sistema eléctrico de potencia
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Sistema Eléctrico de Potencia Alta tensión.TRANSCRIPT
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria
Universidad Politécnica Territorial del Norte del Estado
Monagas “Ludovico Silva”
Caripito Estado. Monagas
Sistema Eléctrico de
Potencia
Profesor: Integrantes:
Ing. Cabello Jesús Pérez R. Jholbert G. CI: 20.421.842
Mañez Z. Isneidy J. CI: 23.193.131
PNF: Ing. Eléctrica Sección “33”
Caripito 09 de Junio del 2014
Introducción
A partir del descubrimiento de la energía eléctrica y su posible utilización
comercial por parte del hombre, ésta ha jugado un papel importante en el
desarrollo de la humanidad. El desarrollo de grandes fuentes de energía para
ejecutar trabajos útiles ha sido la clave del dilatado progreso industrial y parte
primordial en la mejora de la calidad de vida del hombre, en la sociedad moderna.
Pero el proceso de hacer llegar la energía eléctrica desde las fuentes hasta
los consumidores, requieren de estructuras cada vez más complejas,
denominadas sistemas de potencia. Las cuales poseen asociadas una serie de
fenómenos en condiciones operativas normales y anormales, que son motivo del
apasionado estudio de los ingenieros electricistas.
La elección de máquinas síncronas para desarrollar los sistemas eléctricos
vino condicionada por la facilidad con que se podían regular para mantener estos,
en contra de la dificultad de control en las máquinas asíncronas, más económicas
y fáciles de mantener. Esta, la facilidad de regulación de las máquinas síncronas,
es la cualidad que nos va a permitir, de una manera sencilla, conseguir el
equilibrio entre la producción y el consumo, y hacerlo cumpliendo una premisa
básica de funcionamiento: que este funcionamiento sea fiable, esto es, siendo
capaz de permanecer en equilibrio en las diferentes condiciones de operación,
tanto normales como de emergencia.
Dicho esto debemos aceptar que tenemos un sistema síncrono y en
corriente alterna que se ha desarrollado durante más de un siglo, y que salvo que
encontremos fuentes de energía y sistemas de transformación de energía primaria
a energía de uso final alternativos, es necesario mantener nuestros sistemas
eléctricos de potencia con las características y principios actuales, al menos hasta
que seamos capaces de trabajar en condiciones de seguridad y estabilidad con
otro tipo de sistemas.
Una vez establecido esto el funcionamiento y la operación de un sistema
eléctrico están condicionados por una serie de factores derivados de la naturaleza
de la propia electricidad:
El comportamiento de un sistema eléctrico responde a leyes físicas que a
su vez responden a una descripción matemática muy precisa. La
electricidad se comporta según pautas establecidas por estas leyes, que
como tales se cumplen necesariamente. Cualquier intento de modificar
esas pautas de comportamiento supone añadir problemas a la operación
del sistema.
La naturaleza de la electricidad es ondulatoria. Hablamos de campos
electromagnéticos.
Está basada en una generación producida por alternadores, esto es
máquinas rotativas que generan ondas senoidales.
La frecuencia de esas ondas senoidales está definida en cada sistema
desde su origen, esto es, se ha establecido para cada sistema una
frecuencia a la que deben trabajar todas las máquinas. Existe una
relación directa entre la velocidad de giro de las máquinas (rpm) y la
frecuencia de las ondas senoidales (Hz).
La propia concepción de las máquinas de corriente alterna hace que sea
necesaria la producción de energía para su uso directo, la llamada energía activa,
y energía para establecer los campos magnéticos alternativos en los que se basa
su funcionamiento, la llamada energía reactiva. Ambas se producen en los
alternadores.
1. Sistema Eléctrico de Potencia (SEP)
El sistema eléctrico de potencia es un conjunto de elementos que tiene
como fin generar, transformar, transmitir, distribuir y consumir la energía eléctrica
de tal forma que se logre la mayor calidad al menor costo posible. También, es
una red formada por unidades y/o líneas de transmisión de potencias, incluyendo
el equipo asociado, conectado eléctricamente o mecánicamente a la red.
Por otra parte, el diccionario de términos eléctricos y electrónicos IEEE,
define el sistema de potencia como las fuentes de potencias eléctricas,
conductores y equipos requeridos para suplir la potencia eléctrica.
Los sistemas eléctricos se les denominan también de alta tensión o extra
alta tensión, o sistemas eléctricos de transmisión o Red eléctrica de transporte.
Estos sistemas, por la gran extensión geográfica que ocupan; por los niveles de
tensión en que funcionan, y por la gran cantidad de energía eléctrica que
transporta, requieren de la supervisión y del comando a distancia, lo cual se
realiza en los Centros de Operación y Control a través de los Sistemas “SCADA”.
Un sistema “Scada” (Supervisión, Control y Adquisición de Datos, en
español) es un software para ordenadores que permite controlar y supervisar
procesos industriales a distancia. Facilita retroalimentación en tiempo real con los
dispositivos de campo (sensores y actuadores), y controla el proceso
automáticamente. Provee de toda la información que se genera en el proceso
productivo (supervisión, control calidad, control de producción, almacenamiento de
datos, etc.) y permite su gestión e intervención.
Los ingenieros electricistas y electrónicos son los profesionales encargados
del funcionamiento de los Sistemas eléctricos de potencia, realizando tareas de
planificación y operación, en los cuales no sólo se tienen en cuenta aspectos
técnicos y funcionales, sino también aspectos económicos, tratando en todo
momento de minimizar los costos de operación de estos sistemas, y logrando que
el crecimiento de la demanda de energía sea satisfecha convenientemente.
