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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA

DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR

PROGRAMA SINTÉTICO

CARRERA: Ingeniería Eléctrica ASIGNATURA: Análisis de Sistemas Eléctricos de Potencia I SEMESTRE: Octavo OBJETIVO GENERAL: El alumno calculará los parámetros de la línea de transmisión, analizará las líneas de transmisión en alta tensión en estado permanente equilibrado. Representará los sistemas eléctricos por unidad y los modelos matriciales Ybus y Zbus en una red de potencia eléctrica. CONTENIDO SINTÉTICO: I. Introducción II. Cálculo de los Parámetros de la Línea de Transmisión. III. Ecuaciones de Voltaje y Corriente de las Líneas de Transmisión. IV. Capacidad de Transmisión de Potencia en Líneas Aéreas. V. Representación de los Sistemas Eléctricos por Unidad. VI. Modelado de Redes Eléctricas. METODOLOGÍA: Elaboración por parte del alumno de una metodología para calcular los parámetros eléctricos más representativos de una línea de transmisión a partir de sus modelos eléctricos. Realización de programas computacionales para determinar los valores por unidad y el armado de la matriz Ybus y Zbus de las redes eléctricas. Consulta bibliográfica, exposición y discusión de temas consultados. EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: Tres exámenes parciales, los cuales serán evaluados de 0 a 80% de la evaluación total, también se tomarán en cuenta los trabajos y tareas asignadas que no deberá exceder el 20% de las calificaciones parciales. Para la evaluación del curso deberá aprobar tanto la parte teórica como la parte práctica (laboratorio). La calificación mínima aprobatoria es de 6.0. BIBLIOGRAFÍA: “Electrical Transmission and Distribution Reference Book”, Westinghouse, EUA 1982. todo el contenido Landa Viqueira J., “Redes Eléctricas en Régimen Permanente Equilibrado”, Tomo 1, (3º Edición), Ediciones Alfaomega, ISBN 968-6062-83-1, México, 1993. todo el contenido. Glenn W. Stagg and Ahmed H. El-Abaid, “Computer Methods in Power System Analysis”, Mc. Graw Hill, Kogakusha Ltd, 1968. Todo el contenido. Stevenson William D., Grainger J. J., “Análisis de Sistemas de Potencia”, 2º Edición, Editorial McGraw-Hill, México, 1998. todo el contenido.



ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica - Zacatenco CARRERA: Ingeniero Electricista OPCIÓN: Sistemas Eléctricos COORDINACIÓN: Academia de Potencia DEPARTAMENTO: Académico de Ingeniería Eléctrica

ASIGNATURA: Análisis de Sistemas Eléctricos de Potencia I SEMESTRE: Octavo CLAVE: CRÉDITOS: 9.0 VIGENTE: 2006 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-Práctica MODALIDAD: Escolarizada

TIEMPOS ASIGNADOS Horas/Semana/Teoría: 3.0 Horas. Horas/Semana/Práctica: 3.0 Horas. Horas/Semestre/Teoría: 54 Horas. Horas/Semestre/Práctica: 54 Horas. Horas/Totales: 108 Horas.

PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO POR: Academia de Potencia REVISADO POR: Departamento Académico de Ingeniería Eléctrica. APROBADO POR: Consejo Técnico Consultivo EscolarM. en C. Jesús Reyes García

AUTORIZADO POR: La Comisión de Planes y Programas de Estudio del Consejo General Consultivo del IPN.



ASIGNATURA: Análisis de Sistemas Eléctricos de Potencia I CLAVE: HOJA: 2 DE 11

FUNDAMENTACION DE LA ASIGNATURA

Esta asignatura es indispensable en la formación del alumno de la carrera de Ingeniería Eléctrica con la opción de Sistemas Eléctricos, pues su contenido estudia la transmisión de la energía eléctrica, desde la generación hasta los centros de consumo, a través de líneas de transmisión en alta tensión, en estado permanente equilibrado. También debe comprender el modelado de las redes eléctricas armando las matrices de Zbus y Ybus. Las asignaturas antecedentes son: Análisis de Circuitos Eléctricos III, Líneas y Redes de Distribución y los consecuentes son: Protección de Sistemas Eléctricos II, Análisis de Sistemas Eléctricos II y Puesta en Servicio e Ingeniería de Mantenimiento.

OBJETIVO DE LA ASIGNATURA El alumno calculará los parámetros de la línea de transmisión, analizará las líneas de transmisión en alta tensión en estado permanente equilibrado. Representará los sistemas eléctricos por unidad y los modelos matriciales Ybus y Zbus en una red de potencia eléctrica.




No. UNIDAD I NOMBRE: Introducción

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno explicará el desarrollo histórico de las líneas de transmisión, redes de energía eléctrica, la problemática actual, a nivel nacional e internacional. Explicará la representación de los sistemas eléctricos por unidad para el estudio de redes eléctricas y la evolución del modelado de redes eléctricas.

