ELC-30514 Sistemas de Potencia I
Introducción a los Sistemas de Potencia Prof. Francisco M. Gonzalez-Longatt
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1. Introducción
• A pa part rtir ir del descub descubri rimi mien ento to de la energ energía ía eléct eléctri rica ca y su osib osible le util utiliz izac ació iónn co come merc rcia iall or arte arte de dell ho homb mbre re ésta ha jugado un papel importante en el desarrollo de la humanidad . energí gía a para para • El desarrollo de grandes fuentes de ener ejecutar trabajos útiles ha sido la clave del dilatado progreso industrial y parte primordial en la mejora de calidad de vida del hombre, en la sociedad moderna.
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1. Introducción
• A pa part rtir ir del descub descubri rimi mien ento to de la energ energía ía eléct eléctri rica ca y su osib osible le util utiliz izac ació iónn co come merc rcia iall or arte arte de dell ho homb mbre re ésta ha jugado un papel importante en el desarrollo de la humanidad . energí gía a para para • El desarrollo de grandes fuentes de ener ejecutar trabajos útiles ha sido la clave del dilatado progreso industrial y parte primordial en la mejora de calidad de vida del hombre, en la sociedad moderna.
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1. Introducción
• Pero Pero el proc proces esoo de ha hace cerr lleg llegar ar la en ener ergí gíaa eléc eléctr tric icaa desd de sdee las las fuen fuente tess ha hast staa los los co cons nsum umid idor ores es re uier uieren en de estructuras cada vez más complejas, denominadas Sistemas de Potencia; • Las cuale cualess poseen poseen asociada asociadass una serie serie de fenómen fenómenos os en condiciones operativas normales y anormales, que son motivo del apasionado estudio de los ingenieros electricistas.
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1.2. Definición de Sistema de Potencia una definición única de sistema de • Esta Establ blec ecer er un ote otencia ncia es al o di ícil ícil a ue existe ran cantidad de autores que han establecido sus puntos de vista al respecto de esto, por ello, para ser objetivo se presentan los conceptos internacionalmente aceptados por instituciones de importancia.
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1.2. Definición de Sistema de Potencia
• Una de las definiciones más aceptadas a escala mund mundia iall es la esta establ blec ecid idaa or el Instit Institute ute o Electr Electrica icall (IEEE -Instituto de and Electronics Engineer (I Ingenieros Eléctricos y Electrónicos), este define un sistema de Potencia como: una red formada por unidades generadoras eléctricas, cargas y/o líneas de transmisión de , u u , eléctricamente o mecánicamente a la red .
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1.2. Definición de Sistema de Potencia
• Por otra parte el diccionario de termitos eléctricos y electrónicos de la IEEE define el sistema de otencia como las fuentes de potencia eléctrica, conductores y equipos requerido para suplir la potencia eléctrica. • Red eléctrica de potencia que se encarga de generar, transmitir y distribuir la energía eléctrica, hasta los consumidores.
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1.2. Definición de Sistema de Potencia • Estructura de un Sistema de Potencia
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1.2. Definición de Sistema de Potencia
• Ha de entenderse, entonces, un sistema eléctrico de otencia como:
eléctrica de potencia siendo su función; generar, transmitir y distribuir, la energía eléctrica hasta los usuarios, bajo ciertas condiciones y requerimientos.
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1.2. Definición de Sistema de Potencia
• Las tareas de un sistema de potencia son realizadas or cada una de las ma ores em resas ue restan el servicio de electricidad ( Electric-Utility).
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1.2. Definición de Sistema de Potencia
• A nivel mundial las empresas de suministro de electricidad son tanto de ca ital úblico como privado.
Líneas de Transmisión en Melbourne SISTEMAS DE POTENCIA I Introducción a los Sistemas de Potencia
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1.2. Definición de Sistema de Potencia
• En países como EE.UU. Reino Unido, Argentina, Perú entre otros las em resas con ca ital rivado son las que se encargan de prestar el servicio eléctrico en su totalidad. • En el caso particular de Venezuela, el servicio suministro de energía eléctrica efectuado por empresas de naturaleza pública solamente.
