I
NSTITUTO
P
OLITÉCNICO
N
ACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA
MECÁNICA Y ELÉCTRICA
INGENIERÍA ELÉCTRICA
Construcción y Puesta en Servicio de la
Subestación Electrica de Corsa 230 kV en
Ciudad Sahagun, Estado de Hidalgo.
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL TITULO:
INGENIERO ELECTRICISTA
Presenta
Galván Rodas Oscar Lenny
Estrada Amador Marco Antonio
Asesores de tesis
Oscar Luis Puente Navarrete Enrique García Guadarrama
ÍNDICE
Pág.
INTRODUCCIÓN. 1
JUSTIFICACIÓN. 4
OBJETIVO GENERAL. 5
CAPITULO I. GENERALIDADES DEL SECTOR ELÉCTRICO Y DE 6 COMISIÓN FEDERAL DE ELECTRICIDAD.
1.1 Historia y Caracterización del Sector Eléctrico y de 7 la Comisión Federal de Electricidad.
1.1.1 Caracterización de la Comisión Federal de 14 Electricidad (CFE).
1.2 Implicaciones y oportunidades del Sector Eléctrico Nacional 16 (Reforma Energética).
1.2.1 Planeación y operación. 18
1.2.2 Generación. 19
1.2.3 Transmisión y distribución. 22
1.2.4 Comercialización. 24
1.3 Oportunidades y Beneficios asociados a la Reforma. 26 1.3.1 Productores de energía. 27 1.3.2 Consumidores de energía. 28 1.3.3 Entidades financieras y Fondos de inversión. 28
1.3.4 Gobierno. 29
1.4 Subestación Eléctrica. 29
1.4.1 Definición de subestación eléctrica. 29 1.4.2 Objetivos de una subestación eléctrica. 31 1.4.3 Tensiones de una subestación eléctrica, según lo 32
CAPITULO II. CONCEPTOS TÉCNICOS Y ANÁLISIS DE DISTURBIOS. 33 2.1 Planteamiento del problema y el porqué de la subestación. 34 2.1.1 Características principales de una Subestación de 35
Corsa Maniobras y Líneas de Transmisión Estructurales Corsa. 2.2 Tensiones normalizadas del sistema. 40 2.2.1 Diferentes niveles de tensión en las redes eléctricas. 40 2.3 Sistema Eléctrico Nacional (SEN). 42 2.3.1 Consideraciones básicas para el programa de expansión del 43 Sistema Eléctrico Nacional.
2.4 Clasificaciones de Subestaciones. 44 2.4.1 Simbología para diagramas, planos y equipos eléctricos. 63 2.5 Elementos de la Subestación Eléctrica Corsa Maniobras. 66 2.5.1 Beneficios de una Subestación Eléctrica. 87
CAPITULO III. DESCRIPCIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN Y PUESTA 88 EN SERVICIO DE LA SUBESTACIÓN.
3.1 Antecedentes para la propuesta de proyecto de obra de una 89 Subestación Eléctrica de Corsa.
3.2 Características principales del proyecto de obra de una 90 Subestación Eléctrica de Corsa.
3.2.1 Alcances del proyecto de obra y ubicación geográfica. 90 3.3 Partes del proyecto de obra de una Subestación de Corsa. 91
3.3.1 Ingeniería. 91
3.3.2 Obra civil. 91
3.3.3 Obra electromecánica. 94
3.3.4 Pruebas. 97
CAPITULO IV. APLICACIÓN DE LA NORMATIVIDAD EN SEGURIDAD 99 DE COMISIÓN FEDERAL DE ELECTRICIDAD DENTRO DE LAS
SUBESTACIONES.
4.1 Generalidades. 100
4.2 Equipo. 104
4.3 Cuarto de baterías. 108
4.4 Limpieza o lavado de aislamiento de equipo desenergizado. 108
4.5 Lavado de aislamiento de equipo energizado. 109
4.6 Transformador de potencia. 109
4.7 Trincheras, Ductos y Tuberias. 110
4.8 Trabajos con personal ajeno a CFE. 110
CAPITULO V. PROYECTO EJECUTIVO DE LA SUBESTACIÓN 114
ELÉCTRICA CORSA. 5.1 Cronograma de actividades del proyecto civil. 115
5.2 Cronograma de actividades del proyecto electromecánico. 117
5.3 Cronograma de actividades de pruebas y puesta en servicio. 119
5.4 Equipo de prueba y accesorios necesarios. 120
VI. ESTUDIO COSTO - BENEFICIO DE LA OPERACIÓN DE 131
LA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA CORSA. 6.1 Generalidades del Programa de Obras e Inversión del 133
Sector Eléctrico (POISE). 6.1.1 Escenarios macroeconómicos. 134
6.1.2 Ciclo de planificación anual. 134
6.2 Criterios de decisión para verificar la conveniencia del Proyecto de Obra de una Subestación de Corsa. 135
6.2.1 Valor Presente Neto (VPN). 135
6.2.2 Tasa Interna de Retorno (TIR). 137
6.2.3 Tasa de Rendimiento Inmediata (TRI). 138
6.3 Obras prioritarias en la Red Troncal. 140
6.3.1 Análisis de la Zona Tulancingo ante el incremento 141
de demanda debido a solicitudes en Alta Tensión. 6.3.2 Resultados. 142
CONCLUSIONES. 143
INDICE DE FIGURAS. 146
INDICE DE DIAGRAMAS. 147
INDICE DE TABLAS. 148
GLOSARIO. 149
ACRÓNIMOS. 156
BIBLIOGRAFIA. 159
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INTRODUCCIÓN
Al hablar de Subestaciones Eléctricas se puede definir como el conjunto de dispositivos eléctricos, que forman una parte de un sistema eléctrico de potencia, donde su principal función es “Transformar tensiones y derivar circuitos de potencia” y estas pueden ser: de corriente alterna (C.A.) y de corriente directa
(C.D.).
Al mismo tiempo las Subestaciones se pueden denominar de acuerdo con el tipo de función que desarrollan, siendo en tres grupos: 1) Subestaciones de Variadoras de Tensión, dentro de ella se estudian la subestación elevadora y la subestación reductora; 2) Subestaciones de Maniobra, las cuales son las encargadas de conectar dos o más circuitos y realizar sus maniobras por lo tanto, en este tipo de subestaciones no se transforma la tensión y 3) Subestaciones Mixtas.
Para la localización de una subestación eléctrica depende o se deriva de un estudio de planeación, a partir del cual se localiza, con la mayor aproximación, al centro de carga de la región que se necesita alimentar; muchos factores influyen para la correcta selección del tipo de subestación para una aplicación dada. El tipo de subestación depende de factores tales como el nivel de voltaje, capacidad de carga, consideraciones ambientales, limitaciones de espacio en el terreno y necesidades de derecho de vía de la línea de transmisión. La capacidad de un subestación se fija considerando la demanda actual de la zona en kVA, más el incremento en el crecimiento, obtenido por la extrapolación, previendo el espacio necesario para las futuras ampliaciones.
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eléctrica a otras subestaciones o a otros sistemas, por esto lo más importante es la flexibilidad de la subestación, la seguridad y la confiabilidad depende de la importancia que ejerza la subestación en el sistema de potencia.