HORAS No.

TEMA T E M A S

T P EC

CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4

Introducción Desarrollo histórico de las líneas de transmisión. Problemática actual respecto a líneas de transmisión. Objetivo de la representación de sistemas eléctricos en por unidad. Evolución y estado actual del modelado de redes eléctricas.

Subtotal

4.0

4.0

6.0

9.0

15.0

4.0

4.0

1B, 2B, 3B y 4B

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Integración de equipos de trabajo para la búsqueda documental sobre el desarrollo de las líneas de transmisión. Descripción teórica por parte de los alumnos de las líneas de transmisión para conocer su estado y problemática actual. Ejemplos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por los alumnos. Realización de prácticas. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Ejercicios realizados en clase y extra clase, participación en actividades individuales y de equipo en la solución de problemas prácticos realización del 1 er examen parcial 60% de los temas 1 al 2.3.6, trabajos y ejercicios realizados 20%, y prácticas de laboratorio 20 % .




No. UNIDAD II NOMBRE: Cálculo de los Parámetros de la Línea de Transmisión

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD

El alumno calculará los parámetros de la línea de transmisión que son: resistencia, inductancia, y capacitancia y determinará la impedancia en serie de la línea y la admitancia en derivación.

HORAS No.

TEMA T E M A S

T P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA

2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.1.6 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.2.6 2.2.7 2.2.8 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.3.6

Resistencia de conductores en líneas de transmisión. Resistencia de los conductores a la corriente directa. Variación de la resistencia con la temperatura. Resistencia de los conductores a la corriente alterna. Características eléctricas del cobre, aluminio y acero. Características de los conductores. Ejemplos. Inductancia de líneas de transmisión. Inductancia de un conductor aislado debido a eslabonamiento de flujo interno y externo. Inductancia de una línea monofásica. Enlaces de flujo de un conductor en un grupo. Inductancia de líneas de conductores compuestos. Inductancia de líneas trifásicas con disposición simétrica y asimétrica. Inductancia de líneas trifásicas de varios conductores por fase. Inductancia de líneas trifásicas de circuitos paralelos. Ejemplos Capacitancia de las líneas de transmisión. Diferencia de potencial entre dos puntos debida a una carga. Capacitancia de una línea monofásica. Capacitancia de líneas trifásicas con disposición simétrica y asimétrica. Efecto del suelo en la capacitancia de las líneas áreas. Capacitancia de líneas trifásicas de varios conductores por fase. Capacitancia de líneas trifásicas de circuitos paralelos.

Subtotal

4.0

6.0

4.5

14.5

9.0

6.0

15.0

0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5

0.5

0.5 0.5 1.0 0.5

0.5

1.0 1.5

0.5

0.5 1.0

0.5 0.5

0.5

13.5

1B, 2B, 3B y 4C

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Consulta bibliográfica sobre los parámetros de las líneas de transmisión, por parte del alumno.Exposición teórica por parte de los alumnos, con apoyo del pizarrón o equipo audiovisual. Definir los parámetros de las líneas de transmisión para el posterior cálculo de la resistencia, inductancia y capacitancia de estas. Ejemplos prácticos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por los alumnos. Realización de prácticas. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Ejercicios realizados en clase y extra clase, participación en actividades individuales y de equipo en la solución de problemas prácticos realización del 1 er examen parcial 60% de los temas 1 al 2.3.6, trabajos y ejercicios realizados 20%, y prácticas de laboratorio 20 % .




No. UNIDAD III NOMBRE: Ecuaciones de Voltaje y Corriente de las Líneas de Transmisión.

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno aplicará las ecuaciones de voltaje y corriente para líneas de transmisión corta, mediana y larga a partir de sus modelos eléctricos. Calculará la regulación de voltaje, sus constantes generalizadas y determinará las pérdidas activas y reactivas.

HORAS

No. TEMA

T E M A S

T P EC

CLAVE BIBLIOGRÁFICA

3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.2 3.3 3.4

Ecuaciones de voltaje y corriente en líneas de transmisión a partir de su modelo eléctrico equivalente. Ecuaciones de voltaje y corriente en líneas cortas. Ecuaciones de voltaje y corriente en líneas medianas. Ecuaciones de voltaje y corriente en líneas largas. Circuito equivalente π de una línea larga. Definición de constantes generalizadas. Ecuaciones de voltaje y corriente en función de las constantes generalizadas. .

