UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE SANTIAGO UTESA

SUSTENTANTE: Juan Logan Sánchez Heredia

MATRICULA: 2-10-4345

PROFESOR: Ing. Leonel Castillo

MATERIA: Sistema Eléctrico de Potencia

TRABAJO: Practica #2

FECHA: 21/07/2016

Introducción

El siguiente trabajo está conformado de varios temas relacionados a la generación de la energía eléctrica y cuales medidas hay que tomar a cabo para su producción, desde los gastos de combustible hasta los costos de puesta en marcha y mantenimiento de las centrales de producción eléctrica.

Contiene información vital para conocer el funcionamiento básico de las diferentes formas de producción de la energía eléctrica y de lo que esto ocasiona tanto a las comunidades financieras como al medio que la rodea.

Sistema Eléctrico de Potencia Un Sistema Eléctrico de Potencia, es el conjunto de centrales generadoras, de líneas de

transmisión interconectadas entre sí y de sistemas de distribución esenciales para el consumo de energía eléctrica.

Componentes Principales

Equipos directamente relacionados con la producción, transporte y distribución de energía eléctrica.

Componente Descripción Ejemplos

Plantas de generación Instalaciones y equipos para producir energía eléctrica mediante la transformación de otras formas de energía.

Plantas hidráulicas con o sin embalsePlantas térmicas: gas, carbón, nuclear, etc.Plantas eólicasPlantas solares

Transformadores Equipos para elevar y reducir los niveles de tensión de operación del sistema eléctrico

Transformadores de potenciaTransformadores de distribución

Equipo de compensación reactiva

Equipos que producen o consumen energía reactiva para control de voltaje, control de factor de potencia o estabilidad

Bancos de condensadoresReactoresStatic Var Compensation (SVC)Condensador sincrónico

Líneas de transmisión Equipos para transportar energía eléctrica entre dos puntos

Líneas de transmisión, sub-transmisión, distribución.

Equipo de Corte y Maniobra Componente Descripción Ejemplos

Equipo de corte y maniobra

Realizan las maniobras de conexión y desconexión de los equipos eléctricos principales en condiciones normales de operación o bajo falla.Pueden manejar los sobrevoltajes asociados a las maniobras (switcheo) y el fenómeno del arco eléctrico.

Interruptor de potencia (circuit breaker)Seccionador (disconnector)Reconectadotes (Recloser)Cortacircuitos (Cut-outs)

Equipo de Comunicaciones

Equipo de comunicaciones

Transmisión y recepción de señales de medida, control, protección

PLC (Power Line Carrier)Teléfono, microondas, radio

Subestaciones

Control, medida y protección

Pararrayos

Trafo de potencial

Trafo de corriente

Interruptor

Seccionador

Barraje

“Salida”, “campo” o “bahía” de una subestación

Zonas Funcionales del Sistema Eléctrico de Potencia

Niveles de Tensión

Voltaje de Operación

Es el voltaje al cual opera el sistema de potencia y sobre el cual se define la regulación de voltaje. Se expresa en kV rms línea-línea

Voltaje Nominal Es el voltaje máximo al cual puede operar en forma continua un equipo eléctrico. Se expresa en kV rms línea-línea

Niveles de tensión establecidos por la CREG (V Nominal)

Nivel 1 kVnom < 1

Nivel 2 1 kVnom < 30

Nivel 3 30 kVnom < 62

Nivel 4 kVnom 62

GENERACIÓN

TRANSMISIÓN

DISTRIBUCIÓN

P, Q

P, Q

P, QUSUARIOS

GRANDESUSUARIOS

equipos e instalaciones cuya función es producir energía eléctrica en grandes cantidades a partir de fuentes primarias de energía.

equipos e instalaciones cuya función es transportar energía de los centros de producción a los principales nodos de consumo (subestaciones de distribución o grandes usuarios). Por lo general, su topología es enmallada.

equipos e instalaciones cuya función es llevar la energía eléctrica a los usuarios finales en sus puntos de conexión. Consiste en circuitos de distribución (feeders) con topología radial. Cuando existe topología enmallada, es común operar en forma radial.

