Sistemas Eléctricos de Potencia

Generalidades
Unidad 1
1
UNIDADES
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Generalidades.
Representación de los sistemas eléctricos de potencia.
Generadores.
Transformadores.
Líneas de Transmisión.
Cargas.
Control de potencia activa y frecuencia.
Control de potencia reactiva y tensión.
Flujo de potencia
2
SISTEMA DE POTENCIA
El sistema eléctrico de potencia está constituido por la generación, la transmisión y
la distribución de la energía eléctrica.
SE REQUIERE
Que la energía llegue al usuario de manera adecuada, en forma oportuna, a
tensión y frecuencia constantes; con la menor cantidad de interrupciones y al
menor costo posible tanto ecológico como económico.
3
LA GENERACIÓN
La generación puede ser de origen:
•
•
•
•
Hidráulico.
Térmico (por combustión de gas, carbón o petróleo).
Nuclear.
No convencional (solar, eólica, geotérmica, biomasa).
EL TRANSPORTE DE LA ENERGÍA
La energía eléctrica en grandes volúmenes se transmite en alta tensión (220 KV,
500kV, 800kV), ......
4
LA DISTRIBUCIÓN
..... mientras que la distribución a niveles mucho menores, de tal manera que el
usuario pueda manejarla con seguridad.
TRANSFORMACIÓN
Para elevar y/o reducir los niveles de tensión eléctrica, se emplea transformadores
de potencia.
5
EL TRANSPORTE DE LA ENERGÍA
La energía eléctrica en grandes volúmenes se transmite en alta tensión (220 KV,
500kV, 800kV), ......
LA DISTRIBUCIÓN
..... mientras que la distribución a niveles mucho menores, de tal manera que el
usuario pueda manejarla con seguridad.
6
ALGUNAS DEFINICIONES
SISTEMA
Se emplea para describir la red eléctrica completa, los generadores, las líneas y
las cargas.
CARGA
Se emplea para :
•
•
•
Definir a los elementos que consumen energía
eléctrica.
Indicar la energía que requiere un determinado
circuito.
Indicar la potencia o corriente que pasa a
través de una línea o máquina
7
BARRA DE DISTRIBUCIÓN
Conexión eléctrica de impedancia despreciable que
conecta varios aparatos o elementos tales como líneas,
cargas, etc.
Con frecuencia tiene la forma de una barra de cobre o
aluminio
CONEXIÓN A TIERRA
La conexión de un conductor o carcaza de un equipo al sistema de puesta a tierra.
AVERÍA
Es un mal funcionamiento de la red normalmente debido al
cortocircuito de dos conductores o de un conductor activo y tierra.
SEGURIDAD DE SUMINISTRO
Debe tenerse en cuenta que hay que asegurar la continuidad del suministro a los
consumidores aún estén fuera de servicio ciertos aparatos de la central.
CENTRAL ELÉCTRICA
La central eléctrica consta de una máquina motriz, como es la turbina, que mueve
un genera dor eléctrico.
8
TURBINA HIDRÁULICA
Las turbinas hidráulicas se emplean para aprovechar la energía potencial del agua
en movimiento (energía cinética).
TURBINA PELTON
Son turbinas de acción. Para saltos grandes de 180 a 1800 m y caudales
pequeños.
Se compone de un rotor con ruedas de paletas, con toberas de flujo ajustable.
La rueda Pelton cuyo funcionamiento es más parecido al de un molino de agua
tradicional.
La rueda gira cuando el agua procedente del conducto forzado golpea sus paletas
o álabes.
El agua sale a gran presión por la tobera e impulsa los álabes que hacen girar un
eje.
9
TURBINA KAPLAN
Son turbinas de reacción. Para saltos de hasta 60 m. Tiene un rotor de flujo axial
con paletas de paso variable.
La turbina Kaplan es semejante a la hélice de un barco.
Las amplias palas o álabes de la turbina son impulsadas por agua a alta presión
liberada por una compuerta.
TURBINA FRANCIS
Son turbinas de reacción. Para saltos pequeños de 35 a 500m y grandes flujos.
Son de flujo mixto.
10
CENTRAL TÉRMICA
El combustible se almacena en depósitos adyacentes, desde donde se suministra
a la central, pasando a la caldera, en la que se provoca la combustión.
