PROGRAMA DE LIÑAS E REDES ELÉCTRICAS I

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1 PROGRAMA DE LIÑAS E REDES ELÉCTRICAS I Datos administrativos Curso 2004/2005 Código da materia Nome da materia Liñas e Redes Eléctricas I Centro/ Titulación ETSEI / Enxeñería Industiral Curso 5º Tipo (Libre, Troncal, Obrigatoria, Optativa) Alumnos matriculados (totais) Alumnos novos Créditos aula/grupo (A) 15 Créditos laboratorio/grupo (L) 3 Créditos prácticas/grupo (P) 0 Número grupos Aula 1 Número grupos Laboratorio 2 Número grupos Prácticas 0 Anual /Cuadrimestral Departamento Área de coñecemento Obrigatoria Anual Enxeñería Eléctrica Enxeñería Eléctrica Datos do Departamento PROFESORADO DA MATERIA (segundo POD): Nome profesor/a Código Créditos Lugar e Horario de Tutorías Camilo José Carrillo ETSEI Despacho 142 González ,5 A y 6 L (coordinador) Martes e mercores de 10:00 a 13:00 ETSEI Despacho 140 Antonio Fernández Otero 765 4,5 A Luns e martes de 10:00 a 13:00 A: Aula. L:Laboratorio. P:Prácticas.

2 MÉTODO DOCENTE: A docencia de teoría e problemas desenvolverase na aula utilizando básicamente a pizarra e o proxector de transparencias. A docencia de laboratorio terá lugar no laboratorio de simulación de redes eléctricas e aulas informáticas do centro, utilizando fundamentalmente o ordenador. SISTEMA DE VALIDACIÓN: Número de probas parciais: 2 probas parciais (febreiro e maio) Tipo de Avaliacións: Avaliación da docencia de Aulas: Necesidade de aprobar as probas escritas Valorarase a participación nas clases. Avaliación da docencia de Laboratorios: Traballos complementarios de prácticas obrigatorios Valorarase a participación nas prácticas. Criterios de valoración: Criterios de valoración das probas: Especificaránse en cada proba. 2 de 10

3 TEMARIO DE CLASES DE AULA. 1. GENERALIDADES DE LAS REDES ELÉCTRICAS 1.1. Aspectos generales de las Redes Eléctricas Consideraciones generales y evolución histórica. Componentes y estructura de las redes eléctricas Representación y normalización de unidades Diagramas unifilares. Valores por unidad: aplicación a circuitos monofásicos y trifásicos. 2. CARACTERÍSTICAS TECNOLÓGICAS DE LAS LINEAS ELÉCTRICAS 2.1. Líneas aéreas Conductores: materiales, condiciones térmicas y mecánicas. Apoyos y aisladores: características, tipos, materiales Cables aislados Componentes de cables aislados. Tipos de cables. Materiales conductores y aislantes. Condiciones térmicas y mecánicas. 3. ANÁLISIS ELÉCTRICO DE LÍNEAS 3.1. Parámetros eléctricos de líneas Resistencia Variación con la temperatura. Efecto de la frecuencia Inductancia Campo magnético en líneas eléctricas. Definición de inductancia. Línea monofásica. Línea trifásica: equilibrada y desequilibrada. Líneas con conductores múltiples: conductores agrupados y líneas de varios circuitos. Efecto de la tierra: modelo de Carson. 3 de 10

4 Capacidad Campo eléctrico en líneas eléctricas. Definición de capacidad. Línea monofásica. Línea trifásica: equilibrada y desequilibrada. Líneas con conductores múltiples: conductores agrupados y líneas de varios circuitos. Efecto de la tierra: método de las imágenes Conductancia Pérdidas de aislamiento. Efecto Corona Aspectos particulares en cables aislados Corrientes y tensiones inducidas en pantallas: efecto en la resistencia e inductancia. Campo eléctrico en cables aislados. Capacidad en cables monopolares y tripolares. Pérdidas en el dieléctrico Funcionamiento en régimen estacionario Modelos monofásicos Parámetros distribuidos. Ecuaciones de la línea monofásica. Constante de propagación e impedancia característica. Ondas incidente y reflejada. La línea como cuadripolo. Circuitos equivalentes. Parámetros concentrados. Aproximaciones en líneas de corta y media longitud. Circuitos equivalentes Modelos trifásicos Ecuaciones de la línea trifásica. Línea equilibrada: circuitos en componentes simétricas. Línea desequilibrada: transformación modal Condiciones de funcionamiento en régimen estacionario Flujo de potencia en líneas. Rendimiento. Caída de tensión. Efecto Ferranti. Funcionamiento con distintos tipos de carga. Limites de estabilidad. 4 de 10

5 Regulación y compensación de líneas. Objetivos y métodos Funcionamiento en régimen transitorio Ecuaciones de una línea en régimen transitorio Resolución de las ecuaciones de onda en el caso monofásico. Planteamiento del caso trifásico. Caso de línea ideal sin pérdidas. Ondas viajeras: velocidad de propagación e impedancia característica. Reflexiones y refracciones de las ondas en puntos de discontinuidad. Efecto del tipo de carga de la línea. Interconexión de líneas. Atenuación y distorsión Métodos gráficos y numéricos Diagrama de reflexiones de Bewley. Método de Bergeron. 4. CÁLCULO DE LÍNEAS AÉREAS DE TRANSPORTE DE ENERGÍA ELÉCTRICA 4.1. Cálculo mecánico de conductores y cables de tierra Ecuación de un cable tendido entre dos puntos: catenaria. Ecuaciones aproximadas. Sobrecargas: hielo, viento. Temperatura. Ecuación de cambio de condiciones. Fenómenos vibratorios. Hipótesis de cálculo. Coeficientes de seguridad. Tablas de tendido. Vano ideal de regulación. Distancias de seguridad. Distribución de apoyos. Catenarias características Cálculo de apoyos Clases de apoyos. Cálculo de esfuerzos sobre apoyos. Gravivano y Eolovano. Hipótesis a considerar. Coeficientes de seguridad. Cálculo de cimentaciones Cálculo de aisladores 5 de 10

