Sistemas Electricos de Potencia

5/24/2018 Sistemas Electricos de Potencia

1/57

ELC-30514

Sistemas de Potencia I

Introduccin a los

Sistemas de Potencia

Prof. Francisco M. [email protected]

Francisco M. Gonzalez-Longatt, [email protected]

Copyright 2008

SISTEMAS DE POTENCIA I

Introduccin a los Sistemas de Potencia

http://www.giaelec.org/fglongatt/SP.htm


2/57

1. Introduccin

A partir del descubrimiento de la energa elctrica ysu osible utilizacin comercial or arte del hombre

sta ha jugado unpapel importante en el desarrollode la humanidad.

El desarrollo de grandes fuentes de energa para

ejecutar trabajos tilesha sido la clave deldilatadoprogreso industrialy parte primordial en lamejora decalidad de vidadel hombre, en la sociedad moderna.


Copyright 2008




3/57

1. Introduccin

Pero el proceso de hacer llegar la energa elctricadesde las fuentes hasta los consumidores re uieren

de estructuras cada vez ms complejas, denominadasSistemas de Potencia;

Las cuales poseen asociadas una serie de fenmenos

encondiciones operativas normalesyanormales, queson motivo del apasionado estudio de los ingenieroselectricistas.


Copyright 2008




4/57

1.2. Definicin de Sistema de Potencia

Establecer una definicin nica de sistema deotencia es al o di cil a ue existe ran cantidad

de autores que han establecido sus puntos de vista alrespecto de esto, por ello, para ser objetivo se

presentan los conceptos internacionalmente aceptados

por instituciones de importancia.


Copyright 2008




5/57


Una de las definiciones ms aceptadas a escalamundial es la establecida or elInstitute o Electrical

and Electronics Engineer (IEEE -Instituto deIngenieros Elctricos y Electrnicos), este define unsistema de Potencia como:

una red formada por unidades generadoras

elctricas, cargas y/o lneas de transmisin de

, u u ,elctricamente o mecnicamente a la red.


Copyright 2008




6/57


Por otra parte el diccionario de termitos elctricos yelectrnicos de la IEEE define el sistema de otencia

comolas fuentes de potencia elctrica, conductores yequipos requerido para suplir la potencia elctrica.

Red elctrica de potencia que se encarga de generar,

transmitir y distribuir la energa elctrica, hasta losconsumidores.


Copyright 2008




7/57


Estructura de un Sistema de Potencia


Copyright 2008




8/57


Ha de entenderse, entonces, un sistema elctrico deotencia como:

elctrica de potencia siendo su funcin; generar,

transmitir y distribuir, la energa elctrica hasta losusuarios, bajo ciertas condiciones y requerimientos.


Copyright 2008




9/57


Las tareas de un sistema de potencia son realizadasor cada una de lasma ores em resas ue restan el

servicio de electricidad(Electric-Utility).


Copyright 2008




10/57


A nivel mundial las empresas de suministro deelectricidad son tanto de ca ital blico como

privado.


Copyright 2008



Lneas de Transmisin en Melbourne


11/57


En pases como EE.UU. Reino Unido, Argentina,Per entre otros las em resas conca ital rivadoson

las que se encargan de prestar el servicio elctrico ensu totalidad.

En el caso particular de Venezuela, el servicio

suministro de energa elctrica efectuado porempresas de naturaleza pblica solamente.


Copyright 2008




12/57


El Sistema Elctrico Nacional (SEN) lo conforman18 em resas elctricas blicas las ue eran

privadas, todas agrupadas en una organizacindenominada la Cmara Venezolana de la IndustriaElctrica(CAVEINEL).

