En ingeniería eléctrica y automatización de sistemas de energía , los estándares 60870 de la Comisión Electrotécnica Internacional definen los sistemas utilizados para el telecontrol ( control de supervisión y adquisición de datos ). Dichos sistemas se utilizan para controlar las redes de transmisión de energía eléctrica y otros sistemas de control geográficamente generalizados. Mediante el uso de protocolos estandarizados, se puede hacer que los equipos de muchos proveedores diferentes interoperen. La norma IEC 60870 tiene seis partes, que definen información general relacionada con la norma, las condiciones de funcionamiento, las interfaces eléctricas, los requisitos de rendimiento y los protocolos de transmisión de datos. Los estándares 60870 son desarrollados por el Comité Técnico 57 de IEC (Grupo de trabajo 03).
Lista de piezas IEC 60870 [ editar ]
- IEC TR 60870-1-1: 1988 Consideraciones generales. Sección uno: principios generales
- IEC 60870-1-2: 1989 Consideraciones generales. Sección Dos: Guía para especificaciones
- IEC TR 60870-1-3: 1997 Consideraciones generales - Sección 3: Glosario
- IEC TR 60870-1-4: 1994 Consideraciones generales - Sección 4: Aspectos básicos de la transmisión de datos por telecontrol y organización de las normas IEC 870-5 e IEC 870-6
- IEC TR 60870-1-5: 2000 Consideraciones generales - Sección 4: Influencia de los procedimientos de transmisión de módem con codificadores en la integridad de los datos de los sistemas de transmisión que utilizan el protocolo IEC 60870-5
- IEC 60870-2-1: 1995 Condiciones de funcionamiento - Sección 1: Fuente de alimentación y compatibilidad electromagnética
- IEC 60870-2-2: 1996 Condiciones de funcionamiento - Sección 2: Condiciones ambientales (climáticas, mecánicas y otras influencias no eléctricas)
- IEC 60870-3: 1989 Interfaces (características eléctricas)
- IEC 60870-4: 1990 Requisitos de rendimiento
IEC 60870-5 [ editar ]
IEC 60870 parte 5, conocidos como protocolos de transmisión , [1] proporciona un perfil de comunicación para enviar mensajes básicos de telecontrol entre dos sistemas, que utiliza circuitos de datos permanentes conectados directamente entre los sistemas. El IEC TC 57 WG3 ha desarrollado un protocolo estándar para telecontrol, teleprotección y telecomunicaciones asociadas para sistemas de energía eléctrica . El resultado de este trabajo es IEC 60870-5. Cinco documentos especifican la base IEC 60870-5:
- IEC 60870-5-1 Formatos de trama de transmisión
- Servicios de transmisión de enlace de datos IEC 60870-5-2
- IEC 60870-5-3 Estructura general de datos de aplicación
- IEC 60870-5-4 Definición y codificación de elementos de información
- IEC 60870-5-5 Funciones básicas de aplicación
- IEC 60870-5-6 Directrices para pruebas de conformidad para los estándares complementarios IEC 60870-5
- IEC TS 60870-5-7 Extensiones de seguridad a los protocolos IEC 60870-5-101 e IEC 60870-5-104 (aplicando IEC 62351)
El IEC TC 57 también ha generado estándares complementarios:
- Protocolos de transmisión IEC 60870-5-101: estándares complementarios especialmente para tareas básicas de telecontrol
- Protocolos de transmisión IEC 60870-5-102: estándar complementario para la transmisión de totales integrados en sistemas de energía eléctrica (este estándar no se usa ampliamente)
- Protocolos de transmisión IEC 60870-5-103: estándar complementario para la interfaz informativa de los equipos de protección
- Protocolos de transmisión IEC 60870-5-104: acceso a la red para IEC 60870-5-101 utilizando perfiles de transporte estándar
- Protocolos de transmisión IEC TS 60870-5-601 - Casos de prueba de conformidad para el estándar complementario IEC 60870-5-101
- IEC TS 60870-5-604 Casos de prueba de conformidad para el estándar complementario IEC 60870-5-104
IEC 60870-5-101 / 102/103/104 son estándares complementarios generados para tareas básicas de telecontrol, transmisión de totales integrados, intercambio de datos desde equipos de protección y acceso a la red de IEC101 respectivamente.