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1.2. Definición de Sistema de Potencia
• El Sistema Eléctrico Nacional (SEN) lo conforman 18 em resas eléctricas úblicas las ue eran privadas, todas agrupadas en una organización denominada la Cámara Venezolana de la Industria Eléctrica (CAVEINEL). www.caveinel.org.ve • CAVEINEL tiene por objetivo ejercer la representación institucional de sus afiliados y velar por los intereses generales de la industria eléctrica y , colectividad SISTEMAS DE POTENCIA I Introducción a los Sistemas de Potencia
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1.2. Definición de Sistema de Potencia • Los sistemas de potencia son estructuras complejas y extensas, y debido a múltiples factores (estratégicos, económicos, etc.) no operan de manera aislada, sino que por el contrario, se encuentran relacionados entre sí, constituyendo lo que se denomina un Sistema Interconectado Power-Pool . • Un sistema interconectado son dos o más sistemas de potencia que se encuentran conectados eléctricamente entre sí, los cua es son p an ca os y opera os e manera po er suministrar la energía de manera más confiable y económica a sus car as consumidores, combinando, con los lanes de expansión, mejora y mantenimiento de cada sistema, con el objetivo de lograr crecer a la par de la carga. SISTEMAS DE POTENCIA I Introducción a los Sistemas de Potencia
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1.2. Definición de Sistema de Potencia
• Las interconexiones facilitan la coordinación de las actividades de lanificación o eración de los sistemas de generación y transmisión de los sistemas de potencia; • Integra los subsistemas a efectos de expandir y operar el sistema Interconectado, y así satisfacer la demanda de energía eléctrica • Asegura la calidad y confiabilidad del servicio al menor costo pos e, me ante a opt m zac n en e uso de las instalaciones y de los recursos energéticos. SISTEMAS DE POTENCIA I Introducción a los Sistemas de Potencia
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1.2.1. Reseña Histórica • La electrificación en Venezuela comienza a fines del si lo XVIII ero ue el 20 de Enero de 1912 cuando se inauguró 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 (CVF); encargada, a través de su departamento de , electrificación integral de todo el país. SISTEMAS DE POTENCIA I Introducción a los Sistemas de Potencia
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1.2.1. Reseña Histórica • Luego de 10 años de creada dicha corporación, ya existían uince 15 em resas eléctricas lo cual dificultaba la coordinación y ejecución del Plan Nacional de Electrificación.
• Esta corporación adquirió varias plantas, las cuales estaban bajo la administración de las quince (15) empresas ya existentes en el país. • En el año de 1951, la Corporación Venezolana de an e ectr cac n omen o, e a ora e pr mer Nacional”, además agrupó a las empresas adquiridas . SISTEMAS DE POTENCIA I Introducción a los Sistemas de Potencia
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1.2.1. Reseña Histórica • Debido a la necesidad de unificar criterios y rocedimientos de las uince 15 em resas se crea la Compañía Anónima de Administración y Fomento Eléctrico (CADAFE).
• Fundada el 25 de Octubre de 1958 siendo la em resa estadal que ha electrificado al 93% del territorio nacional. SISTEMAS DE POTENCIA I Introducción a los Sistemas de Potencia
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1.2.1. Reseña Histórica • En 1959 inició la prestación del servicio de energía eléctrica en ciudades zonas rurales. • Ese mismo año CADAFE queda como la gran em resa de electricidad del estado.
• Encargada de conjugar y crear uniformidad en los aspectos técnicos y administrativos para la conformación de planes y labores que anteriormente era imposible realizarlas.