2. ¿Cómo está constituido un sistema eléctrico de potencia?
Un sistema eléctrico de potencia consta de plantas generadoras que
producen la energía eléctrica consumida por las cargas, una red de transmisión y
de distribución para transportar esa energía de las plantas a los puntos de
consumo, así como el equipo adicional necesario para lograr que el suministro de
energía se realice con las características de continuidad de servicio, regulación de
tensión y control de frecuencia requeridas.
Por otra parte, el sistema eléctrico de potencia está constituido por muchos
elementos cada uno de ellos cumple con funciones específicas, de manera q en
operación conjunta garanticen un flujo confiable y económico de electricidad.
Los elementos eléctricos básicos de un sistema de potencia son los
siguientes:
Resistor: Es un elemento que causa oposición al paso de la corriente
eléctrica, causando que en sus terminales aparezca una diferencia de
tensión.
Capacitor: Consisten básicamente de dos placas metálicas separadas
por un material aislante (llamado dieléctrico). Este material dieléctrico
puede ser aire, mica, papel, cerámica, etc. Cada placa presenta una
carga distinta una es positiva y la otra negativa.
Bonina: Es un componente eléctrico q permite almacenar la energía
eléctrica en forma de campo magnético, cuando a través de la bobina
pasa una corriente eléctrica.
Los elementos electrónicos básicos de un sistema de potencia son los
siguientes:
Diodo: Es un dispositivo semiconductor que permite el paso de la
corriente eléctrica en una única dirección, con características similares a
un interruptor; consta de un ánodo frío y un cátodo caldeado.
Los elementos básicos q constituyen un sistema de potencia se pueden
agrupar en tres grandes grupos de acuerdo a la función de desempeñan:
Transistor: Es un dispositivo electrónico que controla una corriente
eléctrica.
Circuito Integrado: En la electrónica, un circuito integrado es una
combinación de elementos de un circuito que están miniaturizados y que
forman parte de un mismo chip o soporte. La noción, por lo tanto, también
se utiliza como sinónimo de chip o microchip. El circuito integrado está
elaborado con un material semiconductor, sobre el cual se fabrican los
circuitos electrónicos a través de la fotolitografía. Estos circuitos, que
ocupan unos pocos milímetros, se encuentran protegidos por un
encapsulado con conductores metálicos que permiten establecer la
conexión entre dicha pastilla de material semiconductor y el
circuito impreso.
Circuito Integrado Analógico: Es un circuito electrónico que funciona
con las corrientes y voltajes que varían continuamente con el tiempo y no
tienen transiciones bruscas entre los niveles.
Circuito Integrado Digital: Son agrupaciones de resistencias, diodos y
transistores; cuya fabricación se da en una sola pieza; es de material
semiconductor, que por lo general es silicio.
Los elementos básicos q constituyen un sistema de potencia se puede
agrupar en tres grandes grupos de acuerdo a la función que desempeñen cada
uno d ellos:
Sistema de Generación.
Sistema de Transmisión.
Sistema de Distribución.
Generación
Transmisión
Sub-transmisión
Distribución
Consumidores
2.1. Sistema de Generación
La generación de energía eléctrica consiste en transformar alguna clase
de energía (química, cinética, térmica o lumínica, entre otras), en energía eléctrica.
Para la generación industrial se recurre a instalaciones denominadas centrales
eléctricas, que ejecutan alguna de las transformaciones citadas. Estas constituyen
el primer escalón del sistema de suministro eléctrico. La generación eléctrica se
realiza, básicamente, mediante un generador; si bien estos no difieren entre sí en
cuanto a su principio de funcionamiento, varían en función a la forma en que se
accionan. Explicado de otro modo, difiere en qué fuente de energía primaria utiliza
para convertir la energía contenida en ella, en energía eléctrica.
Desde que se descubrió la corriente alterna y la forma de producirla en los
alternadores, se ha llevado a cabo una inmensa actividad tecnológica para llevar
la energía eléctrica a todos los lugares habitados del mundo, por lo que, junto a la
construcción de grandes y variadas centrales eléctricas, se han construido
sofisticadas redes de transporte y sistemas de distribución. Sin embargo, el
aprovechamiento ha sido y sigue siendo muy desigual en todo el planeta. Así, los
países industrializados o del primer mundo son grandes consumidores de energía
eléctrica, mientras que los países en vías de desarrollo apenas disfrutan de sus
ventajas.
Por otro lado, el sistema de generación es la parte básica del sistema de
potencia, ésta se encarga de entregar la energía eléctrica al sistema, esto a partir
de la transformación de distintos tipos de energía primaria.
El conjunto de unidades generadores reciben el nombre de centrales o
plantas de generación, siendo su tarea tomar una fuente primaria de energía y
convertirla en energía eléctrica.
El tipo de central de generación y su ubicación dependen de las
condiciones físicas de la fuente primaria de utilización. Esto quiere decir, que en el
caso de Venezuela, la central hidroeléctrica del Guri no puede estar ubicada en el
Estado Monagas, puesto que la fuente primaria son los lagos enormes, es por esto
que se encuentra ubicado en el Estado Bolívar, porque su fuente de energía
primaria se encuentra ubicada dicho Estado.
La selección del tipo de central de generación eléctrica se realiza por
criterios técnicos y económicos, siendo estos últimos de mayor importancia. Se
refiere a q depende del tipo de energía primaria q se disponga se va a utilizar el
tipo de central de generación adecuado al mismo. Ejemplo: si la fuente de energía
primaria es el viento en campo abierto, se utiliza la central de generación eólica, o
por otro lado, si es el agua, se utiliza una central de generación hidroeléctrica.
