clase 01

1

ANALISIS DE SISTEMAS

ELECTRICOS DE POTENCIA I

EE-353M

curso

Ing. Moisés Ventosilla Zevallos

Capítulo I: INTRODUCCION Y CONCEPTOS FUNDAMENTALES 2

EVALUACION

SISTEMA DE CALIFICACION

Sistema G

Examen parcial (EP) Peso 1

Examen final (EF) Peso 1

Promedio de practicas (PP) Peso 1

NOTA = (EP+EF+PP)/3

EVALUACIONES

Examen Parcial (01-20)

Examen Final (01-20)


CONTENIDO

PRIMERA PARTE I INTRODUCCION Y CONCEPTOS (S1)

II COMPONENTES DE SISTEMAS ELECTRICOS (S2)

III VALORES POR UNIDAD (S3,4)

VI ANALISIS DE FLUJO DE CARGA (S5,6,7)

Examen parcial (S8)

SEGUNDA PARTE

V COMPONENTES SIMETRICAS (S9,10)

VI ANALISIS DE FALLAS (S10,11,12)

VII PARAMETROS DE LINEAS DE TRANSMISION (S13,14)

VIII OPERACION DE LINEAS DE TRANSMISION (S15)

Examen final (S16)

Examen sustitutorio (S18)

Aula: www.fieeuni.edu.pe/lms

Código de automatriculación: EE353M-2013

5

INTRODUCCION Y CONCEPTOS

Semana 1, Clase 1

GENERACIÓN

USUARIOS

USUARIOS

USUARIOS

DISTRIBUCIÓN

TRASMISIÓN


Introducción y conceptos

Concepto de sistemas eléctricos de potencia

Redes Eléctricas

Breve historia del desarrollo de la electricidad

Fuentes de energía

Tipos de centrales de generación

Ecuaciones fundamentales

Representación de los sistemas eléctricos

Interconexión de redes eléctricas

Producción de la energía y la demanda de potencia

en el Perú

Situación actual y expansión de los sistemas

eléctricos en el Perú

Organización del sector eléctrico nacional

7


CAPITULO I: INTRODUCCION Y CONCEPTOS

500/220kV

500 kV

220/60kV

60/10kV

Abonado 10kV

Abonado 60kV

Abonado 220V

60/0.22kV



SISTEMA ELECTRICO DE POTENCIA (SEP):

Conjunto de componentes que permiten llevar la

energía eléctrica desde los centros de generación

hasta los lugares de consumo

CENTROS DE GENERACIÓN: Producción de energía

eléctrica utilizando fuentes de energías primarias. Estas son

centrales térmicas, hidráulicas, eólicas, geotérmicas, etc.

REDES DE TRANSMISIÓN: Transportan la desde las

centrales de generación hasta centros de transformación y/o

consumo en diferentes niveles de tensión.

REDES DE DISTRIBUCIÓN: Canalizan la energía eléctrica

desde los centros de transformación (subestaciones) hasta

los consumidores finales.


20kV

60kV

60kV

220kV

220kV

10kV

S

10kV

S

10kV

60kV

10kV

60kV

Red eléctrica de generación & transmisión

REDES ELECTRICAS

S

500kV

20kV

500kV

LIMA


Red eléctrica de distribución

20kV

60kV

20kV

0.2

2kV

20kV

0.2

2kV

10kV

60kV

10kV

0.2

2kV

10kV

0.2

2kV

REDES ELECTRICAS

PRIMARIA

SECUNDARIA

PRIMARIA

SECUNDARIA

11

BREVE HISTORIA DE LA ELECTRICIDAD


500,000a.c. S XIII y XIVa.c. 1,859 1,880


Breve evolución histórica de la electricidad

600AC: Tales de Mileto descubre que frotando el ámbar atrae objetos livianos

1800: Alessandro Volta descubre la pila eléctrica

1819: Hans Oersted que la electricidad produce magnetismo

1821: Michael Faraday descubre el principio del dínamo

1827: André Ampére relaciona la fuerza magnética con corriente eléctrica

1831: Michael Faraday descubre la inducción electromagnética

1880: Thomas Alva Edison descubrió la lámpara incandescente

1882: Thomas Alva Edison presenta el primer generador en DC

1883-84: Invención del transformador de potencia en Francia

1884: Se realizó el primer transporte en VAC Monofásica a 18kV

1891: Se transmite por primera vez corriente trifásica en Alemania

1906: Se crea la Comisión Electrotécnica Internacional (CEI)