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1.2.1. Reseña Histórica • 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 – ELEORIENTE (Compañía Anónima de la Electricidad de Oriente) DESURCA (Compañía Anónima Desarrollo del Uribante Caparo) – ompa a n n ma e a ec r c a e en ro
• Posteriormente en 1998 se crea para efectos de Eléctrico de Monagas y Delta Amacuro (SEMDA).
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1.2.1. Reseña Histórica Áreas servidas por empresas de electricidad en 1998
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1.2.1. Reseña Histórica
• En el caso particular de Venezuela, el 23 de agosto de 1968 se firma el rimer Contrato de Interconexión • Entre las empresas CADAFE, Electricidad de Caracas CVG EDELCA con la finalidad de contar con un despacho y una planificación coordinada, creándose así la Oficina de Operación de Sistemas Interconectados (OPSIS). http://www.opsis.org.ve/
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1.2.1. Reseña Histórica La Oficina de Operación de Sistemas Interconectados - OPSIS, es el ente responsable de dirigir y coordinar la operación del Sistema Eléctrico Nacional - SEN. OPSIS, es una organización asociativa de las empresas de electricidad que integran el Contrato de Interconexión. La operación coordinada del SEN está orientada a cumplir objetivos de seguridad y economía. Para el cumplimiento de esta misión, OPSIS dispone de herramientas de estudio, supervisión y control que facilitan, desde un despacho centralizado de carga, el desarrollo de funciones de supervisión y coordinación de la operación del SEN.
http://www.opsis.org.ve/home.html SISTEMAS DE POTENCIA I Introducción a los Sistemas de Potencia
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1.2.1. Reseña Histórica
• 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 .
• El 1 de Diciembre de 1988, se hacen extensivos los benéficos del contrato de interconexión venezolano con la incorporación de la empresa ENELVEN a la interconexión, lo que le asigna mas solidez al SIN, y . territorio nacional (en 1996), mayor índice de electrificación de América Latina. SISTEMAS DE POTENCIA I Introducción a los Sistemas de Potencia
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1.2.1. Reseña Histórica
• De todas las empresas eléctricas Venezolanas, las de ma or enver adura ue constitu en en ran medida el Sistema Eléctrico Venezolano son cuatro: Corporación Venezolana de Guayana (CVG) Electrificación del Caroní (EDELCA) http://www.edelca.com.ve/ Compañía Anón ma e A m n strac ón y Fomento Eléctrico (CADAFE) http://www.cadafe.gov.ve/ nerg a
c r ca e enezue a (ENELVEN) http://www.enelven.com.ve/ C.A. La Electricidad de Caracas (Elecar) . . . SISTEMAS DE POTENCIA I Introducción a los Sistemas de Potencia
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1.2.1. Reseña Histórica
• El Sistema Interconectado Nacional está conformado por los sistemas de transmisión de las empresas eléctricas CADAFE, Electricidad de Caracas, ENELVEN y CVG EDELCA, que operan a niveles extensión posee un ámbito de carácter nacional. • La o eración del S.I.N. 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 Control y Despachos Regionales de
empresas que conforman el S.I.N. SISTEMAS DE POTENCIA I Introducción a los Sistemas de Potencia
cada una de las
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1.2.1. Reseña Histórica
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1.2.1. Reseña Histórica • En la Gaceta Oficial Nº 38.441 del día 22 de Mayo de 2006 en el decreto residencial Nº 4.492: • Se da a conocer que las empresas ELECENTRO, ELEOCCIDENTE ELEORIENTE CADELA SEMDA desaparecen para convertirse en una sola empresa, CADAFE .