En la caldera se genera el vapor a partir del agua que circula por una extensa red
de tubos que tapizan las paredes de la caldera.
El vapor hace girar los álabes de la turbina, cuyo eje rotor gira solidariamente con
el de un generador que produce la energía eléctrica.
Por su parte, el vapor es enfriado en un condensador y convertido otra vez en
agua, que vuelve a los tubos de la caldera, comenzando un nuevo ciclo.
11
Representación de los Sistemas
Eléctricos de Potencia
Unidad 2
12
INTRODUCCIÓN
•
Se asume que los sistemas eléctricos son trifásicos y balanceados.
•
Para un análisis completo basta con recurrir a su equivalente monofásico.
•
Los circuitos equivalentes de un SEP se muestran en un diagrama de
impedancias o reactancia.
•
El análisis de un SEP es más conveniente efectuarla usando el método por
unidad.
SÍMBOLOS PARA REPRESENTAR UN SISTEMA ELÉCTRICO
13
DIAGRAMAS UNIFILARES
•
Se representan utilizando símbolos normalizados de cada componente.
•
Deben ser simples.
•
Es el equivalente monofásico de un sistema trifásico balanceado.
DIAGRAMA DE IMPEDANCIAS Y REACTANCIAS (SUPOSICIONES)
Un generador puede representarse como una fuente de tensión en serie con una
reactancia debido a que la R<<X .
Las cargas se consideran inductivas predominates.
14
El núcleo del transformador se considera ideal y se puede representar con una
reactancia en serie.
La línea de transmisión puede representarse mediante una impedancia en serie si
la longitud es corta (menor de 80kM) y mediante un equivalente “PI” o “T” si es de
longitud media (80 a 240kM)
Representación de una línea de longitud media modelo “PI” el más utilizado por
que se ajusta más a la realidad.
15
DIAGRAMA DE UNIFILAR DE UN SISTEMA ELÉCTRICO
DIAGRAMA DE IMPEDANCIAS
16
VALORES POR UNIDAD
En muchas situaciones de ingeniería es útil reducir a escala las cantidades
dimensionales.
Este método se conoce como sistema por unidad.
VENTAJAS DE LOS VALORES POR UNIDAD
•
•
•
•
•
•
•
Los valores unitarios son adimensionales.
Las operaciones algebraicas con cantidades unitarias dan como resultado
otra cantidad unitaria.
Con adecuados valores base, los transformadores se representan como un
elemento en serie sin la relación de transformación primaria – secundaria.
Transformación de las magnitudes eléctricas a valores del orden de 1 p.u.
Facilidad de programación.
Facilidad de verificación de resultados.
Menor espacio computacional.
17
ELECCIÓN DE BASES
•
•
•
Se definen cuatro variables S, U, I e Z
De las cuales se eligen como bases la Sb y Ub
A partir de ello se determinan Ib e Zb
MAGNITUD
Potencia aparente
Tensón
Corriente
Impedancia
SIMBOLO
S=P+jQ=V.I.*
V=IZ
I
Z=R+jX
UNIDAD
Voltamperes
Voltios
Amperio
Ohmios
DIMENSION
[ VI ]
[V]
[I]
[ V/I ]
Corriente Base
Impedancia Base
CAMBIO DE BASES
Debido a que la impedancia unitaria de un generador o transformador, esta
referida tomando como base a sus valores nominales, al integrarse a un sistema
es necesario referirlas a una base común para lo cual se efectúa el cambio de
bases.
18
Generadores
Unidad 3
19
GENERADOR DE POLOS SALIENTES
Este tipo de generadores, son movidos por turbinas hidráulicas, son de gran
cantidad de polos (por ejemplo 32, 16 polos), y de baja velocidad.
GENERADOR DE POLOS LISOS
Este tipo de generadores posee generalmente dos polos, presentando un
entrehierro prácticamente uniforme. Son de alta velocidad y son movidos por
turbinas a gas y/o petróleo.
DEVANADO DEL ESTATOR
•
Llamado también devanado de armadura o inducido.
•
El devanado del estator cuenta con un devanado trifásico
uniformemente distribuido.
20
DEVANADO DEL ROTOR
•
Devanado con gran cantidad de espiras, que
es alimentado por una fuente DC.
•
Es prácticamente un electroimán DC.