CAVEINEL tiene por objetivo ejercer la

www.caveinel.org.ve

representacin institucional de sus afiliados y velarpor los intereses generales de la industria elctrica y

,colectividad


Copyright 2008




13/57


Los sistemas de potencia son estructuras complejas y extensas,y debido a mltiples factores (estratgicos, econmicos, etc.)no operan de manera aislada, sino que por el contrario, seencuentran relacionados entre s, constituyendo lo que sedenomina unSistema Interconectado Power-Pool.

Un sistema interconectado son dos o ms sistemas de potencia

que se encuentran conectados elctricamente entre s, loscua es son p an ca os y opera os e manera po er suministrar la energa de manera ms confiable y econmica asus car as consumidores, combinando, con los lanes de

expansin, mejora y mantenimiento de cada sistema, con elobjetivo de lograr crecer a la par de la carga.


Copyright 2008




14/57


Las interconexiones facilitan la coordinacin de lasactividades de lanificacin o eracin de los

sistemas de generacin y transmisin de los sistemasde potencia;

Integra los subsistemas a efectos de expandir y operar

el sistema Interconectado, y as satisfacer la demandade energa elctrica

Asegura la calidad y confiabilidad del servicio al

menor costo pos e, me ante a opt m zac n en euso de las instalaciones y de los recursos energticos.


Copyright 2008




15/57

1.2.1. Resea Histrica

La electrificacin en Venezuelacomienza a fines delsi lo XVIII ero ue el 20 de Enero de 1912cuando

se inaugur el servicio de alumbrado pblico elctricoen Maracay.

A consecuencia de la falta de experiencia y a los

avances tecnolgicos, en 1947 es creada laCorporacin Venezolana de Fomento (CVF);encargada, a travs de su departamento de

,electrificacin integral de todo el pas.


Copyright 2008




16/57


Luego de 10 aos de creada dicha corporacin, yaexistan uince 15 em resas elctricas lo cual

dificultaba la coordinacin y ejecucin del PlanNacional de Electrificacin.

Estacorporacin adquiri varias plantas, las cuales

estaban bajo la administracin de las quince (15)empresas ya existentes en el pas.

En el ao de 1951, laCorporacin Venezolana de

omen o, e a ora e pr mer an e ectr cac nNacional, adems agrup a las empresas adquiridas


Copyright 2008

.




17/57


Debido a la necesidad de unificar criterios yrocedimientos de las uince 15 em resas se crea

la Compaa Annima de Administracin yFomento Elctrico (CADAFE).

Fundada el 25 de Octubre de 1958 siendo la em resa

estadal que ha electrificado al 93% del territorionacional.


Copyright 2008




18/57


En 1959 inici la prestacin del servicio de energaelctrica en ciudades zonas rurales.

Ese mismo ao CADAFE queda como la granem resa de electricidad del estado.

Encargada de conjugar y crear uniformidad en los

aspectos tcnicos y administrativos para laconformacin de planes y labores que anteriormente

era imposible realizarlas.


Copyright 2008




19/57


Se crean las empresas regionales de distribucin ycomercializacin:

CADELA (Compaa Annima de la Electricidad de los Andes) ELEOCCIDENTE (Compaa Annima de la Electricidad de

ELEORIENTE (Compaa Annima de la Electricidad de Oriente)

DESURCA (Compaa Annima Desarrollo del Uribante Caparo) ompa a n n ma e a ec r c a e en ro

Posteriormente en 1998 se crea para efectos de

Elctrico de Monagas y Delta Amacuro(SEMDA).


Copyright 2008




20/57


reas servidas por empresas de electricidad en 1998


Copyright 2008




21/57


En el caso particular de Venezuela, el 23 de agosto de1968 se firma el rimer Contrato de Interconexin

Entre las empresas CADAFE, Electricidad de CaracasCVG EDELCA con la finalidad de contar con un

despacho y una planificacin coordinada, crendose

as la Oficina de Operacin de SistemasInterconectados(OPSIS). http://www.opsis.org.ve/


Copyright 2008




22/57

1.2.1. Resea HistricaLa Oficina de Operacin de Sistemas Interconectados - OPSIS, es el ente responsable de dirigir y

coordinar la operacin del Sistema Elctrico Nacional - SEN. OPSIS, es una organizacin asociativa de

las empresas de electricidad que integran el Contrato de Interconexin.