IEC 60870-6 [ editar ]
IEC TC 57 WG3 también generó estándares para protocolos de telecontrol compatibles con los estándares ISO y las recomendaciones de ITU-T. Estas normas incluyen:
- IEC 60870-6-1 Contexto de aplicación y organización de estándares
- IEC 60870-6-2 Uso de estándares básicos (OSI capas 1–4)
- IEC 60870-6-501 TASE.1 Definiciones de servicio
- IEC 60870-6-502 TASE.1 Definiciones de protocolo
- IEC 60870-6-503 TASE.2 Servicios y protocolo
- IEC 60870-6-504 TASE.1 Convenciones del usuario
- IEC TR 60870-6-505 TASE.2 Guía del usuario
- IEC 60870-6-601 Perfil funcional para proporcionar el servicio de transporte orientado a la conexión en un sistema final conectado a través de acceso permanente a una red de datos con conmutación de paquetes
- Perfiles de transporte IEC 60870-6-602 TASE
- IEC 60870-6-701 Perfil funcional para proporcionar el servicio de aplicación TASE.1 en sistemas finales
- IEC 60870-6-702 Perfil funcional para proporcionar el servicio de aplicación TASE.2 en sistemas finales
- IEC 60870-6-802 TASE.2 Modelos de objetos
Un Dispositivo Electrónico Inteligente ( IED ) es un término utilizado en la industria de la energía eléctrica para describir los controladores de equipos de sistemas de energía basados en microprocesadores , como disyuntores , transformadores y bancos de condensadores . [1]
Descripción [ editar ]
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Los IED reciben datos de sensores y equipos de potencia y pueden emitir comandos de control, como disparar interruptores automáticos si detectan anomalías de voltaje , corriente o frecuencia , o subir / bajar los niveles de voltaje para mantener el nivel deseado. Los tipos comunes de IED incluyen dispositivos de protección de relés, controladores de cambiador de tomas en carga , controladores de disyuntores, interruptores de banco de condensadores, controladores de reconectadores, reguladores de voltaje, etc. Esto generalmente se controla mediante un archivo de configuración. La prueba de los archivos de configuración suele ser uno de los roles más largos de un probador de protección.
Los relés de protección digital son principalmente IED, que utilizan un microprocesador para realizar varias funciones de protección, control y similares. Un IED típico puede contener alrededor de 5-12 funciones de protección, 5-8 funciones de control que controlan dispositivos separados, una función de cierre automático, función de autocontrol, funciones de comunicación, etc. Por lo tanto, se denominan adecuadamente dispositivos electrónicos inteligentes.
Algunos IED recientes están diseñados para admitir el estándar IEC61850 para la automatización de subestaciones , que proporciona interoperabilidad y capacidades de comunicaciones avanzadas.
Un inversor híbrido inteligente o inversor de red inteligente es una generación de inversores de tendencia para aplicaciones solares que utilizan energía renovable para el consumo doméstico, especialmente para instalaciones solares fotovoltaicas . Algunos ven esto como una nueva tecnología, sin embargo, en algunas partes del mundo, la aplicación de tales productos ha existido desde la década de 1990. Electricidad de paneles solaresse genera solo durante el día, con una generación pico alrededor del mediodía. La generación fluctúa y puede no estar sincronizada con el consumo de electricidad de una carga. Para superar esta brecha entre lo que se produce y lo que se consume durante la noche, cuando no hay producción de electricidad solar, es necesario almacenar energía para su uso posterior y gestionar el almacenamiento y consumo de energía con un inversor híbrido inteligente ( red inteligente ). Con el desarrollo de sistemas que incluyen fuentes de energía renovables y el aumento de los precios de la electricidad, las empresas privadas y los laboratorios de investigación han desarrollado inversores inteligentes para sincronizar la producción y el consumo de energía .
