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Fredy Saravia PoicnIng. Electricista, MScfsaravia@kievasociados.com

Lima, Setiembre de 2011

Anlisis Operativo de Sistemas AT

Lneas de Transmisin

Universidad Nacional de IngenieraFacultad de Ingeniera Mecnica

Departamento de Electricidad

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Objetivos de la Presentacin La potencia/energa reactiva

Los equipos demandantes de Q La reactiva en los sistemas de

uso final. Impacto sobre la eficiencia

El Modelo de Transmisin

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Objetivo

Conocer y comprender las variables de rgimen de un sistema elctrico, los cuales a su vez son asignados a uno de sus principales componentes como son las lneas de transmisin

Determinar cuales son las decisiones tcnicas y operativas que pueden llevar a un rgimen a que opere con condiciones de seguridad, calidad y confiabilidad.

Adquirir competencias en los anlisis tcnicos mediante la resolucin de problemas y casos que requieran plantear soluciones en puntos importantes del sistema.

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Variables de Rgimen

Caractersticas elctricas de red o sistema que permiten calificar la calidad de servicio que se brinda a las cargas: Nivel de tensin en nodos de la carga, Capacidad de transporte de la lnea, Eficiencia del transporte (prdidas), factor de potencia en barras del sistema.

Condiciones crticas a que puede estar sometido un sistema, por un tiempo limitado, sin desmedro de la seguridad de las personas y del equipamiento (ejemplo: Nivel de sobretensiones admisibles, Nivel de sobrecarga, anlisis post falla en estado permanente, etc.)

Los clculos de rgimen se realizan mediante herramientas informticas cuya solucin se basa en clculos iterativos bajo un nivel de convergencia previsto y para estado permanente.

Son necesarios cuando ingresan nuevas lneas. Generadores o cargas, si hay problemas visibles por deterioro de la red, etc. (P,F,Ej)

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Lnea de Transmisin Corta : (L< 80 Km..)

Ir

jIr.X

Ir.RVrr

Vs

s

rS IIZIVV rrS

.

100Re% xV

VVgulacins

sr

100Perdidascibida otencia Re

recibida otencia % xP

PEficiencia

Z= R + jX

VrVs

Is Ir

Cada de Tensin en Lneas de Transmisin

I s - Corriente de envo (send)

I r - Corriente de recepcin (receive)

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Z= R + jX (Zgen, Zlinea, Zcarga)

LOAD V2IV1

I

V2

V1

IR

IX

Generador LneaCarga

Diagrama de un Sistema Trifsico

Representacin Equivalente de un Sistema Trifsico Balanceado

Diagrama Fasorial U

Uc

jU

U = Uc + j U

Principio de Cada de Tensin

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V2

V1

IR

IX U

Uc

jU

U = Uc + j U

Cada de Tensin

C

raC

2C

U IXcos IRsin - U XIRI IXsin IRU

U UUU

cos

221

UQI

UPI ra 33

UQXPRUc

U

QXPRU c

A nivel de fases

A nivel de Lneas:x3

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Prdidas de Potencia

Definicin:Son disipaciones de calor por el paso de la corriente en el conductor, representando un costo para los sistemas y para los usuarios. Se ubican en los elementos longitudinales y transversales.

Causas: Sobrecargas, Tensin deficiente, Exceso de reactivos, Sub dimensionamiento de conductores, sobrecargas.

Efectos: Mala calidad de energa, sobrecostos operativos, imagen.

Alternativas de Solucin: Adecuado dimensionamiento, regulacin de tensin automtico, compensacin reactiva (serie paralelo)

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Prdida de Potencia - Relaciones

Las prdidas en sistemas trifsicos en funcin a corrientes:

Las prdidas en funcin a la potencia,

LraL

LraLLT

XIIXIRIIRIP)(33 Q

)(33222

LT

222

LLLLT

LLLLT

XUSXXIQ

RUSRRIP

2

2

2

222

2

2

2

222

UQP 3

UQP 3

sin 3

cos3

UIQ

UIP

LT

LT

Generador

P + jQ

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Ia

IrIa - Activa

Ir - Reactiva)()( LTLTLTLT QQjPP

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Prdidas por Perfil de Carga

Prdidas de PotenciaDiagrama de Carga: Horas de MD

Factor de Prdidas

Prdidas de Potencia: Flujo de carga en mxima demanda PMD

Prdidas de Energa

8:00 16:00 24:00 T, hs

P, kW PMD 52

26

Potencia Reactiva cos = 0.85

Diagrama de Potencia Activa

Mxima Demanda

Demanda PromedioPpr om

TPPfp n

iMD

i *1 22

TfpPE MDLT **

LTMD RIP ..3 2

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Prdidas Diagrama de Duracin

Prdidas de PotenciaBloques Horarios: Punta, Meida y Base

Prdidas de potencia (3 flujos)

Prdidas de Energa

8:00 16:00 24:00 T, hs

P, kW PMD 52

26

Mxima Demanda

Demanda Promedio Pprom

Bloque Punta THP

Bloque Media

Tm

Bloque Base

TFP i

iiLT TPE *

3

1

LTii RIP ..3 2

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Prdidas de Potencia y Energa en LT

Prdida de Energa

E = P . TPrdida de Energa por Corona

E Cor = P Cor . 8760

Costo de las Prdidas de Energa

Costo E = ( E + ECor ).CE

Prdida de Potencia Aparente

S = P + P Cor + jQ - jQ C

Prdida de Potencia Activa

P2 + Q2 S2P = 3I2RL = --------- RL = ---- . RL

U2 U2

Prdida de Potencia Reactiva

P2 + Q2 S2 Q = 3I2XL = -------- XL = --- XL

U2 U2

Prdida de Potencia Por Corona

PCor = f(Amb,Mntto)

Potencia Reactiva de la Lnea

Q C = U2.b0.L

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100Re% xVs

VsVrgulacin

VXQRPV LTLTLTLTLT

..

LLTLTLT ZVQPP 2

22

Parmetros de Operacin en Lneas

Regulacin

Eficiencia

Cada de Tensin

Prdidas de Potencia

100P

%LTRe

xP

PEficienciac

rec

L

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Regulacin y Control de Tensin

Variables para Regulacin y Control Resistencia de RLT Reactivos en Carga o Lneas Reactancia en lneas Tensin en Barras

VXQRPV LTLTLTLTLT

..

L

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Mejora por RLT

Comparacin de regulacin de tensin mediante adicin o refuerzo de conductor.

Comparacin de prdidas reactivas para las condiciones con circuito simple y con circuito doble.

Se considera que ambos circuitos tienen la misma reactancia X La prdida de un circuito siempre va a incrementar las prdidas reactivas en la

red. Este efecto se ve agravado por el hecho que la prdida del circuito tambin implica la prdida de aporte de corriente capacitiva de la lnea,

I/2

I/2

I

P P

X

X

LLLLT XXIXIQ

2I .

2.

2

222

LLT XQ .I 2

VXQRPV LTLTLTLTLT

..

VXQQRPV LTSCLTLTLTLT

).(.

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Mejora con Capacitores ShuntL

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P(Demanda)

|V|

Con CapacitorSinCapacitor

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2004006008001000120014001600

Capacitive Mvars

0.6

0.8

1.0

1.2

|V2|

V1=1.0 V2PLQL=0

QV-curves drawnusing synchronouscondensor approach.

300 Mvar450 Mvar675 Mvar

950 Mvar

Cada curva Each QV curve/Capacitor characteristic intersection shows the operating point. Note that for the first three operating points, a small increase in Q-comp (indicated by arrows) results in voltage increase, but for the last operating point (950), more Q-comp results in a voltage decrease.

S=|V2|2B*Sbasewith |V2|=1.0

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Mejora mediante QserieL

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En circuito radial V depende de los parmetros del circuito y las caractersticas de la carga.

El perfil de V puede ser mejorado por la instalacin de C a lo largo de la lnea.

La curva de perfil de V tiene un salto donde se ubican los C serie y representa el aumento de V aguas abajo del Cserie.

Beneficios: Aumento de la capacidad de transmisin

mediante disminucin de X. Perfil de V mejorado a lo largo de la lnea Reduccin de prdidas

VXXQRPV SerieLTLTLTLTLT

).(.

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Estabilidad de Tensin

Considerando un esquema unifilar de un sistema trifsico.

V1 V2

Z=R+jX

I

V1 V2

S12

Node 1 Node 2

+

__

+

SD=-S12

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Note B>0

Inestabilidad de Tensin Excursion de V post-contingencia en

algunos barras del SEP del rea de operacin estable

Causada por deficit de Q en un rea del SEP, donde V cae sin control.

El dficit de Q puede tener dos orgenes: Aumento gradual de P con

desbalance en Q Cambios en topologa de red,

redirigiendo flujos, siendo insuficiente Q en algunas barras.

La relacin P/V se expresa de manera esttica con las curvas PV .

El aumento de P estn acompaadas por reduccin de V (excepto en caso de carga capacitiva).

Si P continua aumentando, se alcanza el punto de Pmx..En caso de Pconst, la V se sale de control y disminuye rpidamente. Colapso parcial o total del sistema

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Seguridad de Tensin

Es la capacidad del sistema de mantener un nivel de tensin adecuado y controlable en todas las barras de carga del sistema

El problema principal reside en que los niveles de tensin estn fuera de un rango y puedan afectar las operaciones de los clientes.

La seguridad de tensin puede ser dividido en dos problemas principales :1. Tensin reducida: La tensin est fuera de un rango predefinido. 2. Estabilidad de tensin : Una variacin de tensin fuera de control.

Es importante sealar que: Un reducido nivel de tensin no implica necesariamente un riesgo de inestabilidad de

tensin. Que la tensin no sea reducida no necesarimente implica una estabilidad de tensin. La inestabilidad de voltage no ncesariamente implica inestabilidad de tensin.

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Inconvenientes de la Compensacin

Genera potencia reactiva en proporcin al cuadrado de la tensin, por tanto, cuando la tensin se reduce tambin se reduce la potencia reactiva aportadapor el capacitor.

Hay un mximo nivel de compensacin reactiva, por encima de la cual no esposible la operacin estable (ver. pag. 972 de Kundur, y el siguiente grfico). El condensador sncrono y el SVC no tienen estos inconvenientes.

Como resultado se tiene una curva PV plana y por lo tanto la inestabilidad de tensin se hace menos detectable.

Ello lleva a que en reas donde no hay generacin y se tuviera una demandacreciente, se va a requerir cada vez mayor compensacin reactiva paramantener la tensin de operacin dentro de rangos aceptables. De esta forma, los puntos de operacin normal progresivamente se hacen factibles de atenderlas cargas.

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FIN DE LA EXPOSICION

MUCHAS GRACIASPOR SU ATENCIN

fsaravia@kievasociados.comUNI Lima PerLIMA - Telf. (051) 1 222 7069 - (051) 1 9995 8271