u2 especialidad

7/25/2019 u2 Especialidad

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INSTITUTO TECNOLGICO SUPERIOR DE POZA RICA

INGENIERA ELECTROMECNICA

SEMESTRE: OCTAVO GRUPO: B

AUTOMATIZACIN DE SISTEMAS ELCTRICOS

UNIDAD II

NIVELES DE CONTROL EN SISTEMAS ELCTRICOS DE____________________POTENCIA___________________

DOCENTE

ULISES CRUZ AGUIRRE

ALUMNO

ALAN LEO JOAQUN BERNABE

POZA RICA DE HIDALGO, VER. JUNIO 2016


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NDICEINTRODUCCIN. ............................................................................................................................................ 3

NIVELES DE CONTROL EN SISTEMAS ELCTRICOS DE POTENCIA............................................. 4

2.1 PLANTAS GENERADORAS................................................................................................................... 4

2.1.1 ASPECTOS GENERALES DE CONTROL EN PLANTAS HIDROELCTRICAS YTERMOELCTRICAS. ................................................................................................................................. 15

2.1.2 ASPECTOS GENERALES DE CONTROL DE VELOCIDAD Y FRECUENCIA........................ 18

2.2 SUBESTACIONES ELCTRICAS AUTOMATIZADAS Y TELE OPERADAS.............................. 21

2.2.1 TRANSMISIN. ................................................................................................................................... 24

2.2.2 DISTRIBUCIN. .................................................................................................................................. 27

2.3 CUARTO DE CONTROL Y MONITOREO. ....................................................................................... 32

CONCLUSIONES. ......................................................................................................................................... 35

BIBLIOGRAFA. ............................................................................................................................................. 36


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INTRODUCCIN.

Un sistema elctrico de potencia es un conjunto de elementos que tiene como fin generar,

transformar, transmitir, distribuir y consumir la energa elctrica de tal forma que se logre lamayor calidad al menor costo posible.

Durante el desarrollo de este trabajo se irn describiendo cada uno de los elementos que

conforma a un sistema elctrico de potencia, como se mencion en el prrafo anterior, desde

cuando se genera hasta distribuir la energa elctrica al consumidor.

A dems se expondr en uno de los temas el uso del programa SCADA, el cual se utiliza a

groso modo para el control y monitoreo del sistema elctrico de potencia.


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AUTOMATIZACIN DE SISTEMAS ELCTRICOS

UNIDAD II

TEMA

NIVELES DE CONTROL EN SISTEMAS ELCTRICOS DE POTENCIA

2.1 PLANTAS GENERADORAS.

Una planta generadora de energa consiste en transformar alguna clase de energa qumica,

mecnica, trmica o luminosa, entre otras, en energa elctrica.

En un sistema elctrico de potencia se cuenta de plantas generadoras que producen la energa

elctrica consumida por las cargas, una red de transmisin y de distribucin para transportar

esa energa de las plantas a los puntos de consumo, as como el equipo adicional necesario

para lograr que el suministro de energa se realice con las caractersticas de continuidad de

servicio, regulacin de tensin y de control de frecuencia requeridas. [1]

A continuacin se mencionaran algunas de las plantas generadoras que ms utilizacin tienen.

Planta hidroelctrica.

Para comenzar a hablar de una planta hidroelctrica tenemos que saber que es la energa

hidroelctrica, bsicamente es una forma de la energa generada por la fuerza del movimiento

del agua, que una maquina primaria la transforma inicialmente en energa mecnica y luego

una maquina secundaria la transforma en energa elctrica, tambin se le conoce como

hidroenergia.

Una planta hidroelctrica funciona con base en una cada de agua. Dado que el caudal del rio

vara a lo largo del ao, es necesario formar un embalse para mantener la generacin aunque

disminuya el caudal.


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Para formar el embalse es indispensable construir una represa, llamada tambin presa. A

continuacin se halla el tnel, el que atraviesa la montaa para conducir el agua hasta un sitio

cercano a la casa de mquinas

Partes que conforman una central hidroelctrica.

La turbina.

La energa cintica del agua que fluye, hace girar el rotor de la turbina. Esta tiene un eje

conectado al generador.

La represa.

El flujo de agua almacenada en el reservorio, es contenido por las grandes paredes de la

represa. Esto evita que el agua fluya y nos permite aprovechar la energa presente en ella. La

represa esta provista de compuertas en su parte inferior, las que al elevarlas permiten el paso

del agua.

El conducto.

Conecta el reservorio con el rotor de la turbina y corre en forma inclinada hacia abajo. Cuando

se abren las compuertas de la represa, la fuerza de gravedad hace fluir el agua hacia abajo por

el conducto, alcanzando el rotor de la turbina. A medida que el agua fluya a travs delconducto. La energa potencial del agua almacenada en la represa es convertida en energa

cintica.

Un reservorio.

Agua de una fuente natural como la de un rio, este, est construido a mayor nivel que el de la

turbina.

El generador.

Comandado por el eje de la turbina, este mueve un motor que produce corriente elctrica en el

generador.


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Lneas de tensin.

La energa producida por el generador se enva a travs de estas lneas a las distintas

estaciones de distribucin.

