Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electroenergética. TRABAJO DE DIPLOMA. Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. Autor:. Manuel A. Villegas Mildestein. Tutores: Dr. C. Ignacio Pérez Abril Ing. Ignacio Pérez Elesgaray. Santa Clara 2016 “Año 58 de la Revolución”.

(2) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería Eléctrica.. ______________________. ⁪. Firma del Autor. Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. ______________________. _____________________. Firma del Tutor. Firma del Tutor. ____________________________ Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo.

(3) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. PENSAMIENTO. “Nunca consideres el estudio como una obligación, sino como una oportunidad para penetrar en el bello y maravilloso mundo del saber.”. Albert Einstein. i.

(4) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. DEDICATORIA. A cada una de las personas que estuvieron a mi lado en este tiempo y en especial al que le debo lo que soy.. ii.

(5) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. AGRADECIMIENTOS. En cada momento sentir el apoyo de familiares y amigos fue lo que me impulso a llegar aquí, demostrándome que no importan las adversidades si estamos al lado de quienes nos guían por el mejor camino.. A todos gracias.. iii.

(6) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. TAREA TÉCNICA. 1) Utilización del software Radial para realizar un análisis de flujo de carga en los circuitos 7 y 131 y así determinar la variante más eficiente en los cambios de la UCLV. 2) Utilización del software Radial para el balanceo de estos circuitos con los resultados de lo existente y de las variantes propuestas. 3) Utilización del software Osmand para representar la trayectoria y ubicación de las líneas y transformadores de lo existente y de las variantes propuestas dentro de la UCLV. 4) Análisis para la creación de la línea de alimentación del rectorado en caso de emergencias. 5) Análisis del transformador del 900 para eliminar los bajos voltajes y la activación de las protecciones por sobre consumo.. ______________________. ______________________. Firma del Autor. Firma del Tutor. ⁪. ⁪. iv.

(7) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. SÍNTESIS. La presente investigación se realizó ante la necesidad de mejorar la fiabilidad en el suministro eléctrico en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, específicamente en la parte de los circuitos de distribución que involucran al centro. El objetivo general consistió en evaluar el estado actual de estos circuitos para determinar problemas y proponer soluciones de mejoras atendiendo a la necesidad de la UCLV. Se realizó una revisión bibliográfica de los temas correspondientes a la presente investigación y se confeccionaron mapas y tablas de estimación que muestran los cambios propuestos. Se actualizaron y analizaron los datos que correspondían a la Universidad teniendo en cuenta parámetros de calidad de la energía. El principal resultado derivado del estudio fue la confección de varias propuestas para el mejoramiento de la fiabilidad dentro de la UCLV, sobre la base de lograr una mejor funcionabilidad. Recomendándose continuar los estudios para aumentar aún más la fiabilidad de los circuitos analizados y mejorar la calidad de la energía a suministrar.. v.

(8) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. ÍNDICE. PENSAMIENTO ............................................................................................................... i DEDICATORIA ............................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ................................................................................................... iii TAREA TÉCNICA ......................................................................................................... iv SÍNTESIS ......................................................................................................................... v INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 1 CAPITULO 1: Generalidades de las redes de distribución. ............................................. 3 1.1.. Sistemas eléctricos de distribución. ................................................................... 4. 1.1.1. Clasificación de los sistemas de distribución de acuerdo al esquema de. alimentación.............................................................................................................. 4 1.1.2. Clasificación de los sistemas de distribución de acuerdo al servicio que. prestan. …………………………………………………………………………….5 1.1.3. Clasificación de los sistemas de distribución en función de su construcción. …………………………………………………………………………….7. 1.1.4 1.2.. Principales componentes de los sistemas de distribución. ......................... 8. Redes de distribución Primarias ...................................................................... 11. 1.2.1. Estimación de cargas en los circuitos de distribución. ............................. 13. 1.2.2. Efecto de los enlaces con otro circuito de la misma subestación. ............ 15. CAPÍTULO 2: Situación actual en la UCLV. ................................................................ 16 2.1. Descripción de la Subestación de los Circuitos 7 y 131 de Santa Clara. ......... 16. 2.2. Descripción de los circuitos de distribución primaria 7 y 131 de Santa Clara. ………………………………………………………………………………...17.

