La conversión de la energía potencial desde varios tipos de combustible como el gas, carbón, esquisto, productos petrolíferos, la energía del átomo, así como la energía del sol, el agua, el viento, pasan a ser convertidas en energía eléctrica desde las centrales eléctricas. En la estación, se instalan motores primarios (térmicos, hidráulicos, etc.) que hacen girar generadores síncronos de corriente alterna trifásica.
Las centrales eléctricas son un tipo de empresas cuyos productos finales son la energía eléctrica. La cantidad de electricidad generada en cada momento viene determinada por las necesidades del consumidor y la necesidad de cubrir las pérdidas de energía emergentes durante su transmisión desde la estación eléctrica a los receptores eléctricos. Algunos ejemplos como el motor eléctrico, electrólisis, sistemas de calefacción o iluminación, entre otros.
Las redes eléctricas sirven para la transmisión de la energía eléctrica desde la central, su distribución entre los consumidores, así como en su territorio a los receptores eléctricos individuales. La transmisión de energía eléctrica desde la central eléctrica a los consumidores va acompañada de un calentamiento de los cables y, por consiguiente, de la pérdida de parte de la energía generada por la central.
Cuanto mayor sea la distancia de la central eléctrica al consumidor, es decir, cuanto más larga sea la línea y mayor sea la capacidad de transmisión, en igualdad de condiciones, mayor será la pérdida relativa de energía. Para reducir estas pérdidas de energía en los cables, es aconsejable transmitirlos con alta tensión.
En las centrales eléctricas se instalan generadores con un voltaje de 6,3 / 10,5 / 15,75 / 18 kV. Aunque estos voltajes son elevados, todavía causan pérdidas significativas en la línea para la transmisión de grandes capacidades a través de largas distancias.
Para obtener mayores voltajes en las estaciones, se instalan transformadores, que aumentan el voltaje del generador hasta 38,5 / 221 / 242 / 347 / 525 / 787 kV.
En estos voltajes, la energía es transferida al centro de su consumo final, donde se instalan los transformadores, reduciendo el voltaje a 35 – 6,3 kV respectivamente. Ya en estos voltajes más bajos, la energía es distribuida a empresas individuales y otros consumidores.
Las empresas en algunos casos, instalan transformadores que reducen el voltaje a 400 V, que distribuyen la energía a los receptores individuales: motores, iluminación y otras instalaciones. Donde estos últimos, van recibiendo menos voltaje según la capacidad de sus equipos.
Es económicamente conveniente instalar tal voltaje, que corresponde a los más bajos costos de capital y de operación (total). Para aumentar la eficiencia y la fiabilidad del suministro de electricidad, se están creando sistemas eléctricos que combinan varias centrales nucleares, centrales de alta presión, centrales de cogeneración y centrales de generación de energía eléctrica (RPP) para su funcionamiento conjunto (paralelo) en una red común.
Todos los elementos del sistema energético están unidos por los procesos comunes, tanto de producción, distribución y consumo de energía. Todos estos, están bajo la misma orientación y control técnico y organizativo.
Por lo general, estos sistemas incluyen no sólo la electricidad, sino también las redes de calefacción y los consumidores de calor.
El camino de la energía eléctrica desde la central eléctrica hasta los consumidores:
Por lo tanto, el sistema de suministro de energía consiste en plantas de energía, redes eléctricas (cable y aire), subestaciones de transformadores de bajada y subida.
Los siguientes requisitos son necesarios en cualquier sistema de suministro de energía:
- Cumplimiento de los generadores y transformadores instalados con la máxima capacidad de los consumidores de electricidad
- suficiente capacidad de línea
- fiabilidad que garantice un suministro de energía ininterrumpido
- alta calidad de la energía (constancia de voltaje y frecuencia)
- seguridad y comodidad en la operación, en particular la simplicidad y claridad del circuito
- rentabilidad y equilibrio
Las interrupciones en el suministro de energía de las empresas provocan pérdidas asociadas con daños en el equipo, interrupciones en el proceso tecnológico, daños en los productos, tiempo de inactividad de los empleados, etc.
A este respecto, las cargas de las empresas industriales se dividen en tres categorías según el grado de necesidad en el suministro de energía constante.
- Las cargas cuya interrupción del suministro de energía eléctrica es peligrosa para la vida humana, pueden causar daños en el equipo, defecto masivo de productos o interrupción a largo plazo de un proceso tecnológico complejo, así como una interrupción de la vida cotidiana de la población de un lugar específico.
- Cargas, cuya interrupción del suministro de energía eléctrica causa una importante subproducción de productos, tiempo de inactividad de los trabajadores, máquinas, mecanismos y transporte industrial.
- Todas las demás cargas, como talleres de producción no en serie, talleres de reserva, almacenes y mecanismos.
El suministro de energía eléctrica a las cargas de la primera categoría debe ser proporcionado por dos fuentes de energía independientes, cada una de las cuales suministrará electricidad a las cargas especificadas en su totalidad.
Todas las instalaciones eléctricas se dividen en instalaciones eléctricas con voltajes de hasta 1000 V. e instalaciones eléctricas con voltajes muy por encima a 1000 V.
Así, las empresas se abastecen de electricidad a partir de fuentes de energía externas (sistemas de energía, centrales eléctricas de ciudades o distritos individuales) a través de líneas de alta tensión, desde subestaciones transformadoras. Estas últimas suelen estar situadas en el territorio de las empresas.
Su capacidad está determinada por la capacidad instalada de los receptores eléctricos y varía entre 100 kVA y 10-30 mil kVA.
El suministro de electricidad de las empresas puede dividirse en externo e interno, con sus propios esquemas específicos y otras características.
El suministro de energía externa se refiere a un sistema de redes y subestaciones de una fuente de energía (sistema de energía o una estación de distrito separada) a subestaciones transformadoras de la empresa. La transmisión de energía se lleva a cabo en este caso por un cable subterráneo o una línea aérea a tensiones de 6,3 – 10,5 – 35 kV.
Con una capacidad instalada relativamente pequeña (hasta 300 – 500 kW), en la mayoría de los casos se construye en el territorio de la empresa una subestación común con dos o tres transformadores, lo que reduce la tensión de 6 – 35 kV a 400/230 V.
En las grandes empresas, en las que hay grandes cargas eléctricas dispersas, se realizan entradas de alta tensión profundas. Al mismo tiempo, la línea de alta tensión, procedente del sistema eléctrico, se introduce profundamente en el interior de la empresa, donde se construye un punto central de distribución de alta tensión – CPS, que suele combinarse con una de las subestaciones.
En otros grandes ubicaciones de la misma empresa, se instalan subestaciones separadas. Están conectadas a la CPS y entre sí por una línea de alta tensión. Este esquema reduce significativamente la longitud de las redes internas de baja tensión, lo que conlleva un ahorro de metales no ferrosos y de electricidad.
El suministro interno de energía es un sistema de distribución de energía dentro de los talleres de la empresa y en su territorio. Para la mayoría de los receptores eléctricos de las empresas la distribución de la energía eléctrica tiene lugar a un voltaje de 380/220 V.
Los grandes motores eléctricos de 100 kW y más se instalan normalmente a 6 kV y se incluyen en los autobuses de alta tensión de la subestación transformadora.
La potencia total de los transformadores o generadores instalados en subestaciones o centrales se seleccionará de manera que todos los receptores eléctricos reciban la cantidad de energía necesaria durante todo el período de funcionamiento, siempre teniendo en cuenta las pérdidas de potencia en las redes eléctricas instaladas.