Actividades según la CREG (V Operación)

Transmisión KV operación 220Se denomina Sistema de Transmisión Nacional (STN)

Distribución KV Operación < 220Puede ser Sistema de Transmisión Regional (STR) ó Sistema de

Distribución Local (SDL)

Niveles de tensión establecidos por el RETIE – Norma NTC 1340

Extra alta tensión (EAT) > 230 kV

Alta tensión (AT) 57,5 kV < V 230 kV

Media tensión (MT) 1 kV < V 57,5 kV

Baja tensión (BT) 25 V < V 1 kV

Muy baja tensión (MBT) V < 25 V

Equipos para la Instalación de Líneas de Transmisión

Conductores Utilizados en Líneas de Transmisión

En la construcción de líneas aéreas de transmisión de energía eléctrica, se usa casi exclusivamente conductores metálicos desnudos, que se obtienen mediante cableado de hilos metálicos alrededor de un hilo central.

Cable Homogéneo de Aluminio (AAC): Conductores normalmente usados en líneas de transmisión aéreas. El aluminio es, después del cobre, el metal industrial de menor resistividad eléctrica.

Cable con Aleación de Aluminio (AAAC): El Cable de Aleación de Aluminio es un conductor cableado concéntrico que se compone de una o de varias capas de alambres de aleación de aluminio.

Cable de Aluminio con Refuerzo de Aleación (ACAR): Utilizado normalmente como cable aéreo desnudo para distribución eléctrica primaria y secundaria. Una buena relación resistencia-peso hacen de ACAR un cable recomendable en aplicaciones en las que tanto la corriente máxima que puede soportar el cable (ampacity) como su fortaleza son consideraciones de importancia en el diseño de las líneas de transmisión.

Cable de Aluminio con Refuerzo de Acero (ACSR): Ideal para las instalaciones de líneas de transmisión, consta de alta resistencia a la tensión, debido al núcleo de acero galvanizado. Bajo peso y alta capacidad de corriente, larga vida, mayor claro interpostal y bajo mantenimiento.

Estructuras de Soporte (Torres Eléctricas)

Su función es soportar la línea de transmisión y el cable de guarda. Se construye de acero galvanizado.

Tipos de Centrales Eléctricas

Una central eléctrica es una instalación capaz de convertir la energía mecánica en energía eléctrica. Una buena forma de clasificar las centrales eléctricas es haciéndolo en función de la fuente de energía primaria que utilizan para producir la energía mecánica necesaria para generar electricidad.

Centrales   Hidroeléctricas :

El agua de una corriente natural o atificial, por el efecto de un desnivel, actúa sobre las palas de unaturbina hidráulica.

Centrales Térmicas Convencionales :

El combustible fósil (carbón, fueloil o gas) es quemado en una caldera para generar energía calorífica que se aprovecha para generar vapor de agua. Este vapor (a alta presión) acciona las palas de una turbina de vapor, transformando la energía calorífica en energía mecánica.

Centrales Térmicas De Ciclo Combinado :

Combina dos ciclos termodinámicos. En el primero se produce la combustión de gas natural en una turbina de gas, y en el segundo, se aprovecha el calor residual de los gases para generar vapor y expandirlo en una turbina de vapor.

Centrales Nucleares :

La fisión de los átomos de uranio libera una gran cantidad de energía que se utiliza para obtener vapor de agua que, a su vez, se utiliza en un grupo turbina-alternadorpara producir electricidad.

Centrales Eólicas :

La energía cinética del viento se transforma directamente en energía mecánica rotatoria mediante un aerogenerador.

Centrales Termoeléctricas Solares :

La energía del Sol calienta un fluido que transforma en vapor otro segundo fluido, que acciona la turbina-alternador que consigue el movimiento rotatorio y así, generar electricidad.

Centrales de Biomasa o de Residuos Sólidos Urbanos (rsu) :

Utilizan el mismo esquema de generación eléctrica que una central térmica convencional. La única diferencia es el combustible utilizado en la caldera, que proviene de nuestros residuos.

Funcionamiento de Centrales Termoeléctrica a Vapor

Una central termoeléctrica es una instalación empleada en la generación de energía eléctrica a partir de la energía liberada en forma de calor, normalmente mediante la combustión de combustibles fósiles como petróleo, gas natural o carbón.

GENERADOR DE VAPOR

El término de generador de vapor o caldera se aplica normalmente a un dispositivo que genera vapor para producir energía, para procesos o dispositivos de calentamiento. Las calderas se diseñan para transmitir calor de una fuente externa de combustión a un fluido (agua) contenido dentro de ella. La caldera está compuesta por equipos como ventiladores de aire y gases, precalentadores de aire, ductos, chimenea, economizador, domo, hogar, sobrecalentador, recalentador, quemadores, accesorios, instrumentos, etc.

