interconector eléctrico es una conexión de CA o CC de alta potencia, típicamente a través de las fronteras nacionales [1] o entre diferentes redes eléctricas . [2] Pueden estar formados por cables de energía submarina o cables de energía subterráneos o líneas de alta tensión .
La interconexión más larga en 2016 fue el enlace submarino NorNed entre Noruega y los Países Bajos, que abarca casi 600 km y entrega 700 MW de potencia de corriente continua de alto voltaje.
El análisis de la frecuencia de la red eléctrica ( ENF ) es una técnica de ciencia forense para validar grabaciones de audio mediante la comparación de cambios de frecuencia en el zumbido de la red de fondo en la grabación con registros históricos de alta precisión a largo plazo de los cambios de frecuencia de la red de una base de datos. En efecto, la señal de zumbido de la red se trata como si fuera una marca de agua digital dependiente del tiempo que puede ayudar a identificar cuándo se creó la grabación y ayudar a detectar cualquier edición en la grabación. [1] [2] [3] Los registros históricos de los cambios en la frecuencia de la red se mantienen en el registro, por ejemplo, por la policía en el estado federal alemán deBaviera desde 2010. [4]
La tecnología ha sido aclamada como "el desarrollo más significativo en análisis forense de audio desde Watergate ". [5] Sin embargo, según un artículo de Huijbregtse y Geradts, la técnica ENF, aunque poderosa, tiene limitaciones significativas causadas por la ambigüedad basada en compensaciones de frecuencia fija durante la grabación y la auto-similitud dentro de la base de datos de frecuencia de la red, particularmente para grabaciones más cortas que 10 minutos. [6]
Más recientemente, los investigadores demostraron que las luces interiores como las luces fluorescentes y las bombillas incandescentes varían su intensidad de luz de acuerdo con el voltaje suministrado, que a su vez depende de la frecuencia de suministro de voltaje. Como resultado, la intensidad de la luz puede transportar la información de fluctuación de frecuencia a las grabaciones del sensor visual de manera similar a como las ondas electromagnéticas de las líneas de transmisión de energía transportan la información ENF a los mecanismos de detección de audio. Con base en este resultado, los investigadores demostraron que la pista visual de video fijo tomado en entornos de iluminación interior también contiene trazas de ENF que se pueden extraer al estimar la frecuencia a la que ENF aparecerá en un video como baja frecuencia de muestreo de video (25-30 Hz) causar un alias significativo. [7]También se demostró en la misma investigación que las firmas ENF del flujo visual y la firma ENF del flujo de audio en un video dado deben coincidir. Como resultado, la coincidencia entre las dos señales se puede utilizar para determinar si la pista de audio y visual se grabaron juntas o se superpusieron más tarde. [8]
Uso por parte de la policía [ editar ]
Los distintivos zumbidos eléctricos se han utilizado para proporcionar verificación forense de grabaciones de audio, un proceso totalmente automatizado en el Reino Unido .
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Una subestación es parte de un sistema eléctrico de generación , transmisión y distribución . Las subestaciones transforman el voltaje de mayor a menor, 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.
Las subestaciones pueden ser propiedad y operadas por una empresa de servicios eléctricos, o pueden ser propiedad de un gran cliente industrial o comercial. En general, las subestaciones están desatendidas y dependen de SCADA para la supervisión y el control remotos.
La palabra subestación proviene de los días antes de que el sistema de distribución se convirtiera en una red . A medida que las estaciones centrales de generación se hicieron más grandes, las plantas generadoras más pequeñas se convirtieron en estaciones de distribución, recibiendo su suministro de energía de una planta más grande en lugar de usar sus propios generadores. Las primeras subestaciones estaban conectadas a una sola central eléctrica , donde se alojaban los generadores, y eran filiales de esa central eléctrica.
Tipos [ editar ]
Las subestaciones pueden describirse por su clase de voltaje, sus aplicaciones dentro del sistema de energía, el método utilizado para aislar la mayoría de las conexiones y por el estilo y los materiales de las estructuras utilizadas. Estas categorías no están desarticuladas; por ejemplo, para resolver un problema particular, una subestación de transmisión puede incluir funciones de distribución significativas.