Las dos caractersticas principales de una central hidroelctrica, desde el punto de vista de su

capacidad de generacin de electricidad son:

La potencia, que est en funcin del desnivel existente entre el nivel medio del

embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal

mximo turbinable, adems de las caractersticas de las turbinas y de los

generadores usados en la transformacin.

La energa garantizada en un lapso de tiempo determinado, generalmente un

ao, que est en funcin del volumen til del embalse, y de la potencia

instalada.

Fig.- 1 Bosquejo de una planta hidroelctrica.


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Planta termoelctrica.

Se denominan plantas termoelctricas clsicas o convencionales aquellas plantas que

producen energa elctrica a partir de la combustin de carbn, fuel-ol o gas en una caldera

diseada al efecto.

Una central termoelctrica es una instalacin en donde la energa mecnica que se necesita

para mover el rotor del generador y, por tanto, obtener la energa elctrica, se obtiene a partir

del vapor formado al hervir el agua en una caldera.

El vapor generado tiene una gran presin, y se hace llegar a las turbinas para que en su

expansin sea capaz de mover los alabes de las mismas. [2]

Funcionamiento de una planta termoelctrica con gas natural.

Se quema el combustible, en este caso es el gas natural, con el calor generado se hierve unfluido (agua), y se hace el vapor/gas resultante por una turbina. El vapor/gas mueve a la

turbina, y la turbina al girar produce energa elctrica. Luego el vapor/gas se condensa y se lo

manda al tanque para ser nuevamente calentado mediante la quema de combustibles, y asi

sucesivamente.

Fig.- 2 Bosquejo de las partes de una plantatermoelctrica.


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El gas natural es una de las varias e importantes fuentes de energa no renovables formada por

una mezcla de gases ligeros que se encuentran en yacimientos de petrleo, disuelto o

asociado con el petrleo o en depsitos de carbn.

Aunque su composicin vara en funcin del yacimiento del que se saca, est compuestoprincipalmente por metano en cantidades que comnmente pueden superar el 90 o 95%, y

suele contener otros gases como nitrgeno, CO2, H2S, helio y mercaptanos.

Planta solar fotovoltaica.

La energa solar fotovoltaica es una fuente de energa que produce electricidad de origen

renovable, obtenida directamente a partir de la radiacin solar mediante un dispositivo

semiconductor denominado clula fotovoltaica, o bien mediante una deposicin de metales

sobre un sustrato denominada clula solar de pelcula fina.

Fig.- 3 Celda fotovoltaica.


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Principio de funcionamiento.

En un semiconductor expuesto a la luz, un fotn de energa arranca un electrn, creando a la

vez un hueco en el tomo excitado. Normalmente, el electrn encuentra rpidamente otro

hueco para volver a llenarlo, y la energa proporcionada por el fotn, por tanto, se disipa enforma de calor. El principio de una clula fotovoltaica es obligar a los electrones y a los huecos

a avanzar hacia el lado opuesto del material en lugar de simplemente recombinarse en l: as,

se producir una diferencia de potencial y por lo tanto tensin entre las dos partes del material,

como ocurre en una pila.

Para ello, se crea un campo elctrico permanente, a travs de una unin (pn), entre dos capas

dopadas respectivamente, p y n. En las clulas de silicio, que son mayoritariamente utilizadas,

se encuentran por tanto:

La capa superior de la celda, que se compone de silicio dopado de tipo n. En esta capa,

hay un nmero de electrones libres mayor que en una capa de silicio puro, de ah el

nombre del dopaje n, negativo. El material permanece elctricamente neutro, ya que

tanto los tomos de silicio como los del material dopante son neutros: pero la red

cristalina tiene globalmente una mayor presencia de electrones que en una red de silicio

puro.

La capa inferior de la celda, que se compone de silicio dopado de tipo p. Esta capa tiene

por lo tanto una cantidad media de electrones libres menor que una capa de silicio puro.

Los electrones estn ligados a la red cristalina que, en consecuencia, es elctricamente

neutra pero presenta huecos, positivos (p). La conduccin elctrica est asegurada por

estos portadores de carga, que se desplazan por todo el material.

Componentes de una planta solar fotovoltaica.

Una planta solar fotovoltaica cuenta con distintos elementos que permiten su funcionamiento,

como son los paneles fotovoltaicos para la captacin de la radiacin solar, y los inversores para

la transformacin de la corriente continua en corriente alterna. Existen otros, los ms

importantes se mencionan a continuacin:


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Paneles solares fotovoltaicos.

Generalmente, un mdulo o panel fotovoltaico consiste en una asociacin de clulas,

encapsulada en dos capas de EVA (etileno-vinilo-acetato), entre una lmina frontal de vidrio y

una capa posterior de un polmero termoplstico (frecuentemente se emplea el telar) u otralmina de cristal cuando se desea obtener mdulos con algn grado de transparencia. Muy

frecuentemente este conjunto es enmarcado en una estructura de aluminio anodizado con el

objetivo de aumentar la resistencia mecnica del conjunto y facilitar el anclaje del mdulo a las

estructuras de soporte.

Inversores.