FLUJO DE CAMPO
Si la corriente de excitación (IF)se incrementa también lo hace el flujo, inicialmente
en forma proporcional (zona lineal) y luego no, debido al efecto de saturación.
21
INDUCCIÓN MAGNÉTICA
El campo creado en el rotor, producto de la rotación induce tensión alterna trifásica
en el devanado del estator.
TENSION INDUCIDA
La tensión inducida depende
del flujo magnético y de la
velocidad del rotor .
EGP = tensión generada por
fase.
Donde:
k = constante que depende del
aspecto constructivo de la
máquina (# de polos, número de
bobinas, etc.).
n = velocidad de rotación.
= flujo magnético
22
FRECUENCIA (F)
La frecuencia de la tensión inducida es
función directa de la frecuencia.
Donde:
n=velocidad del rotor.
p=número de polos de la
máquina.
f=frecuencia de la tensión
generada
GENERADOR SINCRONO
Recibe la potencia mecánica y la convierte en energía eléctrica a la salida,
empleando como medio de transformación el campo magnético.
23
CIRCUITO EQUIVALENTE
El circuito equivalente monofásico del
ZS=RA+jXS
generador es un circuito thé venin, formado
por una fuente (EGP) y una impedancia en pero:
serie (ZS).
RA<<XS
Para muchas aplicaciones se
desprecia el valor de la RA.
24
PUESTA EN PARALELO
Para poner en paralelo un generador síncrono a una barra infinita, debe de:
•
•
•
•
Previamente se debe haber verificado igualdad de secuencia de fases.
Llevar la velocidad de la turbina a la velocidad síncrona.
Luego cerrar el circuito de campo, e incrementar la corrie nte de campo (IF)
hasta obtener en bornes la tensión nominal.
Mediante un doble voltímetro y doble frecuencímetro, verificar que las
tensiones del generador y de la barra infinita sean iguales en magnitud y
frecuencia. Luego cuando estén en fase (verificando en el sincronoscopio)
ambas tensiones, cerrar el interruptor de potencia.
GENERADOR EN PARALELO A UNA BARRA INFINITA
Si se incrementa el ingreso de potencia mecánica (PMec) de entrada en la turbina,
se incrementa la potencia generada (PG), manteniéndose la velocidad.
25
Si se incrementa la corriente de excitación (IF), la tensión no se incrementa, pero
si la potencia reactiva generada (QG).
ECUACIÓN POTENCIA-ÁNGULO
Cuando la potencia de la carga aumenta, el desfasaje angular entre el eje
magnético del campo creado por el rotor y el eje magnético del campo creado por
el estator (ángulo de potencia d ), se incrementa.
26
OPERACIÓN DE UNA MÁQUINA SÍNCRONA
CURVA DE CAPACIDAD
PRIMERO :
Con centro en el origen y radio la potencia nominal, trazar el círculo
que corresponde a la límite de capacidad del estator.
27
SEGUNDO :
Con el valor de potencia nominal de la turbina, trazar una recta
vertical perpendicular al eje la potencia activa .
TERCERO :
Localizar el punto Q, con la
ayuda de la siguiente relación:
Luego localizar el punto como se
muestra.
28
CUARTO :
Con centro en el punto Q, y radio De,
construir la curva límite de corriente del
rotor.
QUINTO :
Con centro en Q, trazar el arco MTN con radio QM. El segmento QR
es un porcentaje de QM, que es igual al porcentaje de carga máxima
para cualquier campo dado; generalmente 10%. A partir de la recta
QM, trazar la vertical RT hasta interceptar en T con el arco MTN. En
el límite práctico de obtiene trazando la recta QT.
LÍMITES DE LA CURVA DE CAPACIDAD
29
ZONA DE OPERACIÓN DEL GENERADOR
30
TRANSFORMADORES DE
POTENCIA
Unidad 4
31
TRANSFORMADORES
Los transformadores son dispositivos estáticos
que se encargan de transformar las tensiones.
La frecuencia del primario y secundario son
iguales.
ELEVADOR
Cuando se conecta a la salida de los generadores,
eleva la tensión para reducir las pérdidas de
transmisión.
REDUCTOR
Cuando la energía llega a los centros de consumo, se reduce el nivel de tensión
para hacerla más “manejable”.