Ahora, según el tipo de servicios q hayan de prestar las centrales eléctricas,
éstas se pueden clasificar en:
Central principal: Destinada a suministrar la mayor parte de la energía
en forma continua, son de gran potencia y utilizan generalmente como
maquinas motrices las turbinas hidráulicas de gas o a vapor.
Centrales de puntas: Exclusivamente proyectadas para cubrir las
demandas d energía eléctrica en las horas puntas, en dichas horas se
ponen en funcionamiento y trabajan en paralelo con la central principal,
es decir, ésta central trabaja y funciona solamente en las horas donde
hay mas demanda o consumo de energía, generalmente estas horas
puntas en Venezuela son a partir de las 7:00pm que es cuando los
consumidores encienden aparatos eléctricos de gran consumo, como son
los aires acondicionados.
Central de Reserva: Tienen por objeto sustituir total o parcialmente a las
centrales hidráulicas de base en caso d escasez de agua o avería de
algún elemento del sistema eléctrico.
Centrales de emergencias: Tienen igual cometido q las central de
reserva, pero las instalaciones de conjunto de aparatos y maquinas son
móviles y pueden desplazarse al lugar donde sean necesarios sus
servicios, además son de pequeña potencia.
Central de acumulación: Son siempre hidroeléctricas. Se aprovecha el
sobrante de una central hidroeléctrica en las horas de baja demanda,
para elevar el agua de un rio mediante bombas centrifugas accionadas
por los alternadores de la central.
Existe una gran diversidad de métodos para generar energía eléctrica, a
acuerdo a la forma de energía primaria a transformar se pueden distinguir los tipos
siguientes:
Las clásicas:
Generación térmica: Una central termoeléctrica es un lugar empleado
para la generación de energía eléctrica a partir de calor. Este calor puede
obtenerse tanto de la combustión, de la fisión nuclear del uranio u
otro combustible nuclear, del sol o del interior de la Tierra. Las centrales
que en el futuro utilicen la fusión también serán centrales termoeléctricas.
Los combustibles más comunes son los combustibles fósiles,
sus derivados (gasolina, gasóleo), biocarburantes, residuos sólidos
urbanos, metano generado en algunas estaciones depuradoras de aguas
residuales.
Generación nuclear: Una central o planta nuclear o atómica es una
instalación industrial empleada para la generación de energía eléctrica a
partir de energía nuclear.
Se caracteriza por el empleo de combustible nuclear fisionable que
mediante reacciones nucleares proporciona calor que a su vez es
empleado, a través de un ciclo termodinámico convencional, para
producir el movimiento de alternadores que transforman el trabajo
mecánico en energía eléctrica. Estas centrales constan de uno o
más reactores.
Generación hidráulica: es aquella que se utiliza para la generación de
energía eléctrica mediante el aprovechamiento de la energía
potencial del agua embalsada en una presa situada a más alto nivel que
la central. El agua se lleva por una tubería de descarga a la sala de
máquinas de la central, donde mediante enormes turbinas hidráulicas se
produce la electricidad en alternadores. Las dos características
principales de una central hidroeléctrica, desde el punto de vista de su
capacidad de generación de electricidad son:
La potencia, que es función del desnivel existente entre el nivel
medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central,
y del caudal máximo turbinable, además de las características de la
turbina y del generador.
La energía garantizada en un lapso determinado, generalmente un
año, que está en función del volumen útil del embalse, de la
pluviometría anual y de la potencia instalada.
La potencia de una central hidroeléctrica puede variar desde unos
pocos MW, hasta varios GW. Hasta 10 MW se consideranminicentrales. En China
se encuentra la mayor central hidroeléctrica del mundo (la Presa de las Tres
Gargantas), con una potencia instalada de 22.500 MW. La segunda es la Represa
de Itaipú (que pertenece a Brasil y Paraguay), con una potencia instalada de
14.000 MW en 20 turbinas de 700 MW cada una.
Esta forma de energía posee problemas medioambientales al necesitar la
construcción de grandes embalses en los que acumular el agua, que es sustraída
de otros usos, incluso urbanos en algunas ocasiones.
Alternativas:
Generación por Biomasas
Generación eólica.
Generación solar.
Generación mareomotriz.
Generación geométrica.
Generación magneto hidrodinámica.
2.2. Sistema de Transmisión
La red de transporte de energía eléctrica es la parte del sistema de
suministro eléctrico constituida por los elementos necesarios para llevar hasta los
puntos de consumo y a través de grandes distancias la energía eléctrica generada
en las centrales eléctricas.
Para ello, los niveles de
energía eléctrica producidos deben
ser transformados, elevándose su
nivel de tensión. Esto se hace
considerando que para un
determinado nivel de potencia a
transmitir, al elevar la tensión se
reduce la corriente que circulará,
reduciéndose las pérdidas
por efecto Joule. Con este fin se remplazan subestaciones elevadoras en las
cuales dicha transformación se efectúa empleando transformadores, o bien
autotransformadores. De esta manera, una red de transmisión emplea usualmente
voltajes del orden de 220 kVy superiores, denominados alta tensión, de 400 o de
500 kV. Parte de la red de transporte de energía eléctrica son las líneas de
transporte.
Una línea de transporte de energía eléctrica o línea de alta tensión es
básicamente el medio físico mediante el cual se realiza la transmisión de la
energía eléctrica a grandes distancias. Está constituida tanto por el elemento
conductor, usualmente cables de acero, cobre o aluminio, como por sus elementos
de soporte, las torres de alta tensión. Generalmente se dice que los conductores
"tienen vida propia" debido a que están sujetos a tracciones causadas por la
combinación de agentes como el viento, la temperatura del conductor, la
temperatura del viento, etc.