La operacin coordinada del SEN est orientada a cumplir objetivos de seguridad y economa. Para el

cumplimiento de esta misin, OPSIS dispone de herramientas de estudio, supervisin y control que

facilitan, desde un despacho centralizado de carga, el desarrollo de funciones de supervisin y

coordinacin de la operacin del SEN.


Copyright 2008



http://www.opsis.org.ve/home.html


23/57


De tal modo se establece una organizacin pararegular los intercambios de energa entre los sistemasde potencia de las mencionadas empresas, siendo estola gnesis de lo que se conoce como Sistema

.

El 1 de Diciembre de 1988, se hacen extensivos los

benficos del contrato de interconexin venezolanocon la incorporacin de la empresaENELVENa lainterconexin, lo que le asigna mas solidez al SIN, y

.territorio nacional (en 1996), mayor ndice deelectrificacin de Amrica Latina.


Copyright 2008




24/57


De todas las empresas elctricas Venezolanas, las dema or enver adura ue constitu en en ran

medida el Sistema Elctrico Venezolano son cuatro:Corporacin Venezolana de Guayana

(CVG) Electrificacin del Caron(EDELCA)

http://www.edelca.com.ve/

Compaa Ann ma e A m n strac n yFomento Elctrico (CADAFE)

http://www.cadafe.gov.ve/

nerg a c r ca e enezue a

(ENELVEN)http://www.enelven.com.ve/

C.A. La Electricidad de Caracas (Elecar)


Copyright 2008



. . .


25/57


El Sistema Interconectado Nacional est conformadopor los sistemas de transmisin de las empresaselctricas CADAFE, Electricidad de Caracas,ENELVEN y CVG EDELCA, que operan a niveles

extensin posee un mbito de carcter nacional.

La o eracin del S.I.N. es coordinada a travs de laOPSIS desde elDespacho Central de Carga, quien esla mxima autoridad en lo referente a este concepto y

Control y Despachos Regionalesde cada una de lasempresas que conforman el S.I.N.


Copyright 2008




26/57



Copyright 2008




27/57


En laGaceta Oficial N 38.441 del da 22 de Mayode 2006 en el decreto residencial N 4.492:

Se da a conocer que las empresas ELECENTRO,ELEOCCIDENTE ELEORIENTE CADELASEMDA desaparecenpara convertirse en una sola

empresa, CADAFE.


Copyright 2008




28/57


Como parte del proceso de fusin de CADAFE,dentro de la estrate ia de fortalecer su estin se

crearon nueve (9) regiones en todo el pas en labsqueda de una mayor eficiencia en su operatividad.

Dichas regiones tendrn una mayor flexibilidad

operativa, dado que se desconcentra sufuncionamiento operativo con un control mseficiente


Copyright 2008




29/57


La distribucin de las nueve (9) regiones deCADAFE se uede observar en la Tabla:

Regin Estados Asociados Sede

1 Sucre Anzotegui Cuman

2 Monagas Delta Amacuro Maturn

3 Gurico Apure San Fernando

4 Aragua Miran a Maracay

5 Barinas Portuguesa Cojedes Acarigua

6 Carabobo Yaracu Valencia

7 Tchira Mrida Trujillo San Cristbal

8 Bolvar Amazonas Puerto Ordaz

Francisco M. Gonzalez-Longatt, [email protected] 2008

SISTEMAS DE POTENCIA IIntroduccin a los Sistemas de Potencia

9 Falcn Coro


30/57


En laGaceta Oficial N38.736 del da 31 de Juliode 2007 a travs del decreto residencial se crea la

Corporacin Elctrica Nacional

Se encargar de la realizacin de las actividades de

generacin, transmisin, distribucin ycomercializacin de potencia y energa elctrica




31/57


Tiene un plazo de tres aos para fusionar a CADAFE,, , , ,

SENECA y ENAGEN, en una persona jurdica nica.




