1.2.- Fundamentos

8/18/2019 1.2.- Fundamentos

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PRODUCCIÓN

- Las centrales eléctricas son los centros de producción.

- Transforman una fuente primaria de energía en energía

eléctrica.

- Se genera en sistema trifásico sinusoidal de tensiones confrecuencia 50 Hz en Europa y buena parte de Sudamérica, 60Hz en América del Norte Y Central y Brasil.

- Las centrales convencionales son: hidráulicas, térmicas ynucleares.

- Las centrales hidroeléctricas utilizan como fuente de energíaprimaria el agua que se expresa en caudal y velocidad.

- Las centrales hidroeléctricas son movidas por turbinashidráulicas.

- Las centrales hidroeléctricas presentan menor contaminación,requieren fuerte inversión, inundan grandes superficies parasus embalses, tienen costos bajos de combustibles y tienen una

alta componente aleatoria.

- Las centrales térmicas usan combustibles: carbón fuel oil o gas.El combustible quemado calienta el agua y lo convierte envapor. El vapor a alta presión mueve una turbina que entregaenergía mecánica al generador. Tienen un rendimiento del45%.

- Las centrales térmicas tienen rigidez en la conexión ydesconexión (7 horas: inercia caldera). Son objeto de estudiode arranque y parada.

- Existen también las centrales de turbinas a gas y las de ciclocombinado.


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- Las centrales de ciclo combinado tienen un rendimiento de

60%. Tienen tasas de emisiones más bajas que las térmicas.

- Su costo de inversión es razonable. En ciertos países el gas esmás barato, por lo tanto, el costo de operación es bajo.

- Las centrales nucleares son “base”. No operan en regulacióndebido al peligro que se presenta cuando se cambian lascondiciones de refrigeración del reactor nuclear.

- Usan proceso de fisión nuclear (Uranio) que produce una gran

cantidad de calor, esto significa que se transfiere calor a unintercambiador y a un circuito de agua. → el resto es igual a lascentrales térmicas.

- Las centrales nucleares presentan dos inconvenientes:

Elevado en una posible falla. Dificultad en la eliminación de sus residuos.

- Hay países que han impuesto una moratoria (suspensióntemporal) que no permiten la construcción de nuevas centrales

nucleares.

- Existen otras centrales que están teniendo relevancia, lascentrales de energía renovables no convencionales : eólicas,solar (fotovoltaicas), biomasas, cogeneración.

- La existencia de tecnologías diversas hace que se busquesiempre lo óptimo de ellas para cubrir la demanda, (altos obajos costos de inversión contra bajos o altos costos de

operación).


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- Pero hay un cierto nivel de incertidumbre:

Perfil futuro de la curva de demanda. Costos de combustibles. Funcionamiento concreto de cada central. Costos de capital.

Decisiones de los reguladores.

Precios de mercado.

- Pesan razones económicas, políticas y medioambientales.

- Por razones de economía de escala han aparecido centralesnucleares de hasta 1000 MW. De carbón o fuel oil de 500 MW.

- La aparición de la tecnología de ciclo combinado de gas hacambiado esta tendencia. Pues, al ser mas modulares, se puedeconstruir centrales competitivas de menor tamaño.

- Como ya se mencionó, no hay que olvidar el auge que estánteniendo las centrales de energía renovable no convencional.

TRANSMISIÓN O TRANSPORTE

- La red de transmisión es la encargada de conectar los grandes

centros de producción que están muy dispersos con los grandesnúcleos de demanda, ubicados cerca de ciudades y zonasindustriales.

- La red debe transportar grandes cantidades de energías alargas distancias, por lo tanto, debe funcionar a muy altatensión.

- Está dotada de sofisticados equipos de medida protección ycontrol para que las fallas no comprometan el correcto

funcionamiento de todo el sistema.- En el nuevo marco regulatorio es el punto de encuentro de los

agentes de mercado.

- Los grandes centros de consumo ubicados en la red pueden sergrandes industrias o bien grandes subestaciones de los quecuelgan las redes de distribución.

- Los principales elementos que componen una red detransmisión son líneas y subestaciones.

