mi 233 - week 9 11-2

Sesión 921 Octubre 2011

Roberto Vicuña

DISEÑO DE PLANTA MINERA

MI 223

DISTRIBUCIÓN DE SISTEMA ELÉCTRICO

Energía

Energía Activa

Energía Activa (kWh)La energía activa es aquella que al ingresar a una instalación por los conductores de electricidad produce luz, calor y movimiento. Es la que calienta las resistencias de un horno, provee las fuerzas para mover motores, produce luz al atravesar el filamento de un foco incandescente, es decir produce trabajo.


Energía

Energía Activa

Energía Activa (kWh)La energía activa representa numéricamente la dedicación que tuvo una porción de las maquinas generadoras de electricidad hacia nuestra instalación durante una determinada cantidad de tiempo, o lo que es lo mismo, pero desde el punto de vista del Consumidor, el gasto resultante del uso de sus equipos eléctricos durante cierta cantidad de tiempo.


Energía

Energía Activa

Componentes de la energía activaEl primero es la potencia, cuyas unidades se miden en kilovatios (kW). De ahí que el consumo de energía sea proporcional a la potencia de los equipos, dato característico de cada uno de ellos.

El segundo componente es el tiempo, cuya unidad más usual es la hora (h). De ahí que el consumo de energía sea proporcional al tiempo de uso de los equipos, o sea kWh.


Energía

Energía Activa

Ejemplo;

Si se lee en la placa de un motor que su potencia es de 3 kW (P), y si mantenemos el motor funcionando 10 horas seguidas (t), el consumo de energía (E) será:

E = P x t = 3 kW x 10 h = 30 kWh


Energía

Energía Reactiva

Energía Reactiva (kVARh)Además de la energía activa, algunos de los equipos eléctricos también usan otro tipo de energía para funcionar satisfactoriamente. Este tipo de energía es llamada energía reactiva, y los equipos que la usan son los conformados internamente por bobinas o inducidos, es decir principalmente los motores y transformadores. No produce trabajo, pero es necesaria para producirlo.


Energía

Energía Reactiva

Energía Reactiva (kVARh), ¿Qué es?Esta energía reactiva es la requerida para crear el campo magnético en las bobinas de motores, transformadores, balastos magnéticos, etc, tiene características diferentes a la energía activa que acabamos de ver. Ella como tal no produce luz, movimiento ni calor.Magnitudes por fuera de las normas establecidas de energía reactiva producen sobre carga en la infraestructura del sistema eléctrico de las empresas prestadoras del servicio y del Consumidor, y sobre costos en la factura.


Energía

Energía Reactiva

¿Cómo se mide?Su consumo es determinado a través del medidor de energía reactiva, de características similares al medidor de energía activa o medidor electrónico.Su unidad de medida se abrevia kVARh, y se pronuncia kilo-vares-hora.La soluciónUna de las principales características de la energía reactiva es que puede ser reducida por la misma instalación del Consumidor mediante la adecuación de los llamados banco de capacitores ó condensadores.


Factor de Potencia

¿Qué es el factor de potencia?Es un indicador de consumo de la energía reactiva en la instalación en comparación con el consumo efectuado de la energía activa.

Las cargas industriales en su naturaleza eléctrica son de carácter reactivo, a causa de la presencia principalmente de equipos de refrigeración, motores, etc.


Factor de Potencia

Este carácter reactivo obliga que junto a la potencia activa (KW) exista una potencia llamada Reactiva (KVAR), las cuales en su conjunto determinen el comportamiento operacional de dichos equipos y motores.

Todas estas cargas industriales necesitan de corrientes reactivas para su operación, mostrándose que son la causa principal del bajo factor de potencia.


Factor de Potencia

Fórmula

KWh FP = ------------------------------- √ (kWh)2 + (kVARh)2

kVARhFP = cos ( arc tan --------------------------)

kWh


Factor de Potencia

Ejemplo

Una instalación industrial presenta en un mes 5000 kWh de consumo de energía activa y 2000 kVARh de consumo de energía reactiva. Calcule el factor de potencia. Reemplazando valores, tenemos

5000FP =----------------------------------------------- = 0,93

√((5000)2 + (2000)2)

o bien, 2000

FP = cos ( arc tan (----------) ) 5000

FP = cos (21.8 o) = 0,93


Factor de Potencia

Ejemplo

Cómo varía?Matemáticamente puede variar entre 1 y –1, pero en las instalaciones de los Consumidores varía prácticamente sólo entre 0 y 1. Cuando el factor de potencia se acerca al valor 1 se dice que es un factor de potencia alto, lo cual es benéfico para la instalación. Cuando el factor de potencia se aleja del valor 1, se dice que el factor de potencia es bajo, los cual deja de ser beneficioso para el Consumidor y su instalación.


Cálculo y Regimen de Demanda de Potencia Efectiva

Factor de CargaFactor de carga (fc)

Es un indicador numérico importante acerca de la forma de uso de los equipos eléctricos en una instalación.Este indicador provee de algunos elementos de juicio que ayudan a tomar decisiones sobre esa forma de uso a nivel de los procesos productivos. El factor de carga especifica sobre un periodo diario, mensual, anual o cualquier otro útil para el análisis.Factor de carga (fc) se define como la relación entre la demanda promedio del periodo y la demanda máxima en el mismo periodo, o sea:

Demanda promedio(fc) = ------------------------------- Demanda máxima



Demanda PromedioEste factor indica el comportamiento de la demanda comparada con su pico máximo. Lo más recomendable para las instalaciones es que su factor de carga esté lo más cercano al valor de 1, ya que demuestra una utilización constante de la carga. Pero si el factor de carga es menor que 1, se demuestra una utilización ineficiente de los equipos instalados. La ineficiencia es mayor en la medida que el factor de carga se acerca a cero (0).

¿Cómo hallar la demanda promedio?

Energía consumida en el periodoDP = ----------------------------------------- Número de horas del periodo



Factor de Carga - EjemploLos datos tomados del medidor y su gráfica asociada se presentan en la Figura 1.



Factor de Carga - EjemploSegún las lecturas efectuadas al medidor de energía activa a las 00:00 h y a las 24:00 h, el consumo de energía fue igual a 1.505 kWh.

De la Curva de Carga de la Figura 1 se puede extraer bastante información útil;

Periodo de baja carga,El período de más baja carga va desde la medianoche hasta las 04:00 h y desde las 11:00 h hasta medianoche debido que sólo corresponde a iluminación de exteriores y de seguridad.

Ascenso y descenso,En la mañana la Curva asciende hasta alcanzar su pico máximo matutino igual a 120 kW, por aumento de la producción. A medio día decrece la utilización de la carga (hora de almuerzo) y vuelve a crecer a un pico máximo del día a las 15:00 h igual a 150 kW.



Factor de Carga - Ejemplo

Picos y VallesLa curva de carga muestra una utilización muy desequilibrada de la carga instalada a través de las horas del día. Seria deseable, por propósitos de eficiencia en la producción, que el uso fuera más constante, más equilibrado. Los desequilibrios mencionados reciben el nombre de picos (las crestas) y valles (las depresiones).Es entonces aconsejable llevar a cabo un programa de optimización del uso de la carga con propósito de disminuir los picos y rellenar los valles.



Factor de Carga - Ejemplo

Cálculo del factor de carga

En el caso de nuestro ejemplo, el factor de carga para el día considerado (día típico de la instalación) es:

1505 kWh(fc) = ------------------- = 0,42

150 kW x 24 h

Este Factor de Carga es bajo. Es recomendable llevar a cabo acciones para tratar de reducir la demanda máxima de la instalación, con el consecuente aumento del indicador anterior.


Sub Estaciones Eléctricas

Definición

Es un conjunto de dispositivos eléctricos que forman parte de un sistema eléctrico de potencia donde su principal función es; transformar tensiones y derivar circuitos de potencia. Conjunto de equipos utilizados para dirigir el flujo de energía en un sistema de potencia y garantizar la seguridad del sistema por medio de dispositivos automáticos de control y protección para redistribuir el flujo de energía a través de rutas alternas. Pueden de corriente alterna (A.C.) y de corriente directa (D.C.)



Tipos de Sub Estación

Las subestaciones se pueden denominar de acuerdo con el tipo de función que desarrollan,en tres grupos:

1. SUB ESTACIONES DE GENERACIÓN, asociadas a centrales generadoras. Dirigen directamente el flujo de potencia al sistema. 2. SUBESTACIONES VARIADORAS DE TENSIÓN Subestación Elevadora, Es una Subestación de transformación en la cual la potencia de salida de los transformadores está a una tensión más alta que la potencia de entrada.




Subestación Reductora, Estación de transformación en la cual la potencia que sale de los transformadores tiene una tensión más baja que la potencia de entrada.

3. SUBESTACIONES DE MANIOBRA Ó SECCIONADORES DE CIRCUITO, Conectan varios circuitos (o líneas) para orientar o distribuir el flujo de potencia a diferentes áreas del sistema.



De Acuerdo de la Potencia que Manejan

SUB ESTACIONES DE TRANSMISIÓNSon las que operan con tensiones comprendidas entre 230kV y 765kV, considerados de Extra Alto Voltaje (EAV-EHV),

SUB ESTACIONES DE SUBTRANSMISIÓNOperan con tensiones entre 230kV y 115kV, considerados de Alto Voltaje (AV–HV).



De Acuerdo de la Potencia que Manejan

SUB ESTACIONES DE DISTRIBUCIÓN PRIMARIATensiones entre 115kV y 50kV

SUB ESTACIONES DE DISTRIBUCIÓN SECUNDARIATensiones menores de 50kV



Componentes y Equipos Que Conforman una Sub estación Eléctrica

1. Interruptor automático2. Seccionadores3. Conmutadores de puesta a tierra4. Transformadores de corriente5.Transformadores de potencial ó transformadores de voltaje capacitor6. Capacitores de acoplamiento7. Filtros de línea




8. Pararrayos9. Transformadores de potencia10. Reactores de derivación11. Reactores limitadores de corriente12. Barras y aisladores de estación13. Sistemas de puesta a tierra14. Capacitores en serie15. Capacitores en derivación




Patio de ConexionesConjunto de equipos y barrajes de una subestación que tienen el mismo nivel de tensión y que están eléctricamente sociados. Generalmente ubicados en la misma área de la subestación.




Patio de TransformadoresÁrea de la subestación en donde se ubican los transformadores de potencia. Generalmente entre patios de conexión de diferente niveles de tensión.



Capacidad de Una Sub Estación

La capacidad de una subestación se fija, considerando la demanda actual de la zona en kVA, más el incremento en el crecimiento, obtenido por extrapolación, durante los siguientes 10 años, previendo el espacio necesario para las futuras ampliaciones.



Conexiones a Tierra

La conexión a tierra de todas las partes metálicas de interruptores, estructuras, tanques de transformadores, calzadas metálicas, cercas, montajes de acero estructural de edificios, tableros de conmutación, secundarios de transformadores de medida, etc., garantizan que una persona que toque el equipo y se encuentre cerca del mismo, no pueda recibir descarga peligrosa si un conductor de alto voltaje relampaguea ó entra en contacto con cualquier equipo energizado.

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