Los requerimientos de crecimiento, expansión y modernización del sistema eléctrico que corresponden operar a la Comisión Federal de Electricidad, en el área central del país, han exigido a este organismo, incluya un gran número de proyectos y obras localizadas en el estado de Hidalgo, tendientes a ampliar y mejorar la infraestructura eléctrica del estado. Lo anterior cobra una relevancia, sobre todo, si se considera que la prestación del servicio público de energía eléctrica es uno de los instrumentos más importantes con que cuenta nuestro país para alcanzar los objetivos de desarrollo económico programados; por tal motivo la Comisión Federal de Electricidad se vio en la necesidad de celebrar un contrato de obra pública a precios unitarios y tiempo determinado, consiste en la
“Construcción de la obra Civil y electromecánica de la Subestación Eléctrica
Corsa, 2 alimentadores en 230 kV, ubicada en el Estado de Hidalgo” y que a
continuación se explica brevemente en que consiste cada uno de los capítulos contenidos en esta tesis.
En el primer capítulo se proyectan aspectos que abarcan un panorama general a lo particular, desde su historia y caracterización, así como su implicación y oportunidades en el Sector Eléctrico Nacional (Reforma Energética), las oportunidades y beneficios asociados a dicha reforma y por último se da a conocer que es una subestación, sus objetivos y tensiones que se manejan en esta.
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En el tercer capítulo se da una descripción de la construcción y puesta en servicio de la subestación, empezando desde los antecedentes, características principales y partes del proyecto de obra de una subestación de corsa.
En el cuarto capítulo se da a conocer la normatividad en seguridad en trabajos en subestaciones del Reglamento de Seguridad e Higiene, sección 113 del capítulo 100.
En el quinto capítulo se presenta el proyecto ejecutivo de la Subestación Eléctrica Corsa, en donde se especifican al inicio de las pruebas para cada uno de los equipos las normas y/o métodos de prueba sí como valores.
En el sexto capítulo hacemos referencia al costo – beneficio de la operación de la Subestación Eléctrica Corsa, los lineamientos para dicho estudio, generalidades del programa de obras e inversión del sector eléctrico (POISE) y las obras prioritarias en la red troncal.
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JUSTIFICACIÓN
Los requerimientos de crecimiento, expansión y modernización del sistema eléctrico que corresponden operar a la Comisión Federal de Electricidad (CFE), en el área central del país, han exigido que este organismo, incluya un gran número de proyectos y obras localizadas en el estado de Hidalgo, tendientes a ampliar y mejorar la infraestructura eléctrica del estado.
Lo anterior cobra una relevancia, sobre todo, si se considera que la prestación del Servicio Público de Energía Eléctrica es uno de los instrumentos más importantes con que cuenta nuestro país para alcanzar los objetivos de desarrollo económico programados.
Debido a que se identificaron “OBRAS” derivadas de solicitudes de servicio público de energía eléctrica y que implican portaciones de conformidad con los artículos 1, 5 y demás aplicables del Reglamento de la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica, en Materia de aportaciones; la Comisión Federal de Electricidad, en nombre y representación del Servicio de Administración y Enajenación de Bienes, el 26 de Enero de 2010 celebraron un convenio de colaboración cuyo objeto fue, diagnosticar, proyectar, presupuestar, planear, administrar, construir y finiquitar “OBRAS” , por tal motivo la Comisión Federal de Electricidad, se vio en la necesidad de celebrar un contrato de obra pública a
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OBJETIVO GENERAL
Es el suministro de energía eléctrica de forma eficiente y oportuna a la nueva planta de GERDAU CORSA; para la producción de perfiles estructurales de acero en Ciudad Sahagún, Hidalgo; teniendo un total de 156 MW de demanda solicitada, la cual será a través de dos líneas de transmisión, que interconectaran a la Subestación Eléctrica Corsa Maniobras con las Subestaciones Eléctricas Teotihuacán y Km 110, solucionando de esta manera la demanda de energía eléctrica a corto y mediano plazo que requiere la empresa Estructurales CORSA para su desarrollo industrial.
Objetivos Específicos:
1.- Identificar el equipamiento de las instalaciones eléctricas, así como las normas mexicanas y los lineamientos que requiere la Comisión Federal de Electricidad para su aprobación y construcción, con la finalidad de que sea puesta en operación e integrada en el Sistema Eléctrico Nacional.
2.- Implementar la normatividad y lineamientos de seguridad, que deben de cumplirse en el proyecto de obra de una subestación eléctrica, ya que para la Comisión Federal de Electricidad la seguridad de todos los trabajadores es lo más importante.
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CAPITULO I. GENERALIDADES DEL SECTOR
ELÉCTRICO, Y DE LA COMISIÓN FEDERAL DE
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CAPITULO I. GENERALIDADES DEL SECTOR ELÉCTRICO, Y DE
COMISIÓN FEDERAL DE ELECTRICIDAD.
En este primer capítulo se proyectaran aspectos que abarcaran un panorama general a lo particular del sector eléctrico.
1.1 Historia y Caracterización del Sector Eléctrico y de la Comisión Federal de Electricidad.
La generación de energía eléctrica inició en México a fines del siglo XIX. La primera planta generadora que se instaló en el país (1879) estuvo en León Guanajuato y era utilizada por la fábrica textil “La Americana”. Casi inmediatamente se extendió esta forma de generar electricidad dentro de la producción minera y marginalmente para la iluminación residencial y pública. En 1889 operaba la primera planta hidroeléctrica en Batopilas (Chihuahua) y extendió sus redes de distribución hacia mercados urbanos y comerciales donde la población era de mayor capacidad económica.
No obstante, durante el régimen de Porfirio Díaz se otorgó al sector eléctrico el
carácter de servicio público, colocándose las primeras 40 lámparas “de arco” en la
Plaza Constitución, cien más en la Alameda Central y comenzó la iluminación de la entonces calle de Reforma y de algunas otras vías de la Ciudad de México. Algunas compañías internacionales con gran capacidad vinieron a crear filiales como The Mexican Light and Power Company, de origen canadiense, en el centro del país; el consorcio The American and Foreing Power Company, con tres sistemas interconectados en el norte de México y la Compañía Eléctrica de Chapala, en el occidente.
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planta Necaxa, en Puebla. Las tres compañías eléctricas tenían las concesiones e instalaciones de la mayor parte de las pequeñas plantas que sólo funcionaban en sus regiones. En ese período se dio el primer esfuerzo para ordenar la industria eléctrica con la creación de la Comisión Nacional para el Fomento y Control de la Industria de Generación y Fuerza, conocida posteriormente como Comisión Nacional de Fuerza Motriz.
Fue el 2 de diciembre de 1933 cuando se decretó que la generación y distribución de electricidad son actividades de utilidad pública, en 1937 México tenía 18.3 millones de habitantes, de los cuales únicamente siete millones contaban con electricidad, proporcionada con serias dificultades por tres empresas privadas.
En ese momento las interrupciones de luz eran constantes y las tarifas muy elevadas, debido a que esas empresas se enfocaban a los mercados urbanos más redituables, sin contemplar a las poblaciones rurales, donde habitaba más de 62% de la población. La capacidad instalada de generación eléctrica en el país era de 629.0 MW. Para dar respuesta a esa situación que no permitía el desarrollo del país, el Gobierno Federal creó el 14 de agosto de 1937, la Comisión Federal de Electricidad (CFE), que tenía por objeto “organizar y dirigir un sistema nacional
de generación, transmisión y distribución de energía eléctrica, basado en
principios técnicos y económicos, sin propósitos de lucro y con la finalidad de
obtener con un costo mínimo, el mayor rendimiento posible en beneficio de los
intereses generales”. (Ley promulgada en la Ciudad de Mérida, Yucatán el 14 de agosto de 1937 y publicada en el Diario Oficial de la Federación el 24 de agosto de 1937).
