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ELC-30514
Sistemas de Potencia I
Introduccin a los
Sistemas de Potencia
Prof. Francisco M. [email protected]
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Introduccin a los Sistemas de Potencia
http://www.giaelec.org/fglongatt/SP.htm
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1. Introduccin
A partir del descubrimiento de la energa elctrica ysu osible utilizacin comercial or arte del hombre
sta ha jugado unpapel importante en el desarrollode la humanidad.
El desarrollo de grandes fuentes de energa para
ejecutar trabajos tilesha sido la clave deldilatadoprogreso industrialy parte primordial en lamejora decalidad de vidadel hombre, en la sociedad moderna.
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1. Introduccin
Pero el proceso de hacer llegar la energa elctricadesde las fuentes hasta los consumidores re uieren
de estructuras cada vez ms complejas, denominadasSistemas de Potencia;
Las cuales poseen asociadas una serie de fenmenos
encondiciones operativas normalesyanormales, queson motivo del apasionado estudio de los ingenieroselectricistas.
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1.2. Definicin de Sistema de Potencia
Establecer una definicin nica de sistema deotencia es al o di cil a ue existe ran cantidad
de autores que han establecido sus puntos de vista alrespecto de esto, por ello, para ser objetivo se
presentan los conceptos internacionalmente aceptados
por instituciones de importancia.
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1.2. Definicin de Sistema de Potencia
Una de las definiciones ms aceptadas a escalamundial es la establecida or elInstitute o Electrical
and Electronics Engineer (IEEE -Instituto deIngenieros Elctricos y Electrnicos), este define unsistema de Potencia como:
una red formada por unidades generadoras
elctricas, cargas y/o lneas de transmisin de
, u u ,elctricamente o mecnicamente a la red.
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1.2. Definicin de Sistema de Potencia
Por otra parte el diccionario de termitos elctricos yelectrnicos de la IEEE define el sistema de otencia
comolas fuentes de potencia elctrica, conductores yequipos requerido para suplir la potencia elctrica.
Red elctrica de potencia que se encarga de generar,
transmitir y distribuir la energa elctrica, hasta losconsumidores.
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1.2. Definicin de Sistema de Potencia
Estructura de un Sistema de Potencia
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1.2. Definicin de Sistema de Potencia
Ha de entenderse, entonces, un sistema elctrico deotencia como:
elctrica de potencia siendo su funcin; generar,
transmitir y distribuir, la energa elctrica hasta losusuarios, bajo ciertas condiciones y requerimientos.
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1.2. Definicin de Sistema de Potencia
Las tareas de un sistema de potencia son realizadasor cada una de lasma ores em resas ue restan el
servicio de electricidad(Electric-Utility).
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1.2. Definicin de Sistema de Potencia
A nivel mundial las empresas de suministro deelectricidad son tanto de ca ital blico como
privado.
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Lneas de Transmisin en Melbourne
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1.2. Definicin de Sistema de Potencia
En pases como EE.UU. Reino Unido, Argentina,Per entre otros las em resas conca ital rivadoson
las que se encargan de prestar el servicio elctrico ensu totalidad.
En el caso particular de Venezuela, el servicio
suministro de energa elctrica efectuado porempresas de naturaleza pblica solamente.
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1.2. Definicin de Sistema de Potencia
El Sistema Elctrico Nacional (SEN) lo conforman18 em resas elctricas blicas las ue eran
privadas, todas agrupadas en una organizacindenominada la Cmara Venezolana de la IndustriaElctrica(CAVEINEL).
CAVEINEL tiene por objetivo ejercer la
www.caveinel.org.ve
representacin institucional de sus afiliados y velarpor los intereses generales de la industria elctrica y
,colectividad
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1.2. Definicin de Sistema de Potencia
Los sistemas de potencia son estructuras complejas y extensas,y debido a mltiples factores (estratgicos, econmicos, etc.)no operan de manera aislada, sino que por el contrario, seencuentran relacionados entre s, constituyendo lo que sedenomina unSistema Interconectado Power-Pool.
Un sistema interconectado son dos o ms sistemas de potencia
que se encuentran conectados elctricamente entre s, loscua es son p an ca os y opera os e manera po er suministrar la energa de manera ms confiable y econmica asus car as consumidores, combinando, con los lanes de
expansin, mejora y mantenimiento de cada sistema, con elobjetivo de lograr crecer a la par de la carga.