1910: Se alcanzan los 150kV

1922: Puesta en servicio de la primera línea a 245kV


Energía y desarrollo

La expansión del consumo de energía eléctrica, la

producción de la electricidad a gran escala y el aumento

de la capacidad de transmisión de las líneas a tensiones

elevadas han dado lugar a la consolidación de sistemas

eléctricos regionales, nacionales y multinacionales.

La electricidad es considerado un servicio publico en la

mayoría de los países, propiciando la intervención del

estado para garantizar una calidad y precios razonables.

Sin energía no hay desarrollo sostenible


Evolución histórica en el Perú (1)

En 1886, con una planta de vapor de 500HP, en el Parque Neptuno (Hoy Paseo de la República) se inauguró el alumbrado público eléctrico de la Plaza de Armas, jirones Unión y Carabaya, el Puente, la bajada del puente y la Plaza de la Recoleta.

En 1895 se instaló la Empresa Transmisora de Fuerza Eléctrica (ETFE) en Santa Rosa de la Pampa. Posteriormente, la Sociedad Industrial Santa Catalina absorbió los capitales de ETFE y la compañía asumió el nombre de Empresa Eléctrica Santa Rosa (EESR)

En 1992, se instaló la Planta Térmica en Limatambo para suministrar energía al ferrocarril de Chorrillos.

En 1903 se inauguró la C.H. Chosica, con 4000HP utilizando el salto de agua del sistema Rímac-Santa Eulalia.



El año 1906 se fusionan las empresas eléctricas

dispersas formando las Empresas Eléctricas Asociadas.

En diciembre 1907 se inauguró la C.H. Yanacoto.

En 1927, la C.T. Santa Rosa fue ampliada con dos turbo

grupos a vapor, cada uno de 5000 kW.

En 1933, Pablo Boner formuló en tres etapas el

aprovechamiento del potencial hídrico de la cuenca

Rímac - Santa Eulalia con centrales escalonadas.

En1938 se inauguró la C.H. Callahuanca con una

potencia total de 36.75MW.

En 1951 se inauguró la C.H. Moyopampa con 21MW y el

siguiente año se amplió a 42MW.



En 1955 en la C.H. Callahuanca se puso en servicio un

grupo adicional de 31MW y en la C.H. Moyopampa

grupo adicional de de 21MW.

En 1957 se dio inicio a los trabajos de la C.H. Huinco, y

la perforación del túnel transandino.

En abril de 1965 se inauguró la C.H. Huinco.

En 1960 se inauguró la Central de Huampaní con 31MW.

En este año salieron del servicio las centrales de

Yanacoto y Chosica.

En 1972, el gobierno militar del General Juan Velazco

Alvarado, por el Decreto Ley 19521 se estatizó las

Empresas Eléctricas Asociadas, dando origen a

ELECTROLIMA S.A.



Por los años 90, el sector eléctrico peruano se

encontraba prácticamente colapsado, en razón de los

severos conflictos internos, la descapitalización de las

empresas del estado, tarifas subsidiadas, restricciones

de suministro, falta de inversiones y otras componentes

negativos

El Decreto Ley Nº 25844 Ley de Concesiones Eléctricas

(LCE) del 19.11.1992, fragmento el esquema eléctrico en

unidades de negocios de generación, transmisión y

distribución con la finalidad que todos los usuarios sin

excepción tengan un servicio eficiente, de calidad

adecuada, continuo y lo mas barato posible.

Bajar y leer la Ley de Concesiones eléctricas del MEN



La LCE se crea el Comité de Operación Económica del

Sistema (COES), con la finalidad de operar de manera

eficiente el Sistema Eléctrico Interconectado Nacional

(SEIN) e inicia sus actividades en 1993.

