Operaciones de montaje de apoyos en redes eléctricas aéreas. ELEE0108

Por José Manuel Sánchez Moncayo

Libro especializado que se ajusta al desarrollo de la cualificación profesional y adquisición del certificado de profesionalidad "ELEE0108 - OPERACIONES AUXILIARES DE MONTAJE DE REDES ELÉCTRICAS". Manual imprescindible para la formación y la capacitación, que se basa en los principios de la cualificación y dinamización del conocimiento, como premisas para la mejora de la empleabilidad y eficacia para el desempeño del trabajo.

• Idioma: Español
• Editorial: IC Editorial
• Fecha de lanzamiento: 26 oct 2023
• ISBN: 9788411840538

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Bloque 1

Redes eléctricas aéreas en alta y baja tensión

Contenido

1. Distribución de la energía eléctrica

2. Tipología y estructura de las redes

3. Elementos de las redes de distribución

Capítulo 1

Distribución de la energía eléctrica

Contenido

1. Introducción

2. Estructura de los sistemas de energía eléctrica

3. Resumen

1. Introducción

Es complejo definir los límites de lo que se considera distribución de la energía eléctrica, teniendo en cuenta que por definición desde que la energía eléctrica es generada hasta el punto de consumo de la energía, todo lo que ocurre entre estos dos puntos es distribución de la energía eléctrica.

Así, se han de definir los límites de lo que se considera generación, transporte, distribución y puntos de consumo o instalaciones receptoras, a fin de poder determinar las características, equipos y aparamenta de todos los elementos de las redes de distribución.

Por tanto, se considera a efectos de distribución eléctrica los siguientes elementos que se irán definiendo en los apartados de este capítulo: instalaciones generadoras, redes de transporte, subestaciones, redes de distribución, puntos de transformación o seccionamiento y redes de distribución en baja tensión.

2. Estructura de los sistemas de energía eléctrica

La estructura de los sistemas de energía eléctrica es la siguiente:

Instalaciones generadoras.

Red de transporte.

Subestaciones eléctricas AT/MT.

Red de distribución en MT/BT.

Centros de transformación MT/BT.

A continuación se realizará una breve descripción de cada uno de los elementos del sistema eléctrico.

2.1. Instalaciones generadoras

La generación de la energía eléctrica es la transformación de cualquier tipo de energía en electricidad. La energía utilizada o invertida para la producción de energía eléctrica se denomina primaria y las más utilizadas son la energía nuclear, la hidráulica y la procedente de combustibles fósiles tales como carbón, gas, petróleo… Existen además otras fuentes de energía primaria menos contaminantes como son la energía eólica, solar fotovoltaica, solar termoeléctrica o mareomotriz.

La clasificación de las centrales generadoras viene determinada por la energía primaria que consumen. Así, una central nuclear es la que consume energía nuclear para la generación de energía eléctrica y una central hidroeléctrica consumirá energía hidráulica, entendiendo por energía hidráulica la energía potencial y cinética del agua. Las centrales generadoras más usadas en el ámbito de este país son las siguientes:

Central hidroeléctrica. Este tipo de centrales son las que utilizan la energía potencial y cinética del agua para la transformación en energía eléctrica.

Central nuclear. La energía eléctrica se obtiene mediante la fusión de materiales nucleares que generan calor, el cual se utiliza para calentar agua, normalmente a presión, y producir electricidad mediante un ciclo termodinámico normal.

Central de fuel gas. Este tipo de centrales queman gas o fuel para calentar agua y producir electricidad. Son cada vez menos habituales, sustituyéndose por centrales de ciclo combinado.

Central térmica de carbón. Estas centrales, al igual que las de fuel-gas, utilizan la energía térmica del carbón para la generar electricidad.

Central de ciclo combinado. Son centrales con dos turbinas: una de combustión de gas, donde la combustión produce electricidad; y otra de vapor, que aprovecha los gases calientes procedentes de la combustión del gas para generar electricidad mediante una caldera de vapor.

Central eólica. La utilización de energías renovables se está convirtiendo en una constante en los últimos tiempos, de esta forma, la utilización de energías primarias no contaminantes es un objetivo primordial de la mayoría de países. Las centrales eólicas aprovechan la energía del viento para producir mediante aerogeneradores energía eléctrica.