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1.2.1. Reseña Histórica • Como parte del proceso de fusión de CADAFE, dentro de la estrate ia de fortalecer su estión se crearon nueve (9) 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
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1.2.1. Reseña Histórica • La distribución de las nueve (9) regiones de CADAFE se uede observar en la Tabla: Región
Estados Asociados
Sede
1
Sucre – Anzoátegui
Cumaná
2
Monagas – Delta Amacuro
Maturín
3
Guárico – Apure
San Fernando
4
Aragua – Miran a
Maracay
5
Barinas – Portuguesa – Cojedes
Acarigua
6
Carabobo – Yaracu
Valencia
7
Táchira – Mérida – Trujillo
San Cristóbal
8
Bolívar – Amazonas
Puerto Ordaz
9
Falcón
Coro
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1.2.1. Reseña Histórica • En la Gaceta Oficial Nº38.736 del día 31 de Julio de 2007 a través del decreto residencial se crea la Corporación Eléctrica Nacional • Se encargará de la realización de las actividades de generación, transmisión, distribución y comercialización de potencia y energía eléctrica
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1.2.1. Reseña Histórica • Tiene un plazo de tres años para fusionar a CADAFE, , , , , SENECA y ENAGEN, en una persona jurídica única.
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1.2.1. Reseña Histórica • En la Gaceta Oficial Nº 38.785 del día 8 de Octubre de 2007 en la resolución 190 del Ministerio del Poder Popular para la Energía y Petróleo • CADAFE asó a convertirse en Filial de la Corporación Eléctrica Nacional, reorganizándose el territorio nacional para el ejercicio de la actividad de distribución de potencia y energía eléctrica
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1.2.1. Reseña Histórica • A tales efectos se crean las regiones operativas que se muestran en la Tabla: Región
Estados
Noreste
Zulia, Falcón, Lara y Yaracuy.
Norcentra
Cara o o, Aragua, M ran a, Vargas y D str to Cap ta .
Oriental
Anzoátegui, Monagas, Sucre, Nueva Esparta y Delta Amacuro.
Central
Guarico, Cojedes, Portuguesa, Barinas y Apure.
Andina
Mérida Táchira y Trujillo.
Sur
Bolívar y Amazonas.
, por lo que hasta ese año la empresa CADAFE se SISTEMAS DE POTENCIA I Introducción a los Sistemas de Potencia
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1.3. Estructura
• Un sistema de potencia, de acuerdo con las actividades ue realiza básicamente consta de tres subconjuntos bien específicos y diferenciados que realizan las labores de: GENERACIÓN
– Generación – – Distribución
TRANSMISIÓN
DISTRIBUCIÓN
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1.3. Estructura
Estructura General de un Sistema de Potencia
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1.3. Estructura
• Las interconexiones en los sistemas de potencia se llevan a cabo en el nivel de transmisión Tie-Line esto encuentra su justificación en la posibilidad de poder intercambiar fácilmente grandes bloques energéticos. -
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1.3. Estructura
• Dentro de los sistemas de potencia debido a su estructura es común distin uir cuatro niveles funcionales u operativos de voltaje: generación, transmisión, subtransmisión y distribución.
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1.3. Estructura
• El sistema de potencia esta constituido por muchos elementos cada uno de ellos cum le con funciones específicas, de manera que en operación conjunta garanticen un flujo confiable y económico de electricidad. Inter-Tie
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1.4. Subsistemas de SP
• Los elementos básicos que constituyen un sistema de otencia se ueden a ru ar en tres randes ru os de acuerdo a la función que desempeñan: – Sistema de Generación. – Sistema de Distribución. – Sistema de Subtransmisión.
GENERACIÓN TRANSMISIÓN
SUBTRANSMISIÓN
DISTRIBUCIÓN
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a í g r n E e d o j u l F
Primaria Secundaria
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1.4.1. Sistema de Generación
• El sistema de generación es la parte básica del sistema de otencia esta se encar a de entre ar la energía eléctrica al sistema, esto a partir de la transformación de distintos tipos de energía primaria. • El conjunto de unidades generadoras reciben el nombre de centrales o plantas de generación, siendo su tarea tomar una fuente primaria de energía y convertirla en energía eléctrica.
