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MÁQUINAS & SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA CONVERSIÓN DE ENERGÍA ELECTROMECANICA Docente: Ing. Renán Orellana Lafuente II - 2019

LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA Un Sistema Eléctrico de Potencia es el conjunto de instalaciones y equipos utilizados en las etapas de generación, transmisión y distribución de energía eléctrica.

FUNCION La función del SEP es cumplir con los requisitos de demanda de energía eléctrica, al menor costo posible y con niveles aceptables de calidad, seguridad y confiabilidad.

Requisitos de demanda

Menor costo posible Niveles aceptables de calidad

• Contar con la infraestructura • Atender a todos los usuarios • Minimizar cortes de carga

• Inversión • Operación

• Frecuencia • Tensión • Forma de Onda

COMPONENTES DEL SEP  GENERACIÓN Es la transferencia de cualquier forma de energía en energía eléctrica. Los generadores (en las centrales) se encargan de esto, normalmente en forma de energía mecánica (mover su eje) para luego transformarla en energía eléctrica y así producir electricidad.  TRANSMISIÓN Toda la electricidad producida en las centrales de generación se debe transportar hacia los grandes centros poblados. Para realizar esta labor de forma eficiente se eleva el voltaje, por medio de transformadores, y se utilizan grandes torres metálicas.  DISTRIBUCIÓN Finalmente y para poder llegar a cada uno de los hogares e industrias, se vuelve a reducir el voltaje. De esta forma es mucho más sencillo, económico y seguro, transportar la energía eléctrica a cada rincón del pueblo, urbanización o ciudad. En esta etapa se reduce el voltaje a valores comerciales (220 V.), por medio de transformadores instalados directamente en los postes por donde se transporta la energía eléctrica.

DIAGRAMA UNIFILAR  En los estudios de los sistemas eléctricos es necesario conocer un esquema de la red con determinados datos.  Normalmente, suele considerarse que la red trifásica es equilibrada y se representa únicamente con un conductor.  Los diagramas resultantes se denominan diagramas “unifilares”.

SIMBOLOGÍA

DIAGRAMA UNIFILAR DE UN SISTEMA PEQUEÑO

GENERACIÓN Su función principal es transformar algún tipo de energía primaria en energía eléctrica. A continuación se presentan algunos ejemplos de energía primaria utilizada en la generación de electricidad:

Convencionales Petróleo Carbón Gas Natural Nuclear Hidráulica

No Convencionales Solar Eólica Geotérmica Mareomotriz

SUBESTACIÓN ELECTRICA Una subestación eléctrica (SE) es una instalación, o conjunto de dispositivos eléctricos, que forma parte de un SEP. Su principal función es la conversión, transformación, regulación, repartición y distribución de la energía eléctrica. La SE debe modificar y establecer los niveles de tensión de una infraestructura eléctrica, para que la energía eléctrica pueda ser transportada y distribuida. El transformador es el equipo principal de una SE.

TIPOS DE SUBESTACIONES

TIPOS DE SUBESTACIONES Las subestaciones eléctricas pueden ser estaciones de transformación, con uno o varios transformadores que elevan o reducen la tensión; o subestaciones de maniobra, que más que transformar la tensión lo que hacen es conectar dos o más circuitos.



Subestaciones elevadoras

Su función es elevar la tensión generada de media a alta o muy alta para poderla transportar. La tensión primaria de los transformadores está entre 3 y 34.5 kV, y la tensión secundaria de éstos depende de la tensión de la línea de transmisión (69, 115 o 230 kV).



Subestaciones reductoras

Estas subestaciones tienen como objetivo reducir la tensión de alta o muy alta a tensión media para su distribución. En este caso, la tensión primaria de los transformadores depende de la tensión de la línea de transporte (69, 115 o 230 kV), y la tensión secundaria de la tensión de las líneas de distribución (entre 10 y 34.5kV).