32
RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN
Es la razón entre la tensión nominal del devanado primario U1 y la tensión de
vacío en terminales del devanado secundario U2.
TENSIÓN DE CORTOCIRCUITO
Es la tensión que se le debe aplicar al devanado de baja tensión a fin de que
circule la corriente nominal, estando el devanado de alta en cortocircuito.
Esta tensión se suele expresar como porcentaje de la tensión nominal. Es decir:
33
CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO
La máxima corriente de cortocircuito se determina a partir de :
GRUPO DE CONEXIÓN
Se refiere a la forma como se conecta los devanados primarios y secundarios.
Por ejemplo el grupo de conexión Dy1
34
INDICE DE CONEXIÓN
•
Indica el desfasaje que se produce entre las tensiones del primario y las
tensiones del secundario.
•
En el ejemplo anterior el índice 1 señala que existe un desfasaje entre las
tensiones del primario y secundario de: 1x30º=30º.
DY1
GRUPOS DE CONEXIÓN
Se distinguen cuatro grupo de conexiones:
•
•
•
•
Grupo I : índices horarios 0, 4 y 8
Grupo II : índices 6, 10 y 2
Grupo III : índices 1 y 5
Grupo IV : índices 7 y 11
Si los índices horarios difieren en 4 u 8 (o sea 120º o 240º), los transformadores
pertenecerán al mismo grupo.
35
GRUPOS DE CONEXIÓN TÍPICOS
36
PARALELO
Dos o más transformadores se conectarán en paralelo si se cumple:
•
•
•
•
Que ambos tengan igual relación de transformación.
Que pertenezcan al mismo grupo de conexión o que sean compatibles.
Que las tensiones de cortocircuito sean iguales.
Que la relación entre sus potencias nominales no supere la relación 3 a 1.
PARALELO DEL MISMO GRUPO
Puesta en paralelo de un Dy7 con un Dy11.
37
GRUPOS COMPATIBLES
Los transformadores con índices horarios 5 y 11 son compatibles, tal como se
muestra.
CIRCUITO EQUIVALENTE
El circuito equivalente monofásico de un transformador de potencia es:
38
MODELO
El circuito equivalente de un transformador standard usado en simulación de un
sistema de potencia es como se muestra a continuación, donde los términos R y X
representan la resistencia serie y la reactancia de dispersión, y N1 y N2
representa el número de espiras del transformador. Note que los términos del
circuito shunt son usualmente ignorados en el modelo.
MODELO PARA SISTEMA DE POTENCIA
Modelo del trasnformador de 2 devanados, para un sistema de potencia.
PARA TRANSFORMADORES DE 3 DEVANADOS
39
AUTOEVALUACIÓN
1. ¿Cuáles son las funciones de un transformador de potencia?
2. ¿Qué significa el grupo de conexión Dy7?
3. ¿Se puede conectar en paralelo un transformador de índice 1 con otro de
índice 5, siambos tiene las mismas características de relación de
transformación, tensión de cortocircuito, e igual potencia nominal?
RESPUESTAS
1. Elevar o reducir la tensión, y aislar el circuito del primario del secundario.
2. Que el devanado de alta está conectado en delta, y que el devanado de
baja en estrella, siendo el desfasaje entre las tensiones del primario y del
secundario de 210º.
3.
Si se puede, aplicando un corrimiento cíclico al de índice 5.
40
LINEAS DE TRANSMISION
Unidad 5
41
ESTRUCTURAS TIPICAS
Configuración de soportes de media tensión :
Configuración de soportes de alta tensión :
42
CARACTERÍSTICAS DE LAS LINEAS DE TRANSMISION
Las características de una línea de transmisión(L.T.) se determinan por sus:
•
•
Propiedades eléctricas
Propiedades físicas
PROPIEDADES ELÉCTRICAS
•
La conductancia y resistividad (r) de los cables.
•
La constante dieléctrica del aislante.
PROPIEDADES FíSICAS
•
Diámetro del cable.
43
•
Distancias entre los conductores.
CONSTANTES ELÉCTRICAS
•
•
La resistencia y la inductancia ocurre a lo largo de la línea.
Mientras que la capacitancia y la conductancia ocurren entre los
conductores y entre los conductores y tierra.
