capitulo 1 - introduccion y conceptos basicos sep 2015

8/18/2019 Capitulo 1 - Introduccion y Conceptos Basicos SEP 2015

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Curso IEE-443Sistemas Eléctricos de Potencia

Capitulo 1: Introducción yConceptos Básicos

Dr. Jaime Peralta RodríguezPontificia Universidad Católica de ValparaísoEscuela de Ingeniería EléctricaMarzo 2016


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Importancia de la Energía Eléctrica

Black-out 14/08/2003 – EEUU/Canadá 55 millones de personas afectadas

(Ontario + 8 estados en EEUU) 2 días sin energía en algunas ciudades NYISO 28.700 MW de carga, pérdida de

5.716 MW Costo ~ US$ 8.000 Millones (ENS) Causas:

Problemas con SCADA (software bug) ysistema de alarmas

Múltiples contingencias Falta de compensación reactiva, colapso

de voltaje Falta de mantención y gestión de

vegetación Falta de conocimiento de la red eléctrica

por operadores


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Definición de un SEP

Es el conjunto de instalaciones incluyendo centraleseléctricas, líneas de transmisión, sub-transmisión ydistribución que operan conectadas en sincronismocon el objeto de generar, transportar y distribuir

energía eléctrica a los consumos conectados a dichosistema.


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Estructura General de un SEP Centrales generadoras

Subestaciones elevadoras

Sistema de transmisión (troncal, subtransmisión y

adicional) Subestaciones de Enlace

Subestaciones de distribución

Red de distribución en Media Tensión

Red de distribución en BT

Instalaciones de clientes industriales


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Etapas de Transformación de un SEP


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Niveles Volt./Frec. Normalizados

Niveles de Voltaje:

Transmisión Troncal: 500, 220 kV

Subtransmisión: 154, 110, 66, 44 kV

Distribución (MT): 23, 13.8, 12 kV

Bajo voltaje: 380, 220 V

Frecuencia: 50 Hz (60Hz en EEUU)


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Instalaciones principales en un

SEP Generadores: Hidráulicos, Térmicos, Solar,

Eólicos, Geotérmicos, nuclear, etc.

Transformadores de poder Líneas de transmisión (AC, DC) Interruptores y equipos de maniobra Equipos de compensación (activa y reactiva)

Sistemas de protección Esquemas de control y medida Servicios complementarios


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Generador Hidráulico


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Generador Térmico

Carbón

Gas Natural(Ciclocombinado)

Petróleo Diesel


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Generadores ERNC

Eólico

Solar


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Líneas de Transmisión

500 kV

220 kV

110 kV


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Subestación Eléctrica

500/220 kV750 MVA

220/110 kV100-200 MVA

110/66/44 kV20-50 MVA


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Subestación Eléctrica (Equipos) Transformador de

Poder HV/MV Bus bar Seccionalizadores

Interruptores Protecciones Transformadores de

Medida Equipos de medición,

control y monitoreo(SCADA)

SSAA


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Sistemas Interconectados Asegura abastecimiento de la demanda en forma segura, confiable,

eficiente y con calidad Segura Generación = Demanda Confiable Contingencias N-1 Eficiente Mínimo costo global

Calidad voltaje y frecuencia dentro de limites Ventajas

Permite economías de escala en generación y trasmisión Aumenta confiabilidad y seguridad del sistema eléctrico Permite aprovechar la diversidad horario y espacial de recursos

Desventajas Aumenta complejidad en la operación Aumenta riesgo de blackout durante contingencias extremas Mayores costos para áreas ricas en recursos eficientes


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El Sector Eléctrico en Chile

Desde la década de los 80 existe un modelo demercado competitivo en generación (DFL No.1 1982)

Separación de segmentos: Generación, transmisión y

distribución La transmisión y distribución de energía se regula en

base a criterios económicos (monopolio natural)

Un conjunto de empresas privadas nacionales einternacionales operan en el sector eléctrico en forma

descentralizada adoptando sus decisiones de inversión La planificación de la trasmisión troncal es centralizada

El Estado regula y fiscaliza


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El Sector Eléctrico en Chile

Instituciones: Comisión Nacional de Energía (CNE): regula tarifas y prepara

plan indicativo de generación (www.cne.cl)

Superintendencia de Electricidad y combustibles (SEC):

Fiscaliza cumplimiento de normas y sanciona empresas(www.sec.cl)

Centro de Despacho Económico de Carga (CDEC-SIC, SING):Responsable de la operación de sistema (www.cdecsic.cl) Operación del sistema a mínimo costo

Vela por la seguridad y confiabilidad de la operación Garantiza acceso abierto al sistema de transmisión

Panel de Expertos: Dirime discrepancias generadas entreempresas, el ente regulador y los CDEC (www.panelexpertos.cl)

http://www.cne.cl/http://www.sec.cl/http://www.cdecsic.cl/http://www.panelexpertos.cl/http://www.panelexpertos.cl/http://www.cdecsic.cl/http://www.sec.cl/http://www.cne.cl/


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Sistema Interconectado Central (SIC)

El SIC abastece la zona central del país entre Antofagasta y Chiloé

Abastece el 92% de la población

Al año 2014:

Capacidad Instalada: 15.181 MW Demanda Máxima: 7.547 MW

Generación de Energía: 52.262 GWh

52 % de la generación es hidroeléctrica, 45 % térmica, 3% eólicay solar

Costo Marginal: USD$/MWh 131.1 El sistema de transmisión troncal consta de líneas en

500kV, 220kV, 154kV

Sistema de Subtransmisión de 110kV, 66kV, y 44kV


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Sistema Interconectado del Norte Grande

( SING) El SING abastece la zona norte del país, desde Arica a Coloso

Al 2013: Capacidad Instalada: 4.607 MW

Demanda Máxima: 2.060 MW

Generación de Energía: 17.237 GWh

98% térmica, 2% eólica y solar

Costo Marginal: USD$/MWh 39.8

El sistema de transmisión principal consta de líneas en 220kV,154kV y 110kV

La mayor parte de la demanda proviene de los consumos mineros(Escondida, Chuquicamata, Collahuasi, etc.)


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Sistemas Eléctricos de Aysén y

Magallanes El Sistema de Aysén tiene una potencia

instalada del orden de 51 MW (Hidro, diesel)

El sistema de Magallanes tiene una capacidadinstalada de aproximadamente 100 MW en basea gas natural


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Análisis requeridos para el diseño,

planificación y operación de un SEP Seguridad: capacidad disponible versus demanda total

equilibrio entre generación y demanda Confiabilidad: continuidad de suministro (N-1) Calidad de la energía: regulación de tensión y

variación frecuencia en rangos aceptables, contenidoarmónico, desbalances, flicker, etc.

Estudios técnicos: flujos de potencia, cortocircuitos,análisis de contingencias, estabilidad, coordinación deprotecciones, sobretensiones por transitorios y

coordinación de la aislación, pérdidas, confiabilidad,etc.

Estudios económicos: planificación de generación ytransmisión, despacho económico, inversiones/precios


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Herramientas Computacionales

Planificación: OSE2000, PLP, PCP

Estado Estacionario: PF DigSilent, PSSE, PSLF

Estudios de Estabilidad: PF DigSilent, PSSE,

PSLF Electromagnéticos transitorios: EMTP-RV,

PSCAD, Matlab-Simulink

Protecciones: PF DigSilent, ASPEN, ETAP


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Fallas y perturbaciones en un SEP

Cortocircuitos por fallas de la aislacióndieléctrica y cortes de conductores

Causas externas (descargas atmosféricas,viento, lluvia, accidentes, etc.)

Fallas en centrales eléctricas (turbinas,calderas)

Apertura de fases Contaminación armónica, flicker y desequilibrio

de fases


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Efectos de perturbaciones y fallas

Sobrecorrientes

Variaciones bruscas de tensión

Variaciones bruscas de frecuencia

Inversión de los flujos de potencia Inestabilidad: voltaje, angular, y frecuencia

Desequilibrios en tensiones y corrientes

Distorsión ondas de tensión y corriente

Daño a equipos y/o personas

Pérdida de suministro


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Rol de Protecciones en un SEP

Detectar condiciones de falla o inicio deperturbaciones

Requisitos básicos: dependabilidad, selectividady confiabilidad

Dependabilidad: que operen cuando deben

Selectividad: que aíslen solo sistemas requerido

Confiabilidad: no operaciones erráticas

Rapidez de operación


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Protecciones Típicas

Sobrecorriente de fase, instantánea y con retardo segúncurva I-t: 50/51

Sobrecorriente residual (mide corriente a secuencia

cero): 50N/51N Baja tensión o sobretensión (27/59)

Direccional de fase y residual (67/67N)

Impedancia (21/21N)

Diferencial (87) Baja frecuencia (81)

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