La corriente elctrica continua que proporcionan los mdulos fotovoltaicos se puede

transformar en corriente alterna mediante un aparato electrnico llamado inversor e inyectar en

la red elctrica (para venta de energa) o bien en la red interior (para autoconsumo).

Un inversor simple consta de un oscilador que controla a un transistor, el cual se utiliza para

interrumpir la corriente entrante y generar una onda rectangular.

Esta onda rectangular alimenta a un transformador que suaviza su forma, hacindola parecer

un poco ms una onda senoidal y produciendo el voltaje de salida necesario. La forma de onda

Fi . -4 Clula fotovoltaica.


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de salida del voltaje de un inversor ideal debera ser sinusoidal. Una buena tcnica para lograr

esto es utilizar la tcnica de PWM logrando que la componente principal senoidal sea mucho

ms grande que las armnicas superiores.

Seguidores solares.

El uso de seguidores a uno o dos ejes permite aumentar considerablemente la produccin

solar, en torno al 30% para los primeros y un 6% adicional para los segundos, en lugares de

elevada radiacin directa.

Cableado.

Es el elemento que transporta la energa elctrica desde su generacin, para su posterior

distribucin y transporte. Su dimensionamiento viene determinado por el criterio ms restrictivo

entre la mxima cada de tensin admisible y la intensidad mxima admisible.

Fig.-5 Inversor solar instalado en una planta deconexin a red.


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Planta elica.

La energa elica es la energa obtenida a partir del viento, es decir, la energa cintica

generada por efecto de las corrientes de aire, y que es convertida en otras formas tiles de

energa para las actividades humanas.

La energa elica consiste en convertir la energa que produce el movimiento de las palas de

un aerogenerador impulsadas por el viento en energa elctrica.

La energa elica es una fuente de energa renovable, no contamina, es inagotable y reduce el

uso de combustibles fsiles, origen de las emisiones de efecto invernadero que causan el

calentamiento global. Adems, la energa elica es una energa autctona, disponible en la

prctica totalidad del planeta, lo que contribuye a reducir las importaciones energticas y acrear riqueza y empleo de forma local.

De todas estas ventajas, es importante destacar que la energa elica no emite sustancias

txicas ni contaminantes del aire, que pueden ser muy perjudiciales para el medio ambiente y

el ser humano. Las sustancias txicas pueden acidificar los ecosistemas terrestres y acuticos,

y corroer edificios. Los contaminantes de aire pueden desencadenar enfermedades del

corazn, cncer y enfermedades respiratorias como el asma.

La energa elica no genera residuos ni contaminacin del agua, un factor importantsimo

teniendo en cuenta la escasez de agua. A diferencia de los combustibles fsiles y las centrales

nucleares, la energa elica tiene una de las huellas de consumo de agua ms bajas, lo que la

convierte en clave para la preservacin de los recursos hdricos.

Fig.- 6 Molino de viento.


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Planta nuclear.

Una central o planta nuclear es una instalacin industrial empleada para la generacin de

energa elctrica a partir de energa nuclear. Se caracteriza por el empleo de combustible

nuclear fisionable que mediante reacciones nucleares proporciona calor que a su vez esempleado, a travs de un ciclo termodinmico convencional, para producir el movimiento de

alternadores que transforman el trabajo mecnico en energa elctrica. Estas centrales constan

de uno o ms reactores.

Funcionamiento.

Las centrales nucleares constan principalmente de cuatro partes:

El reactor nuclear, donde se produce la reaccin nuclear.

El generador de vapor de agua (slo en las centrales de tipo PWR).

La turbina de vapor, que mueve un generador elctrico para producir electricidad con la

expansin del vapor. El condensador, un intercambiador de calor que enfra el vapor transformndolo

nuevamente en lquido.

Fig.- 7 Partes de una planta nuclear convencional.


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El reactor nuclear es el encargado de realizar la fisin de los tomos del combustible nuclear,

como uranio, generando como residuo el plutonio, liberando una gran cantidad de energa

calorfica por unidad de masa de combustible.

El generador de vapor es un intercambiador de calor que transmite calor del circuito primario,por el que circula el agua que se calienta en el reactor, al circuito secundario, transformando el

agua en vapor de agua que posteriormente se expande en las turbinas de vapor, produciendo

el movimiento de stas que a la vez hacen girar los generadores elctricos, produciendo la

energa elctrica. Mediante un transformador se aumenta la tensin elctrica a la de la red de

transporte de energa elctrica.

Despus de la expansin en la turbina el vapor es condensado en el condensador, donde cede

calor al agua fra refrigerante, que en las centrales PWR procede de las torres de refrigeracin.

Una vez condensado, vuelve al reactor nuclear para empezar el proceso de nuevo.


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2.1.1 ASPECTOS GENERALES DE CONTROL EN PLANTASHIDROELCTRICAS Y TERMOELCTRICAS.

Una central hidroelctrica es una instalacin que permite aprovechar las masas de agua en

movimiento que circulan por los ros para transformarlas en energa elctrica, utilizando

turbinas acopladas a los alternadores.

Segn la potencia instalada, las centrales hidroelctricas pueden ser:

Centrales hidrulicas de gran potencia: ms de 10MW de potencia elctrica.

Minicentrales hidrulicas: entre 1MW y 10MW.