Por Ley Nº 26734 del 31.12.1996 se crea el Organismo

Supervisor de Inversión en Energía (OSINERG) y

mediante Ley Nº 28964 del 24.01.2006 se transforma en

el Organismo Supervisor de Inversión en Energía y

Minería (OSINERGMIN) con funciones de supervisión,

fiscalización y sancionadora por actividades en los

sectores de electricidad, hidrocarburos y minería.



En 1994, Electrolima se divide en tres nuevas empresas

con el objetivo de su posterior privatización. De esta

forma aparecen Luz del Sur, Edelnor y Edegel S.A., las

dos primeras distribuidoras y la tercera generadora de

electricidad para nuestra ciudad capital.

21

Situación actual y expansión de las redes

eléctricas en el Perú y Sudamérica

22

Organización Sistema Eléctrico

Interconectado (SEIN)

Generación

Transmisión

Distribución

Clientes libres

G1

D1 D2 D3 Dn

G G Gn

C C C C

G G Gk G

C C C


Empresas integrantes del SEIN - GENERADORES

Duke Energy Egenor S. en C. por A

Edegel S.A.A.

Electroandes S.A.

Empresa de Electricidad Del Perú S.A.

Empresa de Generación Eléctrica Cahua S.A.

Empresa de Generación Eléctrica de Arequipa S.A.

Empresa de Generación Eléctrica del Sur S.A.

Empresa de Generación Eléctrica Machupicchu S.A.

Empresa de Generación Eléctrica San Gabán S.A.


Empresas integrantes del SEIN - GENERADORES

Empresa Eléctrica De Piura S.A.

Enersur S.A.

Esco Compañía de Servicios De Energía Sac

Generadora Energía del Perú S.A.

Hidroeléctrica Santa Cruz Sac

Kallpa Generación S.A.

Sdf Energia S.A.C.

Shougang Generación Eléctrica S.A.A.

Sociedad Minera Corona S.A.

Termoselva S.R.L.


Compañia Transmisora Norperuana S.R.L

Consorcio Energetico De Huancavelica S.A.

Consorcio Transmantaro S.A.

Eteselva S.R.L.

Interconexión Eléctrica Isa Perú S.A.

Red De Energía Del Perú S.A.

Red Eléctrica Del Sur S.A

Empresas integrantes del SEIN - TRANSMISORES


Electro Sur Medio S.A.A.

Electro Sur Este S.A.A

Electrocentro S.A.

Electronoroeste S.A. (ENOSA)

Edelnor

Electronorte S.A. (ENSA)

Hidrandina S.A.

Empresa Regional de Servicio Público de

Electricidad Electrosur S.A. (Electrosur)

Luz Del Sur S.A.A.

Sociedad Eléctrica del Sur Oeste S.A. (SEAL)

Empresas integrantes del SEIN - DISTRIBUIDORAS


Cemento Andino S.A.

Cementos Lima S.A.

Cementos Pacasmayo S.A.A.

Ceramica Lima S.A.

Cerámica San Lorenzo S.A.C

Compañía de Minas Buenaventura S.A.A.

Compañía Industrial Textil Credisa - Trutex S.A.A.

Compañía Minera Antamina S.A.

Compañía Minera Ares S.A.C.

Compañia Minera Condestable S.A.

Compañia Minera Milpo S.A.A.

Corporación Aceros Arequipa S.A.

Doe Run Peru S.R.L.

Empresa Minera Los Quenuales S.A.

Exsa S.A.

Fundicion Callao S.A.

Gloria S.A.

GOLD FIELDS LA CIMA S.A.

Empresas integrantes del SEIN – CLIENTES LIBRES


Industrias Cachimayo S.A.C.

Messer Gases del Perú S.A.

Metalurgica Peruana S.A.

Minera Barrick Misquichilca S.A.

Minera Colquisiri S.A.

Minera Yanacocha S.R.L.

Minsur S.A.

Papelera Nacional S.A.

Perubar S.A.

Productos Tissue Del Perú S.A.

Quimpac S.A.

Shougang Hierro Peru S.A.A.

Sociedad Minera Cerro Verde S.A.A.

Southern Perú Copper Corporation, Sucursal Del Perú

Tecnológica de Alimentos S.A.

