c1p1 2015ii

1

ANALISIS DE SISTEMAS

ELECTRICOS DE POTENCIA I

EE-353M

curso

Ing. Moiss Ventosilla Zevallos

Captulo I: INTRODUCCION Y CONCEPTOS FUNDAMENTALES 2

EVALUACION

SISTEMA DE CALIFICACION

Sistema G

Examen parcial (EP) Peso 1

Examen final (EF) Peso 2

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 (S17)


MES AGO OCTUBRE

SEMANA S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8

DIA 26 2 9 16 23 30 7 14

Controles (C)-Domiciliarios (D) C1 C2 D1 D2 C3 D3

Monografas M

Introduccin y conceptos 1

Componentes de SEP 2

Valores por unidad 3 4

Flujo de carga 5 6 7

C: (20), M: (20)

D: (20)

SETIEMBRE

E x

m

e n

P

a r

c i a

l

EVALUACION DEL APRENDIZAJE

PLAN DE TRABAJO CICLO 2015 II

(primera parte)

PROGRAMA DEL CURSO


MES

SEMANA S10 S11 S13 S14 S15 S16

DIA 21 24 28 4 11 14 18 25 2 9

Controles (C)-Domiciliarios (D) D1 C1 D2 C2/C3 C4

Sustentacin-Monografa S

Componentes simtricas 9

Anlisis de fallas 10 11

Clculo de parmetros 12 13 14

Operacin lneas transmisin 15

C: (20), S: (20)

D: (20)

S9 S12

PROGRAMA DEL CURSO

S

PLAN DE TRABAJO CICLO 2015 II

(segunda parte)

NoviembreOctubre Diciembre

E x

m

e n

F

i n

a l

EVALUACION DEL APRENDIZAJE

6

INTRODUCCION Y CONCEPTOS

Semana 1, Clase 1

GENERACIN

USUARIOS

USUARIOS

USUARIOS

DISTRIBUCIN

TRASMISIN


Introduccin y conceptos

La Ingeniera elctrica

Concepto de sistemas elctricos de potencia

Redes Elctricas

Breve historia del desarrollo de la electricidad

Fuentes de energa

Tipos de centrales de generacin

Ecuaciones fundamentales

Representacin de los sistemas elctricos

Interconexin de redes elctricas

Produccin de la energa y la demanda de potencia en el Per

Situacin actual y expansin de los sistemas elctricos en el

Per

Organizacin del sector elctrico nacional

8

La Ingeniera elctrica

CAPITULO I: INTRODUCCION Y CONCEPTOS


Proyectos electromecnicos

Proyectos Supervisin

Montaje Operacin

Mantenimiento Consultora


Estudios de sistemas elctricos

Planeamiento Anlisis

Pruebas Proteccin

Control y automatizacin Consultora


Proteccin y control

Planeamiento de la distribucin

Empresas elctricas de distribucin

Crecimiento del consumo de energa

Crecimiento de la demanda de potencia

Crecimiento de la red de distribucin

Crecimiento poblacional

Crecimiento del ingreso per cpita

ndice general de precios de la electricidad

Cambios tecnolgicos

Clima

Actos de Dios

Prediccin de la demanda de energa a corto plazo

Prediccin de la demanda de energa a mediano plazo

Prediccin de la demanda de energa a largo plazo


14


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

energa elctrica desde los centros de generacin

hasta los lugares de consumo

CENTROS DE GENERACIN: Produccin de energa

elctrica utilizando fuentes de energas primarias como son

la energa potencial del agua almacenada, gas natural,

petrleo, viento, el sol y otras fuentes. Las centrales son las

trmicas, hidrulicas, elicas, geotrmicas, etc.

Centrales de generacin

Subestaciones de generacin

REDES DE TRANSMISIN: Transportan la energa desde las

centrales de generacin hasta centros de transformacin a

diferentes niveles de tensin

Lneas de transmisin

Subestaciones



REDES DE DISTRIBUCIN: Canalizan la energa elctrica

desde las subestaciones hasta los consumidores finales.

Subestaciones de distribucin

Redes de distribucin primaria

Redes de distribucin secundaria


20kV

60kV

60kV

220kV

220kV

10kV

S

10kV

S

10kV

60kV

10kV

60kV

Red elctrica de generacin & transmisin

S

500kV

20kV

500kV

LIMA

Generacin Transmisin


Red elctrica de distribucin

20k

V

60kV

20kV

0.2

2kV

20kV

0.2

2kV

10k

V

60kV

10kV

0.2

2kV

10kV

0.2

2kV

DIATRIBUCIN PRIMARIA DISTRIBUCIN

SECUNDARIA

DIATRIBUCIN PRIMARIA DISTRIBUCIN

SECUNDARIA

Sistema de distribucin de media tensin y baja tensin


Conceptualizacin de subestacin

Una subestacin es un nodo en los Centros de

generacin, redes de transmisin y distribucin del

SEP.

En una subestacin se realiza un cambio de los

niveles de voltaje.

En una subestacin se instalan equipos para

direccionar el flujo de energa por diversas rutas en

un sistema de potencia

En una subestacin se garantiza la seguridad del

sistema por medio de dispositivos automticos de

control y proteccin.

20 Captulo I: INTRODUCCION Y CONCEPTOS FUNDAMENTALES 20

Subestacin de enlace

Transformador

de tensin

Barra

Barras R S T


Medid

a

Seccionador

de barra

Transformador

de tensin

Seccionador

de lnea

Transformador

de corriente

Interruptor

Seccionador

de tierra

Pro

tecci

n

Pararrayo

Medid

a

Seccionador

de barra

Transformador

de tensin

Seccionador

de lnea

Transformador

de corriente

Interruptor

Seccionador

de tierra

Pro

tecci

n

Pararrayo

Subestacin

La subestacin est conformado por las reas de los

patios de conexin y transformacin, vas de

circulacin y mantenimiento, edificaciones, etc

El lote se debe urbanizar en forma ptima para obtener el mejor aprovechamiento de las reas

constitutivas sin que existan interferencias entre los

patios, accesos de lneas, vas de circulacin.

El lote debe permitir una fcil operacin de todos sus

componentes y libre errores humanos.

Facilidad de mantenimiento y pruebas.

Preparado para ampliaciones programadas.


Patios

Patio de conexiones

Conjunto de equipos y barras de una subestacin que

tienen el mismo nivel de tensin y que estn elctricamente

asociados. Generalmente ubicados en la misma rea de la

subestacin.

Patio de transformacin

rea de la subestacin en donde se ubican los

transformadores de potencia. Generalmente ubicado entre

patios de conexin de diferente niveles de tensin.


Distribucin del patio

Es el ordenamiento fsico de los diferentes equipos

constitutivos de un patio de conexiones para una

configuracin determinada.

Baha de conexin

Es el conjunto de equipos necesarios para conectar un

circuito de generacin, transformacin, lnea, equipo de

compensacin u otro al sistema de barras colectoras.

Las Barras colectoras representa el nodo del sistema. Es el

punto de conexin en donde se unen elctricamente todos

los circuitos que son parte de un determinado patio de

conexiones.


Clasificacin de las subestaciones

Funcin

Generacin.

Transformacin.

Maniobra

Montaje

Interior

Exterior

Tecnologa

Convencionales o aisladas al aire (AIS Air Insulated Substation)

Encapsuladas o aisladas al SF6 (GIS Gas Insulated Switchgear)

Hbridas

Mviles


Las subestaciones por su funcin.

Subestacin de generacin

Permiten erogar la potencia activa generada directamente al

sistema elctrico. Su caracterstica principal es la

confiabilidad, seguridad y flexibilidad.

Ejemplos:

La subestacin de la C.H. Mantaro

La subestacin de la C.H. Matucana

Subestacin de transformacin.

Permite efectuar cambios en los niveles de tensin

Ejemplo:

La Subestacin Santa Rosa 220/60kV

La Subestacin Chavarra 220/60kV


Las subestaciones por su funcin.

Subestacin de maniobra

Conectan varios circuitos de lneas y transformadores para

orientar o distribuir el flujo de potencia a diferentes reas del

sistema elctrico.

Ejemplo:

La Subestacin Cotaruse


Las subestaciones por su Tecnologa

Convencionales o aisladas al aire - AIS

Instalados a la intemperie

Equipos electromecnicos

Equipos de medicin y de proteccin

Caseta de rels

Sala de mando

Equipos auxiliares

Equipos FACTS


Subestacin AIS


Las subestaciones por su Tecnologa

Encapsuladas o aisladas al SF6 GIS (Gas Insulated Switchgear)

Modular y verstil

Los equipos se alojan en cmaras de gas

Utilizan el aluminio por lo que los anclajes son livianos

La unin de los mdulos es mediante bridas.

Los Filtros estticos reducen el ingreso de la humedad.

El gas SF6 est encerrado hermticamente y no se

consume. As, si el uso es correcto, no hay peligro

ambiental.


Subestaciones GIS


AIS - GIS

AIS

Estructural y

espacial

Instalacin exterior

Mayor espacio

Expuesto a la

intemperie

Menor seguridad

Menor confiabilidad

Mayor costo O&M

Menor vida til

No requiere

monitoreo del aire.

GIS

Modular y compacto.

Instalacin inter. o

exter

Menor espacio

Aislado de la

intemperie

Mayor seguridad

Mayor confiabilidad

Menor costo O&M

Mayor vida til

Monitoreo continuo

del gas. 34 Captulo I: INTRODUCCION Y CONCEPTOS FUNDAMENTALES 34

Normas tcnicas aplicables en GIS

IEC 61869 Instrument transformers (replaces IEC

60044)

IEC 60071 Insulation Coordination

IEC 62271-203 High-voltage switchgear and

controlgear

IEC 60137 Insulated bushings above 1000 V

IEC 60270 Partial discharge measurement

IEC 60376 Specification and acceptance of new SF6

IEC 60480 Guide for checking SF6

IEC 62271-1 Common clauses or HV switchgear and

control gear standards


Normas tcnicas aplicables en GIS

IEC 60815-1/2 Guide for selection of insulators in

respect of polluted conditions

IEC 62271-209 Cable connections for gas insulated

metal-enclosed switchgears

IEC 62271-303 Use and handling of SF6 in HV

switchgear and controlgear

IEC 61639 Direct connection between GIS and power

transformer


Ensayos en fbrica a GIS

Pruebas tipo (pruebas realizadas sobre un tipo de

diseo)

Prueba de alta tensin

Prueba de temperatura

Prueba de gas

Prueba ssmica

Pruebas de rutina (pruebas realizadas sobre un

equipo fabricado)

Prueba de alta tensin

Prueba mecnica

Prueba de gas


La ingeniera en el diseo de las subestaciones

En el diseo y construccin se requiere la asistencia

de especialidades de ingeniera.

Ingeniera ambiental

Ingeniera civil

Ingeniera mecnica

Ingeniera estructural

Ingeniera elctrica

Proteccin

Control y automatizacin

Comunicaciones

Arquitectura

Arquelogos


Criterios de diseo

En el diseo completo de una subestacin elctrica

debe considerarse los criterios siguientes:

Seguridad,

Confiabilidad,

Flexibilidad de la operacin,

Facilidad en el mantenimiento

Economa


BREVE HISTORIA DE LA ELECTRICIDAD

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



Breve evolucin histrica de la electricidad

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

1800: Alessandro Volta descubre la pila elctrica

1819: Hans Oersted que la electricidad produce magnetismo

1821: Michael Faraday descubre el principio del dnamo

1827: Andr Ampre relaciona la fuerza magntica con corriente elctrica

1831: Michael Faraday descubre la induccin electromagntica

1880: Thomas Alva Edison descubri la lmpara incandescente

1882: Thomas Alva Edison presenta el primer generador en DC

1883-84: Invencin del transformador de potencia en Francia

1884: Se realiz el primer transporte en VAC Monofsica a 18kV

1891: Se transmite por primera vez corriente trifsica en Alemania

1906: Se crea la Comisin Electrotcnica Internacional (CEI)

1910: Se alcanzan los 150kV

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


Energa y desarrollo

La expansin del consumo de energa elctrica, la

produccin de la electricidad a gran escala y el aumento

de la capacidad de transmisin de las lneas a tensiones

elevadas han dado lugar a la consolidacin de sistemas

elctricos regionales, nacionales y multinacionales.

La electricidad es considerado un servicio publico en la

mayora de los pases, propiciando la intervencin del

estado para garantizar una calidad y precios razonables.

Sin energa no hay desarrollo sostenible


Evolucin histrica en el Per (1)

En 1886, con una planta de vapor de 500HP, en el Parque Neptuno (Hoy Paseo de la Repblica) se inaugur el alumbrado pblico elctrico de la Plaza de Armas, jirones Unin y Carabaya, el Puente, la bajada del puente y la Plaza de la Recoleta.

En 1895 se instal la Empresa Transmisora de Fuerza Elctrica (ETFE) en Santa Rosa de la Pampa. Posteriormente, la Sociedad Industrial Santa Catalina absorbi los capitales de ETFE y la compaa asumi el nombre de Empresa Elctrica Santa Rosa (EESR)

En 1992, se instal la Planta Trmica en Limatambo para suministrar energa al ferrocarril de Chorrillos.

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



El ao 1906 se fusionan las empresas elctricas

dispersas formando las Empresas Elctricas Asociadas.

En diciembre 1907 se inaugur 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 formul en tres etapas el

aprovechamiento del potencial hdrico de la cuenca

Rmac - Santa Eulalia con centrales escalonadas.

En1938 se inaugur la C.H. Callahuanca con una

potencia total de 36.75MW.

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

siguiente ao se ampli 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 perforacin del tnel transandino.

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

En 1960 se inaugur la Central de Huampan con 31MW.

En este ao 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 estatiz las

Empresas Elctricas Asociadas, dando origen a

ELECTROLIMA S.A.



Por los aos 90, el sector elctrico peruano se

encontraba prcticamente colapsado, en razn de los

severos conflictos internos, la descapitalizacin de las

empresas del estado, tarifas subsidiadas, restricciones

de suministro, falta de inversiones y otras componentes

negativos

El Decreto Ley N 25844 Ley de Concesiones Elctricas

(LCE) del 19.11.1992, fragmento el esquema elctrico en

unidades de negocios de generacin, transmisin y

distribucin con la finalidad que todos los usuarios sin

excepcin tengan un servicio eficiente, de calidad

adecuada, continuo y lo mas barato posible.

Bajar y leer la Ley de Concesiones elctricas del MEN



La LCE se crea el Comit de Operacin Econmica del

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

eficiente el Sistema Elctrico Interconectado Nacional

(SEIN) e inicia sus actividades en 1993.

Por Ley N 26734 del 31.12.1996 se crea el Organismo

Supervisor de Inversin en Energa (OSINERG) y

mediante Ley N 28964 del 24.01.2006 se transforma en

el Organismo Supervisor de Inversin en Energa y

Minera (OSINERGMIN) con funciones de supervisin,

fiscalizacin y sancionadora por actividades en los

sectores de electricidad, hidrocarburos y minera.



En 1994, Electrolima se divide en tres nuevas empresas

con el objetivo de su posterior privatizacin. 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.

50

Situacin actual y expansin de las redes

elctricas en el Per y Sudamrica

51

Organizacin Sistema Elctrico

Interconectado (SEIN)

Generacin

Transmisin

Distribucin

Clientes libres

G1

D1 D2 D3 Dn

G G Gn

C C C C

G G Gk G

C C C


Unidad de negocio: GENERADORES

Duke Energy Egenor S. en C. por A

Empresa de Electricidad Del Per S.A.

Empresa de Generacin Elctrica de Arequipa S.A.

Empresa de Generacin Elctrica del Sur S.A.

Empresa de Generacin Elctrica Machupicchu S.A.

Empresa de Generacin Elctrica San Gabn S.A.

Aguas y Energa Per S.A. - Ayepsa

Sistema Hidroelctrico Chavimochic

Chinango S.A.C

Tacna Solar

Sindicato Energtico - Sinersa

Edegel S.A.A.

Energia Eolica


Unidad de negocio: GENERADORES

Empresa Elctrica de Piura S.A. - Eepsa

Empresa de Generacin Huanza S.A

Enersur Gdf Suez

Empresa Elctrica Rio Doble S.A.

Elctrica Yanapampa S.A.

Gts Reparticion S.A.C.

Hidroelctrica Santa Cruz S.A.C.

Kallpa Generacin S.A.

Empresa Parque Elico Marcona S.R.L.

Panamericana Solar S.A.C.

Shougang Generacin Elctrica S.A. - Shougesa

Sociedad Minera Corona S.A.

Sn Power Per S.A.C.


Abengoa Transmisin Norte S.A

Abengoa Transmisin Sur S.A

Consorcio Energtica de Huancavelica S.A.

Compaia Transmisora Norperuana S.R.L

Depolti

Minera Aurfera Retamas S.A. - Marsa

Compaa Transmisora Callalli

Transmisora Guadalupe

Etenorte

Intrconexin Elctrica Isa Per S.A:

Pomacocha Power

Rep S.A

Unidad de negocio: TRANSMISORES


Transmisora Elctrica del Sur S.A. -Tesur

Consorcio Transmantaro S.A.

Eteselva S.R.L.

Red de Energa del Per S.A.

Red Elctrica del Sur S.A - Redesur

Unidad de negocio: 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 Pblico de

Electricidad Electrosur S.A. (Electrosur)

Luz Del Sur S.A.A.

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

Electrotocache S.A.

Electropuno

Empresas integrantes del SEIN - DISTRIBUIDORAS


Aceros Arequipa

Terminals Callao

Aruntani S.A.C

Atacocha

Tren Elctrico

Cemento Andino

Chungar

Antamina

Minera Buenaventura

Vinchos

Epasa

Consorcio Minero Horizonte

Ipen

Lima Airport

Aurfera Retamas

Arasi S.A.C

Minera Casapalca

Minera Cerro Verde

Empresas integrantes del SEIN CLIENTES LIBRES


Funsur

Milpo

Minera Pampa De Cobre

Minera Santa Luisa

Minsur

Xstrata Tintaya

Eps Seda Cuzco

Minera Poderosa

Los Quenuales

Quimpac

Minera Raura

Servicios Industriales De La Marina

Southern Per

Minera Volcn

Yura

Empresas integrantes del SEIN CLIENTES LIBRES


Mapa elctrico 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 elctrico

Sector Privado

Generacin

Transmisin

Distribucin

Sector Estatal

Normalizacin

Fiscalizacin

Clientes

Regulados

Libres


Actores en el mercado elctrico

Fuente MEM


EL ESTADO representada por:

La DGE del MEM: Responsable del otorgamiento de

concesiones y autorizaciones para participar en el negocio

elctrico, la promocin y la normalizacin.

OSINERGMIN: Su misin es fiscalizar el cumplimiento de las

disposiciones legales y tcnicas del subsector elctrico y

as como de establecer las tarifas elctricas reguladas.

INDECOPI: Vela por el cumplimiento de las leyes del

mercado y defiende los intereses de los consumidores y

empresas que pudieran verse afectados.

PROINVERSIN: Promueve la inversin no dependiente del

Estado Peruano a cargo de agentes bajo rgimen privado,

con el fin de impulsar la competitividad del Per y su

desarrollo sostenible para mejorar el bienestar de la

poblacin. Se identifica como una agencia reconocida por

los inversionistas y por la poblacin como un eficaz aliado

estratgico para el desarrollo de inversiones en el Per



USUARIOS LIBRES: Usuarios conectados al SEIN no

sujetos a regulacin de precios por la energa o

potencia que consumen.

USUARIOS REGULADOS: Usuarios sujetos a

regulacin de precios por la energa o potencia que

consumen

EMPRESAS ELCTRICAS: Constituidas por las

concesionarias de electricidad que son Generadoras,

Transmisoras y Distribuidoras

COES: Constituido por las empresas generadoras y

transmisoras de un mismo sistema interconectado,

tiene como objetivo el despacho de la energa al

mnimo costo.


c1p1 2015ii

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