Subtotal

4.0

1.0

1.0

1.5

7.5

6.0

6.0

12.0

7.5

7.5

1B, 2B, 3B , 4B Y 1C

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Consultas bibliográficas sobre las ecuaciones de voltaje y corriente de las líneas de transmisión. Emplear las ecuaciones de voltaje y corriente en líneas cortas, medianas y largas trazando su circuito equivalente. Realización de ejercicios y tareas extra clase. Exposición teórica por parte de los alumnos con apoyo del pizarrón o equipo audiovisual. Resolución de ejemplos prácticos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por los alumnos. Realización de prácticas. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Ejercicios realizados en clase y extra clase, participación en actividades individuales y de equipo en la solución de problemas prácticos realización del 2 do examen parcial 60% de los temas 3.1 al 4.1.5, trabajos y ejercicios realizados 20%, y prácticas de laboratorio 20 % .




No. UNIDAD IV NOMBRE: Capacidad de Transmisión de Potencia en Líneas Aéreas

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno planteará las ecuaciones de potencia transmitida activa y reactiva para líneas de transmisión. Trazará las curvas de capacidad de transmisión para potencia activa y reactiva por unidad de SIL (Surge Impedance Loading), en función de la longitud de la línea para obtener la capacidad de transmisión de potencia en líneas de transmisión. Explicará los efectos que tiene la línea con la compensación de reactivos.

HORAS

No. TEMA

T E M A S

T P EC


4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.1.5

Capacidad de transmisión de potencia en líneas Obtención de las ecuaciones de potencia eléctrica transmitida activa y reactiva. Curvas de capacidad de transmisión de potencia activa y reactiva por unidad de SIL (Surge Impedance Loading), -contra distancia. Factores que afectan la capacidad de transmisión. Aumento de la capacidad de transmisión mediante esquemas de compensación reactiva. Características de los diferentes esquemas de compensación reactiva.

Subtotal

8.0

8.0

8.0

8.0

1B, 2B, 3B y 4C

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Consultas bibliográficas sobre la capacidad de transmisión de potencia en líneas aéreas. Explicación de la importancia en la capacidad de transmisión en las líneas aéreas. Realización de ejercicios y tareas extra clase, resolución de problemas con la guía del profesor. Resolución de ejemplos prácticos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por los alumnos. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Ejercicios realizados en clase y extra clase, participación en actividades individuales y de equipo en la solución de problemas prácticos realización del 2 do examen parcial 60% de los temas 3.1 al 4.1.5, trabajos y ejercicios realizados 20%, y prácticas de laboratorio 20 % .




No. UNIDAD V NOMBRE: Representación de los Sistemas Eléctricos por Unidad.

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno representará, teóricamente, un sistema eléctrico de potencia por unidad, explicará las ventajas de los cálculos por unidad, cantidad por unidad y cantidades base.

HORAS

No.

TEMA

T E M A S

T P EC


5.1 5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.2

Representación de los sistemas eléctricos por unidad (pu). Ventajas de los cálculos por unidad, cantidad en pu y cantidades base. Relaciones de cantidades base para sistemas monofásicos y trifásicos. Cambios de base. Impedancias por unidad en sistemas con transformadores monofásicos, trifásicos y trifásicos con terciario.

Subtotal

3.5

2.0

5.5

6.0

6.0

6.0

6.0

1B, 2B, y 4C

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Exposición teórica por el profesor y los alumnos, con apoyo de equipo audiovisual. Ejemplos prácticos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por los alumnos. Descripción de la representación de los sistemas eléctricos por unidad relacionando cantidades base para sistemas monofásicos y trifásicos. Realización por parte del alumno de un programa computacional para el cálculo de valores por unidad. Realización de prácticas. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Ejercicios realizados en clase y corrida del programa computacional que corresponderá al 20%. Realización del 3er. examen parcial 60% de los temas 5.1 al 6.2.4, rrealización de prácticas corresponde al 20 %.




No. UNIDAD VI NOMBRE: Modelado de Redes Eléctricas

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno armará los modelos matriciales más utilizados de las redes eléctricas como son Ybus y Zbus, por medio de transformaciones singulares y el método algorítmico.

HORAS

No. TEMA

T E M A S

T P EC


6.1 6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4 6.1.5 6.1.6 6.1.7 6.2 6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4

Modelado de redes eléctricas. Obtención de Ybus por transformaciones singulares. Conversión de diagrama unifilar a circuito y de circuito a gráfica. Topología de redes. Matriz de incidencia elemento-nodo. Redes primitivas. Obtención de Ybus por transformaciones singulares. Ejemplos. Obtención de Zbus por algoritmo. Ecuación de comportamiento de una red parcial. Adición de una rama. Adición de una unión. Modificación de Zbus por cambios en la red.