32/57


En la Gaceta Oficial N 38.785 del da 8 deOctubre de 2007en la resolucin 190 del Ministerio

del Poder Popular para la Energa y Petrleo CADAFE as a convertirse en Filial de la

Corporacin Elctrica Nacional, reorganizndose el

territorio nacional para el ejercicio de la actividad dedistribucin de potencia y energa elctrica




33/57


A tales efectos se crean las regiones operativas que semuestran en la Tabla:

Regin EstadosNoreste Zulia, Falcn, Lara y Yaracuy.

Norcentra Cara o o, Aragua, M ran a, Vargas y D str to Cap ta .

Oriental Anzotegui, Monagas, Sucre, Nueva Esparta y Delta Amacuro.

Central Guarico, Cojedes, Portuguesa, Barinas y Apure.Andina Mrida Tchira y Trujillo.

Sur Bolvar y Amazonas.

,por lo que hasta ese ao la empresa CADAFE se




34/57

1.3. Estructura

Un sistema de potencia, de acuerdo con lasactividades ue realiza bsicamente consta de tres

subconjuntos bien especficos y diferenciados querealizan las labores de: GENERACIN

Generacin

TRANSMISIN

Distribucin

DISTRIBUCIN




35/57

1.3. Estructura

Estructura General de un Sistema de Potencia




36/57

1.3. Estructura

Las interconexiones en los sistemas de potencia sellevan a cabo en el nivel de transmisin Tie-Line

esto encuentra su justificacin en la posibilidad depoder intercambiar fcilmente grandes bloquesenergticos.

-




37/57

1.3. Estructura

Dentro de los sistemas de potencia debido a suestructura es comn distin uir cuatro niveles

funcionales u operativos de voltaje: generacin,transmisin, subtransmisin y distribucin.




38/57

1.3. Estructura

El sistema de potencia esta constituido por muchoselementos cada uno de ellos cum le con funciones

especficas, de manera que en operacin conjuntagaranticen un flujo confiable y econmico deelectricidad.

Inter-Tie




39/57

1.4. Subsistemas de SP

Los elementos bsicos que constituyen un sistema deotencia se ueden a ru ar en tres randes ru os de

acuerdo a la funcin que desempean: Sistema de Generacin. Sistema de Distribucin.

Sistema de Subtransmisin.

GENERACIN

TRANSMISIN rga

FlujodeEn

SUBTRANSMISIN

DISTRIBUCIN Primaria

Secundaria




40/57

1.4.1. Sistema de Generacin

El sistema de generacin es la parte bsica delsistema de otencia esta se encar a de entre ar la

energa elctrica al sistema, esto a partir de latransformacin de distintos tipos de energa primaria.

El conjunto de unidades generadoras reciben el

nombre decentrales o plantas de generacin, siendosu tarea tomar una fuente primaria de energa yconvertirla en energa elctrica.




41/57


El tipo de central de generacin y su ubicacinde ende de las condiciones fsicas de la fuente

primaria de utilizacin. La seleccin del ti o de central de eneracinelctrica se realiza por criterios tcnicos y

econmicos, siendo estos ltimos lo de mayorimportancia.




42/57


Segn el tipo de servicio que hayan de prestar las centrales elctricas estas sepueden clasificar:Central de base o centrales principales:Destinadas a suministrar la

mayor parte e a energ a en orma cont nua; son e gran potenc a y

utilizan generalmente como mquinas motrices las turbinas hidrulicasde gas o de vapor. Centrales de Punta: Exclusivamente ro ectadas ara cubrir las

demandas de energa elctrica en las horas puntas, en dichas horas seponen en funcionamiento y trabajan en paralelo con la central principal.