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Suchiate y Xía (Oaxaca), y Ures y Altar (Sonora). El primer gran proyecto hidroeléctrico se inició en 1938 con la construcción de los canales, caminos y carreteras de lo que después se convirtió en el Sistema Hidroeléctrico Ixtapantongo, en el Estado de México, que posteriormente fue nombrado Sistema Hidroeléctrico Miguel Alemán. En 1938 la CFE tenía apenas una capacidad de 64 kW, misma que, en ocho años, aumentó hasta alcanzar 45,594 kW. Entonces las compañías privadas dejaron de invertir y CFE se vio obligada a generar energía para que éstas la distribuyeran en sus redes, mediante la reventa.
Por lo que el sector eléctrico en México atravesó su primer proceso serio de reorganización durante los años 30, bajo el mandato del Partido Revolucionario Institucional (PRI). Se creó el Código Eléctrico Nacional y la Comisión Federal de Electricidad (CFE), una empresa pública recién creada y financiada por el estado, pasó a dominar toda la inversión en capacidad nueva.
Más tarde, en 1960, una reforma constitucional nacionalizó la industria eléctrica y
le otorgó formalmente al gobierno la “responsabilidad” exclusiva en la generación,
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Comisión Reguladora de Energía (CRE) fue creada en 1993 como un organismo autónomo encargado de regular las industrias de gas natural y electricidad, sin embargo, sus funciones sólo está relacionadas con los productores privados de energía (concesión de permisos, arbitraje, estudios de tarifas, etc) y no abarcan a la CFE. Hasta la Fecha, las funciones de la CRE se han centrado principalmente en el sector de gas y no tanto en la electricidad.
Los intentos del presidente Ernesto Zedillo a finales de los 90, en el año 2000, seguido posteriormente por el presidente Vicente Fox Quesada de llevar adelante una reforma integral del sector eléctrico en México habían encontrado una fuerte resistencia política. En 1999, el presidente Zedillo envió un proyecto ambicioso al Congreso solicitando un cambio en la Constitución para permitir una desagregación del sector, que incluían la creación de empresas de distribución con contratos de concesión de tres años, también se venderían las plantas generadoras existentes, salvo las plantas nucleares e hidroeléctricas. En el 2001, el presidente Fox firmó un decreto de reforma que hubiera permitido a los productores independientes de energía vender directamente a clientes industriales y también permitiría la venta de energía privada a la CFE con contratos a largo plazo sin licitación pública. Entre otros temas, el decreto también especificaba que la electricidad no es un servicio público de interés general sino un servicio comercial, ambos intentos de reforma fracasaron, debido a la alegación de que la electricidad y en forma más amplia, el sector eléctrico son estratégicos para la soberanía nacional. Según establece la Constitución el sector eléctrico sigue siendo propiedad federal; y es la Comisión Federal de Electricidad (CFE) quien esencialmente controla todo el sector.
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discusión sobre la función del Pidiregas (Proyectos de Inversión Diferida en el Registro del Gasto) en la financiación de grandes proyectos.
Por lo que el año 2000 ya se tenía una capacidad instalada de generación de 35,835 MW, cobertura del servicio eléctrico del 94.70% a nivel nacional, una red de transmisión y distribución de 614,653 kms y más de 18.6 millones de usuarios, incorporando casi un millón cada año.
A partir del 11 octubre de 2009, CFE es la encargada de brindar el servicio eléctrico en todo el país, la Secretaría de Energía anunció que la CFE se encargaría del suministro eléctrico que proporcionaba la extinta LyFC. Por su parte, la CFE aseguró que el servicio de energía eléctrica en los estados de Hidalgo, Puebla, Morelos, Estado de México y la Ciudad de México está plenamente garantizada.
El 25 de abril de 2012, el entonces candidato a Presidente de México de la coalición Compromiso por México, Enrique Peña Nieto, hizo el compromiso de concretar una reforma energética para disminuir las tarifas eléctricas en beneficio de la población y la industria, reafirmado en su primer mensaje a la nación el 1 de diciembre de 2012.
En el 2013 se da origen a la reforma energética en México es una reforma constitucional cuya iniciativa fue presentada por el Presidente de la República, Enrique Peña Nieto, el 12 de agosto de 2013. Fue aprobada por el Senado de la República el 11 de diciembre de 2013 y por la Cámara de Diputados un día después. El 18 de diciembre de 2013, la reforma fue declarada constitucional por el Poder Legislativo Federal; fue promulgada por el Ejecutivo el 20 de diciembre de 2013 y publicada al día siguiente en el Diario Oficial de la Federación.
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impulsado conjuntamente por la CFE y particulares bajo la conducción del Estado, con el objetivo de reducir costos y elevar la productividad y eficiencia del sistema eléctrico, disminuyendo así las tarifas eléctricas. La propiedad de las centrales y las redes de transmisión y distribución de la Comisión Federal de Electricidad que son públicas se mantienen en manos de la Nación.
Se corrigen las limitaciones del modelo energético para agregar energías renovables a gran escala mediante un mercado administrado por el Estado a través de un operador independiente, y el establecimiento de certificados de energías limpias. Con esto, se promueve la diversificación en la producción de la energía con el uso de energía eólica, geotérmica, hidráulica y mini hidráulica, biomasa y solar.
Adicionalmente, se fortalece la CFE dotándole de mayor libertad en aspectos operativos y de organización, y se refuerzan las facultades de la Secretaría de Energía y de la Comisión Reguladora de Energía.
Al igual se crean leyes secundarias, en donde se propuso la iniciativa de una Ley de Industria Eléctrica que sustituyera a la anterior ley de la materia.
Se prevé modificaciones en las actividades de la industria eléctrica, pues la generación y comercialización quedarían abiertas, bajo condiciones de competencia y libre concurrencia para las empresas generadoras. Dichos participantes, se les faculta poder vender su energía en el mercado eléctrico mayorista. Mientras que la Comisión Federal de Electricidad Comisión Federal de Electricidad, competiría con dichas empresas, en igualdad de circunstancias.
Por otra parte, la transmisión y distribución de la energía eléctrica, seguiría a cargo de la Comisión Federal de Electricidad (CFE), sin embargo las empresas participantes, podrían tener acceso a ellas.
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de controlar el Sistema Eléctrico Nacional y el acceso abierto a las redes eléctricas, según lo muestra la Figura 1.1. Cuadro ilustrativo de la Reforma Energética en la Industria Eléctrica de México.
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En lo referente a la comercialización de energía eléctrica, se prevé que la Comisión Federal de Electricidad promueva el suministro básico, bajo tarifas reguladas; sin embargo, los "grandes usuarios" podrán comprar su energía a "suministradores de servicios calificados" o adquirirlos directamente, en el Mercado Eléctrico Mayorista, o bien, de comercializadoras.
Las tarifas serían de dos tipos, las de "servicio básico", que serían fijadas por la Secretaria de Hacienda y Crédito Público y las que se negocien libremente, entre generadoras y comercializadoras.
Los llamados "usuarios calificados" y las "empresas de suministro eléctrico", deberán adquirir "Certificados de energías limpias". Dichos certificados acreditaran, la implementación de mejoras tecnológicas de las empresas participantes, lo que les facilitaría, interconectarse sin demoras a las redes de transmisión.
Por otra parte, se propone la creación de un Fondo de Servicio Universal Eléctrico, para financiar la electrificación en las comunidades rurales y zonas urbanas marginadas.
1.1.1 Caracterización de la Comisión Federal de Electricidad (CFE).
La Comisión Federal de Electricidad se constituyó legalmente como empresa paraestatal del gobierno Federal en el año de 1937 y el 27 de septiembre de 1960 se nacionalizó, quedando establecido en el sexto párrafo del artículo 27 constitucional la exclusividad de la nación para generar, conducir, transformar, distribuir y abastecer energía eléctrica para la prestación del servicio público.