- Las subestaciones cumplen tres funciones: interconectan laslíneas entre sí, son centros de transformación, se instalanelementos de protección, corte y maniobra del sistema.

- El equipo mas tecnológicamente representativo de unasubestación es el transformador. Es un equipo muy voluminoso,costoso y pesado, de muy alto rendimiento con una tasa defalla muy reducida.

- Las líneas de transmisión descansan sobre torres de soporte.Su diseño tienen una componente mecánica y eléctrica.


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- El diseño de las torres, con estructura en celosía, tiene que

prever el considerable peso que tienen que soportar (peso decables gruesos, hielo y viento).

- El diseño de las torres también tiene que asegurar lasdistancias mínimas de seguridad entre todos los cables y deéstos con la torre para redicir la posibilidad de cortocircuitos.

- En su punto más bajo el cable debe mantener una distanciamínima de seguridad con el suelo (vano).

- Pueden existir varias líneas que compartan la misma torre,aprovechando la misma estructura y los derechos de paso.

- Los anclajes sujetan los cables a la torre por medio de unacadena de aisladores muy visibles.

- Los aisladores se diseñan en forma de campana para evitar elefecto conductor de las lluvias.

- Cada aislante de la cadena aguanta de 12 a 18 kV.

- La sección de los cables marca el límite de corriente quepueden transportar.

- La capacidad de transporte es limitada por la dilatación delcable a causa de su calentamiento, que a su vez esconsecuencia de las pérdidas por efecto Joule.

- La dilatación del cable viene limitada por el máximo vanopermitido para cumplir con las distancias de seguridad en elterreno.

- Para disminuir el efecto corona (ruptura de capacidad aislantedel aire en torno a los cables) se acostumbra dividir las líneasen dos o tres cables.

- Uno de los parámetros importantes de una línea es suinductancia. Ésta depende de la posición geométrica relativa delas tres fases sobre la torre (en línea, en triángulo, lasdistancias).

- Las líneas provocan un efecto capacitivo con tierra que fija elvalor de su capacidad a tierra.

- Cuando las líneas están cargadas predomina el efecto inductivo

y por lo tanto la línea consume energía reactiva.

- Cuando las líneas están descargadas (de noche) predomina elefecto capacitivo y por lo tanto la línea genera energía reactiva.

- Por razones de impacto ambiental cada vez es más difícilampliar o reforzar el sistema de transmisión, por lo que esnecesario usar las instalaciones existentes.

- Actualmente se están empezando a usar los FACTS (FlexibleAlternating Current Transmisión Systems), que son equiposbasados en la Electrónica de Potencia.


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- Los FACTS tratan de incrementar la capacidad real de las líneas

y dirigir los flujos hacia líneas más descargadas.

- Las líneas de transmisión a nivel de redes urbanas en baja

tensión, en su mayoría, son subterráneas; en alta tensión sonmuy pocas.

- Las líneas de transmisión que son subterráneas presentan unefecto capacitivo mucho más marcado que las aéreas.

DISTRIBUCIÓN

- Esta red se configura de manera diferente a la de Transmisión,

son ramificadas (radiales), como tentáculos.- En un primer nivel y a nivel regional se extiende una red

todavía en alta tensión llamada red de alta tensión de reparto.Aún puede ser enmalladas.

- Típicamente las redes de alta tensión de reparto son de 132 kV,66 kV,45 kV.

- Desde subestaciones transformadoras se “cuelga” la red demedia tensión (típicamente 23 kV, 15 kV, 13,2 kV, 6,6 kV), que

se acerca ya al consumo desagregado..

- Esta red de media tensión a veces presenta una estructuraenmallada, pero se opera normalmente en forma radial.

- Desde la red de media tensión, a través de centros detransformación se vuelve a disminuir la tensión para alimentarla baja tensión (380 Volts en Chile) a los consumosresidenciales, comerciales.

-

Las mineras u otras industrias también se pueden alimentar aotro nivel de tensión.

- A otro nivel de escala las redes de distribución los componentestécnicos son los mismos que los de la red de transporte.

- Tienen líneas aéreas, subterraneas, subestaciones,transformadores, torres, aisladores, equipos de medida, corte ymaniobra.

