1 INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA: UN PANORAMA GENERALM.Sc. OSCAR DANILO MONTOYA GIRALDO FEBRERO DE 2015 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA
2 INTRODUCCIÓN – SISTEMA ELÉCTRICO DE POTENCIAUn Sistema Eléctrico de Potencia (SEP) es el conjunto de instalaciones y equipos utilizados en las etapas de generación, transmisión, subtransmisión y distribución de energía eléctrica.
3 INTRODUCCIÓN – SISTEMA ELÉCTRICO DE POTENCIALa función del SEP es cumplir con los requisitos de demanda de energía eléctrica, al menor costo posible y con niveles aceptables de calidad, seguridad y confiabilidad. Contar con la infraestructura Atender a todos los usuarios Minimizar cortes de carga Requisitos de demanda Menor costo posible Inversión Operación Niveles aceptables de Calidad Magnitud Forma de Onda
4 GENERACIÓN Su función principal es transformar algún tipo de energía primaria en energía eléctrica. La tabla 1 presenta algunos ejemplos de energía primaria utilizada en la generación de electricidad: Convencionales No Convencionales Petróleo Solar Carbón Eólica Gas Natural Geotérmica Nuclear Mareomotriz Hidráulica Tabla 1. Ejemplos de energía primaria
5 CONSUMO ENERGÉTICO MUNDIAL (ELECTRICIDAD)El consumo de energía eléctrica está directamente relacionado con el desarrollo económico de los países. 1 Figura 1. Energía eléctrica en América Latina Tomado de OLADE :
6 GENERACIÓN EN COLOMBIAColombia presenta una capacidad de generación de aproximadamente MW. La figura 1 muestra la participación porcentual de acuerdo al tipo de planta generadora. Figura 2. Capacidad según el tipo de tecnología 1 1- Tomado de “Informe Mensual de Evolución de Variables de Generación“. Unidad de Planeamiento Minero Energético. Julio de Disponible en:
7 Parque Eólico Jepirachi - GuajiraGENERACIÓN EÓLICA Parque Eólico Jepirachi - Guajira Capacidad 19.5 MW
8 GENERACIÓN HIDRÁULICA - TÉRMICACentral San Carlos – Antioquia Capacidad 1240 MW Planta TEBSA – Barranquilla Capacidad 870 MW
9 GENERACIÓN HIDRÁULICA - EMBALSESistema de generación hídrico
10 GENERACIÓN TÉRMICA Sistema de generación térmica
11 GENERACIÓN SOLAR - TÉRMICA1255 espejos de 120 metros cuadrados cada uno Torre de 125 metros de altura Planta Solar PS20 – Sevilla, España Capacidad 20 MW
12 TRANSMISIÓN Y SUBTRANSMISIÓNLas redes de transmisión y subtransmisión tienen como objetivo unir los centros de generación y de consumo, transportando grandes cantidades de energía con las menores pérdidas posibles. Generalmente, presentan topologías enmalladas. Clasificación ANSI según tensión de operación Transmisión Tensión > 115 kV Subtransmisión 34.5 kV < Tensión ≤ 115 kV Distribución Tensión ≤ 34.5 kV Tensiones Nominales Típicas en Colombia 13.2 kV 33 kV 69 kV 115 kV 230 kV 500 kV Clasificación ANSI según tensión nominal Baja Tensión Tensión máx. ≤ 1 kV Media Tensión 1 kV < Tensión máx. ≤ 72.5 kV Alta Tensión 72.5 kV < Tensión máx. ≤ 345 kV Extra Alta Tensión 345 kV < Tensión máx. ≤ 765 kV Ultra Alta Tensión Tensión máx. > 765 kV 2 2- ANSI: American National Standards Institute. Tomado de: “Electric Power Transmission System Engineering. Analysis and Design”. Turan Gönen.
