Nivelaciòn Sistema de Distribuciòn_II

MDULO INTRODUCCIN A LOS SISTEMAS ELCTRICOS DE

DISTRIBUCIN

Bucaramanga, Septiembre de 2014

Sistemas Elctricos de Distribucin

CARACTERSTICAS DE LAS CARGAS

Las caractersticas de las cargas expresan el comportamiento de los usuarios frente al sistema de distribucin y por lo tanto, imponen las condiciones (donde est y cmo establece la demanda durante el perodo de carga). Las empresas de energa pueden realizar control sobre algunas cargas para evitar que el sistema colapse.


CARACTERSTICAS DE LAS CARGAS

Densidad de carga: se expresa como la relacin entre la carga instalada y el rea de la zona del proyecto.

Carga Instalada (CI): Es la suma de todas las potencias nominales continuas de los aparatos de consumo conectados a un sistema o a parte de l, se expresa generalmente en kVA, MVA, kW o MW.


Capacidad Instalada (PI): suma de las potencias nominales de los equipos (transformadores, generadores),instalados a lneas que suministran la potencia elctrica a las cargas o servicios conectados. Es llamada tambin capacidad nominal del sistema.


Carga Mxima (kW o kVA) : Se conoce tambin como la demanda mxima y corresponde a la carga mayor que se presenta en un sistema en un perodo de trabajo previamente establecido. En el punto de demanda mxima se presenta la mxima cada de tensin y las mayores prdidas de potencia.


Nmero de horas de carga equivalente : Es el nmero de horas que requerira la carga mxima para que se consuma la misma cantidad de energa que la consumida por la curva de carga real sobre el perodo de tiempo especificado.

Demanda D(t) : Es la cantidad de potencia que un consumidor utiliza en cualquier momento (variable en el tiempo). La demanda de una instalacin elctrica en los terminales receptores, tomada como un valor medio en un intervalo determinado. El perodo durante el cual se toma el valor medio se denomina intervalo de demanda. Se requiere indicar el tiempo de demanda La demanda se puede expresar en kVA, kW, kVAR, A, etc.


Curvas de Carga Diaria: Las curvas de carga diaria estn formadas por los picos obtenidos en intervalos de una hora para cada hora del da. Las curvas de carga diaria dan una indicacin de las caractersticas de la carga en el sistema, sean estas predominantemente residenciales, comerciales o industriales y de la forma en que se combinan para producir el pico.


Curvas de Carga Anual: Las curvas de carga anual estn formadas por los valores de la demanda a la hora pico en cada mes, permiten una visualizacin de los crecimientos y variaciones de los picos mensuales y anuales. El anlisis de las causas de estas variaciones debe conducir a conclusiones prcticas sobre el comportamiento del sistema y los factores que lo afectan.


Curva de carga anual

Tasa de Crecimiento de la Demanda: Es un parmetro de diseo. Es diferente para cada clase de consumo. Se estima una tasa de crecimiento geomtrico a partir de algunos factores como:


El crecimiento demogrfico El aumento en el consumo por mejoramiento del nivel de vida. Los desarrollos industriales, comerciales, tursticos, agropecuarios y

otros previsibles. El posible represamiento de la demanda debido al mal servicio prestado

anteriormente.


Carga Promedio : Se define como la relacin entre el consumo de energa del usuario durante un intervalo dado y el intervalo mismo.

Factor de Demanda : El factor de demanda en un intervalo de tiempo t, de una carga, es la razn entre la demanda mxima y la carga total instalada. El factor de demanda por lo general es menor que 1, siendo 1 slo cuando en el intervalo considerado, todos los aparatos conectados al sistema estn absorbiendo sus potencias nominales, lo cual es muy improbable.


Factor de Utilizacin : El factor de utilizacin es un sistema elctrico en un intervalo de tiempo t, es la razn entre la demanda mxima y la capacidad nominal del sistema (capacidad instalada).

Factor de Potencia : Es la relacin entre la potencia activa (W, kW o MW) y la potencia aparente (VA, kVA, MVA), determinada en el sistema o en uno de sus componentes

Incide en el porcentaje de prdidas y en la regulacin de tensin y por lo tanto, en la calidad y economa del servicio elctrico.


Factor de Diversidad : Al proyectar un alimentador para un consumidor deber tomarse en cuenta siempre su demanda mxima, debido a que sta impondra a la red condiciones ms severas de carga y de cada de tensin. Definido como la razn entre la sumatoria de las demandas mximas individuales y la demanda mxima del conjunto o grupo de usuarios (llamada tambin demanda mxima coincidente).


Curvas de carga de diferentes usuarios y la curva de carga equivalente del grupo


Se puede expresar tambin como:

Otros conceptos a revisar: Curvas de demanda mxima diversificada Curvas de factores de diversidad Demanda coincidente por servicio Horas equivalentes de prdidas Factor de prdidas Porcentajes de prdidas


Cargas de diseo para redes de distribucin

Para la determinacin de las cargas de diseo se partir de las curvas de factores de demanda diversificada reales, deducidas de medidas tomadas en la red de distribucin existente, debidamente ajustadas por regulacin. Dichas cargas quedan materializadas en las curvas de kVA/usuario contra el nmero de usuarios n para cada una de las clases de consumo.

Proyeccin de la Demanda


Modelos de Carga

Las cargas pueden ser modeladas con conexiones Y o Delta. A su vez, pueden ser trifsicas, bifsicas o monofsicas, con cualquier grado de desbalance. Los modelos pueden ser de: Potencia activa y reactiva constante Corriente constante Impedancia constante Combinaciones de las anteriores

Los modelos de carga se usan para los procesos iterativos de programas de flujo de carga.


Cargas conectadas en Y

Para cargas con PQ constante (cambios en la tensin):


Cargas con impedancia constante (cambios en la tensin)

Cargas de corriente constante (cambios en el ngulo de la tensin y corriente):


Cargas conectadas en Delta

Para cargas con PQ constante:


Cargas con impedancia constante (cambios en la tensin)


Lmites de regulacin de tensin para circuitos en media tensin Desde la subestacin de distribucin hasta la subestacin ms distante, se permite hasta un 3 %.

Regulacin: razn en porcentaje (%) entre la diferencia de magnitudes de la tensin en el receptor en vaco y plena carga, con respecto a la magnitud de la tensin en el receptor a plena carga.

Lmites de regulacin de tensin para circuitos en baja tensin

Fu

en

te: N

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Generalidades de un sistema de distribucin


SD dentro de un sistema de potencia


Alimentador simple tpico


Componentes:

Subestaciones receptoras secundarias: donde se transforma la energa recibida de las lneas de subtransmisin y dan origen a los circuitos de distribucin primarios. Circuitos primarios: que recorren cada uno de los sectores urbanos y rurales suministrando potencia a los transformadores de distribucin a voltajes como 13.2 kV, 11.4 kV, 7620 V, etc. Transformadores de distribucin: se conectan a un circuito primario y suministran servicio a los consumidores o abonados conectados al circuito secundario. Circuito secundario: encargados de distribuir la energa a los usuarios con voltajes como 120/208 -120/240 V y en general tensiones hasta 600 V.


1) Redes de distribucin areas

Clasificacin (Construccin)

Bajo Costo Comunes y materiales de fcil

consecucin. Fcil mantenimiento. Fcil localizacin de fallas Tiempos de construccin ms

bajos.

Mal aspecto esttico. Menor confiabilidad. Menor seguridad.

Postes Conductores Crucetas Aisladores Herrajes E. de Seccionamiento Transformadores y

Protecciones


2) Redes de distribucin

subterrneas.

Mucho ms confiable Son ms estticas Son mucho ms seguras

Alto costo de inversin Se dificulta la localizacin El mantenimiento es ms

complicado Estn expuestas a la humedad

Ductos Cable Cmaras Empalmes y terminales


Partes principales de un sistema elctrico areo


Clasificacin de las Redes de Distribucin de acuerdo a tensiones

nominales


Diseo de redes primarias a 13,2 / 7,62 kV. Clasificacin de niveles de tensin (RETIE): Extra alta tensin (EAT): Corresponde a tensiones superiores a 230

kV. Alta tensin (AT): Tensiones mayores o iguales a 57,5 kV y menores o

iguales a 230 kV. Media tensin (MT): Los de tensin nominal superior a 1000 V e

inferior a 57,5 kV. Baja tensin (BT): Los de tensin nominal mayor o igual a 25 V y

menor o igual a 1000 V. Muy baja tensin (MBT): Tensiones menores de 25 V.


CLASIFICACIN DE LAS CARGAS DE ACUERDO A LA CONFIABILIDAD Cargas de primera categora. Son aquellas en las que una interrupcin corta en el suministro de energa elctrica causa importantes perjuicios al consumidor. Cargas de segunda categora. Bajo esta categora se clasifican todas las cargas en las que una pequea interrupcin (no mayor de 5 minutos)

Cargas de tercera categora Se clasifican aqu el resto de consumidores, los cuales pueden tener un tiempo de interrupcin en un intervalo , en un mes durante el cual no se causa mayores perjuicios


Ecuaciones de nodo de un

sistema elctrico


El Problema del Flujo de Carga

Solucin de las variables de estado de un sistema elctrico Se utiliza la matriz de admitancias o Ybarra


Tipos de barras:

Barras de carga Barras de voltaje controlado Barras de compensacin

Mtodo de Gauss-Seidel

El algoritmo para la solucin sigue las etapas:

1. Con el perfil de carga en cada barra se asigna la potencia

inyectada

2. Construccin de la matriz Ybarra

3. Clculo iterativo de las tensiones de cada barra


3. Clculo iterativo de las tensiones de cada barra

4. Clculo de potencia de la barra de referencia

5. Computacin de los flujos de lnea


Problema: Para el siguiente sistema, encuentre la tensin en el bus receptor. La carga es 0,2 + j0,8 p.u. La tensin en el extremo transmisor (bus de referencia) es 1+j0 p.u. La admitancia de la lnea es 1- j4 p.u. La reactancia del transformador es j0,4 p.u. Utilice la tcnica de Gauss Seidel.


Mtodo de Newton-Rapson

1. Con la tensin de referencia, suponer tensiones en todas las dems barras y realizar clculos de potencia.

2. Calcular los deltas de potencia activa y reactiva. Si los valores son menores que la tolerancia, el proceso iterativo se detiene.

3. Resolver el sistema para corregir ngulos y magnitudes de las tensiones.


Para la actualizacin de las magnitudes de tensin y sus ngulos.


El flujo radial permite evaluar las condiciones de funcionamiento de un sistema de distribucin y simular las variables tcnicas y econmicas vinculando al distribuidor, al usuario y a la carga. Un sistema de distribucin consta: Subestaciones de potencia Circuitos alimentadores Transformadores de distribucin Circuitos alimentadores secundarios

Flujos en sistemas elctricos radiales


Generalmente los datos conocidos de un sistema de distribucin son:

Topologa del sistema

Resistencia e inductancia en las ramas del sistema

Datos de las restricciones: de flujo de potencia en las ramas y de

tensin en los nodos.

Demanda de potencia activa y reactiva en los nodos.

Una variable adicional es el comportamiento de los consumidores.


MTODO DE FLUJO DE POTENCIA DE BARRIDO


Ejemplo:

Datos de las cargas trifsicas balanceadas en p.u

Nodo Potencia Activa Potencia Reactiva

2 3 0,6

3 1,2 0,1

4 2,5 0,3

12 = 0,0037 + 0,0141 .

23 = 0,0023 + 0,011 .

24 = 0,0068 + 0,023 .

= 1 . = 0,002 .


Impedancias de secuencia


Impedancia de secuencia cero: impedancia para trayectorias de corriente ya sea por: Que el regreso de corrientes de secuencia cero se haga nicamente por

tierra, como es el caso donde los forros metlicos estn aislados de tierra o bien, no tengan forro.

Que el retorno se efecte por ambos caminos, forro metlico y tierra. Que el regreso se efecte nicamente por el forro metlico.

Algunos casos: Un cable trifsico con forro metlico. Cables unipolares con forro metlico.


Fallas Elctricas Simtricas

Clculo usando Zbarra:

En trminos generales, cuando una falla trifsica ocurre sobre una barra k, de una

red, se plantea que:


Problema

Generador 25 MVA, 12,4 kV, reactancia subtransitoria 10 %

Motor 20 MVA, 3,8 kV, reactancia subtransitoria 15 %

Transformador T1 25 MVA, 11/33 kV, reactancia 8 %

Transformador T2 20 MVA, 33/3,3 kV, reactancia 10 %

Lnea Reactancia de 20 Ohms

El sistema tiene una carga tal que el motor toma 15 MW con un factor de

potencia de 0,9, donde la tensin en terminales del motor es de 3,1 kV.

Encuentre la corriente subtransitoria en el generador y el motor para una falla en

el bus del generador.


Fallas Elctricas Asimtricas


Herramientas de Simulacin

Neplan- Power System Analysis and Engineering

Digsilent PowerFactory

Matlab

ETAP- Electrical Engineering Software

ATP-EMPT Alternative Transients Program


ATP-EMTP

Instalacin de ATP

Ejecutar instatp114_basic.exe Ejecutar instatp114_add.exe

Los archivos:

ATPDraw.chm, Atpdraw.exe, ATPDraw.scl, Readme.pdf, colocar en la carpeta atpdraw. runAF.bat, runATP_G.bat, runATP_S.bat, runATP_W.bat, colocar en la carpeta atpmingw.

Remplaza el contenido de las dems carpetas por las homologas que se encuentran en C:\ATP\proyect\


Casos a simular

Datos de las cargas trifsicas balanceadas en p.u

Nodo Potencia Activa Potencia Reactiva

2 3 0,6

3 1,2 0,1

4 2,5 0,3

12 = 0,0037 + 0,0141 .

23 = 0,0023 + 0,011 .

24 = 0,0068 + 0,023 .

= 1 . = 0,002 .

Modelamiento con cargas tipo impedancia constante

Bibliografa

Redes de Distribucin de Energa. Samuel Ramrez Castao. Tercera Edicin, UNAL.

Anlisis de Sistemas de Potencia. Jhon Grainger y William Stevenson. McGrawHill.

Distribution System Modeling and Analysis. William Kersting.

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