Microcentrales hidroelctricas: menos de 1MW de potencia.

Control de una planta hidroelctrica.

En las plantas hidroelctricas el caudal de agua es controlado y se mantiene casi constante,

transportndola por unos conductos, controlados con vlvulas para as adecuar el flujo de agua

que pasa por las turbinas, teniendo en consideracin la demanda de electricidad, el agua luego

sale por los canales de descarga de la planta.

La presa, situada en el curso de un ro, acumula artificialmente un volumen de agua para

formar un embalse. Eso permite que el agua adquiera una energa potencial que despus se

transformar en electricidad.

Para esto, la presa se sita aguas arriba, con una vlvula que permite controlar la entrada de

agua a la galera de presin; previa a una tubera forzada que conduce el agua hasta la turbina

de la sala de mquinas de la central.

El agua a presin de la tubera forzada va transformando su energa potencial en cintica (es

decir, va perdiendo fuerza y adquiere velocidad). Al llegar a la sala de mquinas el agua acta

sobre los labes de la turbina hidrulica, transformando su energa cintica en energa

mecnica de rotacin.


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El eje de la turbina est unido al del generador elctrico, que al girar convierte la energa

rotatoria en corriente alterna de media tensin.

El agua, una vez ha cedido su energa, es restituida al ro aguas abajo de la central a travs de

un canal de desage.

En una central termoelctrica, la produccin de energa se realiza a partir de la combustin de

carbn, fuel-oil o gas en el interior de una caldera. Generalmente, este tipo de instalaciones se

denominan centrales termoelctricas convencionales, para diferenciarlas de otras centrales

termoelctricas que, como las nucleares o las solares, generan electricidad tambin a travs de

un ciclo termodinmico, pero utilizando fuentes de energa diferentes de los combustiblesfsiles y recurriendo a una tecnologa muy avanzada mucho ms reciente que la aplicada en

las centrales termoelctricas convencionales.

Control de una planta termoelctrica.

Sea cual sea el combustible fsil utilizado (fuel-ol, gas o carbn), las centrales termoelctricas

funcionan segn el mismo esquema bsico; las diferencias vienen dadas por el peculiar

tratamiento que cada uno de los combustibles mencionados experimenta antes de ser

inyectado en la caldera. Asimismo, determinadas instalaciones, como los quemadores de la

caldera, varan dependiendo de dicho factor.

Uno de los elementos esenciales de una instalacin termoelctrica es el depsito donde se

almacena el combustible, ubicado dentro del propio recinto. En las centrales de carbn, el

mineral se tritura previamente en molinos, que lo convierten en polvo muy fino; de esta manera,

la combustin resulta ms fcil.

Desde el molino se enva a la caldera mediante chorros de aire precalentado. En las centrales

de fuel-ol este componente se precalienta para asegurar su fluidificacin; posteriormente

proyectado en quemadores especialmente adaptados, cuyo diseo y funcionamiento es

diferente si el combustible empleado es gas. Las centrales mixtas disponen instalaciones aptas

para quemar indistintamente todo tipo de combustibles fsiles.


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Cuando el gas, el carbn o el fuel-ol ha llegado a la caldera, los quemadores provocan su

combustin, como consecuencia de la cual se genera energa calorfica. Esta energa

transforma el agua que transita por la vasta red de tubos que componen la caldera en vapor, a

elevada temperatura.

A continuacin, el vapor, a gran presin, penetra en la turbina, integrada por tres cuerpos de

alta, media y baja presin unidos a un mismo eje. En el primero de estos cuerpos, el de alta

presin, existen centenares de paletas o alabes de pequeo tamao. En el segundo, los

labes, tambin numerosos, son mayores. Finalmente, las paletas del cuerpo de baja presin

son an ms grandes que las precedentes. Con esta gradacin de tamaos se aprovecha al

mximo la fuerza del vapor puesto que ste va disminuyendo su presin poco a poco; sta es

la razn de que los labes de la turbina crezcan en tamao a medida que se pasa de un cuerpo

a otro.

Antes de que el vapor penetre en la turbina es necesaria su deshumidificacin. Si no se

sometiera a dicho proceso, las diminutas gotas de agua que transporta en suspensin seran

despedidas a gran velocidad contra los labes, erosionando el mecanismo.

As pues, el vapor de agua a presin provoca el giro de los labes de la turbina y genera

energa mecnica. Por otra parte, el eje que mantiene unidos los tres cuerpos de la turbina

hace girar, a su vez, un alternador que se encuentra conectado a ella, produciendo energa

elctrica. Gracias al empleo de un transformador la energa elctrica pasa a la red de

transporte a alta tensin.

El vapor, cuya presin ha resultado ya muy debilitada, pasa a los condensadores, donde se

enfra y se convierte nuevamente en agua. El agua retorna otra vez a los tubos que conforman

las paredes de la caldera, reinicindose as el ciclo productivo.


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2.1.2 ASPECTOS GENERALES DE CONTROL DE VELOCIDAD YFRECUENCIA.