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1.4.1. Sistema de Generación
• El tipo de central de generación y su ubicación de ende de las condiciones físicas de la fuente primaria de utilización. • La selección del ti o de central de eneración eléctrica se realiza por criterios técnicos y económicos, siendo estos últimos lo de mayor importancia.
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1.4.1. Sistema de Generación •
Según el tipo de servicio que hayan de prestar las centrales eléctricas estas se pueden clasificar:
– Central de base o centrales principales: Destinadas a suministrar la mayor parte e a energ a en orma cont nua; son e gran potenc a y utilizan generalmente como máquinas motrices las turbinas hidráulicas de gas o de vapor. – Centrales de Punta: Exclusivamente ro ectadas ara cubrir las demandas de energía eléctrica en las horas puntas, en dichas horas se ponen en funcionamiento y trabajan en paralelo con la central principal. – Centrales de Reserva: Tienen por objeto sustituir total o parcialmente de algún elemento del sistema eléctrico. – Centrales de Socorro o Emergencia: Tiene igual cometido que las centrales de reserva, pero las instalaciones del conjunto de aparatos y necesarios sus servicios; además son de pequeña potencia. – Centrales de acumulación o de bombeo: Son siempre hidroeléctricas. Se aprovecha el sobrante de potencia de una central hidroeléctrica en as oras e a a eman a, para e evar e agua e un r o me ante bombas centrifugas accionadas por los alternadores de la central. SISTEMAS DE POTENCIA I Introducción a los Sistemas de Potencia
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1.4.1. Sistema de Generación
• Existe una gran diversidad de métodos para generar energía eléctrica, de acuerdo a la forma de energía primaria a transformar se pueden distinguir los tipos siguientes: – – Generación Hidráulica – Generación Nuclear – Generación Maremotrices – Generación Solar – enerac n eo rm ca – Generación Eólica – Generación Ma neto Hidrodinámica MHD – Generación por Biomasas SISTEMAS DE POTENCIA I Introducción a los Sistemas de Potencia
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1.4.2. Transmisión
• La ubicación de las grandes centrales de generación eléctrica obli an a trans ortar randes blo ues energéticos generados a través de grandes distancias, de manera que lleguen a los centros de consumo. • Los grandes recurso hidráulicas en Venezuela se ubican en la región de Guayana, mientras que las centrales térmicas se encuentran en la zona central, de manera que para unir todas estas fuentes de , se emplean las redes de transmisión de potencia SISTEMAS DE POTENCIA I Introducción a los Sistemas de Potencia
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1.4.2. Transmisión
• En Venezuela las áreas (compañías eléctricas) que conforman el Sistema Interconectado Nacional (S.I.N) se encuentran unidas atreves de un Sistema de Transmisión que alcanza los niveles de tensión de 230, 400 y 765 kV. • Cada uno de estos sistemas recibe el nombre de Red Troncal de Transmisión, presentando longitudes apreciables como el enlace Guayana - Centro que .
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1.4.2. Transmisión Longitud de las Líneas de Transmisión y la Red Troncal de Transmisión por nivel de Voltaje en Venezuela (2005) (kV)
R.T.T. (Km.)
(Km.)
115
306 3.940 3.906 .
10.401 5.606 4.190 .