Unión de Cervecerías Peruanas Backus Y Johnston S.A.A.

Volcan Compañía Minera S.A.A.

Xstrata Tintaya S.A.

Yura S.A.

Empresas integrantes del SEIN – CLIENTES LIBRES


Mapa eléctrico SEIN (Fuente COES)


Modelo de competencia MODELO 1

G

T

G

T

D D

C C C

MODELO 2

D D

G G

T T T T

G G

C C C C

G GENERACION

T TRANSMISION Y TRANSFORMACION

D DISTRIBUCION

C CLIENTE

MONOPOLIO ESTATAL COMPETENCIA EN EL MERCADO


Nueva estructura del sector eléctrico

Sector Privado

Generación

Transmisión

Distribución

Sector Estatal

Normalización

Fiscalización

Clientes

Regulados

Libres


Actores en el mercado eléctrico

33




Fundamentalmente para compartir recursos

Posponer inversiones

Asociación para mejorar el servicio eléctrico

Factor de integración entre estados bajo los

principios:

Competencia (reglas objetivas, transparentes y no discriminatorias)

Gradualidad (en el desarrollo y requerimeintos del mercado)

Reciprocidad (Derecho de un estado de aceptar una regla común)


Redes interconectadas

0 18 24 0 18 24 15 3

RED A RED B

S

S

S

S

S

S

S

S

S

Línea Interconexión


Redes interconectadas en Sudamerica

336

6300

295

2000

900 2000 600 70

200

100

Capacidad

máxima

(millones de

m3/día)

Ar - Cl San Sebastián (Ar) - Punta Arenas (Cl) (Bandurria) 4 Op.

Ar - Cl Pta. Dungeness (Ar) - Cabo Negro (Cl) (Dungeness) 2,8 Op.

Ar - Cl El Cóndor (Ar) - Posesión (Cl) 2 Op.

Ar - Cl Loma La Lata (Ar) - Concepción (Cl) (Gas Pacífico) 3,5 Op.

Ar - Cl La Mora (Ar) - Santiago (Cl) (Gasandes) 70 Op.

Ar - Cl Cnel. Cornejo (Ar) - Mejillones (Cl) (Gasatacama) 9 Op.

Ar - Cl Gasod. Norte (Ar) - Tocopilla(Cl) (Norandino) 9 Op.

Ar - Bo Ramos (Ar) - Bermejo (Bo) 1,5 Op.

Ar - Bo Campo Durán (Ar) - Madrejones (Bo) 7 Sin op.

Bo - Py Vuelta Grande (Bo) - Asunción (Py) - Est.

Ar - Py Cnel. Cornejo (Ar) - Ciudad del Este (Py) - Est.

Ar - Br Cnel. Cornejo (Ar) - S. Paulo / P. Alegre (Br) - Pyto.

Ar - Br Aldea Brasilera (Ar) - Uruguayana (Br) 15 Op.

Ampliación Uruguayana (Br) - Porto Alegre (Br) Est.

Bo - Br San Miguel (Bo) - Cuiabá (Br) 2,8 Op.

Bo - Br Río Grande (Bo) - S. Paulo (Br) 30 Op.

Ar - Uy Gto. Entrerriano (Ar) - Paysandú (Uy) (Del Litoral) 2,5 Op.

Ar - Uy Gto. Entrerriano (Ar) - Casa Blanca (Uy) 5 Sin op.

Ar - Uy Bs. Aires (Ar) - Montevideo (Uy) (Cruz del Sur) 6 Op.

Uy - Br Colonia (Uy) - Porto Alegre (Br) - Pyto.

Co - Ve Est. Ballena (Co) - Maracaibo (Ve) 4,2 Pyto.

Países Gasoducto Obs.

37

Producción de la energía y la demanda de

potencia en el Perú


Producción de la energía por empresas 2009


Evolución de la energía (GW-h) y potencia (MW) 1997-2009


Evolución de la energía y potencia 1997-2009


Cobertura de la máxima demanda del 2004


Diagrama día máxima demanda Mayo 2009


Proyección de potencia y energía 2013-2022

Tarea: Leer informe disponible en sitio del COES

44

FUENTES DE ENERGÍA



Fuentes de energía

Renovables

Agua almacenada en los reservorios naturales y construidos

El sol

El viento

La biomasa

Las mareas

Las Olas

Geotérmica

Hidrógeno

No renovables

Combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural)

Uranio utilizado en la fisión nuclear

46

Centrales de generación



Centrales eléctricas convencionales

Centrales Hidroeléctricas. Intercambio de energía potencial del agua, en cinética y

luego en el eléctrica por intermedio de los generadores

Las turbinas son la pelton, francis o kaplan

La elección adecuada de la turbina depende del desnivel del agua y el caudal mínimo sostenible

Normalmente se instalan lejos de los centros de carga

Las minicentrales hidroeléctricas apoyan el desarrollo de puebles aislados

VENTAJAS

Bajos costos de operación y mantenimiento

Energía limpia (¿Es limpia realmente?)

Las construcciones tienen larga vida

Las turbinas hidráulicas son muy sencillas

No contamina

Emplea un recurso renovable



Centrales Hidroeléctricas. DESVENTAJAS

Alto costo de instalación a la que hay que agregar la SE y LT

La disponibilidad de energía supeditada a los embalses y es estacional

Su construcción dura varios años

Gran impacto ambiental

Peligro latente por ruptura de presas

Aumenta la humedad relativa en la vecindad

de las represas


Centrales hidráulicas – Ciclo hidrológico

Es el aprovechamiento de la energía solar, el calor del sol genera el CICLO HIDROLOGICO


Centrales hidráulicas

Central hidroeléctrica

Tres Gargantas CHINA

• La más grande central

hidroeléctrico del mundo

• Controla el Río Yangtsé

• Superficie del embalse 600 km2

• Nivel normal: 175 m.

• Volumen: 39,3 billones m3.

• Capacidad instalada: 22.500 MW.

(32x700 MW + 2x50 MW)

• Costo: 50,000 millones de $US

• Desplazamiento: + 1Millón de

personas




1- Embalse

2- Presa

3- Galería de conducción

4- Chimenea de equilibrio

5- Tubería reforzada

6- Central

7- Turbinas y generadores

8- Desagües

9- Líneas de transporte de

energía eléctrica

10- Embalse inferior o río


Minicentral Hidroeléctrica



Centrales Termoeléctricas

Intercambio de energía calorífica en mecánica y luego en

eléctrica.

Las centrales son de turbinas de vapor, de gas o ciclo

combinado

La fuente de energía son los productos fósiles como es el

carbón, petróleo o gas natural

VENTAJAS

Facilidad de instalación

Tecnología muy desarrollada

DESVENTAJAS

Alto costo de operación y mantenimiento si utiliza petróleo o carbón

Costo de operación y mantenimiento similares a las centrales hidráulicas si utilizan gas natural.

Las centrales a carbón ocasionan graves problemas ambientales

Combustible No renovable


Carbón, petróleo y gas natural

CARBON

Roca formada por carbono mezclado con otras sustancias. Reservas mas de 200 años.

PETROLEO

Líquido oscuro y viscosos con cientos de compuestos diferentes, en su mayoría hidrocarburos.

Reservas: mas de 100 años.

Derivados: gasolinas, grasa, aceites, medicinas, etc.

GAS NATURAL

Mezcla de hidrocarburos (metano, butano y propano) que puede encontrase junto a un pozo petrolífero o en una bolsa independiente.


Esquema de una central térmica de vapor

Esquema de una central térmica



Esquema central térmica ciclo combinado

Esquema central térmica de ciclo combinado



Centrales eléctricas no convencionales

Centrales Eólicas

Fuente primaria: El viento (Entre 1 y 2% de la energía del sol)

VENTAJAS

Fuente de energía segura y renovable


No emites gases del efecto invernadero

Conversión directa

Son instalaciones móviles y desmontables

Tecnología en desarrollo permanente

DESVENTAJAS

Intermitencia de los vientos

Dispersión geográfica

Impacto visual sobre el ecosistema

Ruido constante (las casas a + de 200m)

Dificultad de almacenamiento (utiliza acumuladores)

Las aves migratorias cambian de ruta o de descanso


Central eólica


Parques eólicos



Centrales Solares

Fuente primaria es el SOL

VENTAJAS


Limpia y renovable

Conversión directa

Tecnología en desarrollo

DESVENTAJAS

Aprovechable a gran escala solo en algunas partes de la tierra

Requiere de grandes superficies para su captación

Impacto sobre el ecosistema

Dificultad de almacenamiento

Difuso y estacional


Centrales solares



Centrales Geotérmicas Corresponde a la energía calorífica contenida en el interior

de la tierra. Hay dos tipos: hidrotérmica y rocas calientes

Hidrotérmica es la energía interna y cinética asociada al vapor de agua que sale directamente a la superficie en zonas volcánicas.

Rocas calientes: Se inyecta agua y se usa el vapor.

VENTAJAS

Limpia

Conversión directa

Prácticamente inagotable

Costos operativos bajos

Baja contaminación

DESVENTAJAS

No aprovechable a gran escala


Peligro de contaminación aguas subterráneas


Ciclo central geotérmica



Centrales Nucleares

Fuente primaria es el Uranio

VENTAJAS

Grandes reservas de uranio

Tecnología desarrollada

Gran productividad

Fuente barata

Aplicaciones médicas

DESVENTAJAS

Alto riesgo de contaminación

Residuos radioactivos peligrosos

Dificultad en desprenderse de los residuos

Alto costo de mantenimiento

Posibilidad de desarrollo con fines no pacíficos


Esquema típico de una central nuclear

Catástrofes históricos

Chernobyl - Ucrania

El 26.04.86 fue la catástrofe.

Potencia nominal 4GW

El reactor 4 fallo

El material radiactivo

liberado fue 500 de veces

mayor al de Hiroshima

Trece países de Europa

central y oeste afectados.

Fukushima – Japón

El 11.03.11 se produjo un

terremoto de escala 9.

Potencia nominal 4.7 GW .

En el terremoto las unidades

1, 2 y 3 estaban operando.

El sistema principal y

alterno de enfriamiento fallo



Energía no convencionales

Energía del hidrógeno

VENTAJAS

Reservas ilimitadas

Gran productividad

DESVENTAJAS


Almacenamiento costoso

Energía de la biomasa

VENTAJAS

Disponible en todo lugar

Uso de despedicios

DESVENTAJAS


Produce CO2

Pequeña escala

Ocasiona alza de precios

86




FUENTE DE

VOLTAJE CARGA

CONDUCTORES

Va

─

VL

─

ZL

I

Va = IxZL + VL

Na = VaxI*



Va

Vab

Vbc

Vca

c

b

a

Secuencia directa a-b-c

Vab = Va - Vb

Vbc = Vb - Vc

Vca = Vc - Vba

89

Representación de las redes eléctricas


Representación de una red eléctrica

Las redes eléctricas de transporte y distribución de

energía son trifásicos

Las redes de transporte se clasifican en líneas de

transmisión y subtransmisión

Las redes de distribución se clasifican en primaria y

secundarias

La alimentación a los usuarios domésticos pueden

ser monofásicos o trifásicos.

La representación de las redes eléctricas sean

trifásicos o monofásicos es monofásico.

Los esquemas trifásicos tienen su uso

especialmente en la ingeniería de detalle.


20kV

60kV

60kV

220kV

220kV

10kV

S

10kV

S

10kV

60kV

10kV

60kV

Red eléctrica de generación & transmisión

REDES ELECTRICAS

Representación unifilar


20kV

60kV

20kV

0.2

2kV

20kV

0.2

2kV

10kV

60kV

10kV

0.2

2kV

10kV

0.2

2kV

Red eléctrica de distribución

REDES ELECTRICAS


Detalle de barras

REDES ELECTRICAS

Representación unifilar


Representación trifásica

REDES ELECTRICAS

R S

T

R S T

R S

T

Representación detalle

96

FIN CLASE 1

clase 01

Documents

redes electricas

cl ar

centrales elctricas

centrales solares

examen parcial

situacin actual

minicentral hidroelctrica

examen final