La frecuencia de la onda de tensin debe permanecer dentro de unos lmites estrictos para que

el suministro elctrico se realice en condiciones de calidad aceptables. Variaciones de lafrecuencia alejadas del valor nominal pueden provocar el mal funcionamiento de diversos

equipos industriales o domsticos. Por ejemplo, algunos motores pueden verse forzados a girar

a velocidades distintas de aquella para la que fueron diseados, y relojes y automatismos que

miden el tiempo en funcin de la frecuencia de alimentacin pueden adelantar o atrasar.

Equilibrio entre demanda y generacin.

La frecuencia de un sistema elctrico est estrechamente relacionada con el equilibrio entre

generacin y carga. En rgimen permanente todos los generadores sncronos de una red

elctrica funcionan en sincronismo, es decir, la frecuencia de giro de cualquiera de ellos

multiplicada por el nmero de pares de polos es precisamente la frecuencia elctrica del

sistema (50Hz). Mientras persiste el rgimen permanente, el par acelerante aplicado por cada

turbina sobre cada generador sncrono es igual, descontando las perdidas, al par

electromagntico que tiende a frenar la mquina.

Si en un momento dado aumenta la carga, es decir la potencia elctrica demandada en elsistema, entonces aumenta el par electromagntico en los generadores, estos comienzan a

frenarse, y la frecuencia elctrica disminuye progresivamente. [3]

Fig.- 8 Balance de energa en un sistema elctrico.


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Regulacin primaria, secundaria y terciaria.

Como la frecuencia elctrica est ligada al balance de potencia activa en el sistema elctrico,

suele hablarse indistintamente de control de frecuencia, control de potencia, o control de

frecuencia-potencia. De manera breve puede decirse que la frecuencia del sistema y de flujosde potencia por determinadas lneas son las variables que se quieren controlar, y las potencias

entrantes a los generadores son las variables empleadas para controlarlas.

Teniendo en cuenta todas estas consideraciones relativas a la potencia, el control de

frecuencia debe conseguir que:

Se mantenga el equilibrio entre generacin y demanda.

Se mantenga la frecuencia de referencia en el sistema. Se cumplan los compromisos de intercambio de energa con las reas vecinas.

Se mantenga la suficiente energa de reserva.

Para cumplir estos objetivos, el control frecuencia-potencia se organiza en tres niveles:

primario, secundario y terciario. Cada uno de los niveles opera en un margen de tiempo e

involucra un conjunto de variables provenientes de una parte ms o menos amplia del sistema

elctrico:

El control primario

Es el ms rpido, operando en un margen de tiempo de entre 2 y 20 segundos. Acta de

forma local en cada generador sncrono, atendiendo a la velocidad de giro del eje.

El control secundario.

Opera en un margen de tiempo de entre 20 segundos y 2 minutos. Acta en el mbito del rea

de control, atendiendo a la frecuencia y al intercambio de potencia con las reas vecinas.


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El control terciario.

Opera en un margen de tiempo superior a 10 minutos. Acta en el mbito de un sistema

elctrico extenso, buscando un reparto de cargas optimizando que asegure reservas de

energa.


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2.2 SUBESTACIONES ELCTRICAS AUTOMATIZADAS Y TELE OPERADAS.

Actualmente el proceso de automatizacin de las subestaciones elctricas, es un proceso

enfocado principalmente a la correcta operacin y funcionalidad de los equipos que conforman

la subestacin elctrica, como se sabe en la actualidad las subestaciones poseen equipos en

su mayora tienen una antigedad entre 10 y 20 aos, por lo que la integracin en un sistema

SCADA de estos equipos se ve obstaculizada por la antigedad de estos.

La automatizacin de Subestaciones Elctricas se encuentra siempre en constante evolucin y

el objetivo es lograr una integracin total de cada uno de los equipos y principalmente lograr la

interoperabilidad entre todos los equipos, para que de esta manera las acciones puedan serrealizadas en el menor tiempo posible y con la precisin necesaria.

Niveles de Automatizacin.

Siguiendo los modelos de los sistemas de control de Subestaciones Elctricas, desde el punto

de vista del control y automatizacin, est por lo general dividida en 4 niveles de

automatizacin, considerado el nivel 0 como el inferior y el 3 como el superior.

Fig.- 9 Niveles de la Automatizacin (Siemens, 2009).


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El primer nivel (nivel 0), es el nivel de Patio en el cual se encuentran los equipos de campo,

como lo son interruptores y seccionadores, estos equipos por lo general poseen el mando del

control en cada uno de ellos.

El control de la operacin de este nivel se puede realizar desde cada uno de los equipos odesde los circuitos de cada una de las celdas, de acuerdo a la lgica de control y

enclavamientos que posea cada circuito.

El segundo nivel (nivel 1), es el nivel de Pao - IEDs, est conformado por equipos

especializados en controlar y proteger la operacin de los equipos de campo. En este nivel se

poseen equipos con caractersticas diversas incluso con funciones de integracin de varias

IEDs en una sola.

En este nivel el control de la operacin es dada desde el propio IED o desde los tableros en

los cuales se encuentre instalado el IED, en dichos tableros se poseen pulsadores, botones y

rels auxiliares que en conjunto realizan las funciones de control, enclavamientos, regulacin,

proteccin y medicin de las seales de campo.

