Este documento presenta un curso de capacitación sobre conceptos básicos de análisis de sistemas eléctricos de potencia (SEP). El curso incluye información sobre la estructura típica de los SEP, conceptos como potencia activa, reactiva y aparente en sistemas monofásicos y trifásicos, análisis de flujo de potencia, y el uso del sistema de unidades para modelar SEP. El documento también menciona el software ETAP y sus capacidades para realizar diferentes tipos de análisis de SEP.

1. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
1
Conceptos Básicos de
Análisis de SEP
ETAP®11.0

2. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
2
Diego Moitre, M. Sc.
Ingeniero Mecánico Electricista
Matricula Profesional Nº 10.333 - CIEC
Senior Member, PES – IEEE
RAIEN ARGENTINA S.A. Congreso 2171 – 6º Piso
Código Postal: C1428 BVE
Ciudad Autónoma de Buenos Aires, ARGENTINA
Fijo: (54) 11 4701-9316
Móvil: (54) 358-156000104
dmoitre@raien.com.ar
dmoitre@gmail.com

3. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
3
Temario
Estructura de los Sistemas Eléctricos de Potencia (SEP)
Conceptos Básicos de Análisis de SEP
Bibliografía
A. R. Bergen & V. Vittal Power Systems Analysis. Second Edition. Prentice -Hall, 2000.
O. I. Elgerd. Electric Energy Systems Theory. Second Edition. McGraw-Hill, 1983.
G. L. Kusic. Computer-Aided Power Systems Analysis. Second Edition. CRC Press,
2008.
J. J. Grainger & W. D. Stevenson Power Systems Analysis. McGraw-Hill, 1994.
C. A. Gross Power Systems Analysis. Second Edition. John Wiley& Sons, 1986.
IEEE Brown Book (IEEE Std 399TM – 1997: Recommended Practice for Industrial and
Commercial Power Systems Analysis )

4. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
4
Estructura de los SEP
Generación de E.E.
Centrales
•Generador & motor primario
•Transformadores de bloque
Transmisión de E.E.
Líneas de transmisión en Alta Tensión
Subestaciones de maniobra
•Interruptores
•Transformadores

5. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
5
Estructura de los SEP
Distribución de E.E.
Subestaciones de distribución
Transformadores de rebaje
Alimentadores de distribución en
Media Tensión
Transformadores de distribución
Demanda
Industrial
Comercial
Residencial

6. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
6
Estructura de los SEP
Generación
11 KV ~ 30 KV
Transmisión
220 KV, 330 KV, 500 KV
Subtransmisión
66 KV, 132 KV
Distribución Primaria
6,6 KV, 13,2 KV, 33 KV
Distribución Secundaria
220 V, 380 V

7. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
7
Estructura de los SEP
Protección del equipamiento
Transformadores de medición
Interruptores
Reconectadores y Seccionalizadores
Fusibles
Descargadores de sobre tensión
Relevadores
Control y Monitoreo del Sistema
Control asistido por computadora
SCADA (Supervisory Control And
Data Acquisition)

8. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
8
Estructura de los SEP

9. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
9
Análisis asistido por Computadora
Planificación de la expansión
Programación de la operación
Operación en tiempo real

10. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
10
Análisis asistido por Computadora
Análisis de Flujo de Potencia equilibrado
Análisis de Flujo de Potencia desequilibrado
Análisis de Corto Circuito
Análisis de Estabilidad Transitoria
Análisis de Flujo de Potencia Optimo
Análisis de Coordinación de Protecciones
Análisis de Aceleración de Motores
Análisis de Armónicos
Análisis de Confiabilidad
Análisis de Sistemas de puesta a tierra

11. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
11
Análisis asistido por Computadora
ETAP PS es un programa de análisis de
SEP gráfico-interactivo bajo los sistemas
operativos Microsoft® Windows® XP, 2003
y Vista.
Módulos de simulación en modo off-line
desarrollados a nivel del estado del arte en
análisis de SEP.
Adquisición de datos de operación para
monitoreo avanzado y simulación en
tiempo real.

12. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
12
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
Sistemas monofásicos de CA
Valor Eficaz
(RMS)
I = II =

13. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
13
Conceptos Básicos de Análisis
de SEP
Sistemas monofásicos de CA

14. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
14
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
Potencia activa
Potencia activa
Factor de Potencia

15. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
15
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
Potencia aparente
Potencia aparente

16. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
16
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
Potencia reactiva
Potencia reactiva

17. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
17
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
Potencia compleja

18. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
18
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
Potencia compleja
Un inductor consume
potencia reactiva
Un capacitor genera
potencia reactiva

19. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
19
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
Sistemas monofásicos de CA

20. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
20
Conceptos Básicos de Análisis
de SEP
Potencia compleja
 
 
 
 
 























2
22
2
22
2
22
2*
2
2
2
2***
2*
*
V
XR
X
Q
V
XR
R
P
V
XR
jXR
VYjQPS
IXQ
IRP
IjXRjQPS
VYYVVSYVI
IZZIISZIV
VIS

21. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
21
Conceptos Básicos de Análisis
de SEP
   
   
   


240tcosV2tv
120tcosV2tv
tcosV2tv
c
b
a
Sistema trifásico (equilibrado) de CA
Tensiones (fase-neutro) equilibradas
   
   
   


240tcosI2ti
120tcosI2ti
tcosI2ti
c
b
a Cargas balanceadas
corrientes equilibradas

22. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
22
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
Sistema trifásico (equilibrado) de CA

23. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
23
Conceptos Básicos de Análisis
de SEP
Sistema trifásico (equilibrado) de CA
             
 
 