13 TRANSMISIÓN Y SUBTRANSMISIÓNLa Comisión de Regulación de Energía y Gas (CREG), establece la siguiente diferenciación para los niveles de tensión: Clasificación por Actividades según la CREG Transmisión Tensión ≥ 220 kV Subtransmisión y Distribución Tensión < 220 kV Tensiones Nominales Típicas en Colombia 13.2 kV 33 kV 69 kV 115 kV 230 kV 500 kV Niveles de Tensión según la CREG Nivel 1 Tensión < 1 kV Nivel 2 1 kV ≤ Tensión < 30 kV Nivel 3 30 kV ≤ Tensión ≤ 62 kV Nivel 4 Tensión ≥ 62 kV
14 LÍNEA DE TRANSMISIÓN Grupos de circuitos en Atacama, Chile
15 LÍNEA DE TRANSMISIÓN Torre múltiples circuitos USALínea doble circuito USA
16 Alimentadores PrimariosDISTRIBUCIÓN El sistema de distribución tiene como objetivo llevar la energía eléctrica hasta los puntos de conexión de los usuarios finales. Generalmente presentan topologías radiales y operan a tensiones inferiores a 34.5 kV. Las redes de distribución están conformadas por: Alimentadores Primarios (tensiones entre 2.4 kV y 34.5 kV) Alimentadores Secundarios (tensiones de 120 V, 208 V y 240 V) Alimentadores Primarios y Secundarios
17 DISTRIBUCIÓN La red de distribución secundaria se conecta a la red primaria a través de transformadores trifásicos o monofásicos: Red secundaria alimentada por transformador trifásico Transformador Trifásico. Conexión Triángulo - Estrella
18 Transformador trifásicoDISTRIBUCIÓN Transformador trifásico en poste Transformador trifásico Convencional
19 Transformador Monofásico conectado en primario a tensión línea-líneaDISTRIBUCIÓN La red de distribución secundaria se conecta a la red primaria a través de transformadores trifásicos o monofásicos: Red secundaria alimentada por transformador monofásico Transformador Monofásico conectado en primario a tensión línea-línea
20 DISTRIBUCIÓN Transformador Monofásico Convencionalen poste
21 COMPONENTES DEL SISTEMA ELÉCTRICO DE POTENCIAEl número de componentes y la funcionalidad de los mismos dentro del SEP varía de un sistema a otro, dependiendo de la importancia de la instalación y la tecnología disponible. De forma muy general se puede realizar la siguiente clasificación funcional: 1. Componentes Principales 2. Equipos de Corte y Maniobra 3. Equipos de Medición 4. Equipos de Protección 5. Equipo de Control 6. Equipo de Comunicaciones y Servicios Auxiliares 7. Subestaciones
22 COMPONENTES PRINCIPALESHidroeléctricas Termoeléctricas No convencionales Plantas de Generación Potencia Distribución Transformadores Equipos de Compensación Reactiva Bancos de Condensadores Reactores Condensadores Síncronos Transmisión Subtransmisión Distribución Líneas
23 COMPONENTES PRINCIPALESTransformador de Potencia Bancos de Condensadores
24 COMPONENTES PRINCIPALESReactor Shunt Condensador Síncrono
25 COMPONENTES PRINCIPALESLíneas de Transmisión Líneas de Subtransmisión
26 EQUIPOS DE CORTE Y MANIOBRAEstos equipos permiten realizar las maniobras de conexión y desconexión de los equipos eléctricos principales en condiciones de operación normal o bajo falla. Algunos ejemplos serían: Interruptores de Potencia Seccionadores Reconectadores Cortacircuitos
27 EQUIPOS DE CORTE Y MANIOBRAInterruptores de Potencia Seccionadores
28 EQUIPOS DE CORTE Y MANIOBRAReconectadores Fusibles
29 EQUIPOS DE MEDICIÓN Los equipos de medición toman medidas de interés del sistema de potencia y las convierten en señales analógicas y/o digitales de bajo rango. Ejemplos de equipos de medición serían: Transformadores de Potencial Transformadores de Corriente Medidores Analizadores de Señales
30 EQUIPOS DE MEDICIÓN Transformadores de Potencial (izq.) Transformadores de Corriente (der.)
31 EQUIPOS DE MEDICIÓN Medidores y Analizadores de Señales
32 EQUIPOS DE PROTECCIÓN Estos equipos detectan fallas o condiciones anormales en los sistemas eléctricos de potencia y realizan alguna acción sobre el mismo. Algunos ejemplos serían: Relés de Protección Descargadores de Sobretensión (o DPS)
33 EQUIPOS DE PROTECCIÓN Relé de Protección Descargadores de Sobretensión
34 EQUIPOS DE CONTROL Los equipos de control permiten controlar la operación de los equipos principales del sistema de potencia. Algunos ejemplos se listan a continuación: Reguladores de Velocidad Reguladores de Tensión Controladores Lógicos Programables (PLC) Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA)
35 EQUIPOS DE COMUNICACIONES Y SERVICIOS AUXILIARESLos equipos de comunicación se encargan de la transmisión y recepción de las señales de medición, control y protección. Como ejemplos se encuentran: Microondas Radios Teléfonos Los equipos auxiliares corresponden a las fuentes de alimentación de los equipos principales, como por ejemplo: Bancos de baterías Plantas de emergencia Tableros de distribución
36 SUBESTACIONES Una subestación eléctrica es una instalación destinada a modificar, establecer y supervisar los niveles de tensión, corriente y potencia (generalmente), de una infraestructura eléctrica.
37 ÁREA CQR – DIAGRAMA UNIFILARÁrea Caldas - Quindío – Risaralda Referencia: Plan de Expansión Generación – Transmisión Unidad de Planeación Minero Energética (UPME) 220 kV 115 kV Proyectos de Expansión
38 SITIOS DE INTERÉS Visitar las paginas web de:La Comisión de Regulación de Energía y Gas [CREG]: La Unidad de Planeación Minero-Energética [UPME]: Expertos en Mercados [XM] Empresas de energía colombianas [CHEC, EDEQ, EEP]
39 PREGUNTAS
40 (Sala de maestría en Ingeniería Eléctrica) OFICINA E-244 (Sala de maestría en Ingeniería Eléctrica) Profesor: Oscar Danilo Montoya Giraldo Correo: Blog:
41 GRACIAS