Subestación de transmisión [ editar ]
Una subestación de transmisión conecta dos o más líneas de transmisión. [2] El caso más simple es donde todas las líneas de transmisión tienen el mismo voltaje. En tales casos, la subestación contiene interruptores de alto voltaje que permiten conectar o aislar líneas para la eliminación de fallas o mantenimiento. Una estación de transmisión puede tener transformadores para convertir entre dos voltajes de transmisión, dispositivos de control de voltaje / corrección de factor de potencia como condensadores, reactores o compensadores estáticos VAR y equipos como transformadores de cambio de fase para controlar el flujo de potencia entre dos sistemas de potencia adyacentes.
Las subestaciones de transmisión pueden variar de simples a complejas. Una pequeña "estación de conmutación" puede ser poco más que un bus más algunos interruptores automáticos . Las subestaciones de transmisión más grandes pueden cubrir un área grande (varios acres / hectáreas) con múltiples niveles de voltaje, muchos interruptores automáticos y una gran cantidad de equipos de protección y control ( transformadores de voltaje y corriente , relés y sistemas SCADA ). Las subestaciones modernas pueden implementarse utilizando estándares internacionales como el estándar IEC 61850 .
Subestación de distribución [ editar ]
Una subestación de distribución transfiere energía del sistema de transmisión al sistema de distribución de un área. [2] No es económico conectar directamente a los consumidores de electricidad a la red de transmisión principal, a menos que utilicen grandes cantidades de energía, por lo que la estación de distribución reduce el voltaje a un nivel adecuado para la distribución local.
La entrada para una subestación de distribución es típicamente al menos dos líneas de transmisión o subtransmisión. El voltaje de entrada puede ser, por ejemplo, 115 kV, o lo que sea común en el área. La salida es un número de alimentadores. Los voltajes de distribución son típicamente de voltaje medio, entre 2.4 kV y 33 kV, dependiendo del tamaño del área servida y las prácticas de la empresa de servicios públicos local. Los alimentadores corren por las calles de arriba (o bajo tierra, en algunos casos) y alimentan los transformadores de distribución en o cerca de las instalaciones del cliente.
Además de la tensión de transformación, las subestaciones de distribución también aíslan fallas en los sistemas de transmisión o distribución. Las subestaciones de distribución son típicamente los puntos de regulación de voltaje , aunque en circuitos de distribución largos (de varias millas / kilómetros), también se pueden instalar equipos de regulación de voltaje a lo largo de la línea.
Las áreas del centro de las grandes ciudades cuentan con subestaciones de distribución complicadas, con conmutación de alto voltaje y sistemas de conmutación y respaldo en el lado de bajo voltaje. Las subestaciones de distribución más típicas tienen un interruptor, un transformador e instalaciones mínimas en el lado de bajo voltaje.
Subestación colectora [ editar ]
En proyectos de generación distribuida , como un parque eólico o una estación de energía fotovoltaica , puede ser necesaria una subestación colectora. Se asemeja a una subestación de distribución, aunque el flujo de energía está en la dirección opuesta, desde muchos aerogeneradores o inversores hasta la red de transmisión. Por lo general, para economía de construcción, el sistema colector opera alrededor de 35 kV, aunque algunos sistemas colectores son de 12 KV, y la subestación colectora aumenta el voltaje a un voltaje de transmisión para la red. La subestación colectora también puede proporcionar corrección del factor de potencia.si es necesario, medición y control del parque eólico. En algunos casos especiales, una subestación colectora también puede contener una estación convertidora de HVDC.
También existen subestaciones colectoras donde se encuentran cerca de múltiples centrales térmicas o hidroeléctricas de potencia de salida comparable. Ejemplos de tales subestaciones son Brauweiler en Alemania y Hradec en la República Checa, donde la energía se recolecta de las plantas de energía cercanas alimentadas con lignito . Si no se requieren transformadores para aumentar el voltaje al nivel de transmisión, la subestación es una estación de conmutación.
Subestaciones convertidoras [ editar ]
Las subestaciones convertidoras pueden estar asociadas con plantas convertidoras de HVDC , corriente de tracción o redes no síncronas interconectadas. Estas estaciones contienen dispositivos electrónicos de potencia para cambiar la frecuencia de la corriente, o convertir de corriente alterna a corriente continua o al revés. Antes, los convertidores rotativos cambiaban la frecuencia para interconectar dos sistemas; hoy en día tales subestaciones son raras.