Existen una gran variedad de torres de transmisión como son conocidas,
entre ellas las más importantes y más usadas son las torres de amarre, la cual
debe ser mucho más fuertes para soportar las grandes tracciones generadas por
los elementos antes mencionados, usadas generalmente cuando es necesario dar
un giro con un ángulo determinado para cruzar carreteras, evitar obstáculos, así
como también cuando es necesario elevar la línea para subir un cerro o pasar por
debajo/encima de una línea existente.
Existen también las llamadas torres de suspensión, las cuales no deben
soportar peso alguno más que el del propio conductor. Este tipo de torres son
usadas para llevar al conductor de un sitio a otro, tomando en cuenta que sea una
línea recta, que no se encuentren cruces de líneas u obstáculos.
La capacidad de la línea de transmisión afecta al tamaño de estas
estructuras principales. Por ejemplo, la estructura de la torre varía directamente
según el voltaje requerido y la capacidad de la línea. Las torres pueden ser postes
simples de madera para las líneas de transmisión pequeñas hasta 46 kilovoltios
(kV). Se emplean estructuras de postes de madera en forma de H, para las líneas
de 69 a 231 kV. Se utilizan estructuras de acero independientes, de circuito
simple, para las líneas de 161 kV o más. Es posible tener líneas de transmisión de
hasta 1.000 kV.
Al estar estas formadas por estructuras hechas de perfiles de acero, como
medio de sustentación del conductor se emplean aisladores de disco o aisladores
poliméricos y herrajes para soportarlos.
Por otra parte, es muy importante conocer la ubicación de las centrales de
generación eléctrica, porque estas obligan a transportar grandes bloques
energéticos generados a través de grandes distancias de manera que lleguen a
los centros de consumo.
En Venezuela, los grandes recursos hidráulicos se ubican en la región de
Guayana, mientras que las centrales térmicas se ubican en la zona central, de
manera que para unir todas estas fuentes de generación con los distribuidos
centros de consumo, se emplean las redes de transmisión eléctrica.
En Venezuela las compañías eléctricas que conforman el sistema
interconectado nacional se encuentran unidas a través de un sistema de
transmisión que alcanza los niveles de tensión de 230KV, 400KV y 750KV. Cada
uno de estos sistemas recibe el nombre de red troncal de transmisión,
presentando longitudes apreciables como el alcance de Guayana, centro que
posee aproximadamente 650 Km.
Ventajas de un sistema de transmisión:
Permite producir energía en forma más económica.
Se logra disminuir la capacidad de reserva y reserva rodante.
Las líneas de transmisión permiten mejorar la confiabilidad del sistema.
2.3. Sistema de Distribución de energía eléctrica
Un Sistema de Distribución de Energía Eléctrica es la parte del sistema de
suministro eléctrico cuya función es el suministro de energía desde la subestación
de distribución hasta los usuarios finales (medidor del cliente). Se lleva a cabo por
los Operadores del Sistema de Distribución.
La energía eléctrica es transmitida frecuentemente en bloques de magnitud
considerable y en altas tensiones desde el punto de generación hasta el área
donde se pretende distribuirla, de ahí que sea necesario ejecutar uno o más pasos
de transformación para llevarla a los niveles de utilización.
El sistema de distribución es el último elemento del sistema de potencia
antes de llegar a los consumidores. Esta parte del sistema de potencia está
compuesto de líneas y dispositivos para distribuir la energía eléctrica hasta los
usuarios.
Dentro del sistema de distribución se distinguen dos grandes niveles bien
beneficiados:
Sistema de Distribución primaria.
Sistema de Distribución secundaria.
2.4. Sistema de Distribución primaria
El sistema de distribución primaria comienza a la salida de las
subestaciones de distribución, de este punto los circuitos sub-transmisión alimenta
a los transformadores de distribución. Las subestaciones de distribución
transforman este voltaje a los denominados alimentadores primarios, el voltaje de
los circuitos generalmente se encuentra entre 2.4Kv y 13.8Kv.
En Venezuela los niveles de tensión suelen se:
En este nivel pueden ser alimentados ciertos consumidores especiales,
como industrias y otros. Los circuitos de distribución primario se caracterizan
porque están conectados a un solo punto o distribución. Y es muy poco visto, solo
en casos especiales la conexión a más de una sola subestación.
Los niveles de potencia manejados en este sistema son modestos, para
13.8Kv la capacidad de transporte no supera los 5MVA.
Estructura física de un sistema de distribución típico.
2.5. Sistema de Distribución secundaria
Los transformadores de distribución reducen el voltaje primario al voltaje
secundario o de utilización, la energía se distribuye, por último a través de los
circuitos secundarios de distribución hasta las acometidas individuales. Esta parte
del sistema corresponde a los menores niveles de potencia y tensión, estando
más cerca del consumidor promedio.
En Venezuela es común que las empresas eléctricas suministren potencia en
cuatro niveles de voltajes básicos y sus combinaciones: 120V/240V, 280V, 480V y
600V.
De acuerdo a sus distribución los sistema de distribución pueden ser:
Radial: Muy económicos y utilizados en sitios rurales y de baja carga.
Lazo o anillo: Se usa en cargas medias, con mediana confiablidad.
Netwots secundario: Especialmente utilizados para grandes cargas,
requiere mayor inversión.
2.6. Sistema de Sub-transmisión
Posee características muy similares del sistema de distribución, pero
manejan mayor potencia (5-50MVA) y se diferencian en que alimentan a un cierto
número de subestaciones de distribución, los niveles de voltajes utilizaos en
Venezuela suelen ser: 69Kv, 34.5Kv y 24Kv.