Principio [ editar ]
La función de una (red inteligente) permite la selección y orientación de energía renovable, energía de la red y almacenamiento de energía en función del consumo. A diferencia de los inversores convencionales, en lugar de almacenar sistemáticamente energía en baterías (con una pérdida significativa de rendimiento> 20%), [2] los inversores híbridos almacenan energía solo cuando es necesario, por ejemplo, cuando hay más producción que consumo. Este sistema también permite elegir si la electricidad de los paneles fotovoltaicos debe almacenarse o consumirse a través de una unidad interna de control de aparatos inteligentes. Esto es posible a través de una técnica que agrega diferentes fuentes de energía (acoplamiento de fase: en la red o técnicas de conexión a la red) y la gestión de la electricidad almacenada en la batería ( fuera de la redtecnología). Por lo tanto, los inversores híbridos funcionan en la red (conexión a la red), así como fuera de la red, híbridos (tanto en la red como fuera de la red al mismo tiempo) y de respaldo (en caso de un apagón). Según el ERDF (French Electric Network), los inversores inteligentes son el futuro de las instalaciones de paneles solares fotovoltaicos dedicados al autoconsumo de energía o al autoconsumo de energía.
Los inversores híbridos vienen en diferentes estilos, clasificaciones, funcionalidades y cualidades de construcción para adaptarse a diferentes aplicaciones. Conocer la aplicación es vital al seleccionar un híbrido o inversor. La tecnología se está desarrollando desde dos direcciones:
- Inversores fuera de la red basados en baterías que se están desarrollando para la conexión a la red (a veces también denominados inversores multimodo)
- Los inversores de conexión a la red se están desarrollando aún más para desviar energía hacia y desde las baterías
Uso [ editar ]
- Se usa en modo fuera de la red (sin red) con la posibilidad de conectarse a un generador. El inversor debe estar conectado a un banco de baterías y debe tener verdaderas capacidades fuera de la red: no todos los inversores híbridos se crean de la misma manera o pueden usarse en aplicaciones fuera de la red.
- Úselo en la red o en la red (conectado a la red) con la posibilidad de vender energía o exceso de energía. Es necesario cumplir con la norma de protección y desacoplamiento (DIN VDE 0126.1).
- Utilice en modo híbrido el inversor funciona con un banco de baterías, pero también conectado a la red. Esta funcionalidad dual es lo más destacado de los inversores híbridos que, por lo tanto, permiten la gestión de la energía (red inteligente).
- El uso en modo Copia de seguridad o modo de almacenamiento previene apagones al cambiar del modo en red al modo fuera de la red en el momento de una interrupción de la red, eliminando así los cortes de red.
| Kilovatio hora | |
|---|---|
Medidor de electricidad residencial ubicado en Canadá
| |
| Información general | |
| Unidad de sistema | Métrica no SI |
| Unidad de | Energía |
| Símbolo | kWh |
| Conversiones | |
| 1 kWh en ... | ... es igual a ... |
| Unidades SI | 3,6 MJ |
| Unidades CGS | 3.6 × 10 13 erg |
| Unidades de ingeniería inglesas | ≈ 2,655,224 ft⋅lbf |
| Unidades gravitacionales británicas | ≈ 85,429,300 ft⋅pdl |
El kilovatio hora (símbolo comúnmente kWh , oficialmente pero poco común kW⋅h , kW h ) es una unidad de energía igual a 3.6 megajulios . Si la energía se transmite o utiliza a una velocidad constante (potencia) durante un período de tiempo, la energía total en kilovatios hora es igual a la potencia en kilovatios multiplicada por el tiempo en horas. El kilovatio hora se usa comúnmente como una unidad de facturación para la energía entregada a los consumidores por las compañías eléctricas .
Definición [ editar ]
El kilovatio hora es una unidad compuesta de energía con 1 kWh equivalente a 1 kilovatio (1 kW) de energía sostenida durante 1 hora. Un vatio es igual a 1 J / s. Un kilovatio hora es 3.6 megajulios , [1] [2] que es la cantidad de energía convertida si el trabajo se realiza a una tasa promedio de mil vatios por una hora.
