sistema eléctrico de potencia

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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

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Sistema Eléctrico de Potencia Alta tensión.

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Page 1: Sistema Eléctrico de Potencia

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

Page 2: Sistema Eléctrico de Potencia

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.

Page 3: Sistema Eléctrico de Potencia

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.

Page 4: Sistema Eléctrico de Potencia

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

Page 5: Sistema Eléctrico de Potencia

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.

Page 6: Sistema Eléctrico de Potencia

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.

Page 7: Sistema Eléctrico de Potencia

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

Page 8: Sistema Eléctrico de Potencia

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

Page 9: Sistema Eléctrico de Potencia

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.

Page 10: Sistema Eléctrico de Potencia

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

Page 11: Sistema Eléctrico de Potencia

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.

Page 12: Sistema Eléctrico de Potencia

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.

Page 13: Sistema Eléctrico de Potencia

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

Page 14: Sistema Eléctrico de Potencia

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

Page 15: Sistema Eléctrico de Potencia

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.

Page 16: Sistema Eléctrico de Potencia

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:

Page 17: Sistema Eléctrico de Potencia

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.

Page 18: Sistema Eléctrico de Potencia

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.

Page 19: Sistema Eléctrico de Potencia

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.

Page 20: Sistema Eléctrico de Potencia

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

Page 21: Sistema Eléctrico de Potencia

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

Page 22: Sistema Eléctrico de Potencia

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).

Page 23: Sistema Eléctrico de Potencia

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

Page 24: Sistema Eléctrico de Potencia

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

Page 25: Sistema Eléctrico de Potencia

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.

Page 26: Sistema Eléctrico de Potencia

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).

Page 27: Sistema Eléctrico de Potencia

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

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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.

Page 29: Sistema Eléctrico de Potencia

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

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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

Page 31: Sistema Eléctrico de Potencia

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.

Page 32: Sistema Eléctrico de Potencia

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

Page 33: Sistema Eléctrico de Potencia

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.

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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.

Page 35: Sistema Eléctrico de Potencia

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.

Page 36: Sistema Eléctrico de Potencia

Bibliografía

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