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1.2. Definicin de Sistema de Potencia
Las interconexiones facilitan la coordinacin de lasactividades de lanificacin o eracin de los
sistemas de generacin y transmisin de los sistemasde potencia;
Integra los subsistemas a efectos de expandir y operar
el sistema Interconectado, y as satisfacer la demandade energa elctrica
Asegura la calidad y confiabilidad del servicio al
menor costo pos e, me ante a opt m zac n en euso de las instalaciones y de los recursos energticos.
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1.2.1. Resea Histrica
La electrificacin en Venezuelacomienza a fines delsi lo XVIII ero ue el 20 de Enero de 1912cuando
se inaugur el servicio de alumbrado pblico elctricoen Maracay.
A consecuencia de la falta de experiencia y a los
avances tecnolgicos, en 1947 es creada laCorporacin Venezolana de Fomento (CVF);encargada, a travs de su departamento de
,electrificacin integral de todo el pas.
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1.2.1. Resea Histrica
Luego de 10 aos de creada dicha corporacin, yaexistan uince 15 em resas elctricas lo cual
dificultaba la coordinacin y ejecucin del PlanNacional de Electrificacin.
Estacorporacin adquiri varias plantas, las cuales
estaban bajo la administracin de las quince (15)empresas ya existentes en el pas.
En el ao de 1951, laCorporacin Venezolana de
omen o, e a ora e pr mer an e ectr cac nNacional, adems agrup a las empresas adquiridas
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.
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1.2.1. Resea Histrica
Debido a la necesidad de unificar criterios yrocedimientos de las uince 15 em resas se crea
la Compaa Annima de Administracin yFomento Elctrico (CADAFE).
Fundada el 25 de Octubre de 1958 siendo la em resa
estadal que ha electrificado al 93% del territorionacional.
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1.2.1. Resea Histrica
En 1959 inici la prestacin del servicio de energaelctrica en ciudades zonas rurales.
Ese mismo ao CADAFE queda como la granem resa de electricidad del estado.
Encargada de conjugar y crear uniformidad en los
aspectos tcnicos y administrativos para laconformacin de planes y labores que anteriormente
era imposible realizarlas.
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1.2.1. Resea Histrica
Se crean las empresas regionales de distribucin ycomercializacin:
CADELA (Compaa Annima de la Electricidad de los Andes) ELEOCCIDENTE (Compaa Annima de la Electricidad de
ELEORIENTE (Compaa Annima de la Electricidad de Oriente)
DESURCA (Compaa Annima Desarrollo del Uribante Caparo) ompa a n n ma e a ec r c a e en ro
Posteriormente en 1998 se crea para efectos de
Elctrico de Monagas y Delta Amacuro(SEMDA).
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1.2.1. Resea Histrica
reas servidas por empresas de electricidad en 1998
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1.2.1. Resea Histrica
En el caso particular de Venezuela, el 23 de agosto de1968 se firma el rimer Contrato de Interconexin
Entre las empresas CADAFE, Electricidad de CaracasCVG EDELCA con la finalidad de contar con un
despacho y una planificacin coordinada, crendose
as la Oficina de Operacin de SistemasInterconectados(OPSIS). http://www.opsis.org.ve/
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1.2.1. Resea HistricaLa Oficina de Operacin de Sistemas Interconectados - OPSIS, es el ente responsable de dirigir y
coordinar la operacin del Sistema Elctrico Nacional - SEN. OPSIS, es una organizacin asociativa de
las empresas de electricidad que integran el Contrato de Interconexin.
La operacin coordinada del SEN est orientada a cumplir objetivos de seguridad y economa. Para el
cumplimiento de esta misin, OPSIS dispone de herramientas de estudio, supervisin y control que
facilitan, desde un despacho centralizado de carga, el desarrollo de funciones de supervisin y
coordinacin de la operacin del SEN.
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http://www.opsis.org.ve/home.html
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1.2.1. Resea Histrica
De tal modo se establece una organizacin pararegular los intercambios de energa entre los sistemasde potencia de las mencionadas empresas, siendo estola gnesis de lo que se conoce como Sistema
.
El 1 de Diciembre de 1988, se hacen extensivos los
benficos del contrato de interconexin venezolanocon la incorporacin de la empresaENELVENa lainterconexin, lo que le asigna mas solidez al SIN, y
.territorio nacional (en 1996), mayor ndice deelectrificacin de Amrica Latina.
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1.2.1. Resea Histrica
De todas las empresas elctricas Venezolanas, las dema or enver adura ue constitu en en ran
medida el Sistema Elctrico Venezolano son cuatro:Corporacin Venezolana de Guayana
(CVG) Electrificacin del Caron(EDELCA)
http://www.edelca.com.ve/
Compaa Ann ma e A m n strac n yFomento Elctrico (CADAFE)
http://www.cadafe.gov.ve/
nerg a c r ca e enezue a
(ENELVEN)http://www.enelven.com.ve/
C.A. La Electricidad de Caracas (Elecar)
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. . .