Centrales de otros tipos. Existen otros tipos de centrales generadoras de electricidad que utilizan distintas energías primarias como son las centrales fotovoltaicas, solar termoeléctrica o mareomotriz, entre otras.

Centrales de generación distribuida. Estas centrales se incluyen dentro de las generadoras, aunque debido a su escasa potencia no se encuentran conectadas con la red de transporte sino con la red de distribución, normalmente en media tensión. Se incluyen dentro de este tipo las centrales de cogeneración, las centrales de biomasa y las de incineración de residuos sólidos urbanos.

Definición

Energía potencial

Se define como la capacidad de un cuerpo para realizar un trabajo en función de su posición.

Energía cinética

Según la Real Academia Española es la energía que posee un cuerpo por razón de su movimiento.

Fisión

Reacción en el núcleo del átomo que consiste en su división o rotura.

Sabía que…

Las centrales de cogeneración son aquellas que aprovechan la energía proveniente de otros procesos para la generación de electricidad.

Las principales centrales generadoras poseen alternadores en MT (media tensión) a una tensión de 13,8 kV con una alta intensidad, elevándose luego esta tensión a la tensión de transporte de la energía (132, 220 o 400 kV) para minimizar las pérdidas en la red de transporte.

Las centrales de cogeneración o centrales de generación del tipo eólicas, solares o biomasa poseen alternadores en baja tensión (127, 230, 400 o 690 V), disponiendo estas plantas de transformadores para elevar esta tensión y en el punto de entrega de energía el voltaje será en MT (20, 45 o 66 kV).

Estas centrales de baja o media potencia de generación no se conectan a la red de transporte, sino que se conectan a las subestaciones eléctricas o a la red de distribución, lo que se denomina generación distribuida.

Las energías renovables cubrieron en España el 56,6 % de la demanda en 2021, cifra que, se vio incrementada en un 10 % con respecto al año anterior. En el otro extremo se sitúan los grupos de carbón que en el año 2021 registraron la participación más baja sobre la generación nacional alcanzando un 1,9 % sobre el total de energía generada.

Tanto las centrales de generación como la red de transporte operan con una aplicación de software especialmente diseñada para funcionar sobre equipos de control de producción, proporcionando comunicación con los dispositivos de campo (controladores autónomos instalados en las subestaciones y la red de transporte) y controlando el proceso de forma automática desde un centro de control. Esto significa que se pueden predecir los picos de demanda y las fluctuaciones de la carga para poder anticiparse a los incidentes producidos en el sistema.

Importante

Tanto las centrales de generación como la red de transporte operan con una aplicación de software especialmente diseñada para funcionar sobre ordenadores en el control de producción, proporcionando comunicación con los dispositivos de campo y controlando el proceso de forma automática desde un centro de control. Esto permite predecir los picos de demanda y las fluctuaciones de la carga para anticiparse a los incidentes producidos en el sistema.

2.2. Red de transporte

Una vez generada la energía eléctrica, esta se eleva a la tensión de transporte (132, 220 o 400 kV) y se distribuye hasta llegar a las subestaciones eléctricas que la transforman a media tensión (20, 45 y 66 kV, principalmente).

La red de transporte se encuentra instalada principalmente de forma aérea con conductores de aluminio con alma de acero. Se sujetan con cadenas de aisladores instaladas sobre torres metálicas, teniendo en cuenta las características mecánicas de los apoyos (desequilibrio de tracciones, acciones del viento y la nieve, etc.) y las condiciones eléctricas de la red (intensidad máxima, caída de tensión, efecto corona). Además, las líneas se han calculado con un modelo matemático que incluye los efectos capacitivos e inductivos de los cables para disminuir la afección de estos efectos en las redes.

La red de transporte tiene una distribución mallada, de forma que la afección en un tramo de una red de transporte, ya sea por mantenimiento de la misma red o por avería, no suponga un problema grave de distribución, pudiendo redirigirse el flujo de energía por otros recorridos manteniendo la eficiencia del sistema. Esto es posible porque la red está preparada para los incrementos del flujo de energía en situaciones normales o anomalías producidas por averías como pueden ser una descarga de rayo o un corte del tendido eléctrico.

Red de tendido eléctrico

La red de transporte en España es propiedad de Red Eléctrica de España (REE) y actualmente tiene un total de 44.687 km de líneas, según puede observarse en la tabla adjunta.