Estación de conmutación [ editar ]
Una estación de conmutación es una subestación sin transformadores y opera solo a un nivel de voltaje único. Las estaciones de conmutación a veces se usan como estaciones de recolección y distribución. A veces se usan para cambiar la corriente a líneas de respaldo o para paralelizar circuitos en caso de falla. Un ejemplo son las estaciones de conmutación para la línea de transmisión HVDC Inga – Shaba .
Una estación de conmutación también puede conocerse como un patio de conmutación, y estos se encuentran comúnmente ubicados directamente adyacentes o cerca de una estación de energía . En este caso, los generadores de la estación de energía suministran su energía al patio al Bus Generador a un lado del patio, y las líneas de transmisión toman su energía de un Autobús Alimentador al otro lado del patio.
Una función importante que realiza una subestación es la conmutación , que es la conexión y desconexión de líneas de transmisión u otros componentes hacia y desde el sistema. Los eventos de cambio pueden ser planificados o no planificados. Es posible que se deba desenergizar una línea de transmisión u otro componente para mantenimiento o para una nueva construcción, por ejemplo, agregar o quitar una línea de transmisión o un transformador. Para mantener la confiabilidad del suministro, las compañías apuntan a mantener el sistema en funcionamiento mientras realizan el mantenimiento. Todo el trabajo a realizar, desde las pruebas de rutina hasta la adición de subestaciones completamente nuevas, debe realizarse mientras se mantiene en funcionamiento todo el sistema.
Los eventos de conmutación no planificados son causados por una falla en una línea de transmisión o cualquier otro componente, por ejemplo:
La función de la estación de conmutación es aislar la parte defectuosa del sistema en el menor tiempo posible. Al desenergizar el equipo defectuoso lo protege de daños mayores, y aislar una falla ayuda a mantener el resto de la red eléctrica funcionando con estabilidad. [4]
Ferrocarriles [ editar ]
Los ferrocarriles electrificados también usan subestaciones, a menudo subestaciones de distribución. En algunos casos, se realiza una conversión del tipo de corriente, comúnmente con rectificadores para trenes de corriente continua (CC), o convertidores rotativos para trenes que usan corriente alterna (CA) en frecuencias distintas a la de la red pública. A veces también son subestaciones de transmisión o subestaciones colectoras si la red ferroviaria también opera su propia red y generadores para abastecer a las otras estaciones.
Subestación móvil [ editar ]
Una subestación móvil es una subestación sobre ruedas, que contiene un transformador, disyuntores y carrocería montados en un semirremolque autónomo , destinado a ser arrastrado por un camión . Están diseñados para ser compactos para viajar en carreteras públicas, y se utilizan para copias de seguridad temporales en tiempos de desastres naturales o guerras . Las subestaciones móviles generalmente tienen una calificación mucho más baja que las instalaciones permanentes, y pueden construirse en varias unidades para cumplir con las limitaciones de viaje por carretera. [5]
Diseño [ editar ]
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Elementos de una subestación [ editar ]
Las subestaciones generalmente tienen equipos de conmutación, protección y control, y transformadores. En una subestación grande, los interruptores automáticos se usan para interrumpir cualquier cortocircuito o corriente de sobrecarga que pueda ocurrir en la red. Las estaciones de distribución más pequeñas pueden usar disyuntores o fusibles de reconexión para proteger los circuitos de distribución. Las subestaciones en sí mismas generalmente no tienen generadores, aunque una planta de energía puede tener una subestación cerca. Otros dispositivos como condensadores , reguladores de voltaje y reactores también pueden ubicarse en una subestación.
Las subestaciones pueden estar en la superficie en recintos vallados, subterráneos o ubicados en edificios especiales. Los edificios de gran altura pueden tener varias subestaciones interiores. Las subestaciones interiores generalmente se encuentran en áreas urbanas para reducir el ruido de los transformadores, por razones de apariencia, o para proteger los dispositivos de conmutación del clima extremo o las condiciones de contaminación.
