8/18/2019 Capitulo 1 - Introduccion y Conceptos Basicos SEP 2015
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Curso IEE-443Sistemas Eléctricos de Potencia
Capitulo 1: Introducción yConceptos Básicos
Dr. Jaime Peralta RodríguezPontificia Universidad Católica de ValparaísoEscuela de Ingeniería EléctricaMarzo 2016
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Importancia de la Energía Eléctrica
Black-out 14/08/2003 – EEUU/Canadá 55 millones de personas afectadas
(Ontario + 8 estados en EEUU) 2 días sin energía en algunas ciudades NYISO 28.700 MW de carga, pérdida de
5.716 MW Costo ~ US$ 8.000 Millones (ENS) Causas:
Problemas con SCADA (software bug) ysistema de alarmas
Múltiples contingencias Falta de compensación reactiva, colapso
de voltaje Falta de mantención y gestión de
vegetación Falta de conocimiento de la red eléctrica
por operadores
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Definición de un SEP
Es el conjunto de instalaciones incluyendo centraleseléctricas, líneas de transmisión, sub-transmisión ydistribución que operan conectadas en sincronismocon el objeto de generar, transportar y distribuir
energía eléctrica a los consumos conectados a dichosistema.
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Estructura General de un SEP Centrales generadoras
Subestaciones elevadoras
Sistema de transmisión (troncal, subtransmisión y
adicional) Subestaciones de Enlace
Subestaciones de distribución
Red de distribución en Media Tensión
Red de distribución en BT
Instalaciones de clientes industriales
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Etapas de Transformación de un SEP
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Niveles Volt./Frec. Normalizados
Niveles de Voltaje:
Transmisión Troncal: 500, 220 kV
Subtransmisión: 154, 110, 66, 44 kV
Distribución (MT): 23, 13.8, 12 kV
Bajo voltaje: 380, 220 V
Frecuencia: 50 Hz (60Hz en EEUU)
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Instalaciones principales en un
SEP Generadores: Hidráulicos, Térmicos, Solar,
Eólicos, Geotérmicos, nuclear, etc.
Transformadores de poder Líneas de transmisión (AC, DC) Interruptores y equipos de maniobra Equipos de compensación (activa y reactiva)
Sistemas de protección Esquemas de control y medida Servicios complementarios
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Generador Hidráulico
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Generador Térmico
Carbón
Gas Natural(Ciclocombinado)
Petróleo Diesel
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Generadores ERNC
Eólico
Solar
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Líneas de Transmisión
500 kV
220 kV
110 kV
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Subestación Eléctrica
500/220 kV750 MVA
220/110 kV100-200 MVA
110/66/44 kV20-50 MVA
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Subestación Eléctrica (Equipos) Transformador de
Poder HV/MV Bus bar Seccionalizadores
Interruptores Protecciones Transformadores de
Medida Equipos de medición,
control y monitoreo(SCADA)
SSAA
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Sistemas Interconectados Asegura abastecimiento de la demanda en forma segura, confiable,
eficiente y con calidad Segura Generación = Demanda Confiable Contingencias N-1 Eficiente Mínimo costo global
Calidad voltaje y frecuencia dentro de limites Ventajas
Permite economías de escala en generación y trasmisión Aumenta confiabilidad y seguridad del sistema eléctrico Permite aprovechar la diversidad horario y espacial de recursos
Desventajas Aumenta complejidad en la operación Aumenta riesgo de blackout durante contingencias extremas Mayores costos para áreas ricas en recursos eficientes
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El Sector Eléctrico en Chile
Desde la década de los 80 existe un modelo demercado competitivo en generación (DFL No.1 1982)
Separación de segmentos: Generación, transmisión y
distribución La transmisión y distribución de energía se regula en
base a criterios económicos (monopolio natural)
Un conjunto de empresas privadas nacionales einternacionales operan en el sector eléctrico en forma
descentralizada adoptando sus decisiones de inversión La planificación de la trasmisión troncal es centralizada
El Estado regula y fiscaliza
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El Sector Eléctrico en Chile
Instituciones: Comisión Nacional de Energía (CNE): regula tarifas y prepara
plan indicativo de generación (www.cne.cl)