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Los ingresos que genera la Comisión Federal de Electricidad por la prestación del servicio se concentran en la Tesorería de la Federación, porque así lo dispone la política hacendaria, de tal suerte que las inversiones para infraestructura y mantenimiento del sistema eléctrico nacional dependen del presupuesto que para cada ejercicio fiscal le autoriza la Secretaría de Hacienda y Crédito Público.
La política hacendaria y la deficiente administración de los recursos públicos a lo largo de la historia en México han puesto a la Comisión Federal de Electricidad en el inminente riesgo de no poder satisfacer en el mediano plazo la demanda futura, situación que ha requerido modificar el esquema de financiamiento de la obra pública para la infraestructura eléctrica, pasando del esquema de administración directa a la de proyectos de inversión financiada y a productores externos, considerando a esto como la apertura a la inversión privada.
Como consecuencia a lo anterior, el 16 de agosto de 2002, el Ejecutivo Federal presentó al Congreso de la Unión, la Iniciativa de Reforma Eléctrica a los artículos 27 y 28 de la Constitución Política de los Estados Unidos Mexicanos, aspecto que se detalla en el apartado correspondiente en el marco normativo o legal.
A partir octubre de 2009, CFE es la encargada de brindar el servicio eléctrico en todo el país. El servicio al cliente es prioridad para la empresa, por lo que se utiliza la tecnología para ser más eficiente, y se continúa la expansión del servicio, aprovechando las mejores tecnologías para brindar el servicio aún en zonas remotas y comunidades dispersas. CFE es reconocida como una de las mayores empresas eléctricas del mundo, y aún mantiene integrados todos los procesos del servicio eléctrico.
Teniendo como Misión y Visión lo siguiente:
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clientes, con el desarrollo del país y con la preservación del medio ambiente. Prestar el servicio público de energía eléctrica con criterios de suficiencia, competitividad y sustentabilidad, comprometidos con la satisfacción de los clientes, con el desarrollo del país y con la preservación del medio ambiente.
Visión al 2030: Ser una empresa de energía, de las mejores en el sector eléctrico a nivel mundial, con presencia internacional, fortaleza financiera e ingresos adicionales por servicios relacionados con su capital intelectual e infraestructura física y comercial. Una empresa reconocida por su atención al cliente, competitividad, transparencia, calidad en el servicio, capacidad de su personal, vanguardia tecnológica y aplicación de criterios de desarrollo sustentable.
Como desarrollo sustentable los criterios vistos por la CFE son: ahorro de energía, energía renovable, sustentabilidad, ambiente, sociedad y transparencia.
1.2 Implicaciones y oportunidades del Sector Eléctrico Nacional (Reforma Energética).
Las reformas aprobadas tienen un impacto positivo en el conjunto de las actividades del sistema eléctrico nacional, brindando nuevas oportunidades tanto a inversionistas como a consumidores y transformando a la CFE en una empresa productiva del Estado.
Las reformas a los artículos 25, 27 y 28 de la Constitución Política de los Estados Unidos Mexicanos y los artículos transitorios aprobados recientemente por el Congreso de la Unión tienen un impacto relevante en el conjunto del Sistema Eléctrico Nacional (SEN).
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la Reforma impulsará el aprovechamiento de gas natural en la generación de energía eléctrica a través de la expansión y fortalecimiento de la red de gasoductos.
Adicionalmente, se impulsará la consecución de los objetivos de participación de tecnologías no fósiles en la matriz energética. Este nuevo paradigma brinda la oportunidad al sector privado de participar de una manera más activa en el sector eléctrico, tanto desde el punto de vista de inversiones en las actividades de generación, transmisión y distribución, como en el aprovechamiento de las oportunidades que un marco más competitivo ofrecerá a los usuarios de energía eléctrica.
Adicionalmente, la Comisión Federal de Electricidad (CFE) se convertirá en una empresa productiva del Estado.
[image:23.612.122.496.490.660.2]A continuación se describen brevemente algunos de los elementos clave del contexto actual de cada actividad del sector eléctrico, lo que la Reforma establece para este sector y sus potenciales implicaciones, según se muestra en la Figura 1.2 Sector Eléctrico.
18 1.2.1 Planeación y Operación.
Actualmente corresponde a la SENER la planeación del Sistema y a la CFE la operación del mismo, así como de llevar a cabo las actividades de generación, transmisión y distribución de energía, dentro del servicio público.
La Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica y su Reglamento actualmente señalan que es obligación de la Secretaría de Energía (SENER) realizar la planeación del Sistema Eléctrico. Para esto, la CFE elabora una propuesta que debe ser autorizada por esta Secretaría.
Cuando se requiere la construcción de nuevas instalaciones de generación, la CFE informa las características de los proyectos a la SENER. Tomando como base criterios comparativos de costos, externalidades medioambientales y la confiablidad de cada tecnología, dicha Dependencia determina si la instalación será ejecutada por la CFE o si se debe convocar a particulares (Art. 36 Bis. Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica).
Por su parte, el control y despacho de energía es responsabilidad también de la CFE, a través del Centro Nacional de Control de Energía (CENACE), subdirección dependiente de la Dirección de Operaciones.
Se establece la descentralización del Centro Nacional de Control de Energía, como un operador independiente del sistema.
La reforma establece que:
Corresponde a la Nación la planeación y control del SEN (Art. 25, 27 y 28).
El CENACE será un organismo público descentralizado encargado de: el
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La CFE transferirá los recursos que el CENACE requiera para el
cumplimiento de sus facultades. Por otro lado, una vez creado el CENACE -como organismo público descentralizado-, éste apoyará hasta por 12 meses a la CFE, para que continué operando sus redes de manera eficiente. (Artículo Transitorio 16º.)
En línea con experiencias internacionales, se fortalecerá la independencia y competitividad en el sistema, en especial en la capacidad de interconexión de nuevos proyectos, así como la creación de un mercado mayorista de energía.
Lo que podía implicar:
Una separación del organismo operador del sistema de la CFE favorecerá la transparencia y la competitividad, permitiendo mayor competencia en la generación y acceso a la red.
En particular esta medida facilitará el conocimiento de puntos de la red con capacidad disponible para la interconexión de nuevas centrales de generación, lo que tendrá un potencial impacto en la dinamización del mercado.
Además, la gestión de un mercado eléctrico mayorista a través de un operador independiente del sistema fomenta la competitividad entre las tecnologías más eficientes.
1.2.2 Generación.
La nueva capacidad de generación deberá incrementar en más de 55,000 MW (65% del total) para satisfacer la demanda eléctrica de los próximos 15 años. Esto supone un importante requerimiento de inversión, a través de una amplia matriz de tecnologías.
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autoabastecimiento y cogeneración (Programa de Obras e Inversiones del Sector Eléctrico 2012-2026 (POISE), CFE).
Hoy en día las principales modalidades de generación existentes son: centrales propias de CFE, Productores Independientes y Pequeña Producción que entregan su energía a la CFE, Autoabastecimiento, Cogeneración y exportación.
Se estima que en los próximos 15 años se requerirán más de 55,000 MW de nueva capacidad (incluyendo 11,800 MW por retiros), lo que supone más de un 65% del total de la capacidad instalada hasta la fecha.
Los ciclos combinados serían la tecnología que más se instalaría (>28,000 MW), seguido de centrales hidroeléctricas (>2,700 MW) y el desarrollo de cierta capacidad renovable, en especial de la energía eólica (>2,700 MW), en servicio público.
El marco regulatorio actual establece el objetivo de alcanzar el 35% de la generación eléctrica a través de fuentes no fósiles para 2024, a la fecha esta participación se encuentra en torno al 20%, siendo necesaria la instalación de entre 10,000 – 20,000 MW no fósiles para dicho año, por encima de la planeación actual, para cumplir la meta.
La Reforma abre la actividad de generación a los particulares. Además se impulsará el desarrollo de energías limpias mediante obligaciones a los participantes de la industria eléctrica y a través de una estrategia de transición hacia tecnologías y combustibles más limpios.
La reforma establece que:
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La Ley establecerá a los participantes de la industria eléctrica obligaciones de energías limpias y reducción de emisiones contaminantes (T-17º). De igual manera establece que el Ejecutivo Federal deberá llevar a cabo una estrategia de transición para promover el uso de tecnologías y combustibles más limpios (T-18º).
Particularmente para la energía geotérmica se emitirá una ley con el objetivo de regular el aprovechamiento de este recurso, con la finalidad de generar energía eléctrica (T-18º).
El Fondo Mexicano del Petróleo para la Estabilización y el Desarrollo, que será encargado de recibir todos los ingresos, con excepción de los impuestos, que corresponden al Estado Mexicano derivados de la asignación de contratos en las áreas de exploración y extracción de hidrocarburos, tendrá la facultad, entre otras, de invertir en energías renovables (T-14º).
La reforma implicará un incremento de la competitividad en la generación eléctrica y de la participación del sector privado, además de una mayor flexibilidad en los contratos de compraventa de energía entre particulares.
Lo que podría implicar:
Una mayor participación de inversión privada en la generación eléctrica, ya sea por la potencial apertura del mercado y/o a través de contratos bilaterales con consumidores.
Una mayor flexibilidad en los contratos bilaterales de compraventa de energía, frente a las actuales barreras del modelo de autoabastecimiento, en particular de adición y sustitución de nuevos socios consumidores a proyectos en operación.
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geotérmica dando seguridad jurídica a las inversiones en la exploración y explotación de este recurso.
La red de transmisión, bajo la planificación actual, incrementaría su expansión un 17% en los próximos 10 años.
1.2.3 Transmisión y Distribución.
México tiene un sistema interconectado de transmisión a lo largo de la República, salvo los sistemas aislados de Baja California y Baja California Sur. Cuenta con una red troncal (400kV - 230 kV), redes de subtransmisión (161kV - 69kV) y distribución en media (60kV - 2.4 kV) y baja tensión (entre 240V - 220V).
Dadas las características geográficas y la ubicación de las centrales de generación, el país presenta una densidad de líneas de transmisión de 730 km/TWh, casi cuatro veces mayor que los Estados Unidos de América (EUA), lo que implica un mayor costo en la expansión del sistema.
A la fecha existen recursos renovables competitivos que no han sido interconectados o desarrollados por falta de redes de transmisión. Razón por la que están en desarrollo temporadas abiertas en varios Estados, con el fin de interconectar más de 5,000 MW, la mayoría de capacidad eólica.
Dentro del servicio público se espera la expansión de c.17,000 km de redes de transmisión (c.17% de incremento con respecto a la longitud actual), cifra que debería de ser superior dadas las necesidades de interconexión y de demanda eléctrica para los próximos años.
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Dentro de la distribución, la red presenta pérdidas superiores al 18%, más del doble que la media de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE) (7%), debido a pérdidas técnicas y no técnicas.
Los particulares podrán desarrollar nuevas redes de transmisión y distribución a través de contratos con CFE.
La reforma establece que:
Corresponde a la Nación el servicio público de transmisión y distribución de energía eléctrica; en estas actividades no se otorgarán concesiones (Art 25, 27 y 28).
Los particulares podrán llevar a cabo, por cuenta de la Nación, el financiamiento, instalación, mantenimiento, gestión, operación y ampliación de la infraestructura necesaria para prestar el servicio público de transmisión y distribución (T-11º).
Se fortalecerán los programas de expansión de las redes de transmisión y distribución, facilitando la interconexión de capacidad renovable y reduciendo las pérdidas de energía en las redes de distribución.
Lo que podría implicar:
Dada la elevada necesidad de nuevas líneas de trasmisión, la CFE podría llevar a cabo proyectos bajo esquemas de Asociación Público Privada, en sus diferentes modalidades, para el desarrollo de nuevas líneas. Lo anterior podría impulsar la expansión del sistema, como en su momento sucedió con el sector de carreteras, mediante la modalidad de Proyectos para la Prestación de Servicios entre otros, que permitió incrementar y modernizar la red de carreteras de México brindando un mejor servicio a los usuarios. De manera especial facilitaría la interconexión de proyectos de energías
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competitividad de los proyectos al no tener que asumir éstos como inversión inicial dicha infraestructura.
Dentro de la actividad de distribución, podrían existir esquemas de Asociaciones Público Privadas, o análogos, tanto para la expansión de las redes de distribución a nuevos núcleos urbanos e industriales, así como para llevar a cabo inversiones en nuevas tecnologías que posibiliten la reducción de las pérdidas en la red.
1.2.4 Comercialización.
Las tarifas eléctricas del sector industrial y de servicios presentan valores por encima de la media de los países de la región. Por su parte, la mayoría de las tarifas residencial se encuentran subsidiadas, bajo un esquema poco eficiente y regresivo, otorgando mayor monto de subsidio (en términos absolutos) a quien más consume.
El servicio público de energía eléctrica cuenta con más de 40 tarifas distintas para los consumidores, en función de su tipología y ubicación geográfica, las cuales se actualizan de acuerdo con factores de ajuste automático, determinados por la autoridad hacendaria y con opinión e insumos de la SENER y de la CFE principalmente.
Las tarifas asociadas a la industria y servicios presentan valores medios por encima de los observados en otros países de la región, llegando a ser cerca del doble que la media en los EUA e impactando significativamente en la competitividad del sector productivo mexicano.
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ingresos (Centro de Investigación y Docencia Económica (CIDE), a partir de Encuestas de Ingresos y Gastos de los Hogares 2008).
El consumidor tendrá más opciones para escoger cómo y quién será su suministrador de energía, lo que incrementará la competitividad en el sector y dinamizará el mercado.
Lo que podría implicar:
La CFE dejará de ser la única empresa comercializadora de la energía eléctrica, incentivando la competencia para capturar clientes finales. Una empresa que busque satisfacer sus necesidades de consumo podrá comparar las tarifas ofrecidas por la CFE frente a la de otros generadores privados (La demanda mínima (kW) exigida para optar al mercado libre podría ser una de las variables a establecerse en las leyes secundarias). Hoy en día el proceso de vincular a un socio consumidor a un proyecto de
autoabastecimiento, cuando el permiso de generación ya ha sido concedido puede ser tardado, reduciendo el atractivo para ambas partes e incrementado el riesgo financiero de los proyectos. Lo establecido en la reforma podría implicar una flexibilización en la vinculación de un consumidor a un proyecto de generación, dinamizando el mercado.
Una revisión de la política tarifaria, podría implicar una estrategia de análisis y distribución de los subsidios bajo un esquema diferente al actualmente aplicado, por ejemplo dirigiendo los esfuerzos a grupos específicos
(jubilados, desempleados…) o núcleos urbanos con ingresos per cápita por
debajo de límites definidos, como se instrumenta en otros países de la región. Esto, a su vez, reduciría parte de la carga económica a la CFE, aprovechando estos recursos de manera más eficiente.
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Un consumidor puede optar por autoabastecerse, buscando obtener un precio más competitivo de electricidad. Para ello puede optar por ser un socio consumidor en un proyecto de autoabastecimiento remoto, o bien adquirir un equipo (por ejemplo celdas fotovoltaicas) para autoabastecimiento local. Ambos casos cuentan con incentivos atractivos en el caso de ser energías renovables y cogeneración eficiente.
Cabe señalar que, como la propia Reforma indica, también se definirán las leyes secundarias del sector eléctrico, a efecto de iniciar el proceso de implementación de la Reforma, lo que incluirá la ejecución de las acciones de transformación de los organismos clave del sector.
1.3 Oportunidades y Beneficios asociados a la Reforma.
[image:32.612.114.500.507.702.2]En los últimos años el sector eléctrico en México ha cobrado un gran dinamismo, situación que se potenciará con la implementación de la reforma energética en el sector eléctrico. Se ha apoyado a los sectores público y privado (productores y consumidores) en desarrollar estrategias y estructurar financieramente proyectos que maximicen las oportunidades y los beneficios legales y fiscales que el sector brinda, según lo muestra la Figura 1.3 Oportunidades y Beneficios de la Reforma.
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Algunos de los trabajos desarrollados incluyen:
Colaboración con la Secretaría de Energía y asociaciones sectoriales
en el desarrollo de estrategias para dinamizar el sector renovable. Participación en la estructuración financiera y/o revisión del modelo
de más de 1,500 MW de capacidad generación eléctrica en México. Apoyo en la estrategia de diversificación de un grupo industrial, para
la creación de una unidad de venta de energía.
Asesoramiento a desarrolladores asiáticas y europeos en su
estrategia de entrada al mercado mexicano.
Valoración de oportunidades de autoconsumo para una empresa del sector químico y una entidad financiera con más de mil sucursales. 1.3.1 Productores de energía.
Se apoya tanto a empresas internacionales de energía a integrarse en el mercado mexicano, como a empresas nacionales de otros sectores que buscan diversificar su negocio, aprovechando las oportunidades que el nuevo marco brinda:
Análisis de mercado y proyección de precios de la energía.
Estrategia de entrada, identificación de nichos de mercado/plan de negocio.
Creación de nuevas unidades de negocio enfocadas al sector eléctrico. Estructuración de proyectos de energía y revisión de los modelos
financieros.
Búsqueda de consumidores, inversionistas y/o financiamiento.
Apoyo en la negociación de contratos de compraventa de electricidad. Diligencia comercial.
Análisis de la estructura corporativa más óptima a la estrategia de negocio, considerando los efectos fiscales correspondientes y la optimización de los mismos.
28 1.3.2 Consumidores de energía.
Se apoya a empresas tanto industriales y de servicios en la identificación, valoración de proyectos de generación (con y sin participación de capital), tanto para grandes consumidores como para empresas medianas cuyo gasto en electricidad implica un porcentaje sensible en su estructura de costos.
Análisis de oportunidades de consumo eléctrico con base en el perfil de la empresa.
Búsqueda y valoración de ofertas de generadores privados.
Plan estratégico de consumo de energías renovables y eficiencia energética.
Apoyo en la negociación de contratos de compraventa de electricidad. Estructuración de proyectos de energía y búsqueda de financiamiento (si
se busca invertir en la planta). Asesorías fiscal y legal.
1.3.3 Entidades financieras y Fondos de inversión.
Se apoya al sector financiero en la identificación y valoración de oportunidades, tanto en tecnologías convencionales como dentro del sector renovable.
Análisis de mercado y proyección de precios de la energía. Estrategia de entrada al mercado mexicano/plan de negocio. Búsqueda de oportunidades de compra (Greenfield & Brownfield). Estructuración de proyectos de energía.
Estructuración de proyectos de energía y revisión de los modelos financieros (incluyendo los efectos fiscales que impactaran al proyecto). Diligencia comercial.
29 1.3.4 Gobierno.
Elaboración de programas estatales de impulso a las energías renovables y la eficiencia energética.
Apoyo en la reducción de costos eléctricos en entidades públicas.
1.4 Subestación Eléctrica.
Para que la energía eléctrica llegue a los distintos centros de consumo, recorre un largo camino que inicia en las centrales generadoras. Las subestaciones son uno de los subsistemas que conforman el sistema eléctrico, su función es modificar los parámetros de la energía para hacer posible su transmisión y distribución.
1.4.1 Definición de Subestación Eléctrica.
Una subestación eléctrica es una instalación destinada a modificar y establecer los niveles de tensión de una infraestructura eléctrica, para facilitar el transporte y distribución de la energía eléctrica. Su equipo principal es el transformador.
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Figura 1.4 Centrales generadoras, líneas de transporte, subestaciones, líneas de ditribución y centros de consumo.
Las subestaciones se pueden clasificar en tres grandes grupos, subestaciones de generación, subestaciones de transformación y subestaciones de maniobra.
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subestación de generación es la confiabilidad, mientras que la flexibilidad y seguridad van de acuerdo a la importancia y ubicación de la subestación en el sistema de potencia.
Subestación de Transformación: Es una subestación en la cual se realiza cambio en el nivel de tensión de entrada, puede ser elevadora o reductora según la función que cumpla.
Subestación de Maniobra: Es la subestación en la que se interconectan varios sistemas y de la cual se distribuye energía eléctrica a otras subestaciones o a otros sistemas, por esto lo más importante es la flexibilidad de la subestación, la seguridad y la confiabilidad depende de la importancia que ejerza la subestación en el sistema de potencia.
1.4.2 Objetivos de una Subestación Eléctrica.
Una subestación eléctrica debe ser confiable, económica, segura y con un diseño tan sencillo como sea posible; éste último debe de proporcionar un alto nivel de continuidad de servicio y contar con medios para futuras ampliaciones, flexibilidad de operación y bajos costos inicial y final.
Debe de estar equipada con lo necesario para dar mntenimiento a las líneas, interruptores automáticos y disyuntores, sin interrupciones en el servicio ni riesgos para el personal y los consumidores.
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1.4.3 Tensiones de una subestación eléctrica, según lo reportado por la Comisión Federal de Electricidad (CFE).
Las tensiones del sistema eléctrico nacional, según lo reportado por CFE son: Para Transmisión: 161, 230 y 400 kV.
Para Subtransmisión: 69, 85, 115 y 138 kV.
La red de distribución está integrada por las líneas de subtransmisón con los niveles mencionados anteriormente de 69, 85, 115 y 138 kV; así como las de distribución en niveles de 34.5, 23,13.8, 6.6, 4.16 y 2.4 kV y baja tensión.
Para distribución en plantas industriales: 34.5 kV, 23 kV, 13.8 kV, 4.16 kV, 440 V, 220/127 V.
Dichas tensiones van deacuerdo a la Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2012, Capitulo 9, Instalaciones destinadas al servicio publico, art. 922-1 Objetivo, campo de aplicación. Este articulo contiene los requisitos minimos que deben cumplir la lineas aereas de energia electrica y comunicación y sus equipos asociados, con la finaliad de obtener la maxima seguridad a las personas, protección al medio ambiente y uso eficiente de la energia. Art 922-2 definiciones.
Baja tensión, desde 100 V hasta 1 000 V.
Media tensión, mayor de 1 000 V hasta 34,5 kV. Alta tensión, mayor de 34,5 kV hasta 230 kV. Extra alta tensión, mayor de 230 kV hasta 400 kV.
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II. CONCEPTOS TÉCNICOS Y ANÁLISIS DE DISTURBIOS.
En este segundo capítulo se dará a conocer una conceptualización de las subestaciones eléctricas, así como el planteamiento del problema del trabajo a realizar.
2.1 Planteamiento del problema y el porqué de la subestación.
La Comisión Federal de Electricidad se vio en la necesidad de celebrar un contrato de obra pública a precios unitarios y tiempo determinado, consistente en la
“Construcción de la obra Civil y Electromecánica de la S.E. Corsa, 2 alimentadores en 230 kV, ubicada en el Estado de Hidalgo”, con el objetivo de dar suministro de energía eléctrica de forma eficiente y oportuna a la nueva planta de GERDAU CORSA para la producción de Perfiles Estructurales de acero en Cd. Sahagún, Hidalgo. Siendo un total de 156 MW de demanda solicitada, la cual será a través de dos líneas de transmisión eléctrica que interconectaran a la subestación eléctrica Corsa Maniobras con las subestaciones eléctricas Teotihuacán y Km 110. De esta manera, se soluciona la demanda de energía eléctrica a corto y mediano plazo que requiere la empresa Estructurales CORSA para su desarrollo industrial.
Estableciendo en este proyecto información sobre la metodología y los requerimientos generales que se deben satisfacer en la construcción de la Subestación Eléctrica de Potencia tipo Switcheo de la CFE para el suministro de energía en alta tensión para Estructurales CORSA.
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en el ámbito de sus respectivas competencias, las Secretarias de Hacienda y Crédito Público y la Secretaría de Energía.
Existen requerimientos de diversos solicitantes a la Gerencia de Planeación, de la Coordinación de Distribución, para que se efectúen los trabajos, derivado de esto se realiza el ACUERDO INTERNO especifico que celebran la Gerencia de Distribución Centro Oriente (DDCOR) y por otra parte la Residencia Regional de Construcción de Proyectos de Transmisión y Transformación Centro (RRCE). Por lo anterior las partes en forma conjunta, tienen por objeto la prestación de
servicios de “Elaboración de Bases del Proyecto, Especificaciones de
Construcción y Equipamiento, Ingeniería Básica y de Detalle, Licitación y Apoyo en la Contratación de los Trabajos, Supervisión de la Construcción y Pruebas
Pre-Operativas”, que se especifican en el presente acuerdo.
2.1.1 Características principales de una Subestación de Corsa y Líneas de Transmisión Estructurales Corsa.
La Subestación de Maniobra, es la subestación en la que se interconectan varios sistemas y de la cual se distribuye energía eléctrica a otras subestaciones o a otros sistemas, por esto lo más importante es la flexibilidad de la subestación, la seguridad y la confiabilidad depende de la importancia que ejerza la subestación en el sistema de potencia.
La Subestación Corsa, es una instalación nueva y formará parte de la subdirección de Transmisión y constará de 2 Alimentadores en 230 kV para recibir el circuito que enlaza a la Subestación KM 110 y Teotihuacán.
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La L.T. Estructurales CORSA, la ejecución de la obra electromecánica faltante, pruebas y puesta en servicio para la línea de transmisión denominada, “L.T. TTH y L.T. KMC”. Incluyo la ejecución de una línea provisional de la L.T. TTH – IRO entre las estructuras No. 89 a No. 91, la línea provisional se realizará con postes de madera.
Esta obra se licito de acuerdo con lo establecido en los art. 27 al 45 (de los Procedimientos de Contratación) y en sus bases de licitación, las cuales incluyen dentro de su alcance el montaje, conexiones y Pruebas Preoperativas para la S.E. CORSA y la ejecución de la obra civil y obra electromecánica, pruebas y puesta en servicio de la L.T. TTH y L.T. KMC, incluyendo obra provisional de la L.T. TTH-IRO de entre las estructuras No.89 a No. 91 con postes de madera, todo esto con apego a las Normas, Especificaciones Técnicas y Requisitos de Calidad para la Obra Pública de CFE.
Alcances de la Obra: La obra consiste en los trabajos para cimentaciones menores, mayores, y montaje de equipo primario, así como de la construcción de la obra civil y obra electromecánica de una caseta de control, pruebas preoperativas para el equipamiento de dos alimentadores en 230 kV para recibir la L.T. Teotihuacán y L.T. KM 110. Como se muestra en los Diagramas 2.1 Subestación Corsa Maniobra, Planta, Diagrama 2.2 Unifilar Subestación Corsa Maniobras y Diagrama y Diagrama 2.3 Unifilar (Nomenclatura asignada por Área de Control Central ACC).
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40 2.2 Tensiones normalizadas del sistema.
El sistema eléctrico nacional mexicano se ha desarrollado tomando en cuenta la magnitud y dispersión geográfica de la demanda, así como la localización de las centrales generadoras. En algunas aéreas del país, los centros de generación y consumo de electricidad se encuentran alejados entre sí, por lo que la interconexión se ha realizado de manera gradual, incluyendo proyectos que se justifican técnica y económicamente.
Por nivel de tensión eléctrica del sistema, las tensiones eléctricas normalizadas se clasifican en:
Baja tensión, desde 100 V hasta 1 000 V.
Media tensión, mayor de 1 000 V hasta 34,5 kV. Alta tensión, mayor de 34,5 kV hasta 230 kV. Extra alta tensión, mayor de 230 kV hasta 400 kV.
Documentos que aplican: Norma Mexicana ANCE - NMX-J-098-ANCE-1999, ANSI C 84.1 – 1995 - Electric Power Systems and Equipments - Voltage Rates (60 Hz), NORMA Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2012, Articulo 922 Lineas Aereas.
2.2.1 Diferentes niveles de tensión en las redes eléctricas.
El SEN como la muestra la Figura 2.1 Red Troncal del Sistema Eléctrico Nacional Mexicano, está constituido por redes eléctricas en diferentes niveles de tensión:
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2) Las redes de subtransmisión en alta tensión (entre 161 kV y 69 kV) tienen una cobertura regional. Suministran energía a las de distribución en media tensión y a las cargas conectadas en esos voltajes.
3) Las redes de distribución en media tensión (entre 60 kV y 2.4 kV) distribuyen la energía dentro de zonas geográficas relativamente pequeñas y la entregan a aquellas en baja tensión y a instalaciones conectadas en este rango de voltaje.
[image:47.612.93.521.275.697.2]4) Las redes de distribución en baja tensión (240 V o 220 V) alimentan las cargas de los usuarios de bajo consumo.
42 2.3 Sistema Eléctrico Nacional (SEN).
Sistema Eléctrico Nacional (SEN) es el nombre que se le da al conjunto de servicios que hacen posible la generación y suministro de electricidad en México. Es el encargado de que fábricas, empresas, comercios y domicilios tengan servicio eléctrico para satisfacer necesidades laborales y cotidianas.
Uno de los antecedentes más importantes del SEN es la creación de la Comisión Federal de Electricidad (1937) y tenía como objetivo principal la creación de un organismo capaz de generar, transmitir y distribuir la energía eléctrica. Todo esto con el propósito de mejorar la economía, reducir costos y proveer el mejor servicio a los mexicanos. Las condiciones de transmisión del SEN eran muy difíciles, ya que había diferentes niveles de voltaje y dos niveles de frecuencia.
Al 31 de diciembre de 2010, el Sistema Eléctrico Nacional (SEN) contaba con una capacidad efectiva de 52,947 MW para el servicio público y un total de 833,081 km de líneas de transmisión y distribución.
[image:48.612.112.506.481.700.2]Como se muestra en la Figura 2.2 Regiones del Sistema Eléctrico Nacional (SEN) se organiza en nueve regiones, que son:
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Paralelamente, productores privados completan la oferta de energía eléctrica en el país, al generar electricidad para sus propias necesidades o para la venta a los organismos encargados del servicio público de energía eléctrica, de acuerdo con las modalidades establecida en el marco legal vigente.
Evolución de la demanda del Sistema Interconectado Nacional (SIN): La capacidad de generación para el servicio público a diciembre de 2010 (52,947 MW) creció 2.44% respecto a 2009 (51,686 MW). Esta nueva capacidad resultó de agregar 1,161.86 MW, y de modificar la instalada en 99.0 MW.
Expansión del Sistema Eléctrico Nacional; El programa de expansión de capacidad incluye las centrales en proceso de construcción o licitación, y la capacidad adicional. Esta última se refiere a la capacidad futura que se licitará en función de su fecha programada de inicio de operación.
El programa de capacidad adicional requerida para atender la demanda de energía eléctrica estimada para los próximos años, se realiza con base en la evaluación técnica y económica de las diferentes configuraciones de los proyectos, seleccionando los proyectos de generación y transmisión que logran el menor costo total de largo plazo.
2.3.1 Consideraciones básicas para el programa de expansión del Sistema Eléctrico Nacional.
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Los elementos principales que intervienen en estos estudios son los siguientes:
Demanda máxima y energía necesaria. Autoabastecimiento y cogeneración. Sistema de generación existente. Capacidad por retirar.
Disponibilidad del parque de generación.
Costos de inversión en generación y transmisión. Precio de combustibles.
El programa de expansión del Sistema Eléctrico Nacional se integra por la planeación del servicio público y la proyección de adiciones de capacidad de permisionarios de autoabastecimiento y cogeneración.
Por una parte, las adiciones de capacidad de permisionarios permiten, dentro del marco regulatorio vigente, el aprovechamiento del potencial de generación de electricidad en varios sectores y ramas industriales que por las características de sus procesos, ofrecen posibilidades de ahorro de energía y mitigación de costos.
Por otra parte, abre la posibilidad para que diferentes tipos de usuarios contribuyan a diversificar las fuentes de suministro de energía eléctrica.
2.4 Clasificaciones de Subestaciones.
Considerando que una subestación eléctrica es un conjunto de elementos o dispositivos de los sistemas eléctricos de potencia donde se modifican los parámetros de tensión y corriente, que sirve como punto de interconexión del sistema de generación de energía eléctrica con el de transmisión y distribución, para llevarla a los centros de consumo.
Al diseñar una subestación eléctrica se deben considerar cuatro puntos:
1. Tensiones máximas a las que trabajará
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3. Corriente máxima de servicio continúo 4. Corriente máxima de falla (corto circuito)
Atendiendo el objetivo con el cual se diseñan las subestaciones y al servicio que prestan: por su servicio, por su construcción o por su arreglo de barras, como se indica en la Tabla 2.1 clasificación de Subestaciones.
Por su Servicio
Subestaciones eléctricas elevadoras Subestaciones eléctricas reductoras Subestaciones eléctricas de switcheo
Por su Construcción
Intemperie Interior Blindadas
Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS) Hibridas (encapsuladas para operar en intemperie)
Por el Arreglo de
Barras
Barra simple Anillo
Barra simple con cuchilla de “by pass”
Barra principal y barra de transferencia con interruptor de transferencia y/o amarre
Barra principal y barra auxiliar con interruptor de transferencia o amarre
Doble barra principal y barra de transferencia
Interruptor y medio “I” Interruptor y medio “U”
[image:51.612.89.525.214.494.2]Doble barra y doble interruptor
Tabla 2.1 Clasificación de Subestaciones.
Por su Servicio y como se muestra en el Diagrama 2.4 Subestaciones Eléctricas por su Servicio, se clasifican en 3 tipos que son:
a) Subestaciones eléctricas elevadoras.
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Este tipo de subestaciones se usa normalmente en las plantas generadoras, cuando se trata de elevar los voltajes de generación a valores de voltajes de transmisión; es decir, se modifican los parámetros principales de generación de energía eléctrica por medio de transformadores de potencia, estos equipos elevan el voltaje y reducen la corriente para transmitir grandes cantidades de energía eléctrica a grandes distancias; por medio de líneas de transmisión, con el mínimo de pérdidas.
b) Subestaciones eléctricas reductoras.
Una subestación eléctrica es reductora cuando tiene banco de transformación que disminuye el nivel de tensión de las fuentes de alimentación.
En estas subestaciones, los niveles de voltaje de transmisión (400kV y 230kV) se reducen a niveles de voltaje de subtransmisión (115kV, 69kV y 34.5kV) y distribución (13.8kV), es decir, se reduce la tensión y se incrementa la corriente por medio de transformadores de potencia. Las subestaciones reductoras se conectan a líneas de transmisión, subtransmisión o distribución para transmitir la energía eléctrica a distancias medias o cortas y alimentar a las redes de distribución de bajos voltajes para su comercialización.
Estas subestaciones constituyen el mayor número de subestaciones en un sistema eléctrico.
c) Subestaciones eléctricas de switcheo o maniobras.
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Diagrama 2.4 Subestaciones eléctricas por su servicio.
Por su Construcción:
a) Subestaciones eléctricas tipo intemperie (Air-insulated Substations AIS).
Están diseñadas para operar expuestas a las condiciones atmosféricas (lluvia, nieve, viento, etcétera) y ocupan grandes extensiones de terreno. En estas instalaciones se manejan alta y extra alta tensión.
b) Subestaciones eléctricas tipo interior.
48 c) Subestaciones eléctricas blindadas.
En este tipo de subestaciones el equipo está totalmente protegido del medio ambiente. El espacio que ocupan es muy reducido, por lo general, se utilizan en: hospitales, interior de fábricas, auditorios, centros comerciales, lugares densamente poblados, sitios con alto índice de contaminación o cualquier otro espacio donde no se cuenta con una extensión grande de terreno para la instalación de una subestación convencional.
d) Subestaciones eléctricas encapsuladas (Gas-insulated Substations GIS).
En estas subestaciones, el equipo se encuentra totalmente protegido del medio ambiente. El espacio que ocupa es la décima parte de una subestación convencional, todas las partes vivas y equipos que soportan la tensión están contenidos dentro de envolventes metálicos que forman módulos fácilmente conectados entre sí. Estos módulos se encuentran dentro de una atmósfera de gas seco y a presión que en la mayoría de los casos es hexafluoruro de azufre (SF6), que tiene la característica de reducir las distancias de aislamiento y extinción del arco eléctrico, com-parativamente con las del aire. Por lo general, se construyen en lugares donde no se cuenta con una extensión grande de terreno.
e) Subestaciones eléctricas tipo híbrido (Hybrid-insulated Substations HIS).
49 Por su arreglo de barras:
a) Barra simple. Ventajas:
No existe compromiso entre la ubicación física de las bahías de los elementos y la funcionalidad de la subestación.
Con un interruptor fuera de servicio, el “disparo” o salida de un elemento, ocasiona la pérdida de únicamente el elemento disparado. Permite realizar arreglos de relieve bajo, ya que solo se requieren dos
niveles de conductor energizado para la conectividad entre equipos.
Desventajas:
El mantenimiento a un interruptor implica la pérdida del elemento correspondiente.
Una falla en la barra principal ocasiona la pérdida de todos los elementos de la subestación.
No permite desenergizar la barra principal sin tener que desconectar todos los elementos de la subestación.
b) Anillo. Ventajas:
Permite dar mantenimiento a un interruptor cualquiera sin perder los elementos adyacentes a dicho interruptor.
Pocas maniobras para librar interruptores.
Permite realizar arreglos de relieve bajo, ya que solo se requieren dos niveles de conductor energizado para la conectividad entre equipos. Requerimientos mínimos de marcos estructurales.
Desventajas:
