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ANALISIS DE SISTEMAS DE POTENCIA I (EE 353 N) 1. Sistemas Eléctricos de Potencia (SEP) 2. Componentes de un SEP 3. Organización del sector eléctrico Peruano Msc. ZÓCIMO ÑAUPARI HUATUCO 05/04/2018

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1. Sistema Eléctrico de Potencia (SEP) Un sistema eléctrico de potencia es un conjunto de elementos tales como: generadores, transformadores, líneas de transmisión, compensadores, distribuidores y consumidores, que tiene como fin atender la demanda de energía eléctrica con la mayor calidad, al menor costo posible y cumpliendo las NTCSE.

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1.1. Estructura de un Sistema de Potencia

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2. Componentes de un SEP 2.1 Generadores

Centrales Hidráulicas

Los Generadores eléctricos convierten la energía mecánica en energía eléctrica

Centrales Termicas

Costo de operación bajo

Costo de operación alto

Costo inicial muy alto

Costo inicial bajo

Tiempo de vida alta > 40 años

Tiempo de vida proyectada ~ 20 años

Parten rápido ~ 5 min

Parten muy lento ~ 30 min

Son limpias (RER)

Contaminan el ambiente (CO2)

Las Turbinas son elementos importantes para la conversión de energía potencial en energía mecánica, tenemos:  Pelton, para grandes caídas y poco caudal (tienen cucharas)  Francis, gran caudal y caídas intermedias (menor de 200 m)  Kaplan, Gran caudal y caídas bajas ( 40 m y usan hélice) Normalmente las hidráulicas tienen baja velocidad ( 300 rpm) y las térmicas velocidad alta (3600 rpm) lo que esta asociado al generador de rotor de polos salientes y rotor liso respectivamente. 05/04/2018

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Turbina Francis y Generador

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Los generadores de energía eléctrica son en su mayoría síncronos: de rotor de polos salientes y también existen de rotor liso o cilíndrico 05/04/2018

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Tipos de rotor

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Tipos de Centrales de Generación

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Parque Generador Peruano Centrales Hidráulicas:  De pasada, el agua se capta y se turbina simultáneamente, Ejm. Central Cañón del Pato, Machupicchu.  De regulación, tiene embalse y se regula diario, semanal, mensual, etc. Ejem. Central de Mantaro, Huinco.  Mixtas, embalse temporal. Ejem. Tintaya, Gallito Ciego. Centrales Térmicas:  Diesel, derivados del petróleo. Ejem. Dolores Pata, Iquitos.  A Vapor, antiguas usan carbón (Ilo), actualmente usan Gas Industrial, Gas Natural (Chilca), Ciclo combinado (Kallpa). Centrales con RER:  Eólicas: Marcona, Cupisnique, Tres hermanas, Rubi.  Solares: Majes, Repartición,  Biomasa: Huaycoloro, la Gringa.  Cogeneración: Paramonga. 05/04/2018

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Parque Generador Peruano

En nuestro país no hay generación Nuclear, Geotérmica, Mareomotriz y de Bombeo a nivel comercial. 05/04/2018

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2.2. Líneas de transmisión La red de transporte de energía eléctrica es la parte del sistema de suministro eléctrico constituida por los elementos necesarios para llevar hasta los puntos de consumo y a través de grandes distancias la energía eléctrica generada en las centrales eléctricas. Una línea de transmisión de alta tensión emplea usualmente voltajes del orden de 60, 138, 220 y 500 kV y superiores. Las líneas de transmisión Está constituida tanto por el elemento conductor, usualmente cables de acero, cobre o aluminio, como por sus elementos de soporte, las torres de alta tensión.

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Líneas de transmisión

Doble Terna

Dos conductores por fase

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Parámetros de las Líneas de transmisión

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Parámetros de las Líneas de transmisión

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2.3. Transformadores Los niveles de tensión eléctrica deben ser transformados, elevándose su nivel de tensión. Esto se hace porque para un determinada potencia a transmitir, al elevar la tensión se

reduce la corriente que circulará, reduciéndose el diámetro del conductor (menor costo) y las pérdidas por Efecto Joule.

Con este fin se emplazan Subestaciones elevadoras y reductoras, en las cuales dicha transformación se efectúa empleando transformadores, o bien autotransformadores.

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Transformadores

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Circuito equivalente de un transformador real

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2.4. Equipos de Compensación En una línea, dependiendo de la carga (momento del día) se genera una cantidad de energía reactiva que ha de ser compensada. El cálculo de un compensador de reactiva trata de el calculo de la cantidad de condensadores que han de estar conectados a la red para compensar la reactiva. Asimismo un reactor en línea es un componente eléctrico, que consiste en una o más bobinas inductoras o transformadoras, cada elemento es cableado en serie con una fase del circuito, generalmente entre la fuente de poder y la carga eléctrica. Son usados para compensar los efectos de capacitancia de las líneas de Extra Alta Tensión y largas (mas de 200 km). El desarrollo de los sistemas FACTS (Flexible AC Transmissions Systems), basados en la electrónica de potencia, ofrece un nuevo y potente medio para afrontar con éxito los nuevos desafíos para el control de flujos de potencia en las líneas y control de tensiones en las mismas.