Centrales de Reserva:Tienen por objeto sustituir total o parcialmente

de algn elemento del sistema elctrico.Centrales de Socorro o Emergencia: Tiene igual cometido que las

centrales de reserva, pero las instalaciones del conjunto de aparatos y

necesarios sus servicios; adems son de pequea potencia. Centrales de acumulacin o de bombeo:Son siempre hidroelctricas.

Se aprovecha el sobrante de potencia de una central hidroelctrica en



as oras e a a eman a, para e evar e agua e un r o me antebombas centrifugas accionadas por los alternadores de la central.


43/57


Existe una gran diversidad de mtodos para generarenerga elctrica, de acuerdo a la forma de energa

primaria a transformar se pueden distinguir los tipossiguientes: Generacin Hidrulica

Generacin Nuclear Generacin Maremotrices Generacin Solar enerac n eo rm ca Generacin Elica Generacin Ma neto Hidrodinmica MHD



Generacin por Biomasas


44/57

1.4.2. Transmisin

La ubicacin de las grandes centrales de generacinelctrica obli an a trans ortar randes blo ues

energticos generados a travs de grandes distancias,de manera que lleguen a los centros de consumo.

Los grandes recurso hidrulicas en Venezuela se

ubican en la regin de Guayana, mientras que lascentrales trmicas se encuentran en la zona central, demanera que para unir todas estas fuentes de

,se emplean las redes de transmisin de potencia




45/57

1.4.2. Transmisin

En Venezuela las reas (compaas elctricas) queconforman el Sistema Interconectado Nacional

(S.I.N) se encuentran unidas atreves de un Sistema deTransmisin que alcanza los niveles de tensin de230, 400 y 765 kV.

Cada uno de estos sistemas recibe el nombre de RedTroncal de Transmisin, presentando longitudesapreciables como el enlace Guayana - Centro que

.




46/57

1.4.2. Transmisin

Longitud de las Lneas de Transmisin y la Red Troncal de Transmisin

por nivel de Voltaje en Venezuela (2005)

(kV)

R.T.T.

(Km.)

(Km.)

115 306 10.401

230 3.940 5.606

400 3.906 4.190

. .




47/57

1.4.2. Transmisin

La misin de esta parte del sistema de potencia estransportar las grandes bloques de energa desde loscentros de generacin a todos los puntos del sistema,adems de interconectar las diferentes centrales y/o

.transmisin son los elementos ms extensos del

sistema de potencia, y poseen un gran nmero deventajas: Permite producir energa en forma ms econmica.

rodante

Las lneas de transmisin permiten mejorar la



con a a e s stema.


48/57

1.4.2. Transmisin

Cuando se duplica el voltaje de una lnea detransmisin se cuadri lica la otencia or ello cada

vez las tensiones de operacin son mayores. Por e em lo si se uisiera transmitir una otencia de2000 MWatt a 400 Km. de distancia, se necesitaran

aproximadamente 45 lneas de 115 kV, 15 lneas de230 kV,; 4 lneas de 380 kV; 2 lneas de 500 kV 1lnea de 700 kV, pero se debe recordar que el nmero

transportar energa elctrica.



Si d Di ib i


49/57

1.4.3. Sistema de Distribucin

El proceso de produccin de energa elctrica secompone de tres etapas sucesivas: generacin,transmisin y distribucin.

De estas tres fases, la distribucin de energa elctricacompren e as cn cas y s s emas emp ea os para aconduccin de la energa hasta los usuarios dentro del

rea de consumo. La energa elctrica es transmitida frecuentemente en

bloques de magnitud considerable y en altas tensiones

es e e punto e generac n asta e rea on e sepretende distribuirla, de ah que sea necesario ejecutar



niveles de utilizacin.