El tercer nivel (nivel 2), es el nivel de Subestacin, en el cual desde un Sistema SCADA HMI,

se realizan las funciones de control, supervisin y adquisicin de datos de toda la Subestacin,

en este nivel se cuenta con un desarrollo de ingeniera para la integracin de todos los IEDs en

un solo sistema SCADA HMI. En este nivel el control de la operacin se realiza desde el

Software SCADA implementado y el control y la seguridad de las maniobras a efectuarse es

resguardada bajo el control de cada uno de los operadores y supervisores del Sistema SCADA.

El cuarto nivel (nivel 3), es el nivel de Centro de ControlSCADA, en este nivel se concentra la

informacin de los Sistemas SCADA HMI implementados en el tercer nivel, en este nivel es

primordial el medio de comunicacin establecido entre el Centro de Control SCADA con los

Sistemas SCADA HMI de cada Subestacin, pues la confiabilidad del sistema ser controlada y

supervisada desde este nivel.

Este nivel es el principal y ms importante pues, si la integracin de todos los niveles inferiores

fue desarrollado correctamente, con el desarrollo de este nivel simplemente ya no sera

necesaria la utilizacin de personal supervisor en cada Subestacin, bastara contar con una


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cuadrilla especial que pueda ser utilizada ante cualquier contingencia, por todo lo dems,

desde el Centro de Control SCADA, se puede desarrollar, supervisar, controlar y adquirir la

informacin importante, todo esto de manera directa on-line.

Sistemas SCADA.

Los Sistemas SCADA son sistemas implementados para el control, supervisin y adquisicin

de data de los equipos de campo, es la implementacin de estos sistemas el punto final de la

automatizacin, pues con la ayuda de software SCADA se puede integrar cada uno de los

dispositivos (IEDs).

La principal funcionalidad de los Sistemas SCADA es brindar a los operadores una herramienta

fcil y amigable diseada sobre plataformas conocidas como Windows o Linux, desde el cualpuedan ayudar a desempear mejor las labores de los operadores y lograr almacenar la

informacin de las medidas, maniobras o incidencias de un largo periodo de tiempo.


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2.2.1 TRANSMISIN.

La red de transporte de energa elctrica es la parte del sistema de suministro elctrico

constituida por los elementos necesarios para llevar hasta los puntos de consumo y a travs de

grandes distancias la energa elctrica generada en las centrales elctricas.

Para ello, los niveles de energa elctrica producidos deben ser transformados, elevndose su

nivel de tensin. Esto se hace considerando que para un determinado nivel de potencia a

transmitir, al elevar la tensin se reduce la corriente que circular, reducindose las prdidas

por Efecto Joule.

Con este fin se emplazan subestaciones elevadoras en las cuales dicha transformacin se

efecta empleando transformadores, o bien autotransformadores. De esta manera, una red de

transmisin emplea usualmente voltajes del orden de 220 kV y superiores, denominados alta

tensin, de 400 o de 500 kV. Parte de la red de transporte de energa elctrica son las

llamadas lneas de transporte.

Fig.- 10 Esquema de la transmisin de la energaelctrica.


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Una lnea de transporte de energa elctrica o lnea de alta tensin es bsicamente el medio

fsico mediante el cual se realiza la transmisin de la energa elctrica a grandes distancias.

Est constituida tanto por el elemento conductor, usualmente cables de acero, cobre o

aluminio, como por sus elementos de soporte, las torres de alta tensin. Generalmente se dice

que los conductores "tienen vida propia" debido a que estn sujetos a tracciones causadas por

la combinacin de agentes como el viento, la temperatura del conductor, la temperatura del

viento, etc.

La capacidad de la lnea de transmisin afecta al tamao de estas estructuras principales. Por

ejemplo, la estructura de la torre vara directamente segn el voltaje requerido y la capacidad

de la lnea. Las torres pueden ser postes simples de madera para las lneas de transmisin

pequeas hasta 46 kilovoltios (kV). Se emplean estructuras de postes de madera en forma de

H, para las lneas de 69 a 231 kV. Se utilizan estructuras de acero independientes, de circuito

simple, para las lneas de 161 kV o ms. Es posible tener lneas de transmisin de hasta 1.000

kV.

Materiales utilizados en lneas de transmisin.

Existen varios materiales que son utilizados en las lneas de transmisin, esto de acuerdo a las

necesidades de la lnea. Por ejemplo el cobre duro es utilizado en las lneas areas donde se

requiere ms propiedades mecnicas de tensin ya que si se pone cobre suave la lnea

tendera a pandearse debido a la gravedad y a su propio peso. Y en lneas subterrneas se

utiliza el cobre suave, debido a que si utilizamos el cobre duro le quitara la flexibilidad, que

estas requieren para su instalacin y manejo.

Fig.- 11 Materiales utilizados para la fabricacin de laslneas de transmisin.


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Efectos sobre el uso de la tierra.

El mayor impacto de las lneas de transmisin de energa elctrica se produce en los recursos

terrestres. Se requiere un derecho de va exclusivo para la lnea de transmisin de energa

elctrica. Normalmente, no se prohbe el pastoreo o uso agrcola en los derechos de va, pero,en general, los otros usos son incompatibles.


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2.2.2 DISTRIBUCIN.