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Banco de condensadores, reactores y FACTS

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Reactores con núcleo de aire para 500 kV

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Compensadores Estáticos

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Controladores FACTS Flexible Alternating Current Transmission System = Sistemas Flexibles de Transmisión en Corriente Alterna El término FACTS fue propuesto inicialmente a finales de la década de 1980 e inicio de la década de 1990. Hingorani, propuso el uso de la Electrónica de Potencia para el “control” de sistemas de corriente alterna. El termino Flexibilidad está relacionado con la capacidad rápida y continua para alterar los principales parámetros que controlan la dinámica de funcionamiento de un sistema eléctrico de potencia. Entre los mas usados tenemos:

TCR: Reactor controlado por tiristores (Thyristor Controlled Reactor) SVC: Compensador Estático de Potencia Reactiva (Static Var Compensator). TCSC: Capacitor Serie Controlado por Tiristores (Thyristor Controlled Series Capacitor). STATCOM: Compensador Estático (Static Compensator). UPFC: Controlador Unificado de Flujo de Potencia (Unified Power Flow Controller). 05/04/2018

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Ventajas de los Controladores FACTS Regulación y control de una tensión definida, a un valor de referencia, bajo condiciones normales como contingencias. ƒ Provee una respuesta rápida de potencia reactiva en los instantes posteriores a una contingencia. ƒ Previene y reduce los riesgos de colapso de tensión en la red. ƒ Previene sobretensiones durante rechazos de carga. ƒ Incrementa la tensión durante perturbaciones tales como fallas en el sistema. ƒ Detecta y amortigua oscilaciones de potencia activa ƒ Incrementa la capacidad de transmisión de potencia, mediante la estabilización de la tensión en puntos débiles (grandes cargas) en la red 05/04/2018

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SVC: Static Var Compensator

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SVC clásico (-50/+150 MVAr)

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SVC clásico (-50/+150 MVAr)

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SVC clásico (-50/+150 MVAr)

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En el Perú los SVC instalados son:

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2.6. Distribución Distribución de electricidad es la etapa final en el suministro de electricidad a los usuarios finales. La red de un sistema de distribución lleva electricidad a partir de la red de transporte de alta tensión (transmisión y/o subtransmisión) y la entrega a los consumidores. Típicamente, la red incluiría las líneas eléctricas y subestaciones transformadoras en media tensión (10 kV, 22,9 kV, 13,2 kV), y el cableado de distribución de bajo voltaje (menos de 1 kV). Los elementos que conforman la red o sistema de distribución son los siguientes: • Subestación de distribución: conjunto de elementos (transformadores, interruptores, seccionadores, etc.) • Circuito primario (10 kV). • Circuito secundario (220 V).

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Subestaciones Una subestación eléctrica es una instalación destinada a establecer los niveles de tensión adecuados para la transmisión y distribución de la energía eléctrica Su equipo principal es el transformador. Normalmente está dividida en secciones, por lo general tres principales (medición, cuchillas de paso e interruptor), y las demás son derivadas. Las secciones derivadas normalmente llevan interruptores de varios tipos hacia los transformadores. Uno de las maniobras más habituales que se realizan en una subestación eléctrica, y a la vez una de las más peligrosas, es la apertura y cierre de interruptores, debido a que el carácter inductivo de los circuitos presenta rechazo al corte en la circulación de la corriente eléctrica que se produce en la apertura de un interruptor. Las subestaciones son completamentenecesarias, ya que permiten el control del flujode energía, brindando seguridad para el sistemaeléctrico, para los mismos equipos y para el personal de operación y mantenimiento.

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CLASIFICACIÓN DE LAS SUBESTACIONES Por su función dentro del sistema Subestación de Generación Subestación de transmisión Subestación de subtransmisión Subestación de distribución Por tipo de operación Subestación de transformación Subestación de maniobra Por su forma constructiva Subestaciones Interiores(encapsulada) Subestaciones Exteriores o a la Intemperie Por su tipo de equipo Subestación Convencional Subestación Móvil 05/04/2018

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Elementos principales de una S.E. Equipo de patio: El espacio ocupado por el conjunto de equipos a una misma salida de la subestación se denomina "Campo" o "Bahía“. Ellos son: Transformador de Corriente (T.C), Transformador de Potencial (T.P), Transformador de Potencia, Interruptor (I), Seccionador (S), Pararrayos (P), Trampa de onda (T.O), Barrajes y Estructuras. Equipos de tablero: Son todos los elementos de control, medición y protección, indicadores luminosos y alarmas, instalados en la casa de control y soportados por los tableros de la subestación. Su función es facilitar la supervisión y manejo de la subestación, por parte del operador. Servicios auxiliares: Son todo el conjunto de instalaciones formadas por las fuentes de alimentación de corriente continua y de corriente alterna, de baja tensión que se utilizan para energizar los sistemas de control, protección, señalización, alarmas y alumbrado de una subestación, así como el sistema contra incendio. Las partes del sistema auxiliar son las siguiente: Servicio de DC: Interruptores, tableros, baterías, alumbrado de emergencia, cargadores. Servicio AC: Calefacción, alumbrado, aire acondicionado, ventilación, sistemas contra incendio, etc. Otros: Casa de control, mallas de tierra, sistemas de apantallamiento. 05/04/2018

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2.7. Cargas Se llama cargas a todo elemento que consume energía Eléctrica, puede ser:  Domiciliarias o residenciales  Comerciales  Industriales  Alumbrado publico. Todas ellas salen de una subestación de distribución, Aunque existen también clientes libres que se conectan en media o alta tensión.

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Cargas

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3. Organización del Sector Eléctrico Peruano

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