Red Eléctrica transporta la energía eléctrica en alta tensión. Por este motivo gestiona las infraestructuras eléctricas que componen la red de transporte y las que conectan las centrales de generación con los puntos de distribución a los consumidores que son principalmente las subestaciones eléctricas.

Red Eléctrica es el gestor de la red de transporte y es propietaria del 99 % de la red de transporte en alta tensión y, por tanto, es la única empresa especializada en la actividad de transporte de energía eléctrica en España.

Sabía que…

Red Eléctrica de España ejerce en exclusiva las funciones de operador del sistema eléctrico y gestor de la red de transporte.

La red de transporte está compuesta además por más 6.104 subestaciones y cuenta con aproximadamente de 93.871 MVA de capacidad de transformación. Estas instalaciones configuran una red mallada que confieren bastante fiabilidad al sistema eléctrico.

Como gestor de la red de transporte, Red Eléctrica es responsable:

Del desarrollo y ampliación de la red.

De realizar su mantenimiento.

De gestionar el tránsito de electricidad entre sistemas exteriores y la Península.

De garantizar el acceso de terceros a la red de transporte, en régimen de igualdad.

2.3. Subestaciones eléctricas

Cuando la red de transporte llega a una subestación eléctrica la energía eléctrica se transforma de alta tensión (AT) a media tensión (MT), partiendo desde estas subestaciones a las instalaciones propiedad de las empresas distribuidoras o de particulares.

Las subestaciones eléctricas delimitan la propiedad de REE y las empresas distribuidoras o suministros particulares que conecten el MT en la propia subestación (ejemplo: redes ferroviarias electrificadas, centrales de cogeneración de energía que tengan el punto de entrega de energía en la subestación, etc.). No obstante, la subestaciones principales siguen siendo gestionada por REE y, por tanto, le son de aplicación las obligaciones y responsabilidades de la red de transporte enumerado en el apartado anterior. Las subestaciones de menor importancia o las que transforman la energía en MT/MT (66/45 kV, 45/20 kV o 66/20 kV) pueden ser propiedad de las empresas distribuidoras; sin embargo, las empresas distribuidoras están obligadas al mantenimiento y adecuación de las instalaciones en calidad de gestores de la red de distribución. En las siguientes tablas recogemos el número de subestaciones y la capacidad de transformación de las mismas.

Las subestaciones cumplen varias funciones dentro del sistema eléctrico, entre ellas, detallamos las siguientes:

Son centros de interconexión de líneas de transporte, función que realizan las barras colectoras.

Son puntos de transformación de la energía eléctrica para alimentar a las redes de reparto y distribución.

En ellas están instalados los dispositivos de protección, corte y maniobra del sistema.

Además de ser el centro de interconexión de líneas de transporte, las subestaciones transforman la energía eléctrica.

2.4. Red de distribución en media tensión (MT y BT)

En las subestaciones eléctricas, la energía ya se ha transformado a media tensión y desde estas subestaciones se da servicio eléctrico a los usuarios finales, ya sea en media (MT) o en baja tensión (BT).

Las líneas de media tensión para distribución son propiedad de las compañías distribuidoras, que serán las gestoras de las redes de distribución en las zonas en las que operen. Estas empresas, como gestores, serán responsables de:

La explotación, el mantenimiento y, en caso necesario, el desarrollo de su red de distribución;

De sus interconexiones, si es el caso, con otras redes;

Y de garantizar que su red tenga capacidad para asumir, a largo plazo, una demanda razonable de distribución de electricidad.

Recuerde

A los usuarios finales se les puede dar servicio en media tensión (MT) o en baja tensión (BT).

La Ley del Sector Eléctrico dispone que la retribución de la actividad de distribución se establecerá reglamentariamente y fijará la retribución que haya de corresponder a cada sujeto atendiendo a los siguientes criterios: costes de inversión, operación y mantenimiento de las instalaciones, energía circulada, modelo que caracterice las zonas de distribución.

La norma que actualmente regula la retribución de esta actividad es el Real Decreto 1048/2013, de 27 de diciembre, por el que se establece la metodología para el cálculo de la retribución de la actividad de distribución de energía eléctrica. Los objetivos que persigue este real decreto son establecer la metodología que determine las retribuciones a la empresas de distribución eléctricas para garantizar la adecuada prestación del servicio incentivando la mejora de la calidad de suministro y la reducción de las pérdidas en las redes de distribución con criterios homogéneos en todo el Estado.

