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1 / 18 De la central a tu toma de corriente La electricidad que se produce en la central de la izquierda llega casi al instante a la lámpara de la casa de la derecha. Las etiquetas muestran la tensión y la corriente en cada etapa, y las cuentas naranjas muestran la corriente yendo y viniendo, frenada 60 veces. Los botones de arriba abren ocho escenas más.
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01 De la central a tu toma de corriente La electricidad que se produce en la central de la izquierda llega casi al instante a la lámpara de la casa de la derecha. Las etiquetas muestran la tensión y la corriente en cada etapa, y las cuentas naranjas muestran la corriente yendo y viniendo, frenada 60 veces. Los botones de arriba abren ocho escenas más.
02 El generador gira 3600 veces por minuto El vapor hace girar la turbina, y el generador del mismo eje gira con ella. Un generador de dos polos tiene que girar 60 veces por segundo para dar 60 Hz. En el modelo entrega 22 kV, así que enviar 500 MW exige unos 13 100 amperios.
03 El transformador elevador sube la tensión Dentro de la cuba, la bobina de baja tensión tiene 5 espiras gruesas y la de alta tensión, 78 finas. La tensión sube según la relación de espiras (de 22 kV a 345 kV es 1 : 15,7) y la corriente baja en la misma proporción. Mueve el deslizador de tensión y las espiras de la bobina de la derecha cambian con él.
04 La misma potencia con menos tensión A 345 kV, los 500 MW necesitan 837 A y pierden 6,3 MW (1,26 %) en la línea de 3 ohmios. El deslizador está ahora en 154 kV: la corriente es de 1875 A y la pérdida de 31,6 MW, cinco veces más, así que los cables se calientan y cuelgan más bajo. A 22,9 kV la pérdida sería mayor que la propia potencia. Una línea más larga o un cable más fino aumenta la resistencia, y con ella la pérdida.
05 La subestación la baja a 22,9 kV Un transformador baja los 345 kV a 22,9 kV, y los interruptores la reparten por muchos alimentadores. En Corea, el camino suele pasar una vez más por 154 kV; el modelo lo omite. Aquí un alimentador lleva 6,25 MW con unos 158 A.
06 El transformador de poste da 220 V Los tres cables del alimentador están a 22,9 kV entre sí, pero cada uno está a 13,2 kV del cable neutro de abajo. La cuba del poste se conecta entre un cable y el neutro y baja 13 200 V a 220 V, con una relación de espiras de 60 : 1.
07 220 V a 60 Hz en la pared La tensión de la toma oscila entre +311 V y −311 V 60 veces por segundo, y 220 V es su valor eficaz (rms). La norma coreana admite de 198 a 242 V. El gráfico de la lectura muestra tres ciclos, 50 milisegundos.
08 Cuando la demanda supera a la oferta, la frecuencia baja La demanda acaba de saltar a 560 MW mientras el generador sigue ajustado a 500 MW. La potencia que falta se toma del rotor en giro, que frena, y la frecuencia baja hasta unos 59,6 Hz. El regulador de velocidad se abre y la frecuencia se estabiliza en 59,825 Hz. Activa el AGC para llevarla de nuevo a 60 Hz.
09 Unas centrales giran y otras no Las centrales de carbón, nucleares, de gas e hidráulicas hacen girar generadores pesados al ritmo de la red, y las ruedas de acero muestran cuánta energía almacena cada una en su giro (la constante de inercia H, en segundos). La eólica, la solar y las baterías se conectan mediante inversores y no aportan ninguna. Sube la parte de inversores y la frecuencia caerá más deprisa al perder una unidad.
10 Un día de verano La demanda es mínima antes del amanecer y máxima por la tarde. El récord de Corea es de 97,1 GW, registrado el 20 de agosto de 2024. Con 30 GW de solar, las columnas del mediodía se vuelven en parte amarillas y la subida más empinada se traslada a las horas en torno a la puesta de sol.
11 La curva del pato En un día templado de primavera con 60 GW de solar, la demanda que queda para las demás centrales se hunde al mediodía y sube con fuerza después de la puesta de sol. El operador de la red de California llamó pato a esa forma. El gas y la hidráulica tienen que cubrir esa subida de la tarde en pocas horas.
12 Se dispara una unidad Una unidad de 1400 MW acaba de salir de una red de 80 GW. Durante los primeros segundos solo la masa giratoria de todas las máquinas sostiene la frecuencia; luego los reguladores de velocidad añaden reserva, y en el modelo la frecuencia toca fondo cerca de 59,67 Hz unos 8 segundos después. Añade baterías para mantenerla por encima de 59,8 Hz.
