Balbás García, Francisco Javier
El diseño y gestión de un sistema eléctrico de potencia es una tarea harta complicada dado su comportamiento dinámico y las constantes variaciones de energía requeridas. En el presente libro para estudiar y favorecer la estabilidad del sistema eléctrico se analizan los principales elementos que lo constituyen, entre los que se encuentran las líneas de transporte, los generadores y los transformadores de energía eléctrica. Inicialmente, a partir de los parámetros de las líneas de transporte de energía eléctrica se obtiene una representación tanto analítica como gráfica que posibilita el estudio de su capacidad de transporte y del comportamiento ante las fluctuaciones de la energía generada y demandada. Posteriormente sumando la tipología de funcionamiento y posibilidades ofrecidas por las máquinas eléctricas generadoras y transformadoras de energía eléctrica se obtiene la facultad de analizar y favorecer la estabilidad de un sistema eléctrico en su totalidad, ante los cambios experimentados en las condiciones de trabajo y sus limitaciones. Para observar todo lo comentado se presentan las características y particularidades del sistema eléctrico español y del mix energético que lo compone, exponiendo y desarrollando las medidas para garantizar la seguridad y la calidad del suministro eléctrico para el usuario. Finalmente, se realiza una descripción de los principales impactos socio-ambientales de los sistemas eléctricos realizando un especial hincapié en las líneas de transporte de energía eléctrica. Se desarrolla la metodología de un estudio de impacto ambiental según normativa y las posibles medidas para la reducción, eliminación o compensación de los impactos que pudieran existir. sumario 1. Parámetros eléctricos de una línea de transporte de energía eléctrica 1 1.1. Inductancia 2 1.1.1. Inductancia total de un conductor 3 1.1.2. Cálculo de la inductancia de líneas eléctricas equilibradas 7 1.1.3. Transposición en el cálculo de la inductancia 16 1.1.4. Utilización de conductores en paralelo 20 1.1.5. Aplicación a distintos casos prácticos 27 1.2. Capacidad 28 1.2.1. Diferencias de potencial bajo la acción de varios conductores 30 1.2.2. Metodología de cálculo de la capacidad 33 1.2.3. Transposición en el cálculo de la capacidad 39 1.2.4. Efecto suelo 44 1.2.5. Utilización de conductores en paralelo 50 1.2.6. Aplicación a distintos casos prácticos 53 1.3. Resistencia eléctrica 54 1.3.1. Resistencia en función de la temperatura 55 1.3.2. Otros efectos y diseño del cableado 58 1.4. Conductancia eléctrica 62 2. Líneas de transporte de energía eléctrica 65 2.1. Líneas eléctricas cortas 68 2.1.1. Potencia aparente en la línea eléctrica 72 2.2. Líneas eléctricas medias 75 2.2.1. Líneas eléctricas medias en T 76 2.2.2. Líneas eléctricas medias en pi 79 2.3. Regulación 82 2.4. Operativa con admitancias 83 2.4.1. Aplicación práctica en la línea eléctrica media en pi 84 2.5. Líneas eléctricas largas 87 2.5.1. Análisis según las constantes 92 2.5.2. Diseño y variaciones de carga en la línea eléctrica 95 3. Análisis gráfico de líneas eléctricas, ?Blondel-Thilemans? 101 3.1. Diagrama de tensiones al receptor 103 3.2. Diagrama de potencias al receptor 108 3.2.1. Diagrama de potencias al receptor de la línea corta 118 3.3. Diagrama de tensiones al generador 120 3.4. Diagrama de potencias al generador 124 3.4.1. Diagrama de potencias al generador de la línea corta 133 3.5. Diagrama doble de potencias 135 4. Método en por unidad 137 4.1. Representación de las cantidades eléctricas ?en por unidad o en tanto por uno? 137 4.2. Conversión en por unidad a nuevas bases 139 5. Transformador de potencia 141 5.1. Circuito eléctrico equivalente 142 5.2. Aplicación del método en por unidad en transformadores 145 5.3. Transformadores de regulación 157 6. Generador síncrono 163 6.1. Modelo eléctrico del generador síncrono 165 6.2. Regulación del generador con conexión a nudo infinito 168 6.3. Procedimiento de conexión a nudo infinito 173 6.4. Tipologías de funcionamiento con conexión a nudo infinito 174 6.5. Estabilidad del generador 177 6.6. Limitaciones técnicas y diagrama de funcionamiento 185 7. Flujo de potencias 189 7.1. Representación del sistema eléctrico 190 7.1.1. Matriz de admitancias 191 7.2. Análisis de flujos de potencia 194 7.2.1. Método Gauss-Seidel 200 7.2.2. Control y regulación de variables 205 8. Cortocircuitos trifásicos equilibrados 209 8.1. Variables según tipología de cortocircuito equilibrado 210 8.1.1. Transitorio para circuito RL serie 211 8.1.2. Cortocircuito próximo al generador 218 8.2. Motores en condiciones de cortocircuito 224 8.3. Análisis de cortocircuitos trifásicos equilibrados 224 8.3.1. Métodos operativos 226 8.3.2. Potencia de cortocircuito 230 9. Estabilidad del sistema eléctrico de potencia 233 9.1. Gestión del sistema eléctrico, recursos y posibles alteraciones 234 9.2. Estabilidad y tolerancia operativa 242 9.3. Estructura, diseño y requerimientos 245 10. Impacto socio-ambiental 251 10.1. Legislación y evaluación de impacto ambiental 257 10.1.1. Estudio de impacto ambiental 264 10.2. Impacto de las líneas eléctricas aéreas 269 10.2.1. Medidas adoptadas frente el impacto ambiental de las líneas aéreas y subestaciones eléctricas 275 10.2.2. Colisión y electrocución de aves y aeronaves 279 10.3. Otras tipologías de líneas eléctricas 288 Índice de figuras 291 Bibliografía 299