El sistema de sub-transmisión se diferencia al de transmisión, debido a que
el primero no realiza interconexiones entre sistemas de potencias o centrales de
generación.
3. Función del Sistema eléctrico de potencia.
Cuando un sistema opera en condiciones normales, los sistemas de
regulación primaria actúan de forma automática para cubrir los pequeños cambios
de demanda con una respuesta casi instantánea, del orden de segundos. El
problema surge cuando existen modificaciones de demandas apreciables, como
las que se producen a lo largo del día, predecibles y por tanto para las que se
pueden anticipar medidas de control, o cuando sobreviene una modificación
brusca por causa de la pérdida de un consumo o una generación.
En el primer caso se prevé la demanda con anticipación, y se establece la
programación de los alternadores, de manera que éstos entren en servicio, salgan
de servicio, suban o bajen carga de forma programada; además, se establece una
reserva que depende de la zona de la curva de la demanda que se trate, de la
pendiente de subida o bajada y del valor máximo previsto de la demanda en ese
período. La reserva es función de la dimensión del sistema.
En el segundo caso las variaciones aleatorias se pueden producir en
cualquier momento, por cualquier causa, e implican una modificación brusca de la
frecuencia de sincronismo del sistema, que tiene que ser resuelta mediante la
actuación sobre los grupos generadores que en ese momento esté funcionando.
Ante una variación importante del equilibrio producción-demanda todos los
grupos que están operando contribuyen de forma automática y solidaria a
restablecer el equilibrio, cada uno de acuerdo a sus características de diseño y a
su capacidad de modificar sus condiciones de operación. Una vez cumplida con la
función de la regulación primaria, se eligen unos grupos determinados que van a
trabajar en regulación secundaria, para que sean ellos los que cubran estas
variaciones de la demanda, mientras que los demás vuelven, lo más rápidamente
posible, a su punto óptimo de generación.
Aunque el conjunto de todas las máquinas se debe diseñar para poder
cubrir la demanda del sistema en su totalidad y sus posibles variaciones, no todas
las máquinas pueden modificar su carga con la misma velocidad, por lo que
trabajarán en regulación aquellas máquinas generadoras que, por sus
características mecánicas y de respuesta, sean capaces de subir y bajar carga de
forma rápida y sin limitaciones, o con pocas limitaciones:
En la mayoría de los casos, los tiempos de respuesta de las calderas
convencionales de carbón y de las grandes centrales nucleares, son
largos, aunque en el caso de calderas convencionales depende en gran
manera del combustible y del diseño de la caldera. La regulación obliga a
las calderas a trabajar en condiciones duras, de sobreactuación, que
acortan su tiempo de vida útil y encarecen su mantenimiento.
El caso de los ciclos combinados es diferente. Les resulta relativamente
fácil realizar un seguimiento de las variaciones normales de carga, pero
ante un cambio brusco de frecuencia, su primera respuesta es en el
mismo sentido de la desviación (esto es, ante una caída de la frecuencia
reducen potencia y la aumentan cuando la frecuencia sube, efecto
contrario al deseado). Por otro lado, cuando regulan a cargas por debajo
del 60% de su capacidad pueden no cumplir las limitaciones
medioambientales relativas a emisiones gaseosas, y su consumo
específico empeora. Además, su capacidad de sobrecarga es limitada
cuando funcionan a potencia nominal.
En general, el funcionamiento supone un perjuicio para la central. Estos
grupos no funcionarán normalmente en zonas de rendimiento óptimo, ya que para
poder disponer de reserva deberán operar en un intervalo del 60% al 80% de su
potencia nominal, dependiendo del rango de regulación y de la potencia nominal
del grupo, lo que implica además emisiones contaminantes más elevadas, en el
caso de los grupos térmicos, y, por supuesto, mayor coste de generación que en
funcionamiento en base (a plena carga).
4. Confiablidad de un sistema eléctrico de potencia
La confiabilidad de los sistemas eléctricos de potencia, puede afectar
positiva o negativamente la productividad y la seguridad de los procesos y
personas en una empresa. Por esta razón, la disponibilidad del fluido eléctrico se
ha vuelto un tema de vital importancia para las compañías.
También, La confiabilidad, es la probabilidad de que un equipo o un sistema
cumplan con su misión específica bajo condiciones de uso determinadas en un
periodo determinado. El nivel de confiabilidad requerido por un sistema debe ser
establecido de acuerdo con la criticidad de las cargas del mismo y debe basarse
en estudios que contemplen las necesidades o características del proceso en
términos de disponibilidad, seguridad, mantenimiento y fiabilidad.
Los índices de confiablidad utilizados pretenden cuantificar la calidad del
servicio que presenta el sistema o la red en cualquier punto de consumo. En
algunos casos también se definen índices globales para todo el sistema como un
todo. Entre los cuantificadores más comunes e importantes se encuentran:
Tasa de falla: Representa la cantidad de veces que un consumidor se ve
primado de suministro de electricidad, por unidad de tiempo,
generalmente de considera unidad de tiempo al período de un año, ya
que la disponibilidad eléctrica es alta. El inverso de la tasa de falla se
conoce como tiempo promedio entre fallas.
Tiempo de reparación: En este trabajo se utiliza como un nombre
genérico, que representa la acción de cambio o reparación del “elemento
causante del problema”. Es el tiempo promedio que dura una falla de
suministro, expresados en horas. El inverso del tiempo de reparación se
conoce como tasa de reparación.