- Estas redes recorren miles de kilómetros y están expuestas a

fallas más frecuentes que las redes de transmisión.

- La configuración es menos redundante, por lo tanto, las fallasen las redes de distribución son las causantes de la mayoría delos cortes de suministros en los consumidores finales.

- Los costos de inversión de las redes de distribución superen envarias veces los costos de las redes de transmisión.


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CONSUMO O DEMANDA

- Tiene crecimiento sostenido y pronunciado.

- Standard de voltaje, frecuencia y potencias

- El aumento de la demanda es explosivo.

- Son pocos los procesos productivos que no requieren motoreseléctricos.

- Los países en desarrollo vendieron sus centrales que eran delestado para bajar sus deudas.

- Evolución de la demanda:

- Ha aumentado la eficiencia.

- Se está racionalizando el consumo eléctrico para bajar elimpacto ambiental. Es decir, se está hablando deadministración o gestión de la demanda.

- Esto significa bajar la quema de carbón, gas, fuel-oil,acumulación de residuos radioactivos a través de bajar losconsumos con el uso eficiente del consumo.

- Los consumidores deberían cambiar su conducta de consumoeléctrico como ya lo hacen con el teléfono (después de las 22hrs.)

- Se define la elasticidad de la demanda (ε )

ε = % Δ consumo / o/1 Δ Precio electricidad

- La demanda eléctrica tiene poca elasticidad en el corto plazo,

es decir, reacciona poco a la variación del precio.- Las empresas eléctricas identifican al consumidor como

abonado, no como cliente, es decir, los consumidores son pocoactivos en el sector eléctrico, son receptores de servicio al cualhay que darle siempre servicio a precios mas o menos estables.

- Con la nueva mentalidad de mercado eléctrico la elasticidad dela demanda va a subir. Los clientes elegirán al generador queofrezca menores precios a una buena calidad.


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- El consumo también depende del clima; a temperaturas muybajas o muy altas se disparan los consumos.

- Los conceptos mas usados que caracterizan al consumo sonpotencia y energía (W y Wh).

- Las instalaciones eléctricas deben estar diseñadas para soportarla máxima potencia a lo largo de todo el ciclo de consumo.

- Cada consumo, por lo tanto, se debe conocer por energíaeléctrica y por su perfil a lo largo del tiempo.

- Se trabajan perfiles de carga diarios, semanales, mensuales,estacionales, anuales o hiperanuales.

- Para una misma energía es más barato cubrir una curva decarga de perfil plano que de perfil con puntas.

- Para cubrir toda la demanda (demanda agregada) las centralesincurren en 2 costos: costo de inversión = costo fijo y

costo de operación = costo variable.

- Pueden haber centrales con costos de inversión y operacióncruzados alto/bajo o bajo/alto.

- Por lo tanto:

- Las centrales de ciclo combinado con uso de gas tienen costosde inversión y operación razonables.

- Existe otra forma de representar la curva de demanda. Se

llama curva de duración de la carga. Indica el tiempo tx (3000h) para la cual la demanda en potencia del sistema es mayor aPx (25000 MW) (ver figura).


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- La demanda consume o genera potencia reactiva. Esta potenciareactiva produce corrientes improductivas, es decir, pérdidasóhmicas, saturación de capacidades de líneas de transporte.

- La calidad de la tensión debe ser alta: senoidal perfecta confrecuencia y amplitud perfectos. Pues, el equipamiento eléctricose puede deteriorar. Por ejemplo, en las fundiciones no puedehaber cortes.

- La calidad de suministro debe ser buena. Cuando no lo es

aparecen los siguientes problemas:

Cortes de suministro: microcortes producido porreenganches de interruptores después de un cortocircuitotransitorio. Bajadas de tensión transitorias que influyen en los motoresya que estos tienen un torque que depende del cuadrado dela tensión. Armónicos en ondas de tensión, son provocados por las

saturaciones de los transformadores del sistema o de los

generadores. Flickers depende de otras cargas. Los producen los hornosal arco y equipos electrónicos (por ej. tiristores). Sobretensiones: producidos por cortocircuitos, rayos.

- El consumo es muy variable.

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