La unidad de energía derivada dentro del Sistema Internacional de Unidades (SI) es el julio . La hora es una unidad de tiempo "fuera del SI", lo que convierte al kilovatio hora en una unidad de energía no perteneciente al SI. El kilovatio-hora no figura entre las unidades que no son del SI aceptadas por el BIPM para su uso con el SI, aunque la hora, de la que deriva el kilovatio-hora, sí. [3]
Ejemplos [ editar ]
Un calentador eléctrico que consume 1000 vatios (1 kilovatio) y funciona durante una hora utiliza un kilovatio hora de energía. Un televisor que consume 100 vatios y funciona durante 10 horas usa continuamente un kilovatio hora. Un electrodoméstico de 40 vatios que funciona continuamente durante 25 horas usa un kilovatio hora. En términos de poder humano , un trabajador manual masculino adulto sano realizará un trabajo equivalente a aproximadamente medio kilovatio hora durante un día de ocho horas.
La energía eléctrica generalmente se vende a los consumidores en kilovatios hora. El costo de funcionamiento de un dispositivo eléctrico se calcula multiplicando el consumo de energía del dispositivo en kilovatios por el tiempo de funcionamiento en horas y luego por el precio por kilovatio hora. El precio unitario de la electricidad puede depender de la tasa de consumo y la hora del día. Los precios varían considerablemente según la localidad. En los Estados Unidos, los precios en diferentes estados pueden variar en un factor de tres. [4]
Si bien las cargas de clientes más pequeños generalmente se facturan solo por energía, servicios de transmisión y la capacidad nominal, los consumidores más grandes también pagan por el consumo máximo de energía, la mayor potencia registrada en un tiempo bastante corto, como 15 minutos. Esto compensa a la compañía eléctrica por mantener la infraestructura necesaria para proporcionar la potencia máxima. Estos cargos se facturan a medida que cambia la demanda. [5] Los usuarios industriales también pueden tener cargos adicionales de acuerdo con el factor de potencia de su carga.
La mayor producción o consumo de energía a menudo se expresa como teravatios hora (TW⋅h) para un período determinado que a menudo es un año calendario o un año financiero . Un año de 365 días equivale a 8,760 horas, por lo que en un período de un año, la potencia de un gigavatio equivale a 8,76 teravatios de energía. Por el contrario, un teravatio hora equivale a una potencia sostenida de aproximadamente 114 megavatios por un período de un año.
Símbolo y abreviaturas para kilovatios hora [ editar ]
El símbolo "kWh" se usa comúnmente en publicaciones comerciales, educativas, científicas y de medios, [6] [7] y es la práctica habitual en ingeniería de energía eléctrica. [8]
Se pueden encontrar otras abreviaturas y símbolos:
- "kW h" se usa con menos frecuencia. Es consistente con los estándares SI . [9] El estándar internacional para SI [3] establece que al formar un símbolo de unidad compuesta, "La multiplicación debe indicarse con un espacio o un punto medio alto (centrado) (⋅), ya que de lo contrario algunos prefijos podrían malinterpretarse como un símbolo de unidad "(es decir, kW ho kW⋅h). Esto está respaldado por una norma voluntaria [10] emitida conjuntamente por una organización internacional ( IEEE ) y nacional ( ASTM ). Sin embargo, al menos una guía de uso principal [11] y el estándar IEEE / ASTM permiten "kWh" (pero no mencione otros múltiplos de la hora-vatio). Una guía publicada por NISTrecomienda específicamente evitar "kWh" "para evitar posibles confusiones". [12]
- "kW⋅h" es, como "kW h", preferido por los estándares del SI, pero se usa muy raramente en la práctica.
- La etiqueta de la ventana oficial de economía de combustible de EE. UU. Para vehículos eléctricos utiliza la abreviatura "kW-hrs". [13]
- Algunas veces se ven variaciones en la capitalización: KWh, KWH, kwh, etc .; estos son inconsistentes con el Sistema Internacional de Unidades.
- La notación "kW / h" no es un símbolo correcto para kilovatios hora, ya que en cambio denota kilovatios por hora.