Una puesta a tierra del sistema (toma de tierra) debe estar diseñado. El aumento total del potencial de tierra y los gradientes en potencial durante una falla (llamados potenciales de contacto y paso ) [6] deben calcularse para proteger a los transeúntes durante un cortocircuito en el sistema de transmisión. Las fallas a tierra en una subestación pueden causar un aumento del potencial de tierra. Las corrientes que fluyen en la superficie de la Tierra durante una falla pueden hacer que los objetos metálicos tengan un voltaje significativamente diferente al del suelo debajo de los pies de una persona; Este potencial táctil presenta un peligro de electrocución. Cuando una subestación tiene una cerca metálica, debe estar debidamente conectada a tierra para proteger a las personas de este peligro.
Los principales problemas que enfrenta un ingeniero de energía son la confiabilidad y el costo. Un buen diseño intenta lograr un equilibrio entre estos dos, para lograr confiabilidad sin un costo excesivo. El diseño también debe permitir la expansión de la estación, cuando sea necesario. [7]
Selección de ubicación [ editar ]
La selección de la ubicación de una subestación debe considerar muchos factores. Se requiere un área de tierra suficiente para la instalación de equipos con los espacios libres necesarios para la seguridad eléctrica y para el acceso para mantener aparatos grandes como transformadores.
Donde la tierra es costosa, como en las zonas urbanas, la aparamenta aislada con gas puede ahorrar dinero en general. Las subestaciones ubicadas en áreas costeras afectadas por inundaciones y tormentas tropicales a menudo requieren una estructura elevada para mantener el equipo sensible a las marejadas endurecidas contra estos elementos. [8] El sitio debe tener espacio para la expansión debido al crecimiento de la carga o las adiciones de transmisión planificadas. Deben considerarse los efectos ambientales de la subestación, como el drenaje , el ruido y los efectos del tráfico por carretera.
El sitio de la subestación debe ser razonablemente central para el área de distribución a ser servida. El sitio debe estar protegido de la intrusión de los transeúntes, tanto para proteger a las personas de lesiones por descargas eléctricas o arcos, como para proteger el sistema eléctrico contra el mal funcionamiento debido al vandalismo.
Diagramas de diseño [ editar ]
El primer paso en la planificación del diseño de una subestación es la preparación de un diagrama de una línea , que muestra de forma simplificada la disposición de conmutación y protección requerida, así como las líneas de suministro entrantes y los alimentadores o líneas de transmisión salientes. Es una práctica habitual de muchas empresas de servicios eléctricos preparar diagramas de una línea con elementos principales (líneas, interruptores, disyuntores, transformadores) dispuestos en la página de manera similar a la forma en que se colocaría el aparato en la estación real. [2]
En un diseño común, las líneas entrantes tienen un interruptor de desconexión y un disyuntor . En algunos casos, las líneas no tendrán ambas, con un interruptor o un interruptor de circuito que es todo lo que se considera necesario. Se utiliza un interruptor de desconexión para proporcionar aislamiento, ya que no puede interrumpir la corriente de carga. Un disyuntor se usa como dispositivo de protección para interrumpir automáticamente las corrientes de falla, y se puede usar para encender y apagar las cargas, o para cortar una línea cuando la energía fluye en la dirección 'incorrecta'. Cuando una corriente de falla grande fluye a través del interruptor de circuito, esto se detecta mediante el uso de transformadores de corriente. La magnitud de las salidas del transformador de corriente se puede usar para disparar el disyuntor, lo que resulta en una desconexión de la carga suministrada por el disyuntor desde el punto de alimentación. Esto busca aislar el punto de falla del resto del sistema y permitir que el resto del sistema continúe operando con un impacto mínimo. Tanto los interruptores como los interruptores automáticos se pueden operar localmente (dentro de la subestación) o remotamente desde un centro de control de supervisión.
Con las líneas aéreas de transmisión , la propagación de rayos y sobretensiones de conmutación puede causar fallas de aislamiento en los equipos de la subestación. Los pararrayos de entrada de línea se utilizan para proteger el equipo de la subestación en consecuencia. Los estudios de coordinación de aislamiento se llevan a cabo ampliamente para garantizar que la falla del equipo (y las interrupciones asociadas ) sea mínima.
Una vez que pasan los componentes de conmutación, las líneas de un voltaje dado se conectan a uno o más buses . Estos son conjuntos de barras colectoras , generalmente en múltiplos de tres, ya que la distribución de energía eléctrica trifásica es en gran medida universal en todo el mundo.