1 4 3 Si d Di ib i


50/57

1.4.3. Sistema de Distribucin

El sistema de distribucin es el ltimo elemento delsistema de otencia antes de lle ar a los

consumidores. Esta parte del sistema de potencia estacompuesto de lneas y dispositivos para distribuir laenerga elctrica hasta los usuarios.

Estos pasos de transformacin dan lugar a lasdiferentes etapas del sistema de distribucin.

Dentro del sistema de distribucin se distinguen dos

gran es n ve es en erenc a os:Sistema de Distribucin Primaria.



s ema e s r uc n ecun ar o.

1 4 3 1 Si t Di t ib P i i


51/57

1.4.3.1 Sist. Distrib. Primaria

El sistema de distribucin primario comienza a lasalida de las subestaciones de distribucin de este

punto los circuitos subtransmisin alimentan a lostransformadores de distribucin.

Las subestaciones de distribucin transforman este

voltaje al de los denominados alimentadoresprimarios, el voltaje de los circuitos generalmente seencuentra entre 2.4 y 13.8 kV.





52/57


La distribucin primaria trabaja con niveles detensin otencia moderados.

En Venezuela los niveles de tensin suelen ser:

Niveles Normalizados para Circuitos Primarios

de Distribucin Primario en Venezuela

CADAFE y sus filiales 6.9 y 13.8

C.A. La Electricidad de 4.8, 8.3 y 12.47aracas

Empresas Petroleras 2.4, 4.16 y 6.9





53/57


En este nivel pueden ser alimentados ciertosconsumidores es eciales como industrias otros. Los

circuitos de distribucin primario se caracterizanporque estn conectados a un solo punto osubestacin de distribucin, (Sistemas Radiales), y esmuy poco visto solo en casos especiales la conexin am s e una su es ac n s ema en n o p e .

Los niveles de potencia manejados en este sistema, , .

capacidad de transporte no supera los 5 MVA.



1 4 3 1 Sist Distrib Primaria


54/57


Estructura Fsica de un Sistema de Distribucin Tpico



1 4 3 2 Sist Distrib Secundaria


55/57

1.4.3.2 Sist. Distrib. Secundaria

Los transformadores de distribucin reducen elvoltaje primario al voltaje secundario o de utilizacin,la energa se distribuye, por ltimo a travs de los

circuitos secundarios de distribucin hasta las.

Esta parte del sistema corresponde a los menores

niveles de otencia tensin estando ms cerca delconsumidor promedio. En Venezuela es comn que las empresas elctricas

sum n stren potenc a en cuatro n ve es e vo ta ebsicos y sus combinaciones: 120/240V (1,2),



1 4 3 2 Sist Distrib Secundaria


56/57

1.4.3.2 Sist. Distrib. Secundaria

De acuerdo a su configuracin los sistemas dedistribucin ueden ser:

Radial: Muy econmico y utilizado en sitios ruralesde ba a car a.

Lazo o Anillo:Se usa en cargas medias, con mediana

confiabilidad. Netwotks secundario: Especialmente utiliza para

grandes cargas, requiere mayor inversin y es caro.

Francisco M. Gonzalez-Longatt, [email protected] 2008SISTEMAS DE POTENCIA IIntroduccin a los Sistemas de Potencia

1 4 4 Sistema de Subtransmision


57/57

1.4.4. Sistema de Subtransmision

El sistema de sub-transmisin posee caractersticasmu similares del sistema de distribucin eromanejan mayor potencia (5 - 50MVA) y sediferencian en que alimentan a un cierto nmero desubestaciones de distribucin, los niveles de voltajeutilizados en Venezuela suelen ser: 69 kV, 34.5 kV, y

. El sistema de sub-transmisin se diferencia al de

,interconexiones entre sistemas de potencias o

Francisco M. Gonzalez-Longatt, [email protected] 2008SISTEMAS DE POTENCIA IIntroduccin a los Sistemas de Potencia

Documents

Sistemas Electricos de Potencia