Conversiones [ editar ]
Para convertir una cantidad medida en una unidad en la columna izquierda a las unidades en la fila superior, multiplique por el factor en la celda donde se cruzan la fila y la columna.
| joule | vatios hora | kilovatio hora | electronvoltio | caloría | |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 J = 1 kg⋅m 2 ⋅s −2 = | 1 | 2.77778 × 10 −4 | 2.77778 × 10 −7 | 6.241 × 10 18 | 0,239 |
| 1 W⋅h = | 3.6 × 10 3 | 1 | 0.001 | 2.247 × 10 22 | 859,8 |
| 1 kW⋅h = | 3.6 × 10 6 | 1,000 | 1 | 2.247 × 10 25 | 8.598 × 10 5 |
| 1 eV = | 1.602 × 10 −19 | 4.45 × 10 −23 | 4.45 × 10 −26 | 1 | 3.827 × 10 −20 |
| 1 cal = | 4.2 4.2 | 1.163 × 10 −3 | 1.163 × 10 −6 | 2.613 × 10 19 | 1 |
Múltiples de vatios hora y unidades de facturación [ editar ]
Todos los prefijos SI se aplican comúnmente a los vatios hora: un kilovatio hora es 1,000 W⋅h (símbolos kWh, kW⋅h o kW h); un megavatio hora es 1 millón de Wh (símbolos MWh, MW⋅h o MW h); un milivatio hora es 1/1000 Wh (símbolos mWh, mW⋅h o mW h) y así sucesivamente. Los proveedores de energía eléctrica usan comúnmente el kilovatio hora para fines de facturación, ya que el consumo mensual de energía de un cliente residencial típico oscila entre unos pocos cientos y unos pocos miles de kilovatios hora. Los megavatios-hora (MWh), los gigavatios-hora (GWh) y los teravatios-hora (TWh) a menudo se utilizan para medir grandes cantidades de energía eléctrica para los clientes industriales y en la generación de energía. La hora teravatio y la hora petavatioLas unidades (PWh) son lo suficientemente grandes como para expresar convenientemente la generación anual de electricidad para países enteros y el consumo mundial de energía .
| Submúltiplos | Múltiples | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Valor | Símbolo | Nombre | Valor | Símbolo | Nombre | |
| 10 −3 | mWh | milivatios hora | 10 3 | kWh | kilovatio hora | |
| 10 −6 | µWh | microwatt hora | 10 6 | MWh | megavatios hora | |
| 10 9 | GWh | gigavatios hora | ||||
| 10 12 | TWh | hora teravatio | ||||
| 10 15 | PWh | hora petavatio | ||||
Las horas de petavatios pueden describir la producción de plantas de energía nuclear a lo largo de décadas. Por ejemplo, la Estación de Energía Nuclear Gravelines en Francia se convirtió en 2010 en la primera planta de energía en entregar un petavatio-hora acumulativo de electricidad. [14] [15]
Confusión de kilovatios hora (energía) y kilovatios (potencia) [ editar ]
El poder y la energía se confunden con frecuencia: el poder es la tasa de entrega de energía; La energía es el trabajo realizado.
La potencia se mide en vatios o julios por segundo . La energía se mide en julios , o vatios segundos .
Una batería doméstica almacena energía. Cuando la batería entrega su energía, lo hace a un cierto nivel de potencia, es decir, la velocidad de entrega de la energía. Cuanto más alto es el nivel de potencia, más rápido se entrega la energía almacenada de la batería. Si la potencia es mayor, la energía almacenada de la batería se agotará en un período de tiempo más corto.
En un período de tiempo determinado, un mayor nivel de potencia significa que se usa más energía. Para un nivel de potencia dado, un período de ejecución más largo hace que se use más energía. Para una cantidad dada de energía, un mayor nivel de energía significa que esa energía se usa en menos tiempo.
