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5/12/2014 1

Capacitaciones de Sistemas Eléctricos de Potencia

Conceptos de Sistemas de Potencia.

Conceptos Básicos.

Por Unidad.

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INTRODUCCION.

Esquema de unidad Básica de SEP Concepto de SEP Partes SEP Objetivo SEP Estructura SEP Producción de energía eléctrica Sistema general de SEP Componentes SEP Transformador de Potencia. Sistema de Transmisión Sistema de Distribución.

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ESQUEMA DE UNIDAD BASICA DE SE

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SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA.

4 5/12/2014

La definición más concisa acerca de que es un SEP, está dada por la IEEE, que define a los SEP como: (...) Una red formada por unidades generadoras eléctricas, cargas y/o líneas de transmisión de potencia, incluyendo al equipo asociado, conectado eléctricamente o mecánicamente a la red.

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Partes de los Sistemas Eléctricos de Potencia (SEP)

5 5/12/2014

1. Generación: Centrales eléctricas ya sea térmicas, hidráulicas, eólicas, geotérmicas, etc.

2. Transmisión: Todo el sistema de líneas de transmisión en AT. 3. Distribución: Líneas de transmisión en BT y MT y todos los centros de consumo.

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OBJETIVO DE UN SEP.

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Generar la energía suficiente, en los lugares apropiados, y transmitirla a los centros de consumo. En estos centros, la energía debe ser distribuida a los consumidores en forma individual, de forma y calidad apropiadas, con los menores costos económico y ecológico con la mayor seguridad posible.

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ESTRUCCTURA DE UN SEP.

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La estructura de un sistema de potencia es grande y compleja. Sin embargo, ella puede ser dividida en los siguientes componentes principales: • Fuente de energía. • Convertidor de energía. • Sistema de transmisión. • Sistema de distribución. • Carga.

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PRODUCCION DE ENERGIA ELECTRICA.

9 5/12/2014

Tipos de plantas de generación Principales de plantas de generación: 1. Plantas de generación térmicas 2. Plantas de generación hidroeléctricas 3. Plantas de generación nucleares 4. Plantas de generación Fotovoltaica. 5. Plantas de generación Eólica.

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PRODUCCION DE ENERGIA ELECTRICA.

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SISTEMA GENERAL DE UN SISTEMA ELECTRICO.

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SISTEMA GENERAL DE UN SISTEMA ELECTRICO.

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COMPONENTES DE SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA.

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1.- Componentes principales.

SISTEMA DE GENERACION. Generadores síncronos/turbinas Transformadores de potencia.

SISTEMA DE TRANSMISION. Líneas de transmisión y cables.

SISTEMA DE DISTRIBUCION Cargas

2.- Componentes asociados.

Transformadores de medida y protección exteriores Aparatos de maniobra y corte Equipos proveedores de energía reactiva Sistemas de medida Sistemas de protección Torres eléctricas Aisladores

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COMPONENTES PRINCIPALES SISTEMA DE GENERACION

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TRANSFORMADOR DE POTENCIA. Debido a que la generación está limitada entre 10 y 60kV, las pérdidas por transmisión son muy elevadas, es que se hace necesario la utilización de dispositivos que eleven o reduzcan los niveles de tensión.

A los transformadores que realizan esta acción se les denomina de potencia, pues la potencia a la que operan están en el orden de los MVA. Ahora solo nos enfocaremos en el esquema circuital, ya que la teoría con que estos son diseñados, involucra campos electromagnéticos y radiación.

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TRANSFORMADOR DE POTENCIA.

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SISTEMA DE TRANSMISION

Se extiende desde la fuente de generación hasta la sistema de distribución.

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1.- LINEAS DE TRANSMISION. Una línea eléctrica es un conjunto de conductores, aislantes y elementos accesorios destinados a la transmisión de la energía eléctrica. Los conductores son, en general, de aluminio, cobre, aldrey.

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2.- CABLES

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SISTEMA DE DISTRIBUCION.

CARGAS

Existen diversos tipos de cargas en las redes eléctricas

Las cargas individuales pueden ser divididas en cargas estáticas y dinámicas

18 5/12/2014

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SUBESTACION DE DISTRIBUCION.