6 Tipos de aisladores. Cálculo eléctrico de las cadenas de aisladores. Nivel de aislamiento. Cálculo mecánico. Coeficientes de seguridad. Protección de la línea frente al rayo. 5. ANÁLISIS DE REDES ELÉCTRICAS EN RÉGIMEN ESTACIONARIO: FLUJO DE POTENCIA Modelos de los elementos de las redes eléctricas Transformador de potencia Generadores: síncrono y asíncrono Consumos eléctricos Planteamiento del problema del flujo de potencia. Importancia y objetivos. Clasificación de nudos y variables en las redes eléctricas Ecuaciones del flujo de potencia Métodos de resolución de las ecuaciones. Método de Gauss-Seidel. Método de Newton-Raphson. Método Desacoplado-Rápido. Métodos aproximados: Corriente continua. Z Nodal. Métodos específicos para redes radiales Métodos de ajuste y control. Ajuste de la solución mediante las variables de control del sistema. Control del flujo de potencia. 6. ANÁLISIS DE REDES ELÉCTRICAS EN CONDICIONES DE FALTA Introducción al análisis de cortocircuitos. Conceptos y definiciones fundamentales. Clasificación de las faltas. Transitorio en circuitos RL. 6 de 10

7 Cortocircuito en bornes de un generador síncrono. Régimen transitorio Faltas equilibradas. Modelo de los componentes de la red. Cortocircuitos trifásicos en redes. Análisis matricial. Intensidades de cortocircuito en la selección de interruptores. Normativa Faltas desequilibradas. Componentes simétricas. Modelo de la red. Redes de secuencia. Cortocircuitos desequilibrados en redes eléctricas. Tipos. Análisis matricial. Aperturas de líneas Puesta a tierra de los neutros Conceptos generales. Métodos 7. ESTABILIDAD TRANSITORIA 7.1. Estabilidad transitoria en un sistema unimáquina El problema de la estabilidad Ecuaciones eléctricas y mecánicas de la máquina síncrona. Planteamiento de la ecuación de oscilación Estabilidad en sistemas elementales: Criterio de Áreas. Tiempo crítico Integración de las ecuaciones. Métodos numéricos 7.2. Sistemas de gran dimensión Modelado de los elementos de la red Solución de sistemas de gran dimensión. Modelo clásico Factores que influyen en la estabilidad 7 de 10

8 8. SOBRETENSIONES EN LAS REDES ELÉCTRICAS 8.1. Fenómenos transitorios en los sistemas eléctricos de potencia Modelos transitorios de los elementos del sistema Técnicas de análisis del régimen transitorio. Análisis de transitorios mediante ordenador. Sobretensiones. Causas, características y clasificación Sobretensiones de origen interno Sobretensiones debidas a faltas. Sobretensiones en la eliminación de faltas. Conexión y reconexión de líneas. Maniobras con corrientes inductivas y capacitivas. Pérdida brusca de carga. Fenómeno de ferrorresonancia Sobretensiones de origen externo El fenómeno del rayo: mecanismo y características Sobretensiones por descarga directa: apantallamiento insuficiente y cebado inverso. Puesta a tierra. Sobretensiones inducidas Coordinación de aislamiento Dispositivos de protección: pararrayos. Principios de coordinación de aislamiento: Definiciones básicas. Normativa. Enfoques estadístico y determinístico. Aplicación de la coordinación de aislamiento en líneas y subestaciones. 8 de 10

9 TEMARIO DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO. 1.- Funcionamiento de las líneas eléctricas en régimen estacionario. Tiempo estimado: 4 h. 2.- Funcionamiento de las líneas eléctricas en régimen transitorio. Tiempo estimado: 4 horas. 3.- Cálculo mecánico de líneas eléctricas aéreas de alta tensión. Tiempo estimado: 6 horas. 4.- Flujos de potencia. Tiempo estimado: 4 horas. 5.- Análisis de cortocircuito. Tiempo estimado: 4 horas. 6.- Estabilidad transitoria. Tiempo estimado: 4 horas. 7.- Sobretensiones. Tiempo estimado: 4 horas. 9 de 10

10 BIBLIOGRAFÍA BÁSICA A. Gómez Expósito y otros. Análisis y Operación de Sistemas de Energía Eléctrica. McGraw-Hill, J. Grainger y W.D. Stevenson. Análisis de Sistemas de Potencia. McGraw-Hill. J. L. Tora Galván. Transporte de la Energía Eléctrica. Univ. Pontificia Comillas. Análisis de Redes Eléctricas. Lab. de Electrotecnia y Redes Eléctricas Univ. de Vigo. BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA J. Duncan y M. Sarma. Power System Analysis and Design. PWS Publ. Comp. T. Gönen. Modern Power System Analysis. Wiley-Interscience. R. Bergen. Power Systems Analysis. Prentice-Hall. O. I. Elgerd. Electric Energy Systems Theory: An Introduction. McGraw-Hill. L. M. Checa. Líneas de Transporte de Energía. Marcombo. F. Crespo. Sobretensiones en las Redes Eléctricas. ASINEL. Vigo, 23 de xullo de 2004 Asdo: Camilo José Carrillo González Antonio Fernández Otero 10 de 10