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Sistemas Elctricos de potencia I Introduccin Dr. Manuel Reta Hernndez. 1

Notas de clase

Sistemas Elctricos de

Potencia I

Dr. Manuel Reta Hernndez

IntroduccinEsquema de los sistemas

elctricos de potencia


Introduccin

Historia

1821-1831. Michael Faraday formula la Ley de induccin

electromagntica , y posteriormente construye una mquina

generadora de voltaje basada en dicho principio.

1879. Toms Alva Edison produce la primer lmpara incandecente,

y posteriormente un nuevo generador elctrico.

1882. Edison instala el primer sistema de energa elctrica de CD

(220/110 V) va subterrnea, en la Cd. de Nueva York para

alimentar 30 kW de potencia a lmparas de alumbrado (59 clientes)

en un radio de 1. 5 km.

1884. Frank Sprague desarrolla el motor elctrico de CD,

aadindose a los tipos de carga elctrica.


Introduccin

Historia

1885. L. Gaulard y J. D. Gibbs (Paris, Francia) desarrollan el

transformador y la transmisin por CA. George Westinghouse

adquiere adquiere las patentes para su comercializacin.

1886. William Stanley, asociado con G. Westinghouse, desarrolla el

y prueba el primer transformador comercial para un sistema de CA,

alimentando a 150 lmparas en Great Barrington, Massachusetts.

1888. Nikola Tesla patenta motores de CA, inovaciones en

transformadores, y los sistemas polifsicos. Posteriormente, G.

Westinghouse comprara las patentes y desarrollara los productos.

1889. Se instala el primer sistema de transmisin de CA monofsico

de 4 kV en una distancia de 21 km, entre Oregon y Portland.


Introduccin Historia

1893. Se demuestran las ventajas del sistema polifsico de CA con la

construccin de una linea de 2.3 kV, longitud 12 km, en California.

1900. Los sistemas de CA tienen preferencia sobre los sistemas de

CD debido a las siguientes ventajas:

- Los niveles de voltaje son facilmente transformados en sist. de CA

- Los generadores de CA son mas sencillos que los de CD

- Los motores de CA son mas sencillos y econmicos que los de CD

1950. Se desarrolla la vlvula de mercurio. Con ello la transmisin

de CD en alto voltaje (HVDC) se hace posible. Este sistema es

competitivo con el sistema de CA solo en distancias mayores a 500

km areo, y 50 km subterrneo.

1954. Se instala la primer linea de HVDC con 100 kV en Suecia, con

una longitud de 96 km submarino.


Subestacin de Transmisin

(Transformador elevador)

Servicio

residencial

Servicio

comercial

Servicio

comercial

semi-industrial

Servicio

industrial

comercial

Voltaje de distribucin

(12.5 4.1 kV)

Voltaje de distribucin

(12.5 4.1 kV)

Transformador reductor

Subestacin de distribucin

(Transformador reductor)

Voltaje de transmisin

(345, 138 69 kV)

Voltaje de transmisin

(345, 138 69 kV)

Servicio indutrial con

voltaje de transmisin

Transporte de combustible Planta generadora

Voltaje de generacin

(15 - 20 kV)

Produccin

de combustible

120/240 V

Esquema general de los sistemas elctricos de potencia


Introduccin Fuentes de energa y sistemas de generacin

1) Carbn, gas natural o combustleo que al quemarse calientan agua

para producir vapor a presin, que a su vez mueve turbinas de

vapor (Planta termoelctrica y de ciclo combinado).

2) Agua almacenada en presas. La caida libre del flujo controlado del

agua produce movimiento a turbinas hidrulicas (Planta

hodroelctrica).

3) Material radiactivo contenido en reactores nuclear, el cual calienta

agua para producir vapor a presin, a travs del fenmeno de fisin

(Planta nuclear).

4) Energa solar, de viento, biomasa, etc., (fuentes renovables).


Introduccin

Rotor de generador de energa elctrica


Introduccin

La planta generadora convierte la energa del gas, petrleo, carbn

energa nuclear a energa elctrica. El voltaje de generacin es de

entre 15 y 25 kV.

El transformador elevador incrementa el voltaje a 230-765 kV. Esto

reduce las prdidas por efecto Joule en la lnea de transmisin.

El sistema de transmisin transporta la energa elctrica,

generalmente a travs de extra altos voltajes, de la planta generadora

a los centros de consumo

El sistema de distribucin distribuye la energa elctrica a los centros

de consumo, utilizando redes de bajo voltaje.

Las cargas utilizan la energa elctrica para convertirla a la forma

requerida para motores, alumbrado, calentadores, etc., ya sea en

forma individual o combinada.