IV3IV3S
senIV3Q3senIV3Q
cosIV3tpV3V
P3cosIV3tp
titvtitvtitvtp
L3
L3
L3L
3
ccbbaa3











24. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
24
Conceptos Básicos de Análisis
de SEP


















2
2
nTransmisio
deMatriz
1
1
I
V
DC
BA
I
V

Matriz de Transmisión (redes de dos puertos lineales invariantes en el tiempo)
 

















3
3
T
21
2
2
1
1
1
I
V
TT
I
V
T
I
V
I2
V2
I1
V1
+ +
--
I3
V3
I1
V1
+ +
--
I2
V2
+
-

25. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
25
Conceptos Básicos de Análisis
de SEP
Sistema por Unidad
b
2
b
b
b
b
b
S
V
Z
V
S
I


Vb para cada nivel de tensión del SEP
Sb para todo el SEP

26. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
26
Conceptos Básicos de Análisis
de SEP
Sistema por Unidad (Sistemas monofásicos)

27. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
27
Conceptos Básicos de Análisis
de SEP
Sistema por Unidad (Sistemas trifásicos)

28. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
28
Conceptos Básicos de Análisis
de SEP
Sistema por Unidad (Sistemas trifásicos)

29. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
29
Conceptos Básicos de Análisis
de SEP
Sistema por Unidad
   
1base
2base
2
2base
1base
1base2base
S
S
V
V
pupu 





 ZZ
Cambiando la base

30. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
30
Conceptos Básicos de Análisis
de SEP
Flujo de Potencia

31. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
31
Conceptos Básicos de Análisis
de SEP
Flujo de Potencia
La potencia activa y reactiva en el extremo transmisor:

32. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
32
Conceptos Básicos de Análisis
de SEP
Flujo de Potencia
Las líneas de transmisión tienen una resistencia pequeña comparada con su
reactancia. Si suponemos R=0, resulta:
Para SEP donde R/X es pequeña, son validas las observaciones siguientes:
 Pequeñas variaciones en los ángulos de las tensiones de barras tienen
efectos significativos sobre el flujo de potencia activa
 Pequeñas variaciones en los módulos de las tensiones de barras no tienen
efectos apreciables sobre el flujo de potencia activa

33. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
33
Conceptos Básicos de Análisis
de SEP
Flujo de Potencia
 Suponiendo que R=0, la máxima transmisión de potencia teórica (limite de
estabilidad estático o de régimen permanente) ocurre cuando la diferencia
angular es de 90°, y asume el valor:
 Para mantener la estabilidad el sistema se opera con ángulos pequeños
El flujo de potencia reactiva es determinado por la diferencia de los módulos
de las tensiones de barras

34. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
34
Conceptos Básicos de Análisis
de SEP
La característica básica de la Transformación de Componentes Simétricas*
(TCS) consiste en expresar los fasores que representan magnitudes
(corrientes y tensiones) desequilibradas de cada fase por medio de un
conjunto de componentes que poseen ciertas características de simetría.
* Fortescue, C. L. Method of
Symmetrical Coordinates Applied to the
Solution of Polyphase Networks. Trans.
AIEE 37: 1027-1140,1918.

35. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
35
Conceptos Básicos de Análisis
de SEP
Por ejemplo, si Ia, Ib, Ic son las tres corrientes de fase desequilibradas en
algún punto de la red:
0cccc
0bbbb
0aaaa
IIII
IIII
IIII







36. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
36
Conceptos Básicos de Análisis
de SEP
Observemos que queremos representar tres fasores mediante nueve
componentes; para que la solución sea única debemos fijar seis
restricciones adicionales sobre las nueve componentes.
Fijamos las siguientes:
0c0b0a
120j
ac
120j
ac
120j
ab
120j
ab
III
eIIeII
eIIeII












37. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
37
Conceptos Básicos de Análisis
de SEP
Ib+ Ia+
Ic+
ω=2πf
Componentes de secuencia
positiva (o directa)
120°
120°
Ic+ Ia+
Ib+
ω=2πf
Componentes de secuencia
negativa (o inversa)
120°
120°
Ic0
Ib0
Ia0
ω=2πf
Componentes de
secuencia cero (u
homopolar)

38. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
38
Conceptos Básicos de Análisis
de SEP
   
2
3
j
2
1
120senj120cose 120j
 
Definiendo
resulta:
0aa
2
ac
0aaa
2
b
0aaaa
IIII
IIII
IIII







39. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
39
Conceptos Básicos de Análisis
de SEP

40. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
40
Conceptos Básicos de Análisis
de SEP

41. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
41
Transformación de Componentes
Simétricas (TCS)
 
-0abc 



































ITI
0abc I
0a
a
a
T
2
2
I
c
b
a
I
I
I
1
1
111
I
I
I
  
 
abc
I
c
b
a
2
2
I
0a
a
a
abc0
I
I
I
111
1
1
3
1
I
I
I
ITI 1-
T 1-





































-0
  

42. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
42
Transformación de Componentes
Simétricas (TCS)

-0VTV 



































abc
I
0a
a
a
T
2
2
V
c
b
a
0abc
V
V
V
1
1
111
V
V
V
  

abc
V
c
b
a
2
2
V
0a
a
a
abc0
V
V
V
111
1
1
3
1
V
V
V
VTV 1-
-0
T 1-





































  

43. Curso de Capacitacion
ETAP
Conceptos Básicos de Análisis de
SEP
43
Propiedades de la TCS
*t
IV abcabc
*
cc
*
bb
*
aa3 IVIVIVQjPS
    *
-0
Id3
*tt
-0-0
t
-0 ITTVITVT   
*
3S
 Efecto de la TCS en la formula de potencia compleja
*
00
**
-0
t
-03 I3VI3VI3V3S  
*
IV