Energía no suministrada: Representa la cantidad de energía que la
empresa de distribución pierde en vender, este índice tiene gran
relevancia para estas empresas, dado a que puede utilizarse como
parámetro de decisión al evaluar alternativas de mejoramiento de la
calidad de servicio.
Carga promedio desconectada: Es una cuantificación de la cantidad de
consumidores afectados por los cortes de suministro.
5. Historia del Sistema Eléctrico de Potencia en Venezuela
La electrificación en Venezuela comienza a fines del siglo XVIII pero fue el
20 de enero de 1912 cuando se inauguro el servicio de alumbrado público
eléctrico en Maracay. A consecuencia de la falta de experiencia y a los avances
tecnológicos, en 1947 es creada la “Corporación Venezolana de Fomento”
encargada, a través de sus departamentos de electricidad, de realizar sus estudios
para la electrificación integral de todo el país.
Luego de 10 años de creada dicha corporación, ya existían quince
empresas eléctricas, la cual dificultaban la coordinación y ejecución del plan
nacional de electrificación. Esta corporación adquirió varias plantas, las cuales
estaban bajo la administración de las quince empresas ya existentes en el país.
En el año 1951, la corporación venezolana de fomento, elabora el primer
plan de electrificación nacional, además agrupo a las quince empresas en
adquiridas en compañías anónimas independientes entre sí. Debido a unificar
criterios y procedimiento de las quince empresas, se crea la “compañía anónima
de administración y fomento eléctrico” (CADAFE).
Fundada el 25 de octubre de 1958, siendo la empresa estadal que ha
electrificado el 93% del territorio nacional. En 1959 inicio la presentación del
servicio de energía eléctrica en ciudades y zonas rurales. Ese mismo año
CADAFE queda como la gran empresa de electricidad del estado. Encargada de
crear uniformidad en los aspectos físicos y administrativos para la conformación
de planes y labores q anteriormente eran imposibles de realizar.
Se crean las empresas regionales de distribución y comercialización:
CADELA (Compañía Anónima de la Electricidad de los Andes).
ELEOCCIDENTE (Compañía Anónima de la Electricidad de Occidente).
ELEORIENTE (Compañía Anónima de la Electricidad de Oriente).
DESURCA (Compañía anónima del Desarrollo del Uribante caparo).
ELECENTRO (Compañía Anónima de la Electricidad del Centro).
El 23 de agosto de 1968 se firma el primer contrato de interconexión, entre las
empresas CADAFE, Electricidad de Caracas y CVG EDELCA, con la finalidad de
contar con un gran despacho y una planificación coordinada, creándose así la
oficina de operación de sistemas interconectados (OPSIS).
De tal modo se establece una organización para regular los intercambios de
energía entre los sistemas de potencia de las mencionadas empresas, siendo esto
la génesis de lo que se conoce como Sistema interconectado nacional (SIN).
El 1 de diciembre de 1988, se hacen extensivos los beneficios del contrato de
interconexión venezolano, con la incorporación de la empresa ENELEVEN a la
interconexión, lo que le asigna la solides al SIN, y con lo que se logro la
electrificación del 93.75% del territorio nacional. De todas las empresas eléctricas
venezolanas, las de mayor envergadura, y que constituyen en gran medida el
sistema eléctrico venezolano son cuatro:
Corporación Venezolana de Guayana (CVG) electrificación del Caroní
(EDELCA).
compañía anónima de administración y fomento eléctrico.
Energía eléctrica de Venezuela.
La electricidad de Caracas.
El sistema interconectado nacional esta conformado por los sistema de
transmisión de las empresas eléctricas CADAFE, electricidad de caracas,
ENELEVEN y CVG EDELCA, que operan a niveles de tensión igual o superior a
230Kv y dada su extensión posee un ámbito de carácter nacional. La operación
del SIN es coordinada a través de la OPSIS desde el despacho central de carga,
quien es la máxima autoridad en lo referente a este concepto y trabaja de manera
conjunta con los centros de control y despachos regionales de cada una de las
empresas q conforman el SIN.
En 1998 se crea para efectos de privatización la compañía anónima
sistema eléctrico de Monagas y Delta Amacuro (SEMDA). En este mismo año
el mapa de Venezuela queda servido por las empresas de electricidad, aquí un
mapa explicativo:
En la gaceta oficial Numero: 38.441 del día 22 de Mayo del 2006, en el
decreto presidencial Numero: 4.492: se da a conocer que las empresas
ELECENTRO, ELECOCCIDENTE, ELECORIENTE, CADELA Y SEMDA,
desaparecen para convertirse en una sola empresa CADAFE.
Como parte del proceso de fusión de CADAFE, dentro de la estrategia de
fortalecer su gestión, se crearon nueve regiones en todo el país en la búsqueda de
una mayor eficiencia en su operatividad. Dichas regiones tendrán una mayor
flexibilidad operativa, dado que se desconcentra su funcionamiento operativo con
un control más eficiente.
La distribución de las nueve regiones de CADAFE se puede observar en la
tabla siguiente:
En la gaceta oficial Número: 38.736 del día 31 de julio del año 2007 a taves
del decreto presidencial de crea la Corporación eléctrica nacional (CORPOELEC).
Se encargara de la realización de las actividades de generación,
transmisión distribución y comercialización de potencia y energía eléctrica.
A tales efectos se crean las regiones operativas que se muestran en la
tabla:
Las cuales entraran en vigencia para el año 2010, por lo que hasta ese año
la empresa CADAFE se encontrará el periodo de transición.