Superintendencia de Electricidad y combustibles (SEC):
Fiscaliza cumplimiento de normas y sanciona empresas(www.sec.cl)
Centro de Despacho Económico de Carga (CDEC-SIC, SING):Responsable de la operación de sistema (www.cdecsic.cl) Operación del sistema a mínimo costo
Vela por la seguridad y confiabilidad de la operación Garantiza acceso abierto al sistema de transmisión
Panel de Expertos: Dirime discrepancias generadas entreempresas, el ente regulador y los CDEC (www.panelexpertos.cl)
http://www.cne.cl/http://www.sec.cl/http://www.cdecsic.cl/http://www.panelexpertos.cl/http://www.panelexpertos.cl/http://www.cdecsic.cl/http://www.sec.cl/http://www.cne.cl/
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Sistema Interconectado Central (SIC)
El SIC abastece la zona central del país entre Antofagasta y Chiloé
Abastece el 92% de la población
Al año 2014:
Capacidad Instalada: 15.181 MW Demanda Máxima: 7.547 MW
Generación de Energía: 52.262 GWh
52 % de la generación es hidroeléctrica, 45 % térmica, 3% eólicay solar
Costo Marginal: USD$/MWh 131.1 El sistema de transmisión troncal consta de líneas en
500kV, 220kV, 154kV
Sistema de Subtransmisión de 110kV, 66kV, y 44kV
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Sistema Interconectado del Norte Grande
( SING) El SING abastece la zona norte del país, desde Arica a Coloso
Al 2013: Capacidad Instalada: 4.607 MW
Demanda Máxima: 2.060 MW
Generación de Energía: 17.237 GWh
98% térmica, 2% eólica y solar
Costo Marginal: USD$/MWh 39.8
El sistema de transmisión principal consta de líneas en 220kV,154kV y 110kV
La mayor parte de la demanda proviene de los consumos mineros(Escondida, Chuquicamata, Collahuasi, etc.)
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Sistemas Eléctricos de Aysén y
Magallanes El Sistema de Aysén tiene una potencia
instalada del orden de 51 MW (Hidro, diesel)
El sistema de Magallanes tiene una capacidadinstalada de aproximadamente 100 MW en basea gas natural
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Análisis requeridos para el diseño,
planificación y operación de un SEP Seguridad: capacidad disponible versus demanda total
equilibrio entre generación y demanda Confiabilidad: continuidad de suministro (N-1) Calidad de la energía: regulación de tensión y
variación frecuencia en rangos aceptables, contenidoarmónico, desbalances, flicker, etc.
Estudios técnicos: flujos de potencia, cortocircuitos,análisis de contingencias, estabilidad, coordinación deprotecciones, sobretensiones por transitorios y
coordinación de la aislación, pérdidas, confiabilidad,etc.
Estudios económicos: planificación de generación ytransmisión, despacho económico, inversiones/precios
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Herramientas Computacionales
Planificación: OSE2000, PLP, PCP
Estado Estacionario: PF DigSilent, PSSE, PSLF
Estudios de Estabilidad: PF DigSilent, PSSE,
PSLF Electromagnéticos transitorios: EMTP-RV,
PSCAD, Matlab-Simulink
Protecciones: PF DigSilent, ASPEN, ETAP
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Fallas y perturbaciones en un SEP
Cortocircuitos por fallas de la aislacióndieléctrica y cortes de conductores
Causas externas (descargas atmosféricas,viento, lluvia, accidentes, etc.)
Fallas en centrales eléctricas (turbinas,calderas)
Apertura de fases Contaminación armónica, flicker y desequilibrio
de fases
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Efectos de perturbaciones y fallas
Sobrecorrientes
Variaciones bruscas de tensión
Variaciones bruscas de frecuencia
Inversión de los flujos de potencia Inestabilidad: voltaje, angular, y frecuencia
Desequilibrios en tensiones y corrientes
Distorsión ondas de tensión y corriente
Daño a equipos y/o personas
Pérdida de suministro
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Rol de Protecciones en un SEP
Detectar condiciones de falla o inicio deperturbaciones
Requisitos básicos: dependabilidad, selectividady confiabilidad
Dependabilidad: que operen cuando deben
Selectividad: que aíslen solo sistemas requerido
Confiabilidad: no operaciones erráticas
Rapidez de operación
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Protecciones Típicas
Sobrecorriente de fase, instantánea y con retardo segúncurva I-t: 50/51
Sobrecorriente residual (mide corriente a secuencia
cero): 50N/51N Baja tensión o sobretensión (27/59)
Direccional de fase y residual (67/67N)
Impedancia (21/21N)
Diferencial (87) Baja frecuencia (81)
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