tecnologías de visualización, incluso automatizando la tarea de supervisión basada en parámetros y algoritmos predefinidos.
Se implementa una interfaz hombre-máquina (HMI) en cada subestación para proporcionar a los operadores las capacidades de control y monitoreo local que a menudo son necesarias durante la configuración, puesta en servicio o mantenimiento de la subestación.
Transmisión de energía eléctrica
La transmisión de energía eléctrica es el movimiento masivo de energía eléctrica desde un sitio de generación, como una planta de energía, a una subestación eléctrica. Las líneas interconectadas que facilitan este movimiento se conocen como red de transmisión. Esto es distinto del cableado local entre las subestaciones de alto voltaje y los clientes, que generalmente se conoce como distribución de energía eléctrica. La red combinada de transmisión y distribución es parte de la entrega de electricidad, conocida como red eléctrica.
La transmisión eficiente implica reducir las corrientes aumentando el voltaje antes de la transmisión y disminuyéndolo en una subestación en el extremo más alejado. Para la transmisión de energía de CA, la subida y bajada se realiza mediante transformadores.
Una red síncrona de área amplia, también conocida como "interconexión" en América del Norte, conecta directamente muchos generadores que suministran energía de CA con la misma frecuencia relativa a muchos consumidores. Por ejemplo, hay cuatro interconexiones principales en América del Norte (la interconexión occidental, la interconexión oriental, la interconexión de Quebec y la red del Consejo de Confiabilidad Eléctrica de Texas (ERCOT)). En Europa, una gran red conecta la mayor parte de Europa continental.
Históricamente, las líneas de transmisión y distribución eran propiedad de la misma empresa, pero a partir de la década de 1990, muchos países han liberalizado la regulación del mercado eléctrico de formas que han llevado a la separación del negocio de transmisión de electricidad del negocio de distribución. España es un ejemplo al respecto.
Distribución de energía eléctrica
La distribución de energía eléctrica es la etapa final en la entrega de energía eléctrica ; lleva electricidad desde el sistema de transmisión a los consumidores individuales. Las subestaciones de distribución se conectan al sistema de transmisión y bajan la tensión de transmisión a media tensión entre2 kV y35 kV con el uso de transformadores. Las líneas de distribución primarias llevan esta energía de media tensión a los transformadores de distribución ubicados cerca de las instalaciones del cliente. Los transformadores de distribución vuelven a bajar la tensión a la tensión de utilización utilizada por la iluminación, los equipos industriales y los electrodomésticos. A menudo, varios clientes se abastecen desde un transformador a través de líneas de distribución secundarias. Los clientes comerciales y residenciales están conectados a las líneas de distribución secundarias a través de caídas de servicio. Los clientes que exigen una cantidad de energía mucho mayor pueden conectarse directamente al nivel de distribución principal o al subtransmisor nivel.
Trazado general de redes eléctricas. Los voltajes y cargas son típicos de una red europea.
La transición de transmisión a distribución ocurre en una subestación de energía, que tiene las siguientes funciones:.
• - Los disyuntores e interruptores permiten desconectar la subestación de la red de transporte o desconectar las líneas de distribución.
• - Los transformadores reducen los voltajes de transmisión, 35 kV o más, hasta tensions de distribución primaria. Estos son circuitos de media tensión, generalmente600-35 000 V.
• - Desde el transformador, la energía va a la barra colectora que puede dividir la energía de distribución en múltiples direcciones. El autobús distribuye energía a las líneas de distribución, que se distribuyen a los clientes.
La distribución urbana es principalmente subterránea, a veces en conductos de servicios públicos comunes. La distribución rural es principalmente sobre el suelo con postes de servicios públicos, y la distribución suburbana es una mezcla. Más cerca del cliente, un transformador de distribución reduce la energía de distribución primaria a un circuito secundario de bajo voltaje, generalmente 120/240 V.
Instalaciones eléctricas.