230 400
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1.4.2. Transmisión
• La misión de esta parte del sistema de potencia es transportar las grandes bloques de energía desde los centros de generación a todos los puntos del sistema, además de interconectar las diferentes centrales y/o . transmisión son los elementos más extensos del sistema de potencia, y poseen un gran número de ventajas: – Permite producir energía en forma más económica. – rodante
– Las líneas de transmisión permiten con a a e s stema. SISTEMAS DE POTENCIA I Introducción a los Sistemas de Potencia
mejorar la
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1.4.2. Transmisión
• Cuando se duplica el voltaje de una línea de transmisión se cuadri lica la otencia or ello cada vez las tensiones de operación son mayores. • Por e em lo si se uisiera transmitir una otencia de 2000 MWatt a 400 Km. de distancia, se necesitarían aproximadamente 45 líneas de 115 kV, 15 líneas de 230 kV,; 4 líneas de 380 kV; 2 líneas de 500 kV ó 1 línea de 700 kV, pero se debe recordar que el número transportar energía eléctrica. SISTEMAS DE POTENCIA I Introducción a los Sistemas de Potencia
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1.4.3. Sistema de Distribución
• El proceso de producción de energía eléctrica se compone de tres etapas sucesivas: generación, transmisión y distribución. • De estas tres fases, la distribución de energía eléctrica compren e as cn cas y s s emas emp ea os para a conducción de la energía hasta los usuarios dentro del área de consumo. • La energía eléctrica es transmitida frecuentemente en bloques de magnitud considerable y en altas tensiones es e e punto e generac n asta e rea on e se pretende distribuirla, de ahí que sea necesario ejecutar niveles de utilización. SISTEMAS DE POTENCIA I Introducción a los Sistemas de Potencia
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1.4.3. Sistema de Distribución
• El sistema de distribución es el último elemento del sistema de otencia antes de lle ar a los consumidores. Esta parte del sistema de potencia esta compuesto de líneas y dispositivos para distribuir la energía eléctrica hasta los usuarios. • Estos pasos de transformación dan lugar a las diferentes etapas del sistema de distribución. • Dentro del sistema de distribución se distinguen dos gran es n ve es en erenc a os: – Sistema de Distribución Primaria. – s ema e s r uc n ecun ar o. SISTEMAS DE POTENCIA I Introducción a los Sistemas de Potencia
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1.4.3.1 Sist. Distrib. Primaria
• El sistema de distribución primario comienza a la salida de las subestaciones de distribución de este punto los circuitos subtransmisión alimentan a los transformadores de distribución. • Las subestaciones de distribución transforman este voltaje al de los denominados alimentadores primarios, el voltaje de los circuitos generalmente se encuentra entre 2.4 y 13.8 kV.
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1.4.3.1 Sist. Distrib. Primaria
• La distribución primaria trabaja con niveles de tensión otencia moderados. • En Venezuela los niveles de tensión suelen ser: Niveles Normalizados para Circuitos Primarios de Distribución Primario en Venezuela CADAFE y sus filiales C.A. La Electricidad de aracas Empresas Petroleras
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6.9 y 13.8 4.8, 8.3 y 12.47 2.4, 4.16 y 6.9
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1.4.3.1 Sist. Distrib. Primaria
• En este nivel pueden ser alimentados ciertos consumidores es eciales como industrias otros. Los circuitos de distribución primario se caracterizan porque están conectados a un solo punto o subestación de distribución, (Sistemas Radiales), y es muy poco visto solo en casos especiales la conexión a m s e una su es ac n s ema en n o pe. • Los niveles de potencia manejados en este sistema , , . capacidad de transporte no supera los 5 MVA. SISTEMAS DE POTENCIA I Introducción a los Sistemas de Potencia
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1.4.3.1 Sist. Distrib. Primaria
Estructura Física de un Sistema de Distribución Típico
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1.4.3.2 Sist. Distrib. 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 . • Esta parte del sistema corresponde a los menores niveles de otencia tensión estando más cerca del consumidor promedio. • En Venezuela es común que las empresas eléctricas sum n stren potenc a en cuatro n ve es e vo ta e básicos y sus combinaciones: 120/240V (1φ,2φ), SISTEMAS DE POTENCIA I Introducción a los Sistemas de Potencia
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1.4.3.2 Sist. Distrib. Secundaria
• De acuerdo a su configuración los sistemas de distribución ueden ser: • Radial: Muy económico y utilizado en sitios rurales de ba a car a. • Lazo o Anillo: Se usa en cargas medias, con mediana confiabilidad. • Netwotks secundario: Especialmente utiliza para grandes cargas, requiere mayor inversión y es caro.
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