6. Características del Sistema Eléctrico de Potencia en Venezuela
Las centrales eléctricas en Venezuela son las que caracterizan el sistema
de potencia Nacional, es por esto que hablaremos de cada una de ellas:
Central Hidroeléctrica Antonio José de Sucre en Macaguay I
La Central Hidroeléctrica
Antonio José de Sucre en Macagua I,
fue la primera planta construida en los
llamados saltos inferiores del río
Caroní, localizada a 10 kilómetros de
su desembocadura en el río Orinoco,
en Ciudad Guayana, estado Bolívar.
Alberga en su Casa de
Máquinas 6 unidades generadoras
tipo Francis, cada una con una capacidad nominal promedio de 64.430 Kv.
Su construcción se inició en 1956, entrando en funcionamiento en 1959 la primera
unidad de generación y para 1961 se puso en operación la última de ellas,
alcanzándose una capacidad instalada total de 370 MW.
Central Hidroeléctrica Antonio José de Sucre en Macaguay II y III
La Central Hidroeléctrica
Antonio José de Sucre
Macagua II y III es el
tercer proyecto hidroeléctrico
construido en el rio Caroní.
Conforma, conjuntamente con
la Central Macagua I, el
"Complejo Hidroeléctrico 23
de Enero". Está situado a 10
kilómetros aguas arriba de la
confluencia de los ríos Caroní y Orinoco en el perímetro urbano de
Ciudad Guayana.
Su capacidad de generación, ubicada en 2.540 megavatios, se
encuentra garantizada por 12 unidades generadoras de 216 megavatios
cada una, impulsadas por turbinas tipo Francis bajo caída neta de 46,4
m. instaladas en la Casa de Máquinas 2.Para el control del rio se
construyó un Aliviadero con 12 compuertas capaz de transitar 30.000
m3/seg. Adicionalmente, para garantizar un continuo flujo de agua a los
Saltos de Cachamay y la Llovizna, se incluyó especialmente la Casa de
Máquinas Nro.III, bajo caída neta de 23,0 metros generando 172
megavatios con 2 unidades tipo Kaplan.El diseño de la obra fue
realizado con el fin de perturbar lo menos posible su entorno natural, por
estar ubicado en la cercanía del sistema de parques de Ciudad Guayana
(Cachamay, Loefling, Punta Vista y La Llovizna).
Central hidroeléctrica Simón Bolívar en Gurí.
En el Cañón de Necuima, 100 kilómetros aguas arriba de la
desembocadura del río Caroní en el Orinoco, se levanta imponente
la estructura de la Central Hidroeléctrica Simón Bolívar en Gurí", con 10
millones de kilovatios en sus dos casas de máquinas. En los actuales
momentos, Gurí es la segunda planta hidroeléctrica de mayor potencia
instalada en el mundo, después del complejo binacional de Itaipú: Brasil-
Paraguay.
La generación de esta planta
supera los 50.000 GWh al año,
capaces de abastecer
un consumo equivalente cercano a
los 300.000 barriles diarios
de petróleo, lo cual ha permitido
cumplir con la política de sustitución
de termoelectricidad por hidroelectricidad dictada por el Ejecutivo
Nacional, con la finalidad de ahorrar combustibles líquidos que pueden
ser utilizados para su exportación o su conservación con otros fines.
Central hidroeléctrica Francisco de Miranda en Caruachi
El desarrollo Hidroeléctrico Francisco de Miranda en Caruachi está
situado sobre el río Caroní, a unos 59 kilómetros aguas abajo del embalse
de Gurí.
La Casa de Máquinas está constituida por 12 Monolitos que albergarán 12
unidades generadoras con Turbinas Kaplan, sus correspondientes Naves
de Servicio y una Nave de Montaje de 60 m. de longitud.
El Proyecto Caruachi,
formará conjuntamente con las
Centrales Simón Bolívar en Gurí
y Antonio José de Sucre en
Macagua, ya construidas, y
Tocoma en construcción, el
Desarrollo Hidroeléctrico del
Bajo Caroní. Las características
electro-energéticas
sobresalientes del proyecto,
están predeterminadas por la descarga regulada del embalse de Gurí.
La Planta Centro es la Planta Termoeléctrica del Centro, constituye el
mayor complejo de generación de energía eléctrica de la Región Centro-Norte-
Costera. Es la planta termoeléctrica más grande en su tipo en toda Sudamérica y
Centro América. Planta Centro, nace a raíz de las necesidades energéticas del
país y su ubicación en Punta Morón, Estado Carabobo, obedece a las ventajosas
condiciones que presenta dicha zona. Comercialmente inicia sus operaciones en
el año 1978 y actualmente tiene una capacidad instalada de 2.000 Megavatios.
6.1. Características técnicas de las unidades en Venezuela
Calderas: Todas las calderas son acuatubulares y de circulación natural.
Las unidades 1 y 2, están diseñadas para producir un máximo de 1.225
toneladas por hora de vapor sobrecalentado a una presión de 165
Kg/cm2 y una temperatura final de 540 °C, quemando Fuel Oíl No. 6. Las
de las unidades 3, 4 y 5 están diseñadas para producir 1.435 toneladas
de vapor a una presión de 169 Kg/cm2 y 544 °C, de temperatura. Para el
arranque de las calderas se utiliza combustible liviano y cuando alcanza
un cierto porcentaje de producción de vapor, se cambia a combustible
pesado, Fuel Oíl.
Turbinas: La capacidad de las turbinas es de 400MW en las unidades 1 y
2, y de 440 MW en las unidades 3,4 y 5. Las turbinas están diseñadas
según el principio de acción a flujo axial y constan de cuatro turbinas: una
de alta presión tipo mono flujo, otra a doble flujo de presión intermedia y
dos de doble flujo de baja presión.