Sirve a su propia área de carga, reduce la tensión de subtransmición.

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TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCION. Reducen la tensión de distribución de MT al nivel de utilización de BT.

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COMPONENTES ASOCIADOS

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Transformadores de medida y protección exteriores Aparatos de maniobra y corte Equipos proveedores de energía reactiva Sistemas de medida Sistemas de protección Torres eléctricas Aisladores

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TRANSFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCIONES EXTERIORES.

21 5/12/2014

ESTACIÓN DE TRANSFORMACIÓN.

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APARATOS DE CORTE.

1.- INTERRUPTORES.

Aparato dotado de poder de corte, efectúa la apertura y el cierre de un circuito. Deben soportar intensidades normales y de cortocircuitos, y ser capaces de interrumpir estar ultimas.

2.- INTERRUPTORES AUTOMATICOS.

Capaz de establecer, mantener e interrumpir la intensidad de la corriente de servicio, o de interrumpir o establecer automáticamente intensidades anormalmente elevadas, como las corrientes de cortocircuito.

22 5/12/2014

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3.- SECCIONADORES. Aparato mecánico de conexión que, por razones de seguridad, en posición abierto asegura una distancia de seccionamiento que satisface las condiciones especificadas. Permite aislar la subestación de la red. Permite aislar interruptores, transformadores, barras. Ha de maniobrarse en vacío. Soporta corrientes de cortocircuito.

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NIVELES DE TENSION.

24 5/12/2014

Niveles de tensión. Los valores normalizados en muchos países son: a) Transmisión: 750; 500; 220; 138; 69 kV. b) Subtransmisión: 138; 110; 60; 34,5 kV. c) Distribución Primaria: 34,5; 22,9; 10 kV. d) Distribución Secundaria: 380/220V, 220V.

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SISTEMA INTERCONECTADO

25 5/12/2014

Ventajas: mejora la estabilidad total. proporciona una mejor continuidad de servicio Es más económica.

Problemática: Incremento del nivel de corriente de falla. Propagación de los disturbios a otros sistemas. Mayor dificultad en satisfacer el requisito en cuanto a la frecuencia de operación

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Potencia Compleja

La potencia compleja (aparente) de un circuito eléctrico de corriente alterna, es la suma vectorial de la potencia que disipa dicho circuito (potencia activa) y la potencia utilizada para la formación de los campos eléctrico y magnético(potencia reactiva).

Potencia aparente S=V*I

Potencia activa P=V*I*cosФ

Potencia reactiva Q=V*I*senФ

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TRIANGULO DE POTENCIA

Cuando S está en el primer cuadrante, se tiene una carga en el primer cuadrante, se tiene una carga inductiva y un fp atrasado. Cuando S está en el cuarto cuadrante, la carga es capacitiva y el fp está adelantado.

28 5/12/2014

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DIRECCION DE FLUJO DE POTENCIA

29 5/12/2014

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Sistemas Trifásico

Secuencia Positiva

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Sistemas Trifásico

Secuencia negativa

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CIRCUITOS TRIFASICOS BALANCEADOS ESTRELLA

32 5/12/2014

3

VV L

F

)I(IporqueZ

VI FL

FL

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CIRCUITOS TRIFASICOS BALANCEADOS DELTA

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)V(VporqueZ

V

Z

VII FL

LFFAB

3

II L

F

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5/12/2014 34

SISTEMAS POR UNIDAD (PU)

Cuando se estudian sistemas eléctricos de potencia balanceados, el uso de los valores reales de los elementos (Ω, A, V, VA) hace más complejo el análisis que si se utilizan sus valores en por unidad (p.u.). El uso de valores en p.u. es muy común entre quienes realizan estudios de sistemas eléctricos de potencia y los fabricantes prefieren especificar las impedancias y reactancias de sus generadores y transformadores en esta misma forma.

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Definición de PU

Los valores por unidad corresponden simplemente a

un cambio de escala de las magnitudes principales:

Tensión (V)

Corriente (I)

Potencia (S)

Impedancia (Z)

35 5/12/2014

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Definición de PU

PU EN SISTEMA MONOFASICO

Las magnitudes: S, V, I y Z no son independientes:

S = V.I

V = Z.I

Se elegirán 2 magnitudes como valores base, las restantes quedarán determinadas.