(9) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. 2.3. Problemas presentes en los circuitos de distribución primaria 7 y 131 dentro de. la Universidad de Santa Clara. ................................................................................... 20 2.4. Análisis ingenieril de los circuitos 7 y 131 de Santa Clara. ............................ 22. 2.4.1. Relación entre transformadores y gráficos de cargas. .............................. 22. 2.4.2. P max de cada transformador. .................................................................. 23. 2.4.3. Calculo del % de carga monofásica de cada banco. ................................. 30. 2.4.4. Tipo de conductores.................................................................................. 33. 2.5. Resultados del radial en el circuito actual de la Universidad. ......................... 35. CAPÍTULO3: Variantes de mejoras............................................................................... 37 3.1. Eliminación de línea aérea que suministra energía al área central. ................. 37. 3.2. Cambios de transformadores en edificios de la UCLV. .................................. 38. 3.3. Línea de suministro de energía al rectorado en caso de emergencias.............. 42. 3.4. Interconexión de los circuitos 7 y 131. ............................................................ 44. 3.5. Cambio de voltaje dentro de la Universidad de 4.16kV a 13.8 kV. ................ 48. 3.5.1. Todo a 13.8 kV y soterrado a 4.16 kV..................................................... 48. 3.5.2. Todo a 13.8 kV. ....................................................................................... 50. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................. 52 Conclusiones............................................................................................................... 52 Recomendaciones ....................................................................................................... 53 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................... 54 ANEXOS ........................................................................................................................ 55.

(10) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. INTRODUCCIÓN. En años anteriores se han realizado trabajos por parte de profesores y estudiantes sobre el programa de desarrollo eléctrico de La Universidad Central de Las Villas “Marta Abreu”. No obstante, en esta ocasión se presenta la oportunidad de realizar mejoras gracias a las perspectivas de desarrollo de la UCLV por parte de la Empresa Eléctrica, donde se plantea pasar el circuito primario de 4.16 a 13.8 kV. Además, se proyecta la instalación de un parque fotovoltaico de 1 MW en la parte posterior de la facultad de Eléctrica. Producto de estos cambios surgen una serie de inconvenientes en el circuito actual que ameritan el análisis de modificaciones sobre la base de lo estético y lo ingenieril, citando algunos se encuentra el resultado de la reestructuración de líneas y transformadores que afecta los circuitos soterrados debido al cambio de voltaje dentro del centro de la Universidad arrojando a su vez que en dicha zona sea necesario el suministro eléctrico a las facultades mediante líneas aéreas, esto último, en contra de la estética tradicional del Centro.. Presentación del problema científico. Este trabajo está enfocado a la falta de un sistema computacional para examinar circuitos de la UCLV y las posibles modificaciones que surjan a raíz de este proyecto. La configuración actual de los circuitos de distribución en la Universidad no es la más idónea, producto de los nuevos cambios por parte de la empresa eléctrica se deben reestructurar parte de los circuitos 7 y 131 que suministran energía al centro y de ser posible independizarlos de las cargas externas para ganar en fiabilidad y calidad de la energía. Lograr un balance entre eficiencia y calidad de la energía contra estética de la Universidad. ¿Cuál será el diseño óptimo para los circuitos 7 y 131 de la Universidad cuando se realizan los cambios del sistema para 13,8kV?. 1.