SUBESTACIÓN DE MANIOBRA

PARTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

COMPONENTES PRINCIPALES

Transformador de Potencia

Bancos de Capacitores

COMPONENTES PRINCIPALES

Reactor Shunt

Condensador Síncrono

EQUIPOS DE CORTE Y MANIOBRA

Interruptores de Potencia

Seccionadores

EQUIPOS DE CORTE Y MANIOBRA

Reconectadores Fusibles

EQUIPOS DE MEDICIÓN

Medidores y Analizadores de Señales

EQUIPOS DE PROTECCIÓN

Relé de Protección

Pararrayos

EQUIPOS DE COMUNICACIONES Y SERVICIOS AUXILIARES Los equipos de comunicación se encargan de la transmisión y recepción de las señales de medición, control y protección. Como ejemplos se encuentran:  Microondas  Radios  Teléfonos Los equipos auxiliares corresponden a las fuentes de alimentación de los equipos principales, como por ejemplo:  Bancos de baterías  Plantas de emergencia  Tableros de distribución

EQUIPOS DE MEDICIÓN Los equipos de medición toman medidas de interés del sistema de potencia y las convierten en señales analógicas y/o digitales de bajo rango. Los principales equipos de medición son:  Transformadores de Potencial  Transformadores de Corriente  Medidores  Analizadores de Señales

EQUIPOS DE MEDICIÓN

Transformadores de Potencial (izq.) Transformadores de Corriente (der.)

DISTRIBUCIÓN El sistema de distribución tiene como objetivo llevar la energía eléctrica hasta los puntos de conexión de los usuarios finales. Generalmente presentan topologías radiales y operan a tensiones inferiores a 34.5 kV. Las redes de distribución están conformadas por: Alimentadores

Primarios (tensiones entre 10 kV y 34.5 kV)

Alimentadores

Secundarios (tensiones de 110 V, 220 V y 380 V)

DISTRIBUCIÓN

La red de distribución secundaria se conecta a la red primaria a través de transformadores trifásicos o monofásicos.

DISTRIBUCIÓN

Transformadores Trifásicos

DISTRIBUCIÓN

Transformadores Monofásicos

EQUIPOS DE MEDICIÓN

Transformadores de Potencial (izq.) Transformadores de Corriente (der.)

ESTRUCTURA DEL SECTOR ELÉCTRICO OFERTA Administración, Operación y Planificación CNDC

Regulador AE

Normativo VMEEA

Generadores

Transmisión

Distribuidores

Consumidores no regulados

DEMANDA

Capacidad de generación por tipo de central (MW) 2017

Capacidad Instalada: 2.107,07 MW

AREAS DEL SIN

Poblaciones atendidas

Sistemas Aislados Los sistemas aislados tienen una capacidad instalada efectiva agregada de aproximadamente 100 MW, y 500 GWh, representando el 12% de la energía generada en Bolivia. Estos sistemas se encuentran en los departamentos de Pando, Beni y Tarija y en las provincias del departamento de Santa Cruz. Es importante señalar que los sistemas aislados son grandes consumidores del combustible diesel oil, el cual es subsidiado.

NECESIDAD DE NUEVAS CENTRALES

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS PROYECTADAS

CENTRALES TERMOELÉCTRICAS PROYECTADAS

PROYECTOS DE ENERGÍAS RENOVABLES

UN POCO DE HISTORIA LA PAZ •

En 1888 la EMPRESA FARFAN Y CLAVIJO inauguró el servicio de alumbrado eléctrico con motores a vapor (combustible: taquia) instalados en Challapampita; después de veinte años en 1909 la empresa THE BOLIVIAN RUBBER ENTERPRISES instaló la primera planta de generación hidroeléctrica del departamento de La Paz, ésta central está ubicada en Achachicala cerca de la ciudad y aprovecha las aguas del lago Milluni, la planta tenía tres maquinas de 800 kW y en 1952 se sustituyó una de las maquinas por otra de 2,8 MW.