La disposición de los interruptores, disyuntores y buses utilizados afecta el costo y la confiabilidad de la subestación. Para subestaciones importantes, se puede usar un bus de anillo, doble bus, o la configuración llamada "interruptor y medio", de modo que la falla de cualquier interruptor automático no interrumpa la alimentación a otros circuitos, y que partes de la subestación puedan estar desenergizado para mantenimiento y reparaciones. Las subestaciones que alimentan una sola carga industrial pueden tener disposiciones mínimas de conmutación, especialmente para instalaciones pequeñas. [7]
Una vez que se han establecido los buses para los distintos niveles de voltaje, los transformadores pueden conectarse entre los niveles de voltaje. Estos nuevamente tendrán un interruptor de circuito, muy similar a las líneas de transmisión, en caso de que un transformador tenga una falla (comúnmente llamado "cortocircuito").
Junto con esto, una subestación siempre tiene circuitos de control necesarios para ordenar que se abran los diversos interruptores automáticos en caso de falla de algún componente.
Automatización [ editar ]
Las primeras subestaciones eléctricas requerían un cambio o ajuste manual del equipo, y una recopilación manual de datos sobre carga, consumo de energía y eventos anormales. A medida que creció la complejidad de las redes de distribución, se hizo económicamente necesario automatizar la supervisión y el control de las subestaciones desde un punto centralmente atendido, para permitir la coordinación general en caso de emergencias y reducir los costos operativos. Los primeros esfuerzos para controlar las subestaciones utilizaron cables de comunicación dedicados, a menudo se ejecutan junto a los circuitos de alimentación. El portador de línea eléctrica , la radio de microondas , los cables de fibra óptica y los circuitos de control remoto con cable dedicados se han aplicado al control de supervisión y la adquisición de datos.(SCADA) para subestaciones. El desarrollo del microprocesador produjo un aumento exponencial en el número de puntos que podrían controlarse y controlarse económicamente. Hoy en día, los protocolos de comunicación estandarizados como DNP3 , IEC 61850 y Modbus , para enumerar algunos, se utilizan para permitir que múltiples dispositivos electrónicos inteligentes se comuniquen entre sí y con los centros de control de supervisión. El control automático distribuido en las subestaciones es un elemento de la llamada red inteligente .
Aislamiento [ editar ]
Los interruptores, disyuntores, transformadores y otros aparatos pueden estar interconectados por conductores desnudos aislados con aire colgados en estructuras de soporte. El espacio de aire requerido aumenta con el voltaje del sistema y con la clasificación de voltaje de sobretensión del rayo. Para subestaciones de distribución de media tensión, se puede usar un interruptor de metal y no exponer conductores vivos. Para voltajes más altos, el engranaje del interruptor aislado con gas reduce el espacio requerido alrededor del bus en vivo. En lugar de conductores desnudos, el bus y el aparato están integrados en contenedores tubulares presurizados llenos de gas hexafluoruro de azufre (SF 6 ). Este gas tiene un mayor valor de aislamiento que el aire, lo que permite reducir las dimensiones del aparato. Además de aire o SF 6Los aparatos de gas utilizarán otros materiales aislantes como aceite de transformador , papel, porcelana y aislantes de polímeros.
Estructura [ editar ]
Las estructuras de subestación elevadas al aire libre incluyen postes de madera, torres de celosía metálica y estructuras metálicas tubulares, aunque hay otras variantes disponibles. Donde el espacio es abundante y la apariencia de la estación no es un factor, las torres de celosía de acero proporcionan soportes de bajo costo para líneas y aparatos de transmisión. Las subestaciones de bajo perfil pueden especificarse en áreas suburbanas donde la apariencia es más crítica. Las subestaciones interiores pueden ser celdas aisladas con gas (a altos voltajes) o celdas cerradas o revestidas de metal a tensiones más bajas. Las subestaciones interiores urbanas y suburbanas pueden terminarse en el exterior para combinarse con otros edificios en el área.
Una subestación compacta es generalmente una subestación exterior construida en un recinto de metal, en el que cada elemento del equipo eléctrico está ubicado muy cerca uno del otro para crear un tamaño de huella relativamente más pequeño de la subestación.
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