Introduccin Niveles de voltaje:

Extra alto voltaje

(lineas de transmisin)

345 kV, 500 kV, 765 kV

Alto voltage


115 kV, 138 kV, 161 kV, 230 kV

Sub-transmisin

(Subestaciones y grandes consumidores

69 kV - 138 kV

Distribucin

(Comercios y casas habitacin)

120/240 V, 4 kV - 34.5 kV

Alto voltaje de CD

120 kV- 533 kV

Sistemas Elctricos de potencia I Introduccin Dr. Manuel Reta Hernndez.10

Introduccin

Lneas de transmisin de doble circuito Lnea de sub-transmission de doble circuito


Ailador tipo

V

Grupo de 4

conductores

por fase

Conductor de

blindaje

Lnea de transmisin de 500 kV Lnea de sub-transmisin de 69 kV

Introduccin


Lnea de distribution de 13.8 kV

Lnea de sub-transmisin de 69 kV

Lneas de sub-transmisin y distribucin

Introduccin


Lnea de distribution de 13.8 kV

Transformador reductor

Fusible y desconector

Cable de distribucin de 13.8 kV

Lnea de 240/120V

Lneas de sub-transmisin y distribucin

Introduccin


Interruptor de circuito

Desconectador

Apartarrayos

Transformador

principal

Generador

Transformador auxiliar

Introduccin

Conexin elctrica simplificada de subestacin y estacin generadora


Subestacin

Transformador. Cambia los niveles de voltaje y corriente

Interruptor de circuito (Circuit Braker). Interrumpe la carga y la

corriente de falla. La corriente de falla acciona el CB automticamente

Desconectador. Prove discontinuidad visible del circuito,

permitiendo mantenimiento del CB. No se opera bajo carga.

Transformadores de potencial y de corriente. Reducen la corriente

a 5 A, y el voltaje a 120 V, utilizados para operar aparatos de medicin.

Apartarrayos. Protegen contra descargas atmosfricas y sobrevoltajes

por switcho. Son resistencias no lineales dependientes del voltaje.

Introduccin


Interruptor de circuito de S.E de potenciaDesconectador de S.E. de potencia

Introduccin


Interruptor de circuito, desconectador,

y transformador de corriente

Aparatarrayos

Introduccin


Introduccin La electricidad en Mxico

1937. Con una poblacin de 18 millones, tres empresas extranjeras

ofrecen el servicio a solo 7 millones en mercados urbanos. Se crea la

CFE para suplir las demandas existentes del resto del pas.

1938. CFE inicia el servicio con 64 kW de capacidad. Para 1946 tiene

45.594 MW.

1960. CFE - 54%, Mexican Light - 25%, American & Foreign -12%

Resto - 9%. Se nacionaliza la industria elctrica, siendo CFE la nica

compaa de electricidad capaz de proveer el servicio. En 1961 tena

una capacidad instalada de 3 250 MW

1976 Se unifica la frecuencia electrica de CA a 60 Hz

2002. CFE tiene una capcidad instalada de 39 224 MW


Capacidad instalada en Mxico

Termoelctrica

23,117.37 MW (44.87%)

Productores independientes (Termoelctrica)

11,906.9 MW (23.3%)

Hidroelctrica

11,210.90 MW (21.9%)

Nucleoelctrica

1,362.88 MW (2.7%)

Carboelctrica

2,600 MW (5.1%)

Geotermoelctrica

886.6 MW (1.7%)

Eoloelctrica

85.25 MW (0.2%)

51,172 MW a marzo del 2011(101.97 GWh)

(Fuente: CFE)


Introduccin Niveles de voltaje en Mxico a marzo de 2011

Extra alto voltaje


400 kV (22,837 km)

Alto voltaje


230 kV (26,814 km)

161 kV (549 km)

Sub-transmisin

(Subestaciones y grandes consumidores)

138 kV (1500 km) 115 kV (42,500 km)

85 kV (100 km) 69 kV (3000 km)

Distribucin

(Comercios y casas habitacin)

34.5 kV (73,300 km)

23 kV (31,400 km)

13.8 kV (295100 km)

6.6 kV, 4.16 kV y 2.4 kV (200 km)

120/240 V (255,600 km)

Alto voltaje de CD

No existen


248 255282

311

282298

305328 323

294

389 381 369

404 403394

120120

0

100

200

300

400

5001995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

PERIODO 1995 - 2010MW

CRECIMIENTO PROMEDIO 2.4% / AO

MINA PEASQUITO 400 KV

Demanda en el estado de Zacatecas


394 MW

Enlace

Aguascalientes 115

KV

20 MW

Enlace

Aguascalientes 230

KV

315 MW

Enlace

Aguascalientes 400

KV

600 MW

Enlace Durango

230 KV

58 MW

120 MW

Enlace Coahuila

400 KV

720 MW

Demanda en el estado de Zacatecas

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