Recuerde

La normativa vigente fija la retribución que corresponde a cada sujeto atendiendo a los siguientes criterios:

Costes de inversión.

Operación y mantenimiento de las instalaciones.

Energía circulada.

Modelo que caracterice las zonas de distribución.

Los distribuidores deberán inscribirse en la Sección Primera del Registro de Distribuidores, Comercializadores y Consumidores Directos en Mercado. Esta Sección viene regulada en los artículos 182 a 187 del Real Decreto 1955/2000, de 1 de diciembre, por el que se normatizan las actividades de transporte, distribución, comercialización, suministro y procedimientos de autorización de instalaciones de energía eléctrica.

Por otro lado, los distribuidores que hayan sido inscritos en esta sección del Registro, deberán remitir periódicamente información actualizada sobre adquisición y facturación de energía eléctrica, así como de acceso a redes.

Existen en España más de 350 empresas de distribución eléctrica, la siguiente tabla recoge las primeras empresas inscritas en la sección.

Relación de las primeras distribuidoras eléctricas inscritas en el Registro.

Las redes de distribución en media o baja tensión pueden estar dispuestas de distinta forma dependiendo de la zona (urbana o rural), de las características de los suministros que deban atender y de la calidad del suministro e interrumpibilidad. De este modo, las redes pueden ser radiales, en anillo, con disposición entrada-salida, con cable 0… Igualmente dependerá de la compañía distribuidora (gestor de red) de la zona donde se ubiquen las redes y de la disposición histórica de las redes en dichas zonas.

Según el Reglamento electrotécnico de baja tensión, en su artículo 14, las compañías distribuidoras podrán proponer especificaciones sobre la construcción y montaje de acometidas, líneas generales de alimentación, instalaciones de contadores y derivaciones individuales, señalando en ellas las condiciones técnicas de carácter concreto que sean precisas para conseguir mayor homogeneidad en las redes de distribución y las instalaciones de los abonados.

Nota

Para conseguir mayor homogeneidad de las redes de distribución y las instalaciones de los abonados, las compañías distribuidoras pueden proponer especificaciones sobre la construcción y montaje de:

Acometida.

Líneas generales de alimentación.

Instalación de contadores.

Derivaciones individuales.

Dichas especificaciones deberán ajustarse, en cualquier caso, a los preceptos del reglamento y deberán ser aprobadas y registradas por:

Los órganos competentes de las comunidades autónomas, en caso de que se limiten a su ámbito territorial;

El Ministerio de Industria, Comercio y Turismo, en caso de aplicarse en más de una comunidad autónoma.

Las normas particulares así aprobadas deberán publicarse en el correspondiente boletín oficial.

Existen normas particulares de empresas distribuidoras ya aprobadas, por lo que para la realización de instalaciones de distribución en media y baja tensión dentro del ámbito de estas empresas, dichas instalaciones deberán ajustarse a lo especificado en estas normas particulares, sin perjuicio de la legislación vigente aplicable a este tipo de instalaciones.

La selección del sistema a elegir para la realización de las redes de distribución viene condicionada por varios aspectos, además del cumplimiento de la normativa de aplicación:

Densidad de carga de la zona.

Número y situación de los puntos de suministro (concentración de la carga).

Seguridad del suministro e interrumpibilidad.

2.5. Puntos de transformación media tensión/baja tensión

Los puntos de transformación son los que popularmente se denominan transformadores o centros de transformación y son los encargados de convertir la energía eléctrica en media tensión (generalmente, entre 5 y 25 kV) a baja tensión o tensión nominal de suministro (generalmente, 230 voltios entre fases para redes trifásicas sin neutro y 400 V entre fases; y 230 V entre fase y neutro para redes trifásicas con neutro).

Estas tensiones son las tensiones de los aparatos receptores normalmente instalados en los puntos de suministro y debido al escaso valor eficaz de la baja tensión las longitudes de las líneas de baja tensión han de ser forzosamente cortas (por debajo de los 1.000 m).