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1.2.1. Resea Histrica
El Sistema Interconectado Nacional est conformadopor los sistemas de transmisin de las empresaselctricas CADAFE, Electricidad de Caracas,ENELVEN y CVG EDELCA, que operan a niveles
extensin posee un mbito de carcter nacional.
La o eracin del S.I.N. es coordinada a travs de laOPSIS desde elDespacho Central de Carga, quien esla mxima autoridad en lo referente a este concepto y
Control y Despachos Regionalesde cada una de lasempresas que conforman el S.I.N.
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1.2.1. Resea Histrica
En laGaceta Oficial N 38.441 del da 22 de Mayode 2006 en el decreto residencial N 4.492:
Se da a conocer que las empresas ELECENTRO,ELEOCCIDENTE ELEORIENTE CADELASEMDA desaparecenpara convertirse en una sola
empresa, CADAFE.
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1.2.1. Resea Histrica
Como parte del proceso de fusin de CADAFE,dentro de la estrate ia de fortalecer su estin se
crearon nueve (9) regiones en todo el pas en labsqueda de una mayor eficiencia en su operatividad.
Dichas regiones tendrn una mayor flexibilidad
operativa, dado que se desconcentra sufuncionamiento operativo con un control mseficiente
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1.2.1. Resea Histrica
La distribucin de las nueve (9) regiones deCADAFE se uede observar en la Tabla:
Regin Estados Asociados Sede
1 Sucre Anzotegui Cuman
2 Monagas Delta Amacuro Maturn
3 Gurico Apure San Fernando
4 Aragua Miran a Maracay
5 Barinas Portuguesa Cojedes Acarigua
6 Carabobo Yaracu Valencia
7 Tchira Mrida Trujillo San Cristbal
8 Bolvar Amazonas Puerto Ordaz
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9 Falcn Coro
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1.2.1. Resea Histrica
En laGaceta Oficial N38.736 del da 31 de Juliode 2007 a travs del decreto residencial se crea la
Corporacin Elctrica Nacional
Se encargar de la realizacin de las actividades de
generacin, transmisin, distribucin ycomercializacin de potencia y energa elctrica
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1.2.1. Resea Histrica
Tiene un plazo de tres aos para fusionar a CADAFE,, , , ,
SENECA y ENAGEN, en una persona jurdica nica.
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1.2.1. Resea Histrica
En la Gaceta Oficial N 38.785 del da 8 deOctubre de 2007en la resolucin 190 del Ministerio
del Poder Popular para la Energa y Petrleo CADAFE as a convertirse en Filial de la
Corporacin Elctrica Nacional, reorganizndose el
territorio nacional para el ejercicio de la actividad dedistribucin de potencia y energa elctrica
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1.2.1. Resea Histrica
A tales efectos se crean las regiones operativas que semuestran en la Tabla:
Regin EstadosNoreste Zulia, Falcn, Lara y Yaracuy.
Norcentra Cara o o, Aragua, M ran a, Vargas y D str to Cap ta .
Oriental Anzotegui, Monagas, Sucre, Nueva Esparta y Delta Amacuro.
Central Guarico, Cojedes, Portuguesa, Barinas y Apure.Andina Mrida Tchira y Trujillo.
Sur Bolvar y Amazonas.
,por lo que hasta ese ao la empresa CADAFE se
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1.3. Estructura
Un sistema de potencia, de acuerdo con lasactividades ue realiza bsicamente consta de tres
subconjuntos bien especficos y diferenciados querealizan las labores de: GENERACIN
Generacin
TRANSMISIN
Distribucin
DISTRIBUCIN
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1.3. Estructura
Estructura General de un Sistema de Potencia
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1.3. Estructura
Las interconexiones en los sistemas de potencia sellevan a cabo en el nivel de transmisin Tie-Line
esto encuentra su justificacin en la posibilidad depoder intercambiar fcilmente grandes bloquesenergticos.
-
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1.3. Estructura
Dentro de los sistemas de potencia debido a suestructura es comn distin uir cuatro niveles
funcionales u operativos de voltaje: generacin,transmisin, subtransmisin y distribucin.
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1.3. Estructura
El sistema de potencia esta constituido por muchoselementos cada uno de ellos cum le con funciones
especficas, de manera que en operacin conjuntagaranticen un flujo confiable y econmico deelectricidad.