RESISTENCIA (R)
Es la oposición al paso de corriente que depende del tipo de material, sección (A)
y longitud (L).
Los fabricantes lo dan en tablas por unidad de longitud (r), en (ohm / km)
INDUCTANCIA (L)
Es una propiedad de los circuitos de corriente alterna en la que se produce tensión
producto de la variación de la corriente que pasa, tensión inducida en el propio
circuito (autoinducción) y/o tensión inducida en un circuito próximo a él (inducción
mutua).
44
FLUJO MAGNÉTICO
Todo conductor eléctrico que es recorrido por una corriente eléctrica genera un
campo magnetico (flujo magnético) alrededor de él, que es función de la magnitud
de la corriente, de la distancia al conductor .
FLUJO CONCATENADO POR LA CORRIENTE EN UN CONDUCTOR
Distribución del flujo magnético en un conductor :
El flujo puede descomponerse en dos flujos, un flujo interno y un flujo externo.
45
INDUCTANCIA (L)
La inductancia se puede calcular a partir de la relación entre el flujo concatenado y
la corriente por el circuito.
Donde:
= Flujo concatenado (Wb).
I = Intensidad de corriente eléctrica (A)
REACTANCIA INDUCTIVA (XL)
La reactancia inductiva por unidad (xL) de longitud, lo podemos obtener por
cualquiera de las relaciones siguientes:
donde:
f
= Frecuencia de la red (Hz).
DMG =Distancia media geométrica entre los conductores de la línea.
RMG = Radio medio geométrico (TABLAS).
DMG
La distancia media geométrica entre los conductores de la
línea, para una línea simple es:
46
TRANSPOSICION
Cuando existe separación asimétrica entre
conductores, se tiene como resultado
inductancias diferentes para cada fase, lo que
produce una caída de tensión no equilibrada,
aún las cargas estén equilibradas.
La tensión o corriente residual o resultante
induce tensiones inconvenientes en las líneas
de comunicación próximas.
Esto puede resolverse intercambiando, las
posiciones de los conductores a intervalos
regulares a lo largo de su trayecto, práctica
conocida como transposición.
En la práctica, las líneas están transpuestas rara vez a intervalos regulares y la
transposición se lleva a cabo en donde físicamente resulta conveniente, por
ejemplo en las subestaciones.
47
CAPACITANCIA (C)
Sabemos que un capacitor está conformado por placas conductoras y entre ellas
un material dieléctrico (llamado muchas veces aislante).
CARGA ELÉCTRICA (Q)
Cuando al sistema capacitivo se
somete a tensión, este almacena
cargas eléctricas (energía eléctrica
en forma de campo eléctrico)
48
REACTANCIA CAPACITIVA (XC)
La reactancia capacitiva entre fases la podemos obtener de:
Mientras que la reactancia capacitiva al neutro la podemos obtener de:
49
PARÁMETROS DISTRIBUIDOS
Las constantes primarias se ditribuyen de manera uniforme a lo largo de la línea,
por lo tanto, se les llama comúnmente parámetros distribuidos.
CONDUCTANCIA G
La conductancia en derivación G=1/Rp, es normalmente despreciable en líneas
aéreas, pero no es despreciable en cables subterráneos.
PARÁMETROS DISTRIBUIDOS
Los parámetros distribuidos se agrupan por una longitud unitaria dada, para formar
un circuito eléctrico equivalente de la línea.
ADMITANCIA CAPACITIVA (Yc)
La admitancia capacitiva (YC) se define como la inversa de la impedancia
capacitiva (ZC):
50
LÍNEA CORTA
Son líneas de longitud
menores o iguales a 80 km.
LÍNEA MEDIA
Líneas de longitudes que son
mayores a 80 km y menores
o iguales a 240 km.
51
MÁXIMA POTENCIA DE CARGA PARA L.T
Hay dos límites básicos:
•
El límite térmico de la línea, sujeto a la capacidad de la corriente portadora
de los conductores de fase. El límite térmico es:
•
El límite de estabilidad en estado estaciona rio, que es impuesto por los
valores de impedancia de línea.
La potencia compleja en el extremo receptor SR es:
Siendo constante Vs y VR la única variable en la ecuación última es el ángulo de
potencia .