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En 1929 se construyó la primera central de Zongo por la empresa “BOLIVIAN POWER COMPANY” (BPC), esta central hidráulica tenia 3 maquinas: la primera instalada en 1929 con una capacidad de 800 kW, la segunda, nueva, instalada en 1930 también de una capacidad de 800 kW y la tercera instalada en 1948 con una capacidad de 3 MW. La energía generada se transmitía a la ciudad de La Paz con una tensión de servicio de 69 kV.

UN POCO DE HISTORIA POTOSI •

En la mina de Huanchaca se inauguró el primer servicio de alumbrado eléctrico del país, el 1º de Octubre de 1887.

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Por los años 20 ya existía una central hidráulica de 1.6 MW, en Cayara, perteneciente a la Familia Soux y que alimentaba a la ciudad de Potosí.

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También existían las centrales hidráulicas del Yura sobre el rióYura, al sur de Potosí, donde se tiene tres centrales: Killpani Landara y Punutuma. Estas plantas generaban 10 MW y alimentaban varias minas de Hoschild y mediante una línea en 44 kV al Cerro Rico de Potosí.

UN POCO DE HISTORIA COCHABAMBA •

En 1897 se fundó la “Empresa de Luz y Fuerza Eléctrica Cochabamba” ELFEC y se inauguró la central hidroeléctrica de Chocaya en Bella Vista, ésta era una central pequeña que tenia dos maquinas de 80 kVA.

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En 1913 se inauguró la central de Incachaca aprovechando las aguas del rió Málaga, instalándose hasta seis maquinas de 300 kVA ( 1800 kVA aproximadamente). Durante muchos años estas dos centrales abastecieron a la ciudad.

UN POCO DE HISTORIA El Sistema Nacional Interconectado (SIN) se desarrolló de la siguiente manera: •

1966. ENDE inicia la operación comercial de sus instalaciones a fines de este año con la Central hidroeléctrica de Corani con dos generadores de 13.5 MW, las subestaciones de Corani, Arocagua Cochabamba y Siglo XX, las líneas en 115 kV de Corani - Arocagua Siglo XX y su interconexión con el sistema en 69 kV de Miguillas – Oruro – Catavi.

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1967. Se inaugura oficialmente la Planta Corani y la línea de transmisión Corani – Cochabamba – Catavi.

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1971. Se inaugura la central térmica a gas de Guaracachi (4 x 3.3MW) y al mismo tiempo entra en funcionamiento la línea Guaracachi – Warnes en 69 kV, y la nueva red ciudadana.

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1973. La central hidroeléctrica de Santa Isabel es inaugurada con dos unidades de 18 MW, y también la línea de transmisión en 115 kV Santa Isabel – Arocagua.

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1974. Entra en funcionamiento en Chuquisaca la Central térmica de Aranjuez (3 x 3 MW) y la línea de transmisión en 69 kV Potosí – Aranjuez.

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1975. Se inicia en Guaracachi la instalación de turbinas a gas de 20 MW (ocho unidades hasta 1991).

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1976. En el departamento de Santa Cruz se instala la línea de 115 kV (que opera en 69 kV) Warnes – Montero – Buena Vista.

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1979. En el departamento de Tarija entran en funcionamiento la central térmica de Villa Abaroa.

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1980. Se instala la primera línea de transmisión en 230 kV (que opera en 115kV) Vinto (Oruro) – Senkata (La Paz). Se instalan las líneas en 115 kV: Valle Hermoso – Vinto – Catavi, Catavi – Potosí y Potosí – Punutuma – Telamayu, (estas ultimas operando en 69 kV). La planta Corani se amplia con dos unidades de 13.5 MW y Santa Isabel con una de 18 MW.

1966 CORANI 2 x 13.5 MW COLQUIRI 10 kV 115 kV

COCHABAMBA CATAVI AROCAGUA

115 kV

69 kV

10 kV ORURO

20 MW

1971

MIGUILLAS

GUARACACHI 4 x 3.3 MW 10 kV

CIUDAD DE SANTA CRUZ

69 kV

WARNES 24.94

14.4 kV

GRACIAS POR SU ATENCIÓN

ANALISIS Y DISCUSIÓN