Inter-Tie
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1.4. Subsistemas de SP
Los elementos bsicos que constituyen un sistema deotencia se ueden a ru ar en tres randes ru os de
acuerdo a la funcin que desempean: Sistema de Generacin. Sistema de Distribucin.
Sistema de Subtransmisin.
GENERACIN
TRANSMISIN rga
FlujodeEn
SUBTRANSMISIN
DISTRIBUCIN Primaria
Secundaria
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1.4.1. Sistema de Generacin
El sistema de generacin es la parte bsica delsistema de otencia esta se encar a de entre ar la
energa elctrica al sistema, esto a partir de latransformacin de distintos tipos de energa primaria.
El conjunto de unidades generadoras reciben el
nombre decentrales o plantas de generacin, siendosu tarea tomar una fuente primaria de energa yconvertirla en energa elctrica.
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1.4.1. Sistema de Generacin
El tipo de central de generacin y su ubicacinde ende de las condiciones fsicas de la fuente
primaria de utilizacin. La seleccin del ti o de central de eneracinelctrica se realiza por criterios tcnicos y
econmicos, siendo estos ltimos lo de mayorimportancia.
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1.4.1. Sistema de Generacin
Segn el tipo de servicio que hayan de prestar las centrales elctricas estas sepueden clasificar:Central de base o centrales principales:Destinadas a suministrar la
mayor parte e a energ a en orma cont nua; son e gran potenc a y
utilizan generalmente como mquinas motrices las turbinas hidrulicasde gas o de vapor. Centrales de Punta: Exclusivamente ro ectadas ara cubrir las
demandas de energa elctrica en las horas puntas, en dichas horas seponen en funcionamiento y trabajan en paralelo con la central principal.
Centrales de Reserva:Tienen por objeto sustituir total o parcialmente
de algn elemento del sistema elctrico.Centrales de Socorro o Emergencia: Tiene igual cometido que las
centrales de reserva, pero las instalaciones del conjunto de aparatos y
necesarios sus servicios; adems son de pequea potencia. Centrales de acumulacin o de bombeo:Son siempre hidroelctricas.
Se aprovecha el sobrante de potencia de una central hidroelctrica en
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as oras e a a eman a, para e evar e agua e un r o me antebombas centrifugas accionadas por los alternadores de la central.
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1.4.1. Sistema de Generacin
Existe una gran diversidad de mtodos para generarenerga elctrica, de acuerdo a la forma de energa
primaria a transformar se pueden distinguir los tipossiguientes: Generacin Hidrulica
Generacin Nuclear Generacin Maremotrices Generacin Solar enerac n eo rm ca Generacin Elica Generacin Ma neto Hidrodinmica MHD
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Generacin por Biomasas
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1.4.2. Transmisin
La ubicacin de las grandes centrales de generacinelctrica obli an a trans ortar randes blo ues
energticos generados a travs de grandes distancias,de manera que lleguen a los centros de consumo.
Los grandes recurso hidrulicas en Venezuela se
ubican en la regin de Guayana, mientras que lascentrales trmicas se encuentran en la zona central, demanera que para unir todas estas fuentes de
,se emplean las redes de transmisin de potencia
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1.4.2. Transmisin
En Venezuela las reas (compaas elctricas) queconforman el Sistema Interconectado Nacional
(S.I.N) se encuentran unidas atreves de un Sistema deTransmisin que alcanza los niveles de tensin de230, 400 y 765 kV.
Cada uno de estos sistemas recibe el nombre de RedTroncal de Transmisin, presentando longitudesapreciables como el enlace Guayana - Centro que
.
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1.4.2. Transmisin
Longitud de las Lneas de Transmisin y la Red Troncal de Transmisin
por nivel de Voltaje en Venezuela (2005)
(kV)
R.T.T.
(Km.)
(Km.)
115 306 10.401
230 3.940 5.606
400 3.906 4.190
. .
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1.4.2. Transmisin
La misin de esta parte del sistema de potencia estransportar las grandes bloques de energa desde loscentros de generacin a todos los puntos del sistema,adems de interconectar las diferentes centrales y/o
.transmisin son los elementos ms extensos del
sistema de potencia, y poseen un gran nmero deventajas: Permite producir energa en forma ms econmica.
rodante
Las lneas de transmisin permiten mejorar la
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con a a e s stema.
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1.4.2. Transmisin
Cuando se duplica el voltaje de una lnea detransmisin se cuadri lica la otencia or ello cada
vez las tensiones de operacin son mayores. Por e em lo si se uisiera transmitir una otencia de2000 MWatt a 400 Km. de distancia, se necesitaran
aproximadamente 45 lneas de 115 kV, 15 lneas de230 kV,; 4 lneas de 380 kV; 2 lneas de 500 kV 1lnea de 700 kV, pero se debe recordar que el nmero
transportar energa elctrica.