Un sistema de distribucin elctrico o planta de distribucin como comnmente es llamado, es

toda la parte del sistema elctrico de potencia comprendida entre la planta elctrica y los

apagadores del consumidor.

El problema de la distribucin es disear, construir, operar y mantener el sistema de

distribucin que proporcionar el adecuado servicio elctrico al rea de carga a considerarse,

tomando en cuenta la mejor eficiencia en operacin. Desafortunadamente, no cualquier tipo de

sistema de distribucin puede ser empleado econmicamente hablando en todas las reas por

la diferencia en densidad de carga.

Tipos de sistemas de distribucin.

Existen tres tipos de sistemas bsicos de distribucin, los cuales son:

Sistema radial

Sistema anillo

Sistema en malla o mallado

Al utilizar un sistema de distribucin este estar expuesto inevitablemente a un buen nmero de

variables tanto tcnicas como locales y ante todo una variable econmica por lo que los

sistemas de distribucin no tienen una uniformidad, es decir, que un sistema elctrico ser una

combinacin de sistemas.

Sistema radial.

Es aquel que cuenta con una trayectoria entre la fuente y la carga, proporcionando el servicio

de energa elctrica. Un sistema radial es aquel que tiene un simple camino sin regreso sobre

el cual pasa la corriente, parte desde una subestacin y se distribuye por forma de rama,

como se ve en la siguiente figura.


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Este tipo de sistema de distribucin tiene como caracterstica bsica, el que est conectado a

un slo juego de barras.

Este tipo de sistema, es el ms simple y el ms econmico debido a que es el arreglo que

utiliza menor cantidad de equipo, sin embargo, tiene varias desventajas por su forma de operar:

El mantenimiento de los interruptores se complica debido a que hay que dejar fuera

parte de la red.

Son los menos confiables ya que una falla sobre el alimentador primario principal afecta

a la carga.

Este tipo de sistemas es instalado de manera area y/o subterrnea.

Fig.- 12 Forma ms simple del sistema de distribucinradial.


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Sistemas radiales areos.

Los sistemas de distribucin radiales areos se usan generalmente en las zonas urbanas,

suburbanas y en las zonas rurales.

Los alimentadores primarios que parten de la subestacin de distribucin estn constituidos por

lneas areas sobre postes y alimentan los transformadores de distribucin, que estn tambin

montados sobre postes. En regiones rurales, donde la densidad de carga es baja, se utiliza el

sistema radial puro.

Sistemas radiales subterrneos.

Los sistemas de distribucin radiales subterrneos se usan en zonas urbanas de densidad de

carga media y alta donde circulen lneas elctricas con un importante nmero de circuitos

dando as una mayor confiabilidad que si se cablearan de manera abierta.

Los sistemas de distribucin subterrneos estn menos expuestos a fallas que los areos, pero

cuando se produce una falla es ms difcil localizarla y su reparacin lleva ms tiempo. Por esta

Fig.- 13 Diagrama unifilar de un sistema de distribucinareo.


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razn, para evitar interrupciones prolongadas y proporcionar flexibilidad a la operacin, en el

caso de los sistemas radiales subterrneos se colocan seccionadores para permitir pasar la

carga de un alimentador primario a otro.

Sistema anillo.

Es aquel que cuenta con ms de una trayectoria entre la fuente o fuentes y la carga para

proporcionar el servicio de energa elctrica. Este sistema comienza en la estacin central o

subestacin y hace un ciclo completo por el rea a abastecer y regresa al punto de donde

parti. Lo cual provoca que el rea sea abastecida de ambos extremos, permitiendo aislar

ciertas secciones en caso de alguna falla.

Fig.- 14 Diagrama unifilar de un sistema de distribucinradial subterrneo.


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Este sistema es ms utilizado para abastecer grandes masas de carga, desde pequeas

plantas industriales, medianas o grandes construcciones comerciales donde es de gran

importancia la continuidad en el servicio.

Sistema red o malla.

Una forma de subtransmision en red o en malla provee una mayor confiabilidad en el servicio

que las formas de distribucin radial o en anillo ya que se le da alimentacin al sistema desde

dos plantas y le permite a la potencia alimentar de cualquier planta de poder a cualquier

subestacin de distribucin. Este sistema es utilizado donde la energa elctrica tiene que estar

presente sin interrupciones, debido a que una falta de continuidad en un periodo de tiempo

prolongado tendra grandes consecuencias, por ejemplo: en una fundidora.

Fig.- 15 Diagrama de sistema anillo.


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2.3 CUARTO DE CONTROL Y MONITOREO.

SCADA permite la supervisin y control local de todas las operaciones relacionadas con el

control, medicin y distribucin de la energa elctrica realizadas dentro de las subestaciones.

Tambin garantiza el acceso remoto para el telemando de la subestacin desde el Despacho

Central de Cargas

Por medio de una sofisticada interfaz hombre-mquina ejecutada sobre un PC Industrial, es

posible monitorizar de forma integral eventos, alarmas, anlisis, visualizacin y control de la

informacin adquirida desde los PLCs que gobiernan cada celda tanto en corriente alterna

como en continua.