Subtotal

9.0

5.5

14.5

6.0

6.0

10.5

10.5

1B, 2B, 3B y 1C

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Exposición teórica por parte de los alumnos, con apoyo del pizarrón o equipo audiovisual. Ejemplos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por los alumnos. Interpretación de redes eléctricas resultando de la solucion de la matriz YBUS y ZBUS. Realización por parte del alumno de un programa computacional para la obtención de Zbus y Ybus por algoritmo. Realización de practicas PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Ejercicios realizados en clase y corrida del programa computacional que corresponderá al 20%. Realización del 3er. examen parcial 60% de los temas 5.1 al 6.2.4, rrealización de prácticas corresponde al 20 %.




RELACIÓN DE PRÁCTICAS

PRACT. No.

NOMBRE DE LA PRÁCTICA UNIDAD DURACIÓN

LUGAR DE REALIZACIÓN

1 2 3 4 5 6 7 8

Repaso de los sistemas de cómputo, estructura de una computadora, concepto de Hardware, Software, etc. Repaso del lenguaje de programación a usar. Cálculo de los parámetros eléctricos de las líneas de transmisión cortas, medianas y largas por el método simplificado en la computadora. Cálculo eléctrico de líneas de transmisión cortas, medianas y largas por el método simplificado en la computadora. Cálculo de las constantes generalizadas. Cálculo de líneas de transmisión, regulación de voltaje y pérdidas eléctricas en la computadora. Cálculo eléctrico de las líneas de transmisión por el método matricial en la computadora. Cálculo de cantidades por unidad, cambio de base y representación de sistemas eléctricos en la computadora. Formación de las matrices de redes Ybus y Zbus utilizando la computadora.

Total

I I II

II

III

III y IV

V

VI

6.0

9.0

9.0

6.0

6.0

6.0

6.0

6.0

54.0

Todas las prácticas se realizarán en el Laboratorio de Potencia en Laboratorios Pesados II.




PERÍODO

UNIDAD

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN 1er

2º

3º

I y II

III y IV

VI y VI

1 er examen parcial 60% de los temas 1 al 2.3.6, trabajos y ejercicios realizados 20%, y prácticas de laboratorio 20 % . 2 do examen parcial 60% de los temas 3.1 al 4.1.5, trabajos y ejercicios realizados 20%, y prácticas de laboratorio 20 % . 3 er examen parcial 60% de los temas 5.1 al 6.2.4, trabajos computacional realizado 20%, y prácticas de laboratorio 20 % .

CLAVE B C BIBLIOGRAFÍA

1 X X “Electrical Transmission and Distribution Reference Book”, Westinghouse, EUA 1982. todo el contenido

2 X Glenn W. Stagg and Ahmed H. El-Abaid, “Computer Methods in Power System Analysis”, Mc. Graw Hill, Kogakusha Ltd, 1968. Todo el contenido.

3 X Landa Viqueira J., “Redes Eléctricas en Régimen Permanente Equilibrado”, Tomo 1, (3º Edición), Ediciones Alfaomega, ISBN 968-6062-83-1, México, 1993. Todo el contenido.

4 X X Stevenson William D., Grainger J. J., “Análisis de Sistemas de Potencia”, 2º Edición, Editorial McGraw-Hill, México, 1998. Todo el contenido.



PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA

1. DATOS GENERALES

ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica - Zacatenco

CARRERA: Ingeniería Eléctrica SEMESTRE Octavo

ÁREA: C. BÁSICAS C. INGENIERÍA D. INGENIERÍA C. SOC. y HUM.

ACADEMIA: Potencia ASIGNATURA: Análisis de Sistemas Eléctricos de Potencia I

ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Ingeniero electricista con conocimientos de Sistemas

eléctricos de potencia

2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno calculará los parámetros de la línea de transmisión, analizará las líneas de transmisión en alta tensión en estado permanente equilibrado. Representará los sistemas eléctricos por unidad y los modelos matriciales Ybus y Zbus en una red de potencia eléctrica.

3. PERFIL DOCENTE:

CONOCIMIENTOS EXPERIENCIA PROFESIONAL

HABILIDADES ACTITUDES

Conocimientos amplios en la teoría y el análisis de los sistemas eléctricos de potencia. Conceptos básicos de líneas de transmisión y de programación para armar los modelos matriciales Ybus y Zbus de una red de potencia.

Ingeniero Electricista con experiencia en sistemas eléctricos de potencia.

Dominio del tema y habilidad para enseñar los conceptos básicos y aplicaciones de los sistemas eléctricos de potencia.

Respeto, tolerancia, vocación por la decencia. Responsabilidad, espíritu de colaboración, superación docente. Ser justo en las evaluaciones de los cursos atendidos como profesor. Utilizar los conocimientos adquiridos para el desarrollo tecnológico que requiere y demanda el país. Compromiso social.

ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ

M. en C. Oscar L. Puente Navarrete Ing. Guillermo Santillán G M.en C. Jesús Reyes García Presidente de Academia Subdirector Académico Director ESIME-Zacatenco

FECHA: 2006

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