(11) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. El objetivo general para la realización de este informe es: Evaluar el estado actual de los circuitos que alimentan la UCLV, determinar problemas y proponer soluciones de mejoras. Actualizar el expediente eléctrico de la Universidad.. Como objetivos específicos tenemos: . Realizar una búsqueda bibliográfica sobre el tema.. . Evaluar los circuitos actuales y proponer mejoras.. . Proponer un nuevo circuito a 13.8 kV, analizar su recorrido, soterrados, etc.. . Analizar utilización de la generación de emergencia (desastres).. Debido a los recientes cambios de voltaje en los circuitos de distribución para ganar en ahorro, calidad y eficiencia, se espera determinar la mejor variante basados en soluciones prácticas apoyadas en la literatura para la aplicación en los circuitos 7 y 131 de la UCLV. Crear también un programa de prueba que sirva para el análisis de estas nuevas variantes y de mejoras futuras.. 2.

(12) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. CAPITULO 1: Generalidades de las redes de distribución.. Los Sistemas eléctricos van evolucionando en el tiempo a medida que lo hace la sociedad, ya que estos sistemas representan un aspecto decisivo en el aporte de la energía necesaria para sus actividades de desarrollo mediante los factores consumo y demanda. Las redes de distribución como parte integrante de los sistemas eléctricos, también se ven afectadas por este proceso de cambios continuos antes mencionadas por lo que su diseño, construcción, mantenimiento y operación deben estar sujetos a diferentes aspectos previsibles para que den como resultado redes de distribuciones funcionales, económicas y adaptables a los nuevos cambios de la sociedad. Para la reconfiguración de una red de distribución es necesario modificar los parámetros correspondientes a dicha red, teniendo en cuenta de manera primordial las normas de diseño y explotación que deben tener los diferentes tipos de circuitos. Cuando se hace referencia a la confiabilidad o fiabilidad de un equipo o sistema de cualquier índole, se relaciona con la capacidad de realizar una tarea específica con un alto grado de exactitud desde un punto de vista mayormente cualitativo. Pero desde la perspectiva ingenieril resulta mucho más eficiente contar con aspectos cuantitativos más que cualitativos, especialmente cuando se desea tomar una decisión respecto a diseño y construcción. Esta cuantificación está dada por el análisis de una serie de índices dependiendo de los objetivos perseguidos por el diseñador o fabricante. Las fallas o salidas de servicios siempre son un factor a tener en cuenta en cualquier sistema, provocando la desconexión de uno o varios consumidores del sistema eléctrico. El objetivo de la evaluación de la fiabilidad es precisamente eliminar o dejar fuera de servicios a la menor cantidad de consumidores de esta red.. 3.

(13) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. 1.1.. Sistemas eléctricos de distribución.. Un sistema eléctrico de distribución es el conjunto de instalaciones desde 34.5 kV hasta tensiones de 120 V encargadas de entregar la energía eléctrica a los usuarios a los niveles de tensión normados y en las condiciones de seguridad exigidas por los reglamentos.[1]. Los voltajes de operación de las subestaciones cubanas pueden ser de 4.16 kV o 13.8 kV por secundario, y los transformadores de distribución convierten estos voltajes para brindar el servicio de 120/240V. En otros países estos niveles de voltajes pueden variar tomando valores en las subestaciones de 22kV en la subtransmisión, 11 kV para los primarios de los circuitos de distribución, entre otros. Los sistemas de distribución que brindan servicios a empresas estatales o residenciales deben proyectarse de manera tal que puedan ser sometidos a mantenimiento y amplificaciones progresivas, con un costo mínimo de tiempo y escasos cambios en la estructura ya existente, con el fin de asegurar un servicio continuo para la carga presente y futura con la menor inversión posible.[2] Los principales estudios a realizar en un sistema de distribución son: los flujos de potencia, el cálculo de corrientes de cortocircuito, la regulación de tensión y la compensación de reactivo. Dando como resultado el grado de fiabilidad y seguridad de un sistema de distribución. [3]. 1.1.1. Clasificación de los sistemas de distribución de acuerdo al esquema de alimentación.. . Sistemas radiales.. . Sistemas anillados o lazo.. Sistemas radiales:[4] Estos sistemas se caracterizan por poseer un conjunto de alimentadores que le suministran potencia de forma individual a cierto número de transformadores. La principal desventaja que presentan estos sistemas es que, ante una falla, los clientes asociados al circuito. 4.

(14) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. quedan sin suministro, por tanto, estas redes no aseguran una buena continuidad del servicio a pesar de ser económicas y sencillas, Figura 1.1.. Figura 1.1. Esquema de un Sistema Radial. Sistemas anillados o lazo:[4] En estos circuitos las líneas parten de una barra y después de su recorrido finalizan en la misma formando un lazo o anillo, o sea sus dos extremos parten del mismo punto, pudiéndose suministrar la energía por ambos extremos. Son más confiables que las redes radiales, Figura 1.2.. Figura 1.2. Esquema de un Sistema en Lazo.. 1.1.2. Clasificación de los sistemas de distribución de acuerdo al servicio que prestan.. . Instalaciones específicas: - Industriales. . Redes de distribución: - Comerciales 5.

(15) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. - Residenciales - Mixtos - Rurales. Sistemas de Distribución Industrial:[4] Dentro de estos sistemas se encuentran las industrias, que son grandes consumidores de energía eléctrica, tales como la Industria Química, la del Acero, Petróleo, Papel y todas las grandes fábricas que principalmente reciben el suministro eléctrico directamente de la red de transmisión y en algunos casos de la red de subtransmisión para industrias con cargas más pequeñas. En algunos casos dichas industrias generan energía a partir de sus propios procesos industriales a vapor, gas o diésel. Generalmente los circuitos de estas aplicaciones son de uso exclusivo para aumentar la confiabilidad y la continuidad del servicio.. Sistemas de Distribución Comercial:[5] Este término se utiliza para denominar sistemas de energía que están ubicados dentro del área comercial de las ciudades. Estos sistemas tienen características muy propias ya que al encontrarse en estrecha relación con la sociedad y determinados bienes de vital importancia requieren de grandes fuentes de respaldo en caso de emergencias. Estos sistemas generalmente tienen asociado cargas residenciales, por lo que se alimentan de los mismos circuitos de distribución pudiendo ser de uso exclusivo o no. Por lo general manejan una cantidad pequeña de energía comparándolos con los sistemas industriales.. Sistemas de Distribución Residencial:[5] Son los sistemas encargados de distribuir la energía eléctrica a las poblaciones y los centros urbanos donde predominan las cargas residenciales. Son alimentados por subestaciones de distribución. Tienen la característica de que su curva de carga tiene dos picos, uno al mediodía y otro en la tarde noche que es mayor que el del mediodía.. 6.

(16) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. Sistemas de Distribución Mixtos:[6] Estos sistemas combinan las cargas residenciales con las comerciales. Estos sistemas son los más frecuentes ya que las ciudades por lo general tienen combinados estos tipos de servicios. Sistemas de Distribución Rural:[6] Estos sistemas de distribución suministran energía eléctrica a zonas de menos densidad de cargas, por lo que se pueden usar dispositivos especiales, como las estructuras compactas diseñadas para recorrer grandes distancias sin la presencia de ningún transformador de distribución. Por lo general estos circuitos son largos y con poca carga y usan transformadores de pequeña capacidad.. 1.1.3. Clasificación de los sistemas de distribución en función de su construcción.. . Sistemas aéreos.. . Sistemas subterráneos o soterrados.. . Sistemas mixtos.. Sistemas aéreos:[7] Por las características de su construcción son sistemas muy sencillos y económicos, debido a lo cual son muy utilizados. Se emplean principalmente para zonas urbanas de ciudades pequeñas y medianas con carga residencial, carga comercial y carga industrial, y para zonas rurales con carga doméstica y carga de pequeñas industrias. Estos sistemas son constituidos por transformadores, cuchillas, pararrayos, fusibles, conductores desnudos y demás componentes, los que se instalan en postes o estructuras de distintos materiales. La configuración más sencilla para los sistemas aéreos es del tipo radial. Cuando se requiere una mayor flexibilidad y continuidad del servicio es posible utilizar configuraciones más elaboradas. Los movimientos de carga se llevan a cabo con juegos de cuchillas que se instalan de manera conveniente para efectuar maniobras tales como trabajos de emergencia, ampliaciones del sistema y conexión de nuevos servicios. 7.

(17) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. Sistemas soterrados:[7] Los sistemas soterrados están constituidos por transformadores tipo interior o sumergibles, cajas de conexión, interruptores de seccionamiento y protección, cables aislados, y demás componentes, los que se instalan en locales en interiores de edificios o en bóvedas, registros y pozos construidos en banquetas, pero lo más característico de ellos es que los cables se instalan en conductos soterrados o zanjas. Debido a la confiabilidad del servicio y la limpieza que estas instalaciones proporcionan al paisaje, estos sistemas se construyen en zonas urbanas con alta densidad de carga y fuertes tendencias de crecimiento, teniendo en cuenta que esta confiabilidad y su contribución a la estética del paisaje demanda un incremento en el costo de las instalaciones y en la especialización del personal encargado de construir y operar este tipo de sistema. Los principales factores que se deben analizar al diseñar un sistema soterrado son: densidad de carga, costo de la instalación, grado de confiabilidad, facilidad de operación y seguridad del sistema. Aunque estos sistemas son más confiables, son más difíciles de reparar.. Sistemas mixtos:[7] Se asemeja mucho al sistema aéreo. La diferencia radica en que los conductores desnudos colocados sobre las crucetas de los postes sufren una transición a cables soterrados, la cual se realiza en la parte alta del poste y el cable aislado se aloja en el interior de ductos para bajar del poste hacia un registro o pozo y conectarse con el servicio requerido. Este tipo de sistema tiene la ventaja de eliminar una gran cantidad de conductores, favoreciendo la estética del conjunto, disminuyendo notablemente el número de fallas en el sistema de distribución y por ende aumentando la confiabilidad del mismo.. 1.1.4. Principales componentes de los sistemas de distribución.. . Alimentadores primarios de distribución.. . Alimentadores secundarios de distribución. 8.

(18) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. . Transformadores de distribución.. . Desconectivo del transformador.. . Acometidas.. . Equipos de medición.. Alimentadores primarios de distribución:[8] Los alimentadores primarios transportan la energía eléctrica desde las subestaciones de distribución hacia los transformadores de distribución. En caso de que sea una instalación aérea los conductores se encontrarán soportados en postes y en caso de una instalación subterránea irán colocados en ductos. Estos alimentadores son de calibre grueso dependiendo del valor de la densidad de la carga. De estos alimentadores primarios parten varios ramales que por lo general pueden tener menor calibre que el tronco. Los transformadores de distribución y los servicios particulares suministrados se conectan a este primario ya sea por el tronco o por los ramales. Clasificación de los alimentadores primarios por el número de fase e hilos: . Trifásicos de tres hilos. . Trifásicos de cuatro hilos. . Monofásicos de dos hilos. . Monofásicos de un hilo. Alimentadores secundarios de distribución:[9] Los alimentadores secundarios transportan la energía eléctrica desde los transformadores de distribución hacia los puntos de acometida de los consumidores o clientes. En caso de que sea una instalación aérea los conductores se encontrarán soportados en postes y en caso de una instalación subterránea irán colocados en ductos. Estos alimentadores son de calibre fino, dependiendo del valor de la densidad de la carga. Clasificación de los alimentadores secundarios por el número de hilos: . Monofásicos de dos hilos.. . Monofásico tres hilos.. . Trifásico cuatro hilos. 9.

(19) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. Pérdidas de energía en alimentadores: Existen pérdidas de energía durante su transporte desde la central eléctrica hasta cada acometida. Estas pérdidas ocurren debido a que los conductores tienen determinado valor de resistencia (que depende de las características químicas del material con que está construido, el calibre y el largo de este) donde se disipa, en forma de calