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TEMA 1

INTRODUCCIN A LOS SISTEMAS ELCTRICOS DE

POTENCIA

1. Definicin de S.E.P.

1.1. La energa elctrica. Definicin de SEP

La energa elctrica es una de las formas de energa que mas se usa en la actualidad,tanto en la industria como en hogares, comercio, medios de transporte

Este xito se debe a que puede ser generada en grandes cantidades, de formaconcentrada y transmitida fiable y econmicamente a largas distancias, siendo

finalmente adaptada de forma fcil y eficiente, principalmente para iluminacin y

trabajo mecnico.

El conjunto de instalaciones necesarias para la produccin transporte, suministro yconsumo de este tipo de energa constituyen los gigantescos y sofisticados sistemas

industriales denominados Sistemas Elctricos de Potencia.

1. Definicin de S.E.P.

1.2. Ejemplo de un SEP actual (Sistema espaol)

2. Evolucin histrica: Orgenes

Alessandro volta: Es el primero enproducir corriente continua. En 1800demuestra el funcionamiento de lapila elctrica

2.1. Primeras experiencias con la electricidad

Michael Faraday: En 1831 descubre la induccin magntica (el magnetismo produce electricidad a travs del movimiento.)


2.2. Obtencin industrial de corriente alterna y continua

A partir de la ley de Faraday es fcil imaginarse una mquina queproduzca corriente alterna Alternador (Hippolyte Pixii, 1832)

Al incorporar un rectificador mecnico (colector de delgas)

se obtiene una mquina de corriente continua (dinamo)

En 1873 se

descubre ,

accidentalmente,

que puede

funcionar como

motor

No se le vea aplicacin prctica a la C.A.

Dinamo Pixii (1834) Dinamo Gramme, imanes permanentes (1870) Dinamo Gramme autoexcitada

EscobillaColector

C.A. C.C.


2.3. Desarrollo de la corriente continua

Se empezaron a desarrollar los sistemas elctricos basados en corrientecontinua

Thomas A. Edison consigue que se utilice su sistema

elctrico basado en CC para iluminar Nueva York y otras

ciudades (tambin en Europa).

Sin embargo, las dinamos tenan dificultades tcnicaspara trabajar con grandes potencias y tensiones altas

Ineficiencia en el transporte en C.C.Thomas A. Edison con su dinamo original

Dinamo instalada en la estacin central de Pearl

Street, 1882 (movida por una maquina de vapor,

alimentaba a 85 clientes y 400 lmparas)


2.3. Desarrollo de la corriente continua

Estacin central de Pearl Street, 1882


2.4. Desarrollo de la corriente alterna

Mientras tanto, la corriente alterna no termina de despegar, en parte, porque no se

haba diseado un motor de corriente alterna funcional

Nikola Tesla (1895)

Ese mismo ao, Nikola Tesla

desarrolla el motor de

induccin. Esto supondra un

cambio en la concepcin de los

sistemas elctricos.

En 1882 se desarrolla el transformador (Gaulard y Gibbs), que

permita elevar fcilmente las tensiones y trabajar con

corrientes ms pequeas. Esto fomentara el inters por disear

sistemas en AC. George Westinghouse pronto se hace con las

patentes.


2.5. La guerra de las corrientes

Tesla va a Nueva York para trabajar en la empresa de Edison. Pronto surgen

diferencias entre ambos y Tesla se separa de Edison.

Tras encontrar financiacin (1887), Tesla desarrolla su sistema para generar

energa elctrica en alterna. Algunas de sus ventajas son:

Los alternadores permiten generar mayores potencias que las maquinas de C.C.

El uso del transformador permite transportar la energa a grandes distanciascon muy pocas prdidas.

George Westinghouse compra las patentes de Tesla

y se empiezan a comercializar los sistemas de

corriente alterna basados en los trabajos de Tesla.

Comienza la famosa GUERRA DE LAS

CORRIENTES!!

En Europa tambin se abra el mismo debate: Lord

Kelvin, Crompton (C.C.) frente a Ferranti,

Thompson (C.A.) George Westinghouse

La central hidroelctrica de las cataratas del

Niagara se le adjudica a la empresa de

Westinghouse (1893). Es el despegue

definitivo de los sistemas polifsicos de

corriente alterna.

Utilizaba alternadores bifsicos a 25Hz

o Hasta finales del SXIX se utilizaron frecuencias muy diferentes (desde 16Hz hasta 133Hz). Esta arbitrariedad

en las frecuencias responda al intento de optimizar las condiciones de funcionamiento de cada esquema

concreto de generacin: tipo de mquina motriz utilizada (turbina hidrulica o mquina de vapor) y diseo de

cada alternador (n de pares de polos). Diversas consideraciones llevaron, finalmente, a la empresa de

Westinghouse a adoptar una frecuencia estandarizada de 60Hz (que es la que se utiliza hoy en da en gran parte

de Amrica) y a la empresa alemana AEG a adoptar los 50Hz que se utiliza en Europa y en la mayor parte del

mundo.

o Poco despus, Steinmetz consigui demostrar las ventajas de los sistemas trifsicos que son los que se

acabaron imponiendo, hasta la actualidad.


2.5. Imposicin del sistema de Tesla

http://electrical-science.blogspot.com.es/2009/12/history-of-power-frequency.html


2.5. Imposicin del sistema de Tesla

GENERATORGENERATORGENERATORGENERATOR

Conversor de AC bifsica a DC

Conversor de AC trifsica a DC

2. Evolucin histrica: Sistema actual

Sistema trifsico de tensiones alternas a 50-60 Hz

vRN (t)vSN (t) vTN (t)

t

IR

IS

IT

N

R

S

T

VRS

VST

VRN

VSN

VTN

VRN

VTN

VSN

Vmax

240)3

42(2)

3

42(

120)3

22(2)

3

22(

0)2(2)2(

max

max

max

===

===

===

fTNfTN

fSNfSN

fRNfRN

VVtFsenVtFsenVv

VVtFsenVtFsenVv

VVtFsenVtFsenVv

r

r

r

pipi

pipi

pipi

pipi

pipi

2. Evolucin histrica: Sistema actual

Ventajas de los sistemas trifsicos frente a los monofsicos:

La produccin de las mquinas trifsicas es siempre mayor que las de las mquinas monofsicas del mismo

tamao, aproximadamente 1,5 ms. As, para un tamao y tensin dados. un alternador trifsico ocupa menos

espacio y es menos costoso que los monofsicos del mismo tamao.

Para el transporte y distribucin de la energa, los sistemas trifsicos necesitan menos cobre o menos material

conductor que un sistema monofsico simple (para una misma potencia a transportar y una misma tensin) por

lo que el transporte es mucho ms econmico.

Es posible producir campos magnticos rotatorios con bobinados estacionarios usando el sistema trifsico lo que

hace que los motores asncronos trifsicos pueden arrancar por s solos.

En un sistema monofsico, la potencia instantnea es una funcin del tiempo y flucta. Esta fluctuacin de

potencia causa vibraciones considerables en los motores monofsicos. Por ello el rendimiento de los sistemas

monofsicos es pobre. Sin embargo, la potencia instantnea en los sistemas trifsicos es constante.

De los circuitos trifsicos puede obtenerse una alimentacin monofsica pero no puede obtenerse trifsica de un

sistema monofsico.

El factor de potencia de los motores monofsicos es pobre en relacin a los motores trifsicos equivalentes.

En ciertos convertidores como los rectificadores, la tensin de salida en continua es ms uniforme si el nmero

de fases se incrementa.

3. Descripcin general de los S.E.P.: Tipos de transporte

En los sistemas convencionales:

HVAC (High Voltage Alternating Current)

Existen ciertos problemas (a tratar a lo largo del curso)

HVDC (High Voltage Direct Current)

Campo que abri el desarrollo de la electrnica de potencia

Actualmente las lneas DC son muy utilizadas en la interconexin con islas o en la interconexinentre sistemas diferentes.

Otras posibilidades:

Es una generacin dispersa geogrficamente, de gran escala, que acta en

cabeceras de las lneas de transporte. Acta de manera jerarquizada (piramidal)

con un sentido del flujo de energa S=P+jQ definido

3. Descripcin general de los S.E.P.: Estructuras de generacin

Estructura tradicional de los SEP: Generacin centralizada (o piramidal)

Tendencia de los SEP: Generacin distribuida

Es una generacin dispersa geogrficamente, en general de pequea escala y

cercana a los puntos de carga, con capacidad para interactuar con la red elctrica

con el objeto de conseguir la mayor eficiencia energtica posible.

Este tipo de generacin tiene necesidad de un nuevo modelo de gestin yprotecciones. El sentido del flujo de la energa S=P+jQ es cambiante.


Constituye la generacin distribuida llevada al extremo. La generacin est en

el propio lugar de consumo pero existe capacidad para interactuar con la red

elctrica y tambin para funcionar en isla (aislada de la red).

Incluye un sistema propio de control y regulacin, contribuyendo a la

estabilidad del sistema.

Posibilidades futuras de los SEP : Micro redes


Ejemplo: Sistema elctrico espaol Predominio Generacin Centralizada


Carbn(11%)

Nuclear(8%)

Fuel/gas(0.5%)

Ciclo combinado(25%)

Hidroelctrica(19.5%)Generacin centralizada

Contribuyen a una generacin ms distribuida

3. Descripcin general de los S.E.P.: Transporte y distribucin

Transporte

El transporte se realiza en corriente alterna trifsica sin cable de neutro.

Alta tensin (A.T.): >1kV Tensiones de uso preferente : 20, 66, 132, 220 y 400 kV.

Fuente: Reglamento sobre condiciones tcnicas

y garantas de seguridad en lneas elctricas de

alta tensin y sus instrucciones tcnicas

complementarias ITC-LAT 01 a 09.

Categora especial: Las de tensin nominal igual osuperior a 220 kV y las de tensin inferior que

formen parte de la red de transporte.

Primera categora: Las de tensin nominalinferior a 220 kV y superior a 66 kV.

Segunda categora: Las de tensin nominal igual oinferior a 66 kV y superior a 30 kV.

