Conceptos básicos de un sistema de potencia
Enviado por Elena Sarabia • 30 de Octubre de 2017 • Biografías • 3.079 Palabras (13 Páginas) • 117 Visitas
Módulo 1. Conceptos básicos de un sistema de potencia | ||
[pic 1] | Objetivos del módulo Al finalizar el módulo serás capaz de:
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FE06047: Sistemas eléctricos de distribución de energía | ||
Reseña histórica En septiembre de 1879 fue puesta en servicio en San Francisco, California, Estados Unidos de América, una estación de alumbrado de arco eléctrico usando el sistema de Charles Brush, de la Compañía Eléctrica de California. Es probablemente la primera compañía del mundo establecida para producir y vender el servicio eléctrico. Sus primeros clientes fueron establecimientos comerciales y factorías. Las perspectivas de la compañía establecieron que el nuevo alumbrado de arco “no fuera ofrecido para propósitos domésticos, debido a que en las residencias no es tan barato como el gas y aún no está adaptado para tales usos”. Thomas Edison llevó la energía a su calle Pearl para iluminar una sección de milla cuadrada de la ciudad de Nueva York, en el año 1882. Con su idea logró entregar electricidad a casas y negocios, su compañía Edison Electric Light Company provocó la competencia entre las compañías de luz de gas. Al inicio de operación de la compañía el 4 de septiembre de 1882, contaba con 6 Jumbo generadores, con capacidad de 120 kW cada uno, y tenía un total de 59 consumidores. La energía eléctrica en México En nuestro país, la presencia de la energía eléctrica data de 1875, con la instalación de una unidad generadora para el alumbrado de una fábrica de hilados y tejidos Hasper y Portillo, ubicada en la ciudad de León, Guanajuato. Las primeras instalaciones eléctricas en la Ciudad de México en 1881 y 1882 también tuvieron como propósito el alumbrado. En 1881 el Ayuntamiento de la Ciudad autorizó a The Mexican Gas and Electric Light Company, Limited, un contrato para el alumbrado de calles y plazas con un número limitado de lámparas de arco, suministraba además energía eléctrica a un pequeño número de consumidores particulares, con una sola planta termoeléctrica instalada en San Lázaro, que en el año de 1900 tenía una capacidad de 2240 kW. En el año de 1889 se ponen en servicio dos unidades de 15 HP (caballos de fuerza) cada una para las minas de Batopilas en el Estado de Chihuahua, la cual tiene el mérito de ser la primera planta hidroeléctrica en el país. Al consolidarse el triunfo de la Revolución y con base en la Constitución Política de 1917, el gobierno empezó propiamente a ocuparse del servicio público de energía eléctrica. El sistema bajo el que operaban las empresas eléctricas era el de concesiones, mismas que se multiplicaron más en función de los intereses de los concesionarios que de las necesidades del país. El 14 de agosto de 1937 el Presidente de los Estados Unidos Mexicanos, General Lázaro Cárdenas del Río, expidió en la ciudad de Mérida Yucatán la ley que creó la Comisión Federal de Electricidad, con el objeto de organizar un sistema nacional de generación, transmisión y distribución de energía eléctrica basados en principios técnico-económicos, sin propósito de lucro y con la finalidad de obtener a un costo mínimo el mayor rendimiento posible en beneficio de los intereses generales. Desde su creación y hasta el año de 1949, los trabajos de la Comisión Federal de Electricidad fueron de poca significación, puesto que no contaba con los recursos económicos, técnicos y humanos, suficientes para emprender proyectos de nivel nacional. El 14 de enero de 1949 se publicó en el Diario Oficial de la Federación, el decreto que confiere a la Comisión Federal de Electricidad el carácter de organismo público descentralizado, con personalidad jurídica y patrimonios propios, a partir del cual fue notable su desarrollo. En 1960 se adquirió la mayoría de las acciones que constituían el capital de The Mexican Light and Power Co., quedando registrado en la historia de México el 27 de Septiembre de 1960 como el día de la nacionalización del servicio público de energía eléctrica. La decisión de nacionalizar el servicio público de energía eléctrica, la unificación de frecuencia en el país a 60 ciclos por segundo, misma que concluyó en 1976, así como la interconexión del Sistema Eléctrico Nacional en 1978, estos dos últimos hechos por demás relevantes, permitieron a la Comisión Federal de Electricidad una explotación racional de todos los medios de generación, transmisión y distribución existentes. La Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica publicada en 1975, y reformada en varías ocasiones hasta 1993, dispone que la Comisión Federal de Electricidad es la única encargada de generar, conducir, transformar, distribuir y abastecer energía eléctrica que tenga por objeto la prestación del servicio público. También establece en su artículo 4º que la prestación del servicio público comprende:
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FE06047: Sistemas eléctricos de distribución de energía | ||
Un sistema de distribución de energía eléctrica, esta compuesto por circuitos de media tensión que salen o parten de las subestaciones de distribución, recorriendo trayectorias radiales y alimentando en el trayecto transformadores de distribución, y de estos salen los circuitos secundarios o de baja tensión en una configuración en anillo o radial y que mediante acometidas de baja tensión conectadas de la línea secundaria o de baja tensión a la preparación del cliente proporcionan el servicio de energía eléctrica. Es necesario señalar que atrás del sistema de distribución de energía eléctrica, se encuentran el sistema de transmisión, compuesta por líneas de transporte y subestaciones de potencia y atrás de estos, se encuentra el sistema de generación conformado por plantas generadoras que utilizan diversos métodos para realizar la generación de energía eléctrica. Básicamente un sistema de distribución esta compuesto por las subestaciones de distribución, los alimentadores o circuitos de distribución de media tensión, los transformadores de distribución y la línea secundaria de baja tensión que es la parte que enlaza o conecta con la acometida de baja tensión con el cliente. Dado que los clientes que están conectados en baja tensión, media tensión y alta tensión el crecimiento de estos seria inevitable al presentarse un crecimiento en la económica de una determinada población. Es necesario que la empresa suministradora realice el pronóstico de la carga que determine el crecimiento de la misma y con ello estar en posibilidades de determinar y programar las obras necesarias a fin de satisfacer este incremento de carga. Para realizar lo anterior se deben de tomar ciertos factores que afectan la planeación del sistema de distribución:
Las técnicas actuales en la planeación de los sistemas de distribución, se concentra en realizar la planeación a corto plazo (de 1 a 5 años) y a largo plazo (20 años). La primera tiene como fundamento conocer en un mediano plazo las necesidades de las obras necesarias en los primeros cinco años del pronóstico, para satisfacer el incremento de la demanda ( kW) que se determina por medio del pronostico de la demanda proyectada en los primeros cinco años. Para la segunda de es decir a largo plazo, en conocer las obras de infraestructura como las subestaciones de distribución, las líneas de subtransmisión y el numero de alimentadores o circuitos primarios que son necesarios en un periodo de 1 a 20 años. Claro que para realizar la planeación a largo plazo (20 años), se requiere de conocer con mas detalle los factores como:
Es pertinente señalar que para realizar la planeación a corto plazo, se debe tener la configuración actual de la red, donde se ubiquen las subestaciones de distribución y los alimentadores de media pensión, realizado los cálculos de regulación de voltaje, flujos de potencia y optimización de la red. Para realizar lo anterior existen programas de computación que pueden apoyar en la realización de esta tarea. | ||
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Dentro de un sistema de distribución existen parámetros que explican claramente las relaciones de la cantidades eléctricas y que sirven de apoyo para entender el comportamiento y la reilación en la distribución de energía eléctrica, además también ayuda a entender el comportamiento de los sistemas de distribución que están directamente relacionados con las cargas eléctricas. Algunos de estos parámetros eléctricos son:
La demanda eléctrica en un sistema de distribución se puede definir como la energía necesaria que requiere la carga para estar en condiciones de funcionar de acuerdo a sus condiciones de diseño. La demanda se pude medir en tiempo real es decir instantánea o medirla promedio en intervalo de tiempo. La demanda es muy importante para las cargas de los servicios mayores a 100 kW, ya que tener el control de cuando se presenta ayuda a reducir costos de facturación de energía eléctrica esto de acuerdo a las tarifas eléctricas. La demanda máxima de una carga se presenta cuándo la carga toma el valor máximo de demanda, la cual esta pudiera ser en un pico o en un intervalo y se toma realizando la medición, por medio de medidores digitales que lleven el record de los valores de demanda en periodos de 15 minutos. La carga conectada de las cargas o servicios es la suma algebraica de los valores de potencia de todos los equipos y focos que se encuentran conectadas. El factor de carga por definición es la relación de la demanda media medida en un periodo de tiempo entre la demanda máxima medida que se presenta en el mismo periodo. El valor de este parámetro varia de 0 a 1, no pudiendo ser valores negativos o mayores que uno. Mientras mas cerca este de la unidad el factor de carga significa que la carga ha sido conectada constantemente a la fuente de energía. El factor de potencia se define como la relación entre la potencia activo o real ( kW) y la potencia aparente ( kVA) y no de pasar de 1, cuando es valor del factor de potencia es negativo es decir -1 quiere decir que el sistema tiene el factor de potencia capacitivo. En corriente alterna en circuitos monofásico o trifásicos el factor de potencia dependerá en gran medida del tipo de la carga, es decir si es completamente resistiva el factor siempre será la unidad ya que no hay elemento que desfase el ángulo de la corriente con respecto al ángulo del voltaje. Los elementos que desfasan o adelantan el ángulo de la corriente con respecto al voltaje son la inductancia y el capacitor. El factor de perdidas es la relación entre las perdidas promedio y las perdidas que se presentan en periodo de tiempo. El valor de perdidas esta íntimamente relacionado con la corriente, ya que varia este parámetro de forma con el cuadrada de la corriente. La relación existente entre el factor pérdidas y el factor de carga es clara, ya que el factor de perdidas depende del factor de carga. Se ha tratado de encontrar una fórmula que describa la relación entre el factor de pérdidas y el de carga ya que el factor de carga varia constantemente al igual que la tensión, por lo que si asumimos la tensión y el factor de potencia contenidos es posible encontrar una ecuación que describa el comportamiento de los dos parámetros. Las ecuaciones que se han aplicado en los estudios de los sistemas de distribución, ha sido la resultante de experimentos empíricos tales como: Fp=0.3Fc+0.7Fc2 los coeficientes de esta ecuación varían de acuerdo al sistema en estudio. | ||
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Con referencia a las cargas es importante conocer sus características, ya que de ello depende pronosticar su crecimiento en un sistema determinado. La aplicación de las técnicas de planeación se basan fuertemente en la clasificación de las cargas pudiéndose realizarse como: residenciales, comerciales, industriales, pozo de bombeo agrícola, hospitales e industria pesada. La adecuada clasificación y ubicación de la cargas dependerá en gran medida el éxito del pronostico del crecimiento de la carga. Podemos señalar que existes dos tipos de crecimiento de las cargas siendo estas las siguientes:
El crecimiento horizontal se refiere a la creación en la áreas disponibles de nuevos fraccionamientos residenciales, así como la instalación de desarrollos comérciales (los centros de abasto, tiendas ancla, entre otros). Las cargas de los fraccionamientos residenciales son comúnmente servicios en baja tensión con voltajes de 120 y 240 volts, donde su demanda en kVA por cada casa habitación dependerá del tipo de residenciales su estrato social y los metros de construcción de la misma. En lo que corresponde a los desarrollos comérciales, estos también pueden estar conectados en baja tensión pero también tiene la posibilidad de recibir el servicio de energía eléctrica en media tensión. Las demandas de los servicios comerciales siempre son mayores que las cargas residenciales. Podemos llamar lo antes expuesto como el desarrollo normal de la carga, el cual puede ser un valor en porcentaje que de acuerdo a las estadísticas este valor dependerá las condiciones económicas y políticas del país. Es decir si se tiene un crecimiento económico aceptable el auge de la construcción de viviendas en todo el país se incrementara creando los polos de desarrollo (área de desarrollo con crecimiento constante) el cual incluye la creación de nuevos centros comerciales y esto que permite al planeador tener un factor para realizar los pronósticos de la carga a corto y largo plazo También existe el crecimiento horizontal con cargas mayores a un valor en kW y este será determinado por el ingeniero de planeación y son aquella cargas que se presentan en parque industriales y desarrollos comerciales con grandes tiendas departamentales que para realizar su pronóstico se aplican las técnicas de pronóstico ajustando cada servicio individual en media tensión aun pronostico de la ecuación de la recta, cuadrática y exponencial. El crecimiento vertical se presentan en aquellos lugares donde no existe terreno para el crecimiento de nuevos desarrollos, es decir no hay área disponible para la instalación de nuevos desarrollos residenciales, comerciales e industriales. Este crecimiento se basa en que las cargas existentes residénciales, comerciales e indústriales en baja y media tensión, incrementan su demanda en forma considerable. Tanto el crecimiento horizontal como el vertical ayudan a pronosticar con las herramientas adecuadas las obras necesarias (subestaciones de transmisión, Líneas de transmisión, subestaciones de distribución y circuitos de distribución), en un mediano, corto y largo plazo. Una vez que identifiquemos las cargas y que conozcamos sus valores, es factible aplicar el cálculo de la demanda máxima diversificada para conocer el valor máximo de la demanda en KW que tomara un grupo de cargas, pudiendo ser cargas residenciales, comerciales y mixtas en baja tensión. Es posible también aplicarla a los ramales de media tensión, los cuales también son cargas residenciales, comerciales y mixtas. Las nuevas tecnologías de los medidores digitales nos dan la posibilidad de realizar la medición de las cargas, tanto en baja tensión como en los ramales de media tensión. Gracias a estos medidores es factible conocer con exactitud la demanda diversificada del transformador en el caso de baja tensión, que vendrá ayudar al ingeniero de planeación a conocer una densidad de carga KVA/ lote de los diferentes tipos de vivienda que se construyen en el área de distribución y en el caso de la media tensión, nos permite conocer también un posible valor para la densidad de Kva/metro cuadrado en los lotes comerciales. | ||
Práctica Integradora 1 | ||
| Realiza una investigación de lo siguiente:
Presenta los resultados del desarrollo de tu actividad en forma de resumen. |
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