Una instalación eléctrica es el conjunto de circuitos eléctricos que tiene como objetivo dotar de energía eléctrica a edificios, instalaciones, lugares públicos, infraestructuras, etc. Incluye los equipos necesarios para asegurar su correcto funcionamiento y la conexión con los aparatos eléctricos correspondientes.
Su función principal es la transformación de la energía eléctrica en otros tipos de energía. Son las instalaciones antagónicas a las instalaciones generadoras.
Protección del sistema de energía
La protección del sistema de energía es una rama de la ingeniería de energía eléctrica que se ocupa de la protección de los sistemas de energía eléctrica contra fallas a través de la desconexión de las partes defectuosas del resto de la red eléctrica. El objetivo de un esquema de protección es mantener estable el sistema de energía aislando solo los componentes que tienen fallas, dejando la mayor parte de la red aún en funcionamiento. Por lo tanto, los esquemas de protección deben aplicar un enfoque muy pragmático y pesimista para eliminar las fallas del sistema. Los dispositivos que se utilizan para proteger los sistemas de energía de fallas se denominan dispositivos de protección.
Los sistemas de protección suelen constar de cinco componentes:.
• - Transformadores de corriente y voltaje para reducir los altos voltajes y corrientes del sistema de energía eléctrica a niveles convenientes para que los relés los manejen.
• - Relés de protección para detectar la falla e iniciar una orden de disparo o desconexión.
• - Disyuntores para abrir / cerrar el sistema según los comandos de relé y reenganchador automático.
• - Baterías para proporcionar energía en caso de desconexión de energía en el sistema.
• - Canales de comunicación para permitir el análisis de corriente y voltaje en terminales remotos de una línea y permitir el disparo remoto del equipo.
Para partes de un sistema de distribución, los fusibles son capaces de detectar y desconectar fallas.
Pueden ocurrir fallas en cada parte, como fallas de aislamiento, líneas de transmisión caídas o rotas, funcionamiento incorrecto de los disyuntores, cortocircuitos y circuitos abiertos. Los dispositivos de protección se instalan con el objetivo de proteger los activos y garantizar el suministro continuo de energía.
El tablero de distribución es una combinación de interruptores de desconexión eléctrica, fusibles o disyuntores utilizados para controlar, proteger y aislar equipos eléctricos. Los interruptores son seguros para abrirse bajo corriente de carga normal (algunos interruptores no son seguros para operar bajo condiciones normales o anormales), mientras que los dispositivos de protección son seguros para abrirse bajo corriente de falla. Los equipos muy importantes pueden tener sistemas de protección completamente redundantes e independientes, mientras que una línea de distribución secundaria menor puede tener una protección muy simple y de bajo costo.
Coordinación
La coordinación de dispositivos de protección es el proceso de determinar el "mejor ajuste" de la interrupción de la corriente cuando ocurren condiciones eléctricas anormales. El objetivo es minimizar una interrupción en la mayor medida posible. Históricamente, la coordinación de los dispositivos de protección se realizaba en papel de registro traslúcido. Los métodos modernos normalmente incluyen análisis e informes detallados por computadora.
La coordinación de la protección también se maneja dividiendo el sistema de energía en zonas protectoras. Si ocurriera una falla en una zona determinada, se ejecutarán las acciones necesarias para aislar esa zona de todo el sistema. Las definiciones de zona incluyen generadores, buses, transformadores, líneas de transmisión y distribución y motores. Además, las zonas poseen las siguientes características: zonas superpuestas, las regiones superpuestas indican interruptores automáticos y todos los interruptores automáticos en una zona determinada con una falla se abrirán para aislar la falla. Las regiones superpuestas se crean mediante dos conjuntos de transformadores de instrumentos y relés para cada interruptor automático. Están diseñados para redundancia para eliminar áreas desprotegidas; sin embargo, las regiones superpuestas están diseñadas para permanecer lo más pequeñas posible, de modo que cuando ocurre una falla en una región de superposición y las dos zonas que abarcan la falla están aisladas, el sector del sistema de energía que se pierde del servicio es todavía pequeño a pesar de las dos zonas. estar aislado.