Uso de CA en la generación, transmisión y distribución de energía eléctrica

Planta generadora

13.2 - 20 kV

115 - 400 kV

13.8 kV13.8 kV

220 - 440 VUsuarios industriales

Usuarios comerciales e industriales

Sistema de Transmisión

Sistema de distribución

Distributionsubstation

69 kV

Eficiencia=95%

Eficiencia=90%

ab c

n van vbn vcnv(V)

t(s)

120o 120o

Sistema trifásico Balanceado

van, vbn y vcn tienen un desfasamientode 120 grados entre sí

Sistema de distribución

Los sistemas trifásicos se utilizan para la generación,transmisión y utilización de energía eléctrica

↑↓ 11 IV

Transformador Elevador RIP2

α

↓↑ 22 IV

↓↑ 11 IV

Transformador Reductor

↑↓ 22 IV

Generador

Sistemade Transmisión

Sist. DistribuciónUsuario Final

Con corriente alterna es posible cambiar los niveles de voltaje para transmitir grandes cantidades de energía demanera eficiente

Disminución de corriente: Reducción de pérdidas

ωt0

100

50

0

-50

-100

φφ

T(period)

T/4

T/2

v(t)=Vm sen(ωt-φ)

Parámetros de una señal senoidal

Vm: Amplitudω: frec. angular.φ: Ángulo de Fase

Tπω 2=

Φ >0 Adelanto (corrimiento hacia la izquierda)Φ <0 Atraso (corrimiento hacia la derecha)

t 420-2-4

100

50

0

-50

-100

v1(t)=100 sen(t) V

v1 v2v3

v2(t)=100 sen(t - 45) V v3(t)=100 sen(t + 45) V

Desfasamiento en señales senoidales

v(V)

t(s)45o

45o

v1(t)=Vm1 sen(ωt + α) ; v2(t) = Vm2 sen (ωt + β)

v1 adelanta a v2 por (α - β)

Relación voltaje-corriente en elementos pasivos

R

L

C

v t R i t( ) ( )=

v t Ldi t

dt( )

( )=

v tC

i t dt( ) ( )= ∫1 V I=1

j Cω

V I= j Lω

V I= R Z = R

Z = j Lω

Z =1

j Cω

Time domain frequency domain Impedance

ZN

.

Z

Z Z Z

eq

N

=+ +

11 1 1

1 2

L

Element Admitance

Y =1

R

Y =1

j Lω

Y = j Cω

Y Y Y Yeq N= + +1 2 L

Z1 Z2

Zeq

Z Z Z Zeq N= + +1 2 L

Z1 Z2 ZNLZeq

ZN

Desfasamiento entre corriente y voltaje en elementos pasivos

+

v(t)

-

i(t)

R

+

v(t)

-

i(t)

L

+

v(t)

-

i(t)

C

v(t), i(t)

v(t), i(t)

v(t), i(t)

t

t

t

Corriente y voltaje en fase

Corriente atrasa a elvoltaje por 90 grados

Corriente adelanta a elvoltaje por 90 grados

)90cos(cos +=⇒= tCVmitVmv ωωω

)90cos(cos −=⇒= tL

VmitVmv ω

ωω

)cos(cos tR

VmitVmv ωω =⇒=

v

v

v

dt

diLv =

dt

dvCi =

Riv =

I1

( )θ θv i−V

P1

Q1I

I

fp (-)

VI

2I P=I

V

fp = 1

IP

3I PI

Q3I

fp (+)

V

I3

PI

)(θ θv i−-

Q3I

-200

0

200

0 90 180 270 360

-200

0

200

0 90 180 270 360-200

0

200

0 90 180 270 360

(a) (c)(b)

Corrección de factor de potencia (Efecto en la corriente)

+v(t)

-

v

“How Power Grid works”http://www.howstuffworks.com/category-power.htm

William Hayt, Jack KemmerlyEngineering Circuit AnalysisMc. Graw Hill

Referencias