13 Dentro del transformador El núcleo se apila con finas chapas de acero para que las corrientes parásitas sean pequeñas. Cada columna lleva una bobina de baja tensión dentro de una de alta tensión, todo bajo aceite que lleva el calor a los radiadores. En el modelo, una unidad de 1000 MVA al 80 % de carga pierde unos 3,1 MW, un rendimiento de alrededor del 99,6 %.
14 Aisladores, haces y flecha Una cadena de 345 kV con 20 discos de vidrio mantiene el cable a 2,9 m del acero. Cuatro cables por fase dejan el campo en la superficie cerca de 10 kV/cm, muy por debajo de los 21,6 kV/cm a los que empieza el efecto corona con buen tiempo. Calienta el cable a 80 °C y el vano de 400 m pasa de una flecha de 10,5 m a unos 13,6 m.
15 765 kV bajo la lluvia A 765 kV la cadena tiene 40 discos y 5,8 m de largo. La lluvia baja el inicio del efecto corona a unos 14,5 kV/cm, y ni siquiera seis cables por fase dan menos de 15 kV/cm, así que la línea mojada brilla y chisporrotea. Por eso las líneas de muy alta tensión llevan haces grandes y aun así zumban con tiempo húmedo.
16 Corriente continua bajo el mar El primer enlace de Jeju lleva 180 kV de CC desde Haenam desde 1998. Un cable de CA tan largo gastaría buena parte de su capacidad en cargar su propia capacitancia; en este modelo un cable de CA de 154 kV se llena a unos 150 km. En tierra, la CC compensa a partir de unos 700 km por el coste de las estaciones conversoras.
17 Una falla, y luego otra Una falla deja fuera la línea Interior–Ciudad. Su potencia pasa a los otros caminos, la línea Interior–Presa supera su límite y unos 18 segundos después su protección la dispara. Luego cae la siguiente. Pulsa «Deslastrar 10 %» a tiempo, como hacen los operadores, y la cascada se detiene.
18 El cuadro de tu casa Cada circuito tiene su propio interruptor. Enciende el hervidor, el microondas, la arrocera y la freidora de aire a la vez y el interruptor de cocina de 20 A salta pasado un rato. El interruptor diferencial compara la corriente que sale con la que vuelve y salta a 30 mA. Pulsa su botón amarillo de prueba: debe saltar al instante.
Central eléctrica Sala de turbinas, sala de calderas y chimenea. Activa «Ver el interior» para mirar la turbina y el generador. Turbina y generador Turbina de vapor y generador en un mismo eje. Las marcas rojas muestran el giro, 60 veces más lento que el de una máquina real de dos polos a 3600 rpm. Transformador elevador Cuba llena de aceite con aletas de refrigeración. Pasatapas de baja tensión a un lado y pasatapas altos de alta tensión arriba. Núcleo y devanados Cinco espiras gruesas en una columna del núcleo de hierro y muchas espiras finas en la otra. La relación de espiras fija la tensión. Torre de 345 kV Celosía de acero con dos circuitos de tres fases y dos cables de tierra arriba para recibir los rayos. Cadenas de aisladores Cadenas de discos de porcelana que mantienen los cables lejos del acero. A más tensión, cadena más larga. Conductores Cables de aluminio con alma de acero. En el modelo brillan y cuelgan más bajo a medida que sube el calor I²R. Transformador de subestación Baja los 345 kV a 22,9 kV para los alimentadores de distribución. Interruptores y barras Los interruptores abren un alimentador en una fracción de segundo cuando hay una falla. Alimentador de 22,9 kV Tres cables de fase en el brazo y un cable neutro debajo, sobre postes de hormigón. Transformador de poste Conectado entre una fase y el neutro: entran 13,2 kV y salen 220 V. Casa y contador La acometida desde el poste llega al contador de la pared. Toma de corriente Dos orificios redondos con contactos de tierra a los lados. 220 V a 60 Hz. Central de carbón Sala de calderas, sala de turbinas, una chimenea con franjas y un almacén de carbón cubierto. Su turbina de vapor aporta una gran masa giratoria. Central nuclear Edificio de contención con cúpula junto a la sala de turbinas. Funciona casi a plena potencia casi todo el tiempo. Ciclo combinado de gas Dos turbinas de gas cuyo escape caliente produce vapor en las calderas de detrás, y un tanque de GNL. Arranca rápido. Central hidroeléctrica Presa de arco, lago, dos tuberías forzadas y la casa de máquinas al pie de la presa. Parque eólico Tres aerogeneradores. Los rotores giran, pero los generadores llegan a la red mediante inversores, así que la red no nota masa giratoria. Parque solar Filas de paneles inclinados sobre estructuras y un inversor. Sin piezas móviles. Almacenamiento con baterías Contenedores de celdas de iones de litio con