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Si d Di ib i
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1.4.3. Sistema de Distribucin
El proceso de produccin de energa elctrica secompone de tres etapas sucesivas: generacin,transmisin y distribucin.
De estas tres fases, la distribucin de energa elctricacompren e as cn cas y s s emas emp ea os para aconduccin de la energa hasta los usuarios dentro del
rea de consumo. La energa elctrica es transmitida frecuentemente en
bloques de magnitud considerable y en altas tensiones
es e e punto e generac n asta e rea on e sepretende distribuirla, de ah que sea necesario ejecutar
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niveles de utilizacin.
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1.4.3. Sistema de Distribucin
El sistema de distribucin es el ltimo elemento delsistema de otencia antes de lle ar a los
consumidores. Esta parte del sistema de potencia estacompuesto de lneas y dispositivos para distribuir laenerga elctrica hasta los usuarios.
Estos pasos de transformacin dan lugar a lasdiferentes etapas del sistema de distribucin.
Dentro del sistema de distribucin se distinguen dos
gran es n ve es en erenc a os:Sistema de Distribucin Primaria.
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SISTEMAS DE POTENCIA IIntroduccin a los Sistemas de Potencia
s ema e s r uc n ecun ar o.
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1.4.3.1 Sist. Distrib. Primaria
El sistema de distribucin primario comienza a lasalida de las subestaciones de distribucin de este
punto los circuitos subtransmisin alimentan a lostransformadores de distribucin.
Las subestaciones de distribucin transforman este
voltaje al de los denominados alimentadoresprimarios, el voltaje de los circuitos generalmente seencuentra entre 2.4 y 13.8 kV.
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1.4.3.1 Sist. Distrib. Primaria
La distribucin primaria trabaja con niveles detensin otencia moderados.
En Venezuela los niveles de tensin suelen ser:
Niveles Normalizados para Circuitos Primarios
de Distribucin Primario en Venezuela
CADAFE y sus filiales 6.9 y 13.8
C.A. La Electricidad de 4.8, 8.3 y 12.47aracas
Empresas Petroleras 2.4, 4.16 y 6.9
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1.4.3.1 Sist. Distrib. Primaria
En este nivel pueden ser alimentados ciertosconsumidores es eciales como industrias otros. Los
circuitos de distribucin primario se caracterizanporque estn conectados a un solo punto osubestacin de distribucin, (Sistemas Radiales), y esmuy poco visto solo en casos especiales la conexin am s e una su es ac n s ema en n o p e .
Los niveles de potencia manejados en este sistema, , .
capacidad de transporte no supera los 5 MVA.
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1 4 3 1 Sist Distrib Primaria
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1.4.3.1 Sist. Distrib. Primaria
Estructura Fsica de un Sistema de Distribucin Tpico
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1 4 3 2 Sist Distrib Secundaria
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1.4.3.2 Sist. Distrib. Secundaria
Los transformadores de distribucin reducen elvoltaje primario al voltaje secundario o de utilizacin,la energa se distribuye, por ltimo a travs de los
circuitos secundarios de distribucin hasta las.
Esta parte del sistema corresponde a los menores
niveles de otencia tensin estando ms cerca delconsumidor promedio. En Venezuela es comn que las empresas elctricas
sum n stren potenc a en cuatro n ve es e vo ta ebsicos y sus combinaciones: 120/240V (1,2),
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1 4 3 2 Sist Distrib Secundaria
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1.4.3.2 Sist. Distrib. Secundaria
De acuerdo a su configuracin los sistemas dedistribucin ueden ser:
Radial: Muy econmico y utilizado en sitios ruralesde ba a car a.
Lazo o Anillo:Se usa en cargas medias, con mediana
confiabilidad. Netwotks secundario: Especialmente utiliza para
grandes cargas, requiere mayor inversin y es caro.
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1 4 4 Sistema de Subtransmision
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1.4.4. Sistema de Subtransmision
El sistema de sub-transmisin posee caractersticasmu similares del sistema de distribucin eromanejan mayor potencia (5 - 50MVA) y sediferencian en que alimentan a un cierto nmero desubestaciones de distribucin, los niveles de voltajeutilizados en Venezuela suelen ser: 69 kV, 34.5 kV, y
. El sistema de sub-transmisin se diferencia al de
,interconexiones entre sistemas de potencias o
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