1. Se calienta el agua líquida que ha sido bombeada hasta un serpentín de calentamiento (sistema de tuberías). El calentamiento de agua se produce gracias a una caldera que obtiene energía de la combustión del combustible (carbón pulverizado, fuel o gas).

2. El agua líquida pasa a transformarse en vapor; este vapor es húmedo y poco energético.

3. Se sobrecalienta el vapor que se vuelve seco, hasta altas temperaturas y presiones.

4. El vapor sobrecalentado pasa por un sistema de conducción y se libera hasta una turbina, provocando su movimiento a gran velocidad, es decir, generamos energía mecánica.

5. La turbina está acoplada a un alternador solidariamente que, finalmente, produce la energía eléctrica.

6. En esta etapa final, el vapor se enfría, se condensa y regresa al estado líquido. La instalación donde se produce la condensación se llama condensador. El agua líquida forma parte de un circuito cerrado y volverá otra vez a la caldera, previo calentamiento.

Diagrama De Una Central Térmica De Carbón De Ciclo Convencional1. Torre de refrigeración 10. Válvula de control de gases 19. Supercalentador2. Bomba hidráulica 11.Turbina de vapor de alta presión 20. Ventilador de tiro forzado3. Línea de transmisión (trifásica) 12. Desgasificador 21. Recalentador4. Transformador (trifásico) 13. Calentador 22. Toma de aire de combustión5. Generador eléctrico (trifásico) 14. Cinta transportadora de carbón 23. Economizador6. Turbina de vapor de baja presión 15. Tolva de carbón 24. Precalentador de aire7. Bomba de condensacion 16. Pulverizador de carbón 25. Precipitador electrostático8. Condensador de superficie 17. Tambor de vapor 26. Ventilador de tiro inducido9. Turbina de media presión 18. Tolva de cenizas 27. Chimenea de emisiones

Funcionamiento de Centrales Termoeléctrica de Ciclo Combinado

Una central térmica de ciclo combinado es aquella que usa, normalmente, gas natural como combustible y, para generar electricidad usa dos turbinas.

una turbina tradicional de vapor (ciclo térmico ordinario) y otra de gas que aprovecha la energía de los gases de escape de la combustión, consiguiendo con ello aumentar el rendimiento de un 30% (centrales convencionales) a un 55%.

El gas en combustión es el fluido que mueve directamente una turbina especial de alta velocidad, sin pasar por un circuito de vapor. La energía producida por los gases de salida de la turbina alimenta un circuito convencional de vapor, que mueve una segunda turbina

A pesar de que estas plantas de ciclo combinado pueden ser de gas natural, fuel, o mixtas, se prefiere el gas, ya que es más limpio, no contiene azufre y produce menos CO2 para la misma energía producida.

Funcionamiento de una Central Hidroeléctrica

Es una instalación que permite aprovechar las masas de agua en movimiento que circulan por los ríos para transformarlas en energía eléctrica, utilizando turbinas acopladas a los alternadores.

La presa, situada en el curso de un río, acumula artificialmente un volumen de agua para formar un embalse. Eso permite que el agua adquiera una energía potencial que después se transformará en electricidad.

Para esto, la presa se sitúa aguas arriba, con una válvula que permite controlar la entrada de agua a la galería de presión; previa a una tubería forzada que conduce el agua hasta la turbina de la sala de máquinas de la central.

El agua a presión de la tubería forzada va transformando su energía potencial en cinética (es decir, va perdiendo fuerza y adquiere velocidad). Al llegar a la sala de máquinas el agua actúa sobre los álabes de la turbina hidráulica, transformando su energía cinética en energía mecánica de rotación.

El eje de la turbina está unido al del generador eléctrico, que al girar convierte la energía rotatoria en corriente alterna de media tensión. El agua, una vez ha cedido su energía, es restituida al río aguas abajo de la central a través de un canal de desagüe.

Costo Para Producir la Energía EléctricaEl coste real de la electricidad producida en una central en explotación, durante un período de tiempo determinado, se calcula a partir del valor de amortización de la inversión de la central, del coste del combustible consumido y de los gastos de operación y mantenimiento, tal y como se realiza en cualquier planificación económica.