52
Se puede seguir cargando la línea hasta el límite de la estabilidad en estado
estacionario P3fss, si lo que se recomienda es un margen mínimo de
aproximadamente 20%
(es decir,
). De la ecuación:
A medida que aumenta la longitud de una línea, este límite viene a ser el factor
decisivo. El valor correspondiente al límite de la potencia reactiva es:
El límite potencia aparente es
53
CAPACIDAD - TENSIÓN
Cuanto mayor sea la capacidad de
transporte o mayor la longitud de la
línea, mayor deberá ser la tensión de
transmisión.
Criterio de selección del nivel de tensión para L.T.
Características eléctricas de una línea aérea AC (línea de doble circuito)
54
COMPARACIÓN AC O DC
El tamaño exacto a partir del cual las líneas de corriente continua pasan a
predominar depende de muchos factores, incluyendo las tecnologías utilizadas en
conversores AC/DC cuyos costos han variado con el tiempo.
55
CARACTERÍSTICAS DE LÍNEAS EXISTENTES EN SUDAMÉRICA
LÍNEA AC - 2 X 460 KV
56
LÍNEA AC - 2 X 500 KV
57
LÍNEA AC - 2 X 500 KV
58
LÍNEA AC - 1 X 500 KV
59
CARACTERÍSTICAS DE LÍNEAS EXISTENTES EN SUDAMÉRICA
LÍNEA AC - 1 X 765 KV
60
LÍNEA DC - 1 X 600 KV
61
LÍNEA DC - 1 X 600 KV
62
PREGUNTAS
1. ¿Cuál es la finalidad de la transposición de líneas?
2. ¿Cómo elevaría la capacidad de transmisión en una línea?
3. ¿Qué relación hay entre la capacidad de transporte y la tensión a
transmitir?.
4.
¿Cuándo emplearía L.T. DC en lugar de AC?.
RESPUESTAS
1. Para evitar caídas de tensión desiguales, también para eliminar las
interferencias con líneas telefónicas.
2. Compensando la potencia reactiva a transmitir en la línea.
3. Cuanto mayor es la capacidad a transmitir, mayor la tensión de transmisión.
4.
A distancias mayores.
63
CARGAS
Unidad 6
64
¿QUÉ TRATAREMOS EN ESTA UNIDAD?
•
Introducción
•
Aspectos económicos
•
Características de la demanda
•
Representación de las cargas
65
INTRODUCCIÓN
•
•
En un SEP la carga exigida por los consumidores es difícil de prever.
La carga varía en el tiempo instantáneamente según el requerimiento de
los clientes.
La curva de demanda es una indicación de los hábitos sociales de un sector,
nación o muestra poblaciones.
DIAGRAMA DE CARGA COES - SICN MÁXIMA Y MÍNIMA DEMANDA 1998
66
DIAGRAMA DE CARGA TÍPICO DOMESTICO
Las cargas domésticas predominantes son sistemas de iluminación y artefactos
electrodomésticos
CRECIMIENTO DE LAS CARGAS ELECTRÓNICAS EN EL MUNDO
67
COEFICIENTE DE ELECTRIFICACION NACIONAL-META 2000
COEFICIENTE DE ELECTRIFICACION POR HABITANTE TOTAL
NACIONAL (DIC. 1989 – DIC. 1995)
68
INFLUENCIA DE LAS CARGAS
•
En el proyecto
•
En la operación
•
En el planeamiento
•
En el mantenimiento
VARIACIONES DE LA TENSIÓN EN LA CARGA
La tensión es muy variable debido a que también la carga varía constantemente.
69
El incremento de la carga influye en la disminución de la frecuencia la cual puede
tomar valores intolerables y atentar con la seguridad del sistema y por lo tanto la
continuidad del servicio.
ALGUNAS CARGAS SON FUENTES DE PERTURBACIONES (FLICKER)
70
ASPECTOS ECONÓMICOS DE LAS CARGAS
•
Máxima demanda
•
Energía y potencia
•
Factor de carga
•
Factor de diversidad
REDUCCIÓN DE LA MÁXIMA DEMANDA
La máxima demanda de un sistema eléctrico se reduce al interconectarse con
otros sistemas eléctricos ejemplo SICN y SIS, por efecto del factor de
coincidencia de éstas.
71
FACTOR DE CARGA
Los transformadores con índices horarios 5 y 11 son compatibles, tal como se
muestra.