Uso indebido de vatios por hora [ editar ]
Las unidades de potencia miden la tasa de energía por unidad de tiempo. Muchas unidades compuestas para varios tipos de tasas mencionan explícitamente unidades de tiempo: por ejemplo, millas por hora, kilómetros por hora, dólares por hora. Los kilovatios hora son un producto del poder y el tiempo, no una tasa de cambio de poder con el tiempo.
Los vatios por hora (W / h) son una unidad de cambio de potencia por hora, es decir, una aceleración en el suministro de energía. Su uso es poco común, pero ocasionalmente puede usarse para medir el comportamiento de aceleración de las centrales eléctricas . Por ejemplo, una planta de energía que alcanza una potencia de salida de 1 MW desde 0 MW en 15 minutos tiene una tasa de aceleración de 4 MW / h. Las centrales hidroeléctricas tienen una tasa de aceleración muy alta, lo que las hace particularmente útiles en situaciones de carga máxima y de emergencia. Es probable que otros usos de términos como vatios por hora sean errores.
Otro uso [ editar ]
Por definición de las unidades, un consumo de 1 kW⋅h / 100 km es exactamente equivalente a una fuerza de resistencia de 36 N (newtons), [16] una idea tomada por el diagrama de von Kármán-Gabrielli .
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Varias otras unidades se usan comúnmente para indicar potencia o capacidad de energía o uso en áreas de aplicación específicas.
La producción o consumo anual promedio de energía se puede expresar en kilovatios hora por año; por ejemplo, al comparar la eficiencia energética de los electrodomésticos cuyo consumo de energía varía con el tiempo o la estación del año, o la energía producida por una fuente de energía distribuida. Un kilovatio hora por año equivale a aproximadamente 114.08 milivatios aplicados constantemente durante un año.
El contenido de energía de una batería generalmente se expresa indirectamente por su capacidad en amperios-hora ; Para convertir amperios-hora (A⋅h) en vatios-hora (W⋅h), el valor de amperios-hora debe multiplicarse por el voltaje de la fuente de energía. Este valor es aproximado, ya que el voltaje de la batería no es constante durante su descarga, y debido a que las velocidades de descarga más altas reducen la cantidad total de energía que la batería puede proporcionar. En el caso de dispositivos que emiten un voltaje diferente al de la batería, se debe usar el voltaje de la batería (típicamente 3.7 V para Li-ion ) para calcular en lugar de la salida del dispositivo (por ejemplo, generalmente 5.0 V para USBcargadores portátiles). Esto da como resultado un dispositivo USB de 500 mA que funciona durante aproximadamente 3.7 horas con una batería de 2500 mAh, no cinco horas.
La unidad de la Junta de Comercio (BOTU) es un sinónimo obsoleto del Reino Unido para kilovatios hora. El término deriva del nombre de la Junta de Comercio que reguló la industria eléctrica hasta 1942, cuando el Ministerio del Poder se hizo cargo. [17]
La unidad térmica británica o BTU (que no debe confundirse con BOTU), es una unidad de energía térmica con varias definiciones, todas las cuales son aproximadamente 1055 julios o 0.293 vatios hora. El quad , abreviatura de billones de BTU, o 10 15 BTU, a veces se usa en debates sobre energía a escala nacional en los Estados Unidos. Un quad es aproximadamente 293 TW⋅h o 1.055 exajoule (EJ).
Un equivalente de TNT es una medida de energía liberada en la detonación de trinitrotolueno . Una tonelada de TNT equivalente es aproximadamente 4.184 gigajulios o 1.163 kilovatios hora.
Una tonelada de petróleo equivalente es la cantidad de energía liberada al quemar una tonelada de petróleo crudo . Es aproximadamente 41.84 gigajulios o 11,630 kilovatios hora.
En India, el kilovatio hora a menudo se llama simplemente una Unidad de energía. Un millón de unidades, designado MU , es un gigavatio hora y una BU (mil millones de unidades) es un teravatio hora. [18] [19]
El consumo de combustible nuclear se cotiza normalmente en megavatios por tonelada (MW⋅d / MTU), donde la tonelada se refiere a una tonelada métrica de uranio metálico o su equivalente, y megavatios se refiere a la producción térmica completa, no a la fracción que se convierte a electricidad.
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