convertidores de potencia. Responden en una fracción de segundo. Demanda por horas 24 columnas, una por hora. Azul: la demanda que debe cubrir el operador. Amarillo encima: lo que aporta la solar. Nivel de oferta Una lámina de vidrio verde a la altura de la oferta de la nuclear, el carbón, la hidráulica, otras centrales y el gas encendido. Ciudad Sus ventanas se encienden después de la puesta de sol, cuando la demanda pasa a los hogares. Medidor de frecuencia Aguja sobre una esfera de 58 a 62 Hz. El verde es la banda normal, de 59,8 a 60,2 Hz; el rojo está por debajo de 59,0 Hz, donde en el modelo empieza el deslastre de cargas. Generadores en servicio Grupos turbina-generador que siguen conectados. Sus rotores sostienen la frecuencia los primeros segundos, y luego sus reguladores de velocidad añaden potencia de la reserva. La unidad que se dispara Un grupo de 1400 MW, parecido a una gran unidad nuclear (valor del modelo). Pulsa «Disparar un grupo» y sale de la red. Batería para la frecuencia Se ilumina de verde mientras descarga. En el modelo alcanza la potencia máxima en unos 0,2 s. Bloques de carga Tres grupos de edificios. Cada escalón de mínima frecuencia (59,0, 58,8 y 58,6 Hz) desconecta un grupo. Núcleo laminado Tres columnas y dos yugos apilados con finas chapas de acero, escalonados para que la sección sea casi redonda. El flujo magnético lo recorre. Devanado de baja tensión La bobina interior: pocas espiras de cobre grueso que llevan la corriente grande. Devanado de alta tensión La bobina exterior, una pila de discos con muchas espiras de cobre más fino y aislamiento de papel entre ellas. Cuba y depósito de expansión La cuba de acero, cortada por delante, y encima el depósito de expansión que deja sitio al aceite cuando se calienta. Aceite aislante El aceite mineral llena la cuba. Aísla los devanados y lleva su calor a los radiadores. Radiadores Paneles finos a ambos lados. El aceite caliente desciende por ellos al enfriarse. Pasatapas Columnas de porcelana que sacan los conductores por la tapa: altas para la alta tensión, bajas para la baja. Cambiador de tomas Conmuta entre tomas del devanado para ajustar la tensión de salida unos pocos por ciento. Torre y brazo Celosía de acero galvanizado. El brazo mantiene una fase bien separada del cuerpo de la torre. Cadena de aisladores Discos de vidrio en cadena, de unos 146 mm cada uno. El modelo usa 10 para 154 kV, 20 para 345 kV y 40 para 765 kV. Haz de conductores Varios cables por fase separados 45 cm por espaciadores (modelo). Más cables reducen el campo en la superficie de cada uno. Efecto corona Cuando el campo en la superficie del cable supera la rigidez dieléctrica del aire, este brilla en violeta, chisporrotea y desperdicia energía. Estaciones conversoras Las salas de válvulas de cada extremo convierten la CA en CC y al revés. A un lado hay una subestación de CA y al otro una reactancia de alisado de CC. Válvulas Pilas de módulos de válvulas de semiconductores dentro de las salas. Activa «Ver el interior» para mirar a través de las paredes. Cable submarino Conductor de cobre, aislamiento de papel, funda de plomo y armadura de acero, tendido en el lecho marino. El trozo cortado muestra las capas. Isla Aerogeneradores y un pueblo. Con un enlace bidireccional, la isla puede importar de noche y enviar fuera el excedente eólico. Centrales eléctricas Costa (3000 MW), Interior (2000 MW) y la presa (1000 MW). Cuando la red se divide, las centrales de cada parte se reparten la carga que alcanzan. Ciudades Cinco ciudades y una zona industrial. Sus ventanas se atenúan en proporción a la carga que no se puede abastecer. Líneas de transporte Doce líneas coloreadas según su carga. Haz clic en una para dispararla. La potencia se reparte por los caminos paralelos en proporción inversa a su reactancia (flujo de potencia en CC). Caja del cuadro Una caja metálica en la pared con una puerta. En una casa real, el interior queda tras una tapa. Barras Una barra de cobre que alimenta cada interruptor, la barra azul del neutro y la barra verde y amarilla de tierra. Interruptores Interruptor general (40 A en el modelo), interruptor diferencial con un botón amarillo de prueba y cinco interruptores de circuito. Haz clic en una palanca disparada para volver a conectarla. Cableado y tierra Cables de circuito hasta las habitaciones y el cable de tierra que baja hasta una pica de cobre en el suelo. Electrodomésticos Haz clic en uno para encenderlo o apagarlo. Una luz verde indica que recibe corriente.