Para dar servicio eléctrico en baja tensión se debe transformar la energía eléctrica mediante puntos de transformación (centros de transformación) ya sean del tipo interior o del tipo intemperie:

Nota

Los puntos de transformación convierten la energía eléctrica de MT (entre 5 y 25 kV) en baja tensión:

230 V entre fases para redes trifásicas sin neutro y 400 V entre fases;

230 V entre fase y neutro para redes trifásicas con neutro.

Tipo interior

Las características más importantes de los centros de transformación de este tipo son:

Destinados a zonas urbanas o polígonos industriales y a zonas donde, por motivos de protección de la avifauna, condiciones medioambientales u otras circunstancias, no sea recomendable la instalación del tipo intemperie.

Están previstos para potencias medias (generalmente, 2000≥P≥250 kVA).

Pueden instalarse en edificios prefabricados, en edificios de obra o en instalaciones subterráneas.

Centro de transformación interior

Centro de transformación subterráneo

Pueden ser de tipo interior con entrada de línea aérea de media tensión, con entrada de línea subterránea o con entrada mixta: aérea y subterránea a la vez.

Definición

KVA

La kVA es la unidad de medida de la potencia total, es decir, de la suma de la potencia útil o activa y la potencia reactiva -no se transforma en energía aprovechable-.

Tipo intemperie

Los centros de transformación tipo interperie tienen las siguientes características:

Destinados a zonas rurales de tipo disperso con bajo consumo de energía (viviendas rurales, sondeos, instalaciones agrícolas de poca potencia, etc.).

Previstos para potencias bajas (generalmente, <250 kVA).

Se instalan normalmente sobre apoyos metálicos de chapa plegada o de celosía, de hormigón armado o de fibra de vidrio.

Además, pueden instalarse dentro de un recinto protegido sin estar ubicado en el interior de ningún edificio (sistema muy usado en las zonas industriales).

Las redes radiales se suelen utilizar en centros de transformación tipo intemperie o interior, mientras que las redes en bucle solo se usan en centros de transformación interior.

Nota

El sistema de instalación en el interior de un recinto protegido sin estar ubicado en el dentro de ningún edificio está bastante extendido en las zonas industriales.

La aparamenta de los centros de transformación instalados depende en gran medida de las características de la red de distribución.

Ejemplo

Los centros de transformación de intemperie sobre apoyo no suelen instalarse en bucle porque el aparellaje necesario dificultaría su ejecución y maniobra. Por tanto, las redes aéreas sobre apoyos son principalmente radiales con centros de transformación en ‘T’ o en punta.

Sin embargo, las redes de distribución subterránea admiten tanto las radiales como las redes en bucle.

Asimismo, la aparamenta de los centros de transformación dependerá también de la estructura de la red y de las condiciones de instalación. De este modo, un centro de transformación en el interior de una caseta, instalado en anillo o bucle, dispondrá de celdas de entrada de línea -tantas como líneas lleguen al centro-, además de la protección del transformador y la medida, si procede su instalación.

Nota

Las celdas son dispositivos de protección de las líneas.

En cambio, un centro de transformación en el interior de una caseta, instalado de forma radial, en ‘T’ o en punta, dispondrá únicamente de una celda de entrada de línea, además de la de protección y medida, si procede su instalación. No necesita más celdas puesto que la energía solo llega al centro por una línea, a diferencia del centro en bucle en el que la energía puede llegar al centro por dos o más líneas.

Aplicación práctica

Marisa tiene que instalar redes en bucle en un centro de transformación de MT/BT, ¿por qué tipo de CT se decantará?

SOLUCIÓN

Por un centro de transformación tipo interior, ya que las redes en bucle solo se pueden instalar en centros de interior.

3. Resumen

Desde que se genera la energía eléctrica hasta que llega al punto de consumo de la electricidad, todo lo que ocurre se define como distribución de la energía eléctrica. En conclusión, a partir de su producción hasta el punto de consumo la electricidad es:

Generada (usualmente, a 13,8 kV).

Elevada a tensión de transporte (400, 220 y 132 kV).

Transformada en las subestaciones a media tensión para distribución (66, 45 y 20 kV).

Transformada posteriormente a baja tensión para utilización de receptores en los centros de transformación (400 y 230 V).

En este proceso de distribución los elementos que permiten el funcionamiento del sistema eléctrico son:

Instalaciones generadoras. Los tipos más usados en nuestro país son las centrales hidroeléctrica, nuclear, de