El sistema se conecta a una red de controladores lgicos programables (PLCs), y tambin a

los subsistemas de medida y proteccin (desarrollados por SICA), permitiendo la adquisicin de

datos en tiempo real desde todos los elementos de la subestacin. Estos datos son

almacenados y analizados en una base de datos o enviados directamente a la pantalla del PC

como informacin visual. La aplicacin permite la generacin de alarmas y eventos, as como

realizar funciones de mando local sobre la subestacin.

Caractersticas del SCADA.

Tradicionalmente en los Sistemas Elctricos Industriales, las funciones de proteccin se

separaban de las funciones de control y monitoreo del equipamiento industrial. Las interfaces

hombre-mquina y las bases de datos se diseaban con caractersticas diferentes a los

diseos para el control y monitoreo. En la actualidad, gracias al desarrollo en las

comunicaciones y de los softwares de desarrollo, es posible integrar todas las funciones de

control, monitoreo y proteccin en un nico sistema ms efectivo desde el punto de vista

econmico.

La arquitectura del sistema integral desarrollado por SICA posibilita, gracias a su flexibilidad,

configurar un sistema para lograr uno o varios objetivos de control, monitoreo y proteccin de

cualquier sistema elctrico industrial.


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Es fcil expandir el sistema una vez ya instalado, adicionando nuevas funcionalidades. El

objetivo bsico de nuestra arquitectura es reducir los costes, pues logra realizar de forma

centralizada, todas las tareas de control, monitoreo y proteccin del equipamiento industrial.

La arquitectura general de nuestro sistema integral consiste en un nmero de equipos (PLC,s,Analizadores de Red, Rels de Protecciones, Gestores de Medida y Protecciones), conectados

a un ordenador industrial central a travs de una red de rea local.

El ordenador central peridicamente enva mensajes digitales a los equipos, para obtener

informacin, tambin enva comandos para operar el equipamiento elctrico y variar los ajustes

en los controles automticos y las protecciones.

Los equipos conectados a la red, realizan una o varias de las siguientes funciones:

Proteccin de los circuitos elctricos y el equipamiento elctrico.

Medicin de parmetros elctricos.

Suministrar el estado on/off del equipamiento elctrico industrial.

Responder a los comandos del ordenador central, para activar salidas de contactos y

variar ajustes de parmetros.

Monitoreo del Sistema Elctrico.

Por medio del SCADA, el operador del sistema puede monitorizar el estado del mismo y por

tanto, puede estar al da con los problemas que puedan surgir y resolverlos de forma rpida.

Particularmente, esto es importante cuando el sistema elctrico industrial cuenta con

numerosos centros de carga que brindan informacin completa sobre el estado del

equipamiento elctrico, mediciones de tensin, intensidades, potencias activas-reactivas, etc.

Al ocurrir una alarma sonora o visual, el operador puede observar en la pantalla del SCADA lo

ocurrido, pues el sistema de monitoreo incluye un listado secuencial de alarmas y eventos de

todo el equipamiento, recogidos a lo largo de un perodo de tiempo. Esta informacin es de

gran ayuda a la hora de diagnosticar la causa de fallos repetitivos en el sistema elctrico.


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Uno de los beneficios claves del sistema de monitoreo es la posibilidad de prevenir la

ocurrencia de fallos. Por ejemplo, una avera en un transformador provocada por exceso de

temperatura, puede detectarse de antemano, comparando la temperatura del tanque o de los

devanados de sus fases, con la informacin histrica recopilada de la operacin del mismo bajo

las mismas condiciones de carga.

Proteccin del Sistema Elctrico Industrial.

El tipo de rel de proteccin es un elemento clave dentro de un sistema integral. En nuestro

sistema se emplean rels de proteccin multifuncionales, pues los mismos incorporan

posibilidades de medicin, comunicacin y contactos de entrada/salida extras para realizar

funciones de monitoreo y control sobre el equipamiento que protegen. Gracias a estas

posibilidades de los rels, las funciones de proteccin se incorporan dentro del sistema integral

de control, monitoreo y proteccin desarrollado por SICA.


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CONCLUSIONES.

Durante el desarrollo de este trabajo se fueron abordando temas de suma importancia sobrelas formas de control que hay en un sistema elctrico de potencia.

Desde cuando inicia, en este caso, de las plantas generadoras las cuales se mencionaron

cinco ms importantes a nivel mundial, las plantas hidroelctricas, termoelctricas, elicas,

fotovoltaicas y nucleares. Con esto se fueron desglosando subtemas, de igual forma

importantes para el desarrollo del trabajo.

De igual manera se abord el tema de SCADA, el cual nos ayuda al control y monitoreo de

nuestros sistemas.

Como punto para finalizar, este trabajo me fue de gran aporte para poder aclarar mis dudas

sobre los distintos elementos que conforman a un sistema elctrico de potencia.


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BIBLIOGRAFA.

[1]http://instalacioneselctricasresidenciales.blogspot.mx/2011/05/como-funciona-una-

central.html

[2]http://tecnologianivel2.blogspot.mx/2012/05/como-funciona-una-central.html

[3] Procedimiento de operacin P.O.-11.2 Criterios generales de proteccin en la red

gestionada, Red Elctrica de Espaa REE, disponible en

http://www.ree.es/index ope.html.
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