Generadores: Todos los generadores son trifásicos y conectados en
estrella aislada. El sistema de enfriamiento se realiza con agua en el
estator e Hidrógeno en el rotor. La capacidad de los generadores de las
unidades 1 y 2 es de 440.000 KVA y de 26 KV, los de las unidades 3, 4 y
5 tienen una capacidad de 470.000 KVA y 24 KV.
Transformadores: El transformador principal de las Unidades 1 y 2 tiene
una capacidad de 440.000 KVA mientras que el de las unidades 3, 4 y 5
llega a 500.000 KVA.
Chimeneas: La altura de las tres chimeneas para la expulsión de los
gases de combustión de las calderas es de 170 m. Cada chimenea es
común a dos unidades, donde los gases escapan por ductos metálicos
instalados dentro del fuselaje de cada una, ejecutado en concreto
armado.
Condensadores: Son de tipo de superficie, y corresponde uno para cada
unidad generadora; cada condensador posee 17500 tubos por los cuales
circula el agua de enfriamiento con un caudal de 50000 m3/h. El agua de
enfriamiento es proveniente del mar de ahí la nece4sidad de instalar la
planta a orillas de este, la cual viene con caracoles, arena, sal y
moluscos.
7. Situación actual del Sistema Eléctrico de Potencia en Venezuela
Venezuela es un país que puede jactarse de su potencial energético. Tiene
reservas considerables de petróleo, gas natural y carbón, así como el potencial
hidroeléctrico derivado de sus ríos al sur del país, lo cual le facilita obtener la
energía secundaria mas importante hoy en día para la sociedad.
Sin embargo, una mala gestión de estos recursos y del sector eléctrico como per
se compromete seriamente la disponibilidad de electricidad en el país. El resultado
de esa mala gestión, iniciada a mediados del año 2002, ha aflorado en el 2008 con
tres fallas graves visibles que han dejado a mas del 60 % de
la población venezolana sin el servicio eléctrico.
Cabe recordar que la electricidad no es almacenable, se produce y se
consume. En otras palabras, la capacidad de generación debe estar en
concordancia con la demanda. Dicha capacidad debe ser siempre, por
condiciones de confiabilidad en la prestación de servicio, al menos un 30 %
superior a la capacidad demandada. Cuando esta holgura comienza a disminuir,
se presentan los llamados "apagones" y el racionamiento programado o no. Este
aspecto reseñado con la capacidad de generación es trasladable a
los sistemas troncales de transmisión y a los sistemas distribución de electricidad.
Otro aspecto importante ocurre con la planificación del sector el cual debe
prever un horizonte de al menos 20 años. Esto obedece a que desde que se
planifica y entra en operación una central hidroeléctrica transcurren en promedio
10 años; para plantas térmicas de más de 500 MW entre 3 y 5 años, y plantas
nucleares 15 años. Es de señalar que en plantas menores a 500 MW se pierde
la economía de escala y eficiencia energética.
Para prever esto, actualmente en Venezuela se ha realizado una medida para
Mitigar un Posible Colapso Eléctrico Nacional, las medidas son:
Reducción de la demanda de energía de los centros comerciales (20MW).
Instalación de 35.000.000 de bombillos ahorradores adicionales a los
15.000.000 ya instalados, totalizando 50.000.00 de bombillos (150MW).
Reducción de la demanda de energía de los edificios de la administración
pública, por decreto presidencial Número: 6992 (30MW).
Aplicación del pliego tarifario de los grandes usuarios comerciales.
Reducción de las ventas de energía a Brasil un 70% (60MW).
Reducción de las demandas de energía de las VENALUM , SIDOS y
ALCASA en 300MW, 200MW y 60MW, para un total de 560MW.
Total de ahorro: 820MW.
Todo esto es necesario puesto que existen muchos factores en el país que afectan
por temporadas a la represa del Gurí, como es el fenómeno del niño, las sequias
entre otros factores q ocurren anualmente. Es por esto que el suministro de
energía no puede mantenerse constante o supliendo el mismo nivel de energía
cada año. 35% de la generación de electricidad proviene de plantas
termoeléctricas, y casi un 3% corresponde al sistema de generación distribuida,
conformada por grupos electrógenos. Esto ha sido posible, gracias al rescate del
parque de generación por parte de CORPOELEC, al cierre del año 2013 fueron
incorporados al Sistema Eléctrico Nacional SEN 3.869 MW más, de los cuales
1.950 MW corresponden a proyectos nuevos y 1.919 MW a unidades
rehabilitadas.
CORPOELEC está empeñada en ofrecerles a los venezolanos, un sector
eléctrico digno, confiable y de calidad, invirtiendo importantes recursos para
ampliar y reforzar el parque de generación, y a la vez promover el desarrollo de
fuentes alternativas de energía, como la eólica o solar.
Para el 2014 se tiene planteado en materia de Generación sobrepasar la
meta de los 3.843 MW , siendo unos 2.648 por concepto de proyectos nuevos y
más de 1197 MW por rehabilitación.
Conclusión
El sistema eléctrico funciona de forma estable a base de mantener una
generación que podríamos llamar pesada, grandes máquinas movidas por turbinas
de vapor o grandes centrales hidráulicas, que son capaces de responder de forma
adecuada a las solicitaciones del propio sistema en cualquier condición de
operación normal o en perturbación. Esto significa que el sistema, al menos en las
condiciones actuales de la tecnología de producción de electricidad, debe
mantener un máximo de generación donde las máquinas que no cumplen esos
requisitos entren él en sistema en la cantidad adecuada para no poner en peligro
al mismo.
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http://es.wikipedia.org/wiki/Generaci%C3%B3n_de_energ%C3%ADa_el
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http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/293/
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