Tercera categora: Las de tensin nominal igual oinferior a 30 kV y superior a 1 kV.

Categora de las lneas en funcin de su tensin

nominal:

/11/13,2

Tensiones no normalizadas pero aceptadas en el territorio espaol

Transporte : Tendidos subterrneos con cables aislados


Transporte : Tendidos areos

Conductores de acero-aluminio

Apoyos metlicos aislados mediante aisladores

de vidrio, silicona, etc.

20, 66, 132, 220 y 400 kV.

Aluminio

Alma de acero

1. Conductores desnudos


Transporte : Tendidos areos

Las lneas areas de alta tensin con conductores recubiertos se emplearn preferentemente como

alternativa a las lneas areas con conductores desnudos cuando stas transcurran o deban transcurrir

por zonas de arbolado, zonas con fuertes vientos o zonas de proteccin especial de la avifauna.

Las lneas areas de alta tensin con cables unipolares aislados reunidos en haz podrn emplearse,

en lugar de lneas areas con conductores desnudos, cuando no sea posible tcnicamente o resulte

econmicamente desproporcionado la construccin de lneas subterrneas con cables aislados, o

bien en aquellos casos que, por condicionantes locales o circunstancias particulares, se demuestre el

inters de su utilizacin, por ejemplo:

Zonas de bosques o de gran arbolado.

Zonas no urbanas de elevada polucin.

Instalaciones provisionales de obras con proximidad de maquinaria mvil.

Zonas de circulacin en recintos de fbricas e instalaciones industriales.

Instalaciones provisionales para zonas en curso de urbanizacin.

Penetracin en ncleos urbanos.

1. Conductores recubiertos


3. Descripcin general de los S.E.P.: Transporte y D.

Transporte: estructura

Subestaciones transformadoras redes de reparto (rodean grandes ncleos U/I)


Ejemplo: Red de transporte espaola

Ver en : http://www.ree.es/sites/default/files/downloadable/mapa_lineas_2013.pdf


Distribucin MT y BT

Subestaciones de distribucin redes de reparto (rodean grandes ncleos U/I)

Distribucin en MT

* Media tensin (MT) se suele llamar a los valores de tensin comprendidos entre 1 y 36 kV

o Normalmente cables subterrneos

o Tipos de redes de distribucin:

Radiales

Malladas

(Normalmente tienen forma mallada)

Distribucin en BT

La tensin se reduce an ms en los centros de transformacin (CT), cerca de las zonas

de consumo (domstico) y se distribuye finalmente en BT: 230 y 400 V (valores normalizados).


Resumen

3. Descripcin general de los S.E.P.: Instalaciones tpicas

Subestaciones

3. Descripcin general de los S.E.P.: Instalaciones tpicas

Subestaciones

Centros de transformacin de intemperie sobre torre

Centros de transformacin en caseta

Centros de transformacin de superficie

Centro de transformacin mltiple

Centros de transformacin subterrneos

3. Descripcin general de los S.E.P.: Aparamenta

1.- DEFINICIN DE APARAMENTA ELCTRICA

Aparamenta elctrica es el conjunto de aparatos de maniobra, de regulacin y

control, de medida, incluidos los accesorios de las canalizaciones elctricas,

utilizados en las instalaciones elctricas, cualquiera que sea su tensin.

2.- CLASIFICACIN POR SU FUNCIN

De maniobra

De proteccin

De medida

De regulacin

De control

Bobinas de reactancia y condensadores


Seccionadores (maniobra)

Mantiene separadas dos partes de un circuito elctrico

No se pueden abrir en carga

Seccionador de doble apertura lateralSeccionador de apertura central


Interruptores (maniobra)

Permite abrir un circuito elctrico en carga

Interruptores de potencia con una cmara de corte Interruptores de potencia con tres cmaras de corte

Interruptores de potencia con aceite Interruptor de media tensin


Interruptores automticos o disyuntores (proteccin y maniobra)

Permite abrir un circuito elctrico, de forma automtica, en carga (por sobrecorrientes, etc.)

Interruptor trifsico

Circuito de disparo


Cortacircuitos y fusibles (proteccin)

Se rompen (se funden) y cortan el circuitoante una sobrecorriente

Fusibles de MT

Cortacircuitos fusibles


Transformadores de medida (medida)

Transformador de tensin (TT)Transformador de intensidad (TI)

TI: Permiten obtener, en el secundario, una corriente (fcilmente medible) proporcional a la corrientepor el primario (circuito de potencia).

TT: Permiten obtener, en el secundario, una tensin (fcilmente medible) proporcional a la tensin en unpunto del circuito de potencia.


Pararrayos o autovlvulas (proteccin)

ATBT

Presentan una impedancia muy grande a las tensiones normales del funcionamiento del punto donde soninstalados (no permiten el paso de corriente a travs de ellos) pero su impedancia cae drsticamente a

partir de una determinada tensin (sobretensin) permitiendo el paso de la corriente prcticamente sin

oponer resistencia.

Permiten descargar las posibles sobretensiones hacia tierra antes de que alcancen a ciertos equipos.

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