Un sistema de energía eléctrica se define como una red de componentes eléctricos utilizados para suministrar, transferir y consumir energía eléctrica. El suministro se realiza a través de algún tipo de generación (por ejemplo, una central eléctrica), la transferencia se hace mediante un sistema de transmisión (a través de una línea de transmisión) y distribución, y el consumo puede ser a través de aplicaciones residenciales, como alimentar las luces o el aire acondicionado en su hogar, o a través de aplicaciones industriales, como la operación de grandes motores.
Un ejemplo de un sistema de energía es la red eléctrica que proporciona energía a hogares e industrias en un área extensa. La red eléctrica puede dividirse ampliamente en los generadores que suministran la energía, el sistema de transmisión que lleva la energía desde los centros de generación hasta los centros de carga, y el sistema de distribución que alimenta la energía a hogares e industrias cercanas.
También se encuentran sistemas de energía más pequeños en la industria, hospitales, edificios comerciales y hogares. La mayoría de estos sistemas dependen de la corriente alterna trifásica, que es el estándar para la transmisión y distribución de energía a gran escala en todo el mundo moderno.
Sistemas de energía especializados que no siempre dependen de la corriente alterna trifásica se encuentran en aeronaves, sistemas ferroviarios eléctricos, transatlánticos, submarinos y automóviles.
Las plantas de generación producen energía eléctrica a un nivel de voltaje bajo. Mantenemos el voltaje de generación en un nivel bajo porque tiene algunas ventajas específicas. La generación a bajo voltaje crea menos tensiones en el armadura del alternador. Por lo tanto, con la generación a bajo voltaje, podemos construir un alternador más pequeño con aislamiento más delgado y ligero.
Desde un punto de vista de ingeniería y diseño, los alternadores más pequeños son más prácticos. No podemos transmitir esta energía de bajo voltaje a los centros de carga.
La transmisión a bajo voltaje causa más pérdidas de cobre, regulación de voltaje pobre y mayores costos de instalación del sistema de transmisión. Para evitar estas tres dificultades, tenemos que elevar el voltaje a un nivel específico alto.
No podemos elevar el voltaje del sistema más allá de cierto nivel porque, más allá de un límite de voltaje, el costo del aislamiento aumenta enormemente y también, para mantener un despeje adecuado al suelo, los gastos de las estructuras de soporte de la línea aumentan abruptamente.
El voltaje de transmisión depende de la cantidad de energía a transmitir. La carga de impedancia de sobretensión es otro parámetro que determina el nivel de voltaje del sistema para transmitir una cantidad de energía.
Para elevar el voltaje del sistema, usamos transformadores elevadores y sus arreglos de protección y operación asociados en la estación de generación. A esto lo llamamos subestación de generación. Al final de la línea de transmisión, tenemos que reducir el voltaje de transmisión a un nivel inferior para la transmisión secundaria y/o propósitos de distribución.
Aquí usamos transformadores reductores y sus arreglos de protección y operación asociados. Esto es una subestación de transmisión. Después de la transmisión primaria, la energía eléctrica pasa por la transmisión secundaria o la distribución primaria. Después de la transmisión secundaria o la distribución primaria, volvemos a reducir el voltaje a un nivel bajo deseado para distribuirlo en las instalaciones del consumidor.
Esta fue la estructura básica de un sistema de energía eléctrica. Aunque no hemos mencionado los detalles de cada pieza de equipo utilizada en un sistema de energía eléctrica. Además de los tres componentes principales, alternador, transformador y línea de transmisión, hay una serie de equipos asociados.
Algunos de estos equipos son interruptor de circuito, pararrayos, aislador, transformador de corriente, transformador de voltaje, transformador de voltaje de capacitancia, trampa de ondas, banco de condensadores, sistema de relevación, arreglos de control, el arreglo de tierra de la línea y el equipo de subestación, etc.
Desde un punto de vista económico, siempre construimos una estación de generación donde los recursos están fácilmente disponibles. Los consumidores consumen energía eléctrica, pero pueden estar en ubicaciones donde los recursos para producir electricidad no están disponibles.
No solo eso, a veces hay muchas otras restricciones debido a las cuales no podemos construir una estación de generación cerca de las localidades densas de consumidores o centros de carga.
Así que, en su lugar, usamos una fuente de generación externa y luego transmitimos esta energía generada a los centros de carga a través de una línea de transmisión larga y un sistema de distribución.
Llamamos a toda la disposición desde las plantas de generación hasta los extremos de los consumidores para entregar electricidad de manera eficiente y confiable como el sistema de energía eléctrica.
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