36 5/12/2014

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Definición de PU

En general se elige S y V como valores base:

Quedando determinadas el resto de las magnitudes

base:

37 5/12/2014

basebase VS ,

base

basebase

V

SI

base

base

base

basebase

S

V

I

VZ

2

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Definición de PU

Dada una magnitud X en unidades (V, Ω, A, P, Q, VA) se define x en PU como:

Ejemplo: Eligiendo Vbase=150 kV y Sbase=100 MVA Z=10Ω expresado en PU será:

38 5/12/2014

)( puX

Xx

base

)(04444.0

100150

1022

pu

SV

Z

Z

Zz

base

basebase

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Definición de PU

PU EN SISTEMA MONOFASICO

Se buscarán valores base de modo que las magnitudes de línea y de fase sean iguales en pu.

Se consideran las siguientes magnitudes:

– U: tensión de línea

– V: tensión de fase

– I: corriente de línea o de fase (equivalente estrella)

– S: potencia aparente trifásica

– SF: potencia aparente de una fase

– Z: impedancia de fase

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Definición de PU

Relación entre las magnitudes de fase y linea

Eligiendo magnitudes de fase para valores base: VB, SBF

40 5/12/2014

BF

B

BF

BBF

B

BFBF

S

V

I

VZ

V

SI

2

,

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Definición de PU

Módulos de las magnitudes de fase en pu:

Eligiendo magnitudes de línea para valores base:

41 5/12/2014

2.,.,,

B

BF

BBF

B

BF

F

BF

FF

B V

SZ

Z

Zz

S

VI

I

Ii

S

Ss

V

Vv

BFBBB SSVU .3,.3

BF

BF

B

B

B

BB

B

B

B

BBF

B

BF

B

BF

B

BB Z

S

V

S

U

US

U

I

U

ZIV

S

V

S

U

SI

22

.3

33,

.3

3

3

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Definición de PU

Módulos de las magnitudes de fase en pu:

Entonces eligiendo convenientemente los valores base, los módulos de las magnitudes de línea y de fase, expresados en pu, tienen el mismo valor.

42 5/12/2014

F

BF

F

BBB

sS

S

S

Ssv

V

V

U

Uu

.3

.3,

.3

.3

F

BFB

F

BFB

zZ

Z

Z

Zzi

I

I

I

Ii ,

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Cambio de Base

Dado un valor en pu de una determinada base se requiere conocer el mismo valor en otra base.

Sean v, i, p, q y z valores de tensión, corriente, potencia activa, potencia reactiva e impedancia en pu de los valores base VB y SB.

43 5/12/2014

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Cambio de Base

44 5/12/2014

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Cambio de Base

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ECUACION DE NODO

Es un punto de convergencia eléctrica donde se conectan elementos del sistema que están al mismo potencial.

Los elementos que se conectan a un nodo son: Generadores, cargas, reactores inductivos, condensadores, transformadores, líneas, etc.

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ECUACION DE NODO

Transformación de fuente:

Circuito equivalente

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DIAGRAMA UNIFILAR

Son símbolos utilizados para representar los componentes de un sistema eléctrico de potencia. La ventaja de la representación unifilar es su simplicidad dado que una fase representa las tres fases del sistema eléctrico balanceado; los circuitos equivalentes de los componentes se reemplazan por sus símbolos normalizados.

48 5/12/2014

G1

G2

G3

Carga A

Estación A

G4

G5

Carga B

Estación B

T1

T2

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DIAGRAMA UNIFILAR

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Símbolos para representar un sistema eléctrico

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DIAGRAMA UNIFILAR

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DIAGRAMA DE IMPEDANCIAS Y REACTANCIAS

Un generador puede representarse como una fuente de tensión en serie con una reactancia inductiva.

Las cargas se consideran inductivas predominantes.

El núcleo del transformador es ideal y se puede representarse con una reactancia en serie.

Representación de una línea de longitud media modelo “PI” el más utilizado por que se ajusta más a la realidad.

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DIAGRAMA DE IMPEDANCIAS Y REACTANCIAS

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