•
•
•
El FC Toma valores entre cero y uno.
El factor de carga ideal es uno.
El FC para cargas industriales es alto (0,7 a 0,9).
FACTOR DE CARGA DE UNA INDUSTRIA (FC=0,7)
FACTOR DE CARGA DE UNA RESIDENCIA (FC =0,3)
72
FACTOR DE DIVERSIDAD
También se le conoce como Factor de simultaneidad o factor de coincidencia.
Es la relación de la suma de las demandas máximas individuales, a la demanda
máxima de todo un grupode consumidores.
El factor de diversidad se usa para
determinar la demanda máxima.
CARACTERÍSTICAS DE LA DEMANDA
•
•
•
•
Curva horaria de carga.
Curva de duración horaria de carga.
Curva integrada de carga.
Curva de proyección de demanda máxima.
CURVA HORARIA DE CARGA
Se usa para estudios de corto plazo
73
CURVA DE DURACIÓN HORARIA DE CARGA
•
•
Se usa para estudios de mediano y largo plazo.
Representa el tiempo que los diferentes niveles de demanda son
excedidos.
CURVA INTEGRADA DE CARGA
•
•
Esta curva muestra la cantidad de energía para una potencia determinada.
Se utiliza en estudios de largo plazo.
CURVA DE PROYECCION DE DEMANDA MAXIMA
En estudios de largo plazo es muy importante
predecir los valores máximos de potencia que
puede tomar la demanda.
74
REPRESENTACIÓN DE LAS CARGAS
Se usan tres modelos
•
Impedancia constante
•
Corriente constante
•
Potencia constante
Para estudios de flujo de potencia se supone las cargas como potencias
constantes.
Para estudios de cortocircuito se supone las cargas como impedancias
constantes.
75
Control de Potencia
Activa y Frecuencia
Unidad 7
76
OPERACIÓN INTERCONECTADA
Ventajas
•
•
•
•
Menor costo de operación
Mejor despacho
Mayor confiabilidad
Menor reserva
Desventajas
•
•
•
Mayor corriente de corto circuito
Complejidad en el manejo y
administración
No hay transacción individual
SISTEMA INTERCONECTADO EN OPERACIÓN NORMAL
Es la razón entre la tensión nominal del devanado primario U1 y la tensión de
vacío en terminales del devanado secundario U2.
77
SISTEMA INTERCONECTADO EN OPERACIÓN ANORMAL
f , Aumenta
•
•
Falla en LT
Rechazo de
carga
f , Disminuye
•
•
•
Falla en
generación
Inyección de
carga
Incremento MD
78
CASO MÁS CRÍTICO
REGULACIÓN NATURAL DEL SISTEMA
“Ante una variación de la carga ( P), varia la frecuencia lo que origina la actuación
de los reguladores de velocidad a fin de mantener la frecuencia constante a la
frecuencia nominal (fn): ejemplo 60Hz
DEFINICIONES BÁSICAS
COEFICIENTE DE AMORTIGUAMIENTO (D)
Característica propia (natural) del sistema ó maquina de alcanzar un nuevo estado
de equilibrio de operación frente a un disturbio.
79
REGULACIÓN PRIMARIA
Regulación automática efectuada por los reguladores de velocidad o
gobernadores de las turbinas
REGULACIÓN SECUNDARIA
Si la variación de la frecuencia del sistema no se corrige, el error de frecuencia
puede llegar a alcanzar valores intolerables.
Regulación secundaria
Es en este caso para obtener un nuevo estado de equilibrio, el
operador de la maquina deberá intervenir físicamente sobre el
dispositivo de reajuste.
Características de la regulación secundaria
Debe ser lenta para no causar desorden en los reguladores
primarios.
Se puede hacer automático comparando la frecuencia del sistema
con una frecuencia patrón y reajustar según el signo de error de
frecuencia.
Regulador de Velocidad de Turbinas hidráulicas - Principio de Funcionamiento:
Al detectar una variación de velocidad el regulador de velocidad
pone en funcionamiento un conjunto de dispositivos del sistema
aceite a presión que da orden al distribuidor gobernando,
controlando y regulando la admisión de agua a las turbinas hasta
conseguir la frecuencia nominal.
80
REGULADOR DE VELOCIDAD DE TURBINAS HIDRÁULICAS
a) Regulador astático ó isocrono
Características de los Reguladores de Velocidad
•
•
•
•
•
Mantienen la velocidad constante sea cual fuere la carga.
Compara velocidad (r.p.m.) con incremento de potencia.
No es recomendable cuando existen 2 o más grupos en paralelo.
Crea sobre y sub regulación por que oscila constantemente al variar la
carga.
Apropiado para sistemas aislados con un solo generador.
81
REGULADOR ASTÁTICO
REGULADOR CON DISPOSITIVO DE AMORTIGUAMIENTO O ESTATISMO
TRANSITORIO
82
b) Regulador estático o con retroalimentación
Un aumento de potencia corresponde a una disminución de frecuencia y
viceversa.
•
•
Permite distribuir las vari aciones de potencia entre varias unidades en
paralelo en forma adecuada.
Mas rápidos y estables
ESTATISMO (S: SPEED DROOP )
El estatismo de un regulador de velocidad es el cambio de velocidad (D f) que se
tiene al pasar de carga cero a 100% de carga.
83
REGULADOR CON DISPOSITIVO DE AMORTIGUAMIENTO O ESTÁTISMO
TRANSITORIO
ESTATISMO DEL REGULADOR
Donde :
S
Df
Fn
Ymx
Dy
: Estatismo
: Variación de frecuencia
: Frecuencia nominal
: Desplazamiento máx del servomotor
: Variación del servomotor
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EQUIVALENTE DE POTENCIA
Ejemplo: S=5%
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Toda nueva ubicación del regulador de velocidad esta ligada a la reserva rotante.
En el transitorio la estabilidad de la máquina o la posibilidad de que se retorne al
sincronismo también depende de.
Energía Reguladora (K):
Relación que existe entre la potencia generada a la correspondiente
de f.
En la máquina :
Pm = h Tm
Pe = h Te
Pm - Pe = Pa = 0
Pm - Pe
Pm > Pe
Pm < Pe
Pm turbina
Pem convertida
(sistema en sincronismo)
Pa diferente de cero
Pa (+) f
Pa (-) f
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POTENCIA ACELERANTE
Donde: Pa potencia acelerante
Donde:
H
F
Constante inercia p.u.
Frecuencia del sistema
Variación del ángulo de potencia en el tiempo que depende
de la velocidad angular y por lo tanto de la frecuencia.
87
Control de Potencia Reactiva
y Tensión
Unidad 8
88
CONTROL DE POTENCIA REACTIVA Y TENSIÓN
El objetivo es evaluar las tensiones de salida (lado de envío) y llegada (lado
receptor) de una línea en función de la potencia activa y reactiva.
En casos reales se puede hallar tensión y corriente especificando la potencia
activa y reactiva despreciando la resistencia, debido a que en la realidad R <<X L
CIRCUITO EQUIVALENTE
DIAGRAMA FASORIAL
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CONTROL DE POTENCIA REACTIVA Y TENSIÓN
En la ecuación si V << V + V (caso de una LT = 30 - 40 ) queda:
E= V + V
--> E - V = V
E -V = ( RP + XQ ) / V si R 0 por X>>R
Por lo tanto: E-V = [XQ/V] (E-V)V/X = Q
considerando X constante la variación de la tensión está en relación directa a Q
El flujo de potencia reactiva(Q) esta determinado por la diferencia escalar de
tension entre dos puntos.
Si
V1 > V2
-> Influye de A a B
V1 > V2
-> Influye de B a A
Se puede enviar Q de A a B y de B a A variando tensiones mediante:
•
•
En barras de generacion -> Iex
En barras de carga
-> Variando la tension
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Si en barras de carga las tensiones son constantes e iguales, entonces no hay
caída (variación) por lo tanto no hay flujo de potencia reactiva
Si Q2 no existe en forma natural, habrá que obtenerlo mediante la conexión en los
bornes del receptor de condensadores ó bobinas
De la ecuación anterior.
Si P2 varia a P’2 y si V2 permanece constante entonces la potencia reactiva en “B”
debe varia a Q’2 de modo que:
Lo que significa un aumento de P produce un incremento de Q proporcional a R/X.
Por lo tanto se puede controlar tensión en una barra inyectando o eyectando
potencia reactiva.
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