CAMPOS DE ACCIÓN INGENIERÍA ELÉCTRICA DE LA Introducción a la Ingeniería Eléctrica Mg. Ronald Alex Gaona Gallegos 2 1 Contenido 1. Áreas y/o campos de acción de trabajo • • • • 2. 3. 4. 5. Generación Transmisión Distribución comercialización Resumen, tabla de contenido, tabla de figura y diagramas. Voltaje, corriente, aisladores y conductores. Conceptos de fuente de corriente y voltaje. Resolución de ejercicios de circuitos eléctricos continua y alterna. Esquema general del sistema eléctrico 5. ESTRUCURA SEP Central eléctrica Subestación elevadora • Fuente de energía. • Convertidor de energía. • Sistema de transmisión. • Sistema de distribución. • Carga. Áreas y/o campos de acción de trabajo - Generación Áreas y/o campos de acción de trabajo - Generación • Abordaremos lo concerniente a la etapa de generación de la energía eléctrica, donde uno de los equipos más importantes de esta etapa es el generador eléctrico que es un dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos Áreas y/o campos de acción de trabajo Generación • FUNCIONAMIENTO DEL GENERADOR Áreas y/o campos de acción de trabajo Generación • GENERADOR DE POLOS LISOS Áreas y/o campos de acción de trabajo Generación • GENERADOR DE POLOS SALIENTES Áreas y/o campos de acción de trabajo Generación • La línea que pasa por el eje magnético se le conoce como eje directo, y a la línea imaginaria que pasa perpendicularmente al eje magnético se le conoce como eje de cuadratura. Como el entrehierro no es uniforme se tienen dos reactancias, conocidas como reactancia de eje directo (Xd) y reactancia de eje de cuadratura (Xq). Áreas y/o campos de acción de trabajo Generación • VELOCIDAD DE ROTACIÓN DE UN GENERADOR SINCRONO 𝑛𝑚 𝑃 𝑓𝑒 = 120 Donde: 𝑓𝑒 = frecuencia eléctrica, en Hz 𝑛𝑚 = Velocidad mecánica del campo magnético en rpm 𝑃 = 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑙𝑜𝑠 Áreas y/o campos de acción de trabajo Generación • TENSION GENERADA Características de magnetización del núcleo magnético Fuente: TECSUP Áreas y/o campos de acción de trabajo Generación TENSION GENERADA • Un incremento de flujo lleva a un incremento de la tensión generada en forma proporcional. 𝑬𝑮𝑷 ∝ ∅ • Así mismo, si se incrementa la velocidad de giro, se incrementa la tensión generada en forma proporcional. 𝑬𝑮𝑷 ∝ 𝒏 Áreas y/o campos de acción de trabajo Generación TENSION GENERADA La tensión generada, depende del • número de polos, • número de espiras, • tamaño del generador, etc. En otras palabras, del aspecto constructivo de la máquina, pero estas características son fijas, constantes, por lo tanto, podemos concluir: Áreas y/o campos de acción de trabajo Generación TENSION GENERADA • La tensión generada en el devanado del estator (devanado del inducido), depende del flujo magnético principal, de la velocidad y del aspecto constructivo de la máquina. 𝑬𝑮𝑷 = 𝑲. 𝒏. ∅ Donde: • ∅ = Flujo magnético principal (Wb) • IF = Corriente de campo (A) • EGP = tensión generada por fase (V o KV) • K = constante que depende del aspecto constructivo de la máquina. Áreas y/o campos de acción de trabajo Generación Áreas y/o campos de acción de trabajo Generación CAIDA DE TENSION INTERNA Cabe indicar que no todo el flujo creado por el devanado de campo se concatena completamente en el circuito del estator, si no que parte se pierde a través del aire. Esa pérdida de flujo, se traduce en un decremento de la tensión generada. Así mismo cuando se conecta una carga a los terminales del generador, circula corriente por el devanado de armadura, creando este devanado un flujo que reaccionará sobre el campo principal. Áreas y/o campos de acción de trabajo Generación • CIRCUITO EQUIVALENTE MONOFASICO Áreas y/o campos de acción de trabajo Generación Áreas y/o campos de acción de trabajo Generación Áreas y/o campos de acción de trabajo Generación CURVA DE CAPABILIDAD DEL GENERADOR • La operación de un Generador Síncrono es limitada principalmente por el calentamiento de los devanados estatóricos y rotórico, el sobrecalentamiento de estos devanados repercute en la vida útil del generador. Por esta razón, una máquina síncrona no puede ser sobrecargada a menos que sea absolutamente necesario. • En el siguiente gráfico, se muestra este lugar geométrico como una semicircunferencia de radio igual a la potencia aparente máxima (120 MVA). Áreas y/o campos de acción de trabajo Generación Centrales hidráulicas -turbinas Número característico para turbinas de agua • El número de revoluciones específico nq es el número característico más importante para las turbinas hidráulicas. Es una medida para la relación entre la velocidad del agua y el número de revoluciones. Se diferencia entre turbinas lentas, en las que la velocidad del agua es claramente superior a la velocidad circunferencial, y turbinas rápidas, en las que se da el caso contrario. • Aquí n es el número de revoluciones, Q es el caudal volumétrico y H el salto de la turbina hidráulica. En el triángulo de velocidades se ven las relaciones claramente. La tabla siguiente muestra los triángulos de velocidades para el lado de entrada del rodete. c1 es la velocidad absoluta, w1 es la velocidad relativa del agua y u1 la velocidad circunferencial del rodete. Centrales hidráulicas -turbinas Características turbinas Ejercicio • Se proyecta instalar dos turbinas que van a mover alternadores de 24 pares de polos para una red cuya frecuencia es de 60 Hz. La caída útil de la central hidroeléctrica es de 10 m y el caudal total es de 50 m3 /seg. Diga Ud. De acuerdo al cuadro mostrado, si η=0,84 ¿Qué tipo de turbina se debe instalar? • Sabemos: Ejercicio • Calculo de nq: Ejercicio Ejercicio Contenido 1. Áreas y/o campos de acción de trabajo • • • • 2. 3. 4. 5. Generación Transmisión Distribución comercialización Resumen, tabla de contenido, tabla de figura y diagramas. Voltaje, corriente, aisladores y conductores. Conceptos de fuente de corriente y voltaje. Resolución de ejercicios de circuitos eléctricos continua y alterna. 5. ESTRUCURA SEP Línea de Transmisión Subestación de Transmisión Subsistema de trasmisión (Sistema interconectado nacional) • Fuente de energía. • Convertidor de energía. • Sistema de transmisión. • Sistema de distribución. • Carga. Línea de subtransmisión Subestación de subtransmisión Subsistema de subtrasmisión (Sistemas secundarios y complementarios) Áreas y/o campos de acción de trabajo Trasmisión • La red de transmisión 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 a altas corrientes eléctricas (La velocidad del flujo de los electrones libres). Estas constituyen el eslabón de unión entre las centrales generadoras y las redes de distribución. https://www.osinergmin.gob.pe/newweb/uploads/Publico/MapaSEIN/ SELECCIÓN DE RUTA DE UNA LINEA DE TRANSMISION. • Ubicación de origen y destino. - Conocer la fuente de alimentación, sea esta una central eléctrica o una subestación de transformación. Además, tener en consideración la ubicación de la carga, es decir el punto de consumo de energía. • Poligonal. - Realizar el trazo de ruta con ayuda del Google earth, o con fotografías aéreas para efectuar el trazo simulado ubicando de manera precisa los vértices a lo largo de la línea. • Vías de acceso. - Tener en consideración cercanía de accesos a lo largo de la línea para efectos de construcción, operaciones y mantenimiento. SELECCIÓN DE RUTA DE UNA LINEA DE TRANSMISION. • Cruce y Paralelismo. - Evitar en lo posible el cruce o paralelismo de líneas existentes, de darse el caso tener las consideraciones del caso para tales fines, como la separación y distancias mínimas de seguridad. • Terrenos frágiles. - No debe ubicarse las estructuras en terrenos deleznables, tales como fango, precipicios, sedimentos, etc. • Edificaciones. - No debe existir edificaciones debajo de la ruta de la línea. • Bosques. - Evitar en lo posible el cruce con bosques naturales. • Restos arqueológicos. - Consultar con INC para ubicar los sitios arqueológicos declarados. TRAZO DE RUTA DE LA INGENIERIA BASICA • Ubicación de vértices. - Conociendo las coordenadas del trazo en gabinete el topógrafo ubicara de manera aproximada con ayuda del GPS el punto referencial. También es posible contar con puntos BM (coordenadas referenciales ubicadas en la cercanía), para dar inicio al trazo. • Ángulos. - Debe tener en consideración los ángulos dados en el trazo de gabinete. De ser el caso debe hacer las modificaciones respectivas, sin desviarse en demasía del punto inicial como del final. • Monumentos. - Habiendo definido el los vértices estos deben ser monumentados (colocación de hitos de concreto), para su ubicación e identificación en el proceso constructivo. TRAZO DE RUTA DE LA INGENIERIA BASICA • Puntos de referencia. - Se debe contar con puntos de referencia adelante y atrás, que indiquen el alineamiento a seguir. También puntos de referencia angulares para medición de desviación. • Perfil. -Con la ubicación de los vértices se realiza el perfilado del terreno, para la posterior ubicación de las estructuras en el programa. En cada lectura de perfil se designa atributos al terreno, para reconocer si en determinado punto no es posible la ubicación de la estructura. • Procesamiento. - Con datos de campo se procesan los mismos, ya sean estos en coordenadas UTM o con cota y progresiva. GESTION DE FAJA DE SERVIDUMBRE • Identificado el trazo de ruta, se determina el ancho de faja de servidumbre de acuerdo al nivel de tensión que se transporta, considerando un ancho de 64,25, 12 mts para 500, 220,138 kv. Respectivamente. ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL • Evaluación de Impacto Ambiental (EIA).- al procedimiento técnicoadministrativo que sirve para identificar, prevenir e interpretar los impactos ambientales que producirá un proyecto en su entorno en caso de ser ejecutado, todo ello con el fin de que la administración competente pueda aceptarlo, rechazarlo o modificarlo. • Monitoreo ambiental. - Realizado la evaluación de los impactos que se puedan producir producto de la instalación de la línea de transmisión, sean estos positivos o negativos, se establece el chequeo de tales impactos (monitoreo), para determinar la magnitud de estos. Teniendo datos reales de estos impactos se establece planes para su control. ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL • Plan de manejo ambiental. - Realizado el monitoreo se realiza el plan que consiste en: • a) Prevención. - Medidas que se toman para evitar que las cosas sucedan, más aún si estas son negativas. Una situación particular es la relación de pareja de los trabajadores con las personas de la zona. • b) Mitigación. - Tomadas las medidas de prevención, se presentan situaciones que no puedan ser evitadas, entonces se trata de reducir el impacto que este ha de causar (mitigar). • c) Control. - Mecanismo que permite corregir desviaciones a través de indicadores cualitativos y cuantitativos dentro de un contexto social amplio, a fin de lograr el cumplimiento de los objetivos SISTEMA DE TRANSMISIÓN Los sistemas de transmisión esencialmente constan de los siguientes elementos: • Estaciones transformadoras elevadoras (subestación eléctrica). • Líneas de transmisión. • Estaciones de maniobra (subestación eléctrica). • Estaciones transformadoras reductoras (subestación eléctrica). SISTEMA DE TRANSMISIÓN • Una subestación eléctrica esta constituido por circuitos de entrada y de salida conectados a un punto común, barraje de la Sub estación. Las características Nominales de la Sub Estaciones son: • Tensión Nominal • Corriente Nominal y corriente Nominal de tiempo corto (cortocircuito) • Frecuencia Nominal • Presión Nominal de operación de gas para maniobra e interrupción SISTEMA DE TRANSMISIÓN • SISTEMA TRIFÁSICO Se emplean de modo casi exclusivo para la transmisión de energía, gracias a su simplicidad y al mayor rendimiento de los conductores respecto a los demás sistemas de corriente alterna. SISTEMA MONOFÁSICO • (IEEE, 1937)Estos sistemas no pueden, en general, competir con los sistemas trifásicos para la transmisión de energía y se usan tan solo para aplicaciones especiales. La más importante de ellas es la de los grandes ferrocarriles; si se tiene en cuenta el coste del conjunto del equipo, la transmisión monofásica resulta ser la más económica. SISTEMA DE TRANSMISIÓN • SISTEMA DE ALTA TENSIÓN DE CORRIENTE CONTINUA • (IEEE, 1937)Estos sistemas permiten reducir la tensión, en comparación con los sistemas trifásicos, como puede deducirse del peso relativo de conductor para una tensión máxima dada. • Los métodos para conseguir grandes potencias a tensiones elevadas en corriente continua no han progresado al mismo ritmo que los adelantos en corriente alterna, y hoy día, casi no existen sistemas comerciales de alta tensión en corriente continua. COMPONENTES DE UNA LINEA DE TRANSMISIÓN 1. CONDUCTORES Principales caracteristicas de los conductores • - Baja resistencia eléctrica. • - Elevada resistencia mecánica. • - Bajo costo. Los tipos de conductor más usados son: • Conductor homogéneo de aleación de aluminio (AAAC) • Conductor mixtos aluminio con alma de acero (ACSR) • Conductores De Aluminio Con Alma De Aleación (ACAR) COMPONENTES DE UNA LINEA DE TRANSMISIÓN 2. APOYOS POR EL TIPO DE MATERIAL: • Madera. • Concreto Armado Centrifugado. • Postes embonables. • Estructuras Auto soportadas. POR SU FUNCIONAMIENTO • Estructura de suspensión. • Estructura de retención. • TERMINAL: • ANGULAR: • ROMPE TRAMOS: TENSIONES STANDARD Capacidad de transmision • CONSTANTES FISICAS • Resistencia • Inductancia • Capacitancia • Conductancia P=V^2/Z P=I^2*Z La capacidad de transmisión de potencia de una línea: Proporcional al cuadrado del voltaje o al cuadrado del la corriente. Contenido 1. Áreas y/o campos de acción de trabajo • • • • 2. 3. 4. 5. Generación Transmisión Distribución comercialización Resumen, tabla de contenido, tabla de figura y diagramas. Voltaje, corriente, aisladores y conductores. Conceptos de fuente de corriente y voltaje. Resolución de ejercicios de circuitos eléctricos continua y alterna. Subestación de distribución Subsistema de distribución primaria ( Redes MT) • Fuente de energía. • Convertidor de energía. • Sistema de transmisión. • Sistema de distribución. • Carga. Subsistema de distribución secundaria ( Redes de BT) Conexiones (redes domiciliaras, comerciales, industriales) Instalaciones de Alumbrado público 5. ESTRUCURA SEP Red de Distribución Primaria Kw Circuitos derivados Circuitos derivados Kw Conexiones Circuitos derivados • DEFINICION • (Castaño, 2004) Señala, la red de distribución eléctrica es la parte del sistema de suministro eléctrico cuya función es el suministro de energía desde la subestación de distribución hasta los usuarios finales (medidor del cliente) y se lleva a cabo por los Operadores del Sistema de Distribución • REDES DE DISTRIBUCIÓN AÉREAS • (Castaño, 2004) En esta modalidad, el conductor que usualmente está desnudo, va soportado a través de aisladores instalados en crucetas, en postes de madera o de concreto. • 3.3. REDES DE DISTRIBUCIÓN SUBTERRÁNEAS • (Castaño, 2004)Son empleadas en zonas donde por razones de urbanismo, estética, congestión o condiciones de seguridad no es aconsejable el sistema aéreo. Actualmente el sistema subterráneo es competitivo frente al sistema aéreo en zonas urbanas céntricas. • REDES DE DISTRIBUCIÓN PARA CARGAS COMERCIALES Caracterizadas por ser resistivas y se localizan en áreas céntricas de las ciudades donde se realizan actividades comerciales, centros comerciales y edificios de oficinas. Tienen algún componente inductivo que bajan un poco el factor de potencia. Hoy en día predominan cargas muy sensibles que introducen armónicos. REDES DE DISTRIBUCIÓN PARA CARGAS INDUSTRIALES • Que tienen un componente importante de energía reactiva debido a la gran cantidad de motores instalados. • Con frecuencia se hace necesario corregir el factor de potencia. Además de las redes independientes para fuerza motriz es indispensable distinguir otras para calefacción y alumbrado. Contenido 1. Áreas y/o campos de acción de trabajo • • • • 2. 3. 4. 5. Generación Transmisión Distribución comercialización Resumen, tabla de contenido, tabla de figura y diagramas. Voltaje, corriente, aisladores y conductores. Conceptos de fuente de corriente y voltaje. Resolución de ejercicios de circuitos eléctricos continua y alterna.