Con el fin de disponer de elementos de juicio a la hora de decidir las nuevas inversiones a realizar es preciso evaluar el coste medio de la producción de energía eléctrica en futuras centrales, relacionando el coste de producción a lo largo de toda la vida de la central. Para ello, es necesario definir el período de vida de la central, las horas anuales de utilización de la misma y el coste del dinero empleado en la financiación. Estos estudios de costes deben realizarse de forma sistemática para garantizar una utilización de las instalaciones que rentabilicen las inversiones realizadas y sus gastos operativos.

Componentes a Considerar

Costo Fijo o Inversión (I)

Son aquellos ligados a las características del proyecto y que no dependen del volumen de producción, una vez determinada la decisión de producir un determinado bien o adquirir un activo necesariamente deben incurrirse en ellos.

Costo de Operación y Mantenimiento (O)

Están referidos a mano de obra, combustible, materiales de oficina, costos de mantenimiento de maquinaria y equipo, relacionado a cambio de llantas, lubricantes e implementos (escobas, guantes, carretillas) etc.

Costo de Combustible

 El costo de combustible es el componente mayoritario del costo de captura, la remuneración de la tripulación representa un porcentaje menor de las ganancias netas.

Rendimiento Térmico Neto

Es la cantidad que representa la eficiencia de la central generadora. Las condiciones reales de una central generadora termoeléctrica, no siempre son las condiciones del diseño ya que estas dictan mucho de la realidad.

RNT = ____W.HHV____ (BTU) KWg – KWc

Factores de Costo Fijo (Ǿ)

Es una fracción de la inversión que se paga cada año aunque no se produzca energía eléctrica, tales como:

Retorno del capital invertido. Intereses sobre préstamos. Depreciación y amortización. Impuesto gubernamental, municipal y sobre-propiedad. Seguro sobre propiedades y daños. Costo Administrativo.

Generadores SincrónicosEl Generador Síncrono, o también llamado Alternador, es un tipo de máquina eléctrica rotativa capaz de transformar energía mecánica (en forma de rotación) en energía eléctrica.

Operación en Paralelo

Los generadores síncronos se clasifican por su construcción en: campo giratorio y armadura giratoria, por su tipo de excitación en autoexcitados y excitación separada, y por su tipo de rotor en: polos salientes; para velocidades iguales o menores de 1800 RPM y polos lisos; para velocidades iguales a 3600 RPM.

Ventajas

Varios generadores pueden suministrar más carga que una sola máquina.

Al tener muchos generadores se incrementa la confiabilidad del sistema puesto que la falla de cualquiera de ellos no causa la pérdida de la totalidad de la carga.

Al tener muchos generadores operando en paralelo es posible retirar uno o varios de ellos para efectuar mantenimiento preventivo.

Si se utiliza una solo generador y éste no se encuentra operando carga de plena carga, será relativamente ineficiente. Sin embargo, al emplear varias pequeñas es posible operar sólo una fracción de ellas. Las que operan lo hacen cerca de la plena carga y por tanto son más eficientes.

Requisitos

Deben de ser iguales los voltajes de línea rms. �

Los dos generadores deben tener la misma secuencia de fase. �

Los ángulos de fase de las dos fases deben de ser iguales.

La frecuencia del generador nuevo, llamado generador en aproximación, debe ser un poco mayor que la frecuencia del sistema en operación.

Conclusión La posibilidad de explotar distintos tipos de fuentes de energía como corrientes de ríos, combustóleo, gas, Uranio, carbón, la fuerza de los mares y vientos, géiser, etc. de sitios alejados de los centros de consumo, hace posible que la energía eléctrica se transmita a grandes distancias, lo que resulta relativamente económico, ya que es necesaria en la gran mayoría de procesos de producción de la sociedad actual.

Las bases de la energía eléctrica fueron cimentadas a mediados del siglo XIX, cuando el científico inglés, Michael Faraday, en el año de 1831, descubrió el fenómeno de la inducción electromagnética. Las posteriores investigaciones de la interacción de los conductores de corriente eléctrica con el campo electromagnético posibilitaron la creación de generadores eléctricos, que transforman la energía mecánica del movimiento giratorio en energía eléctrica, lo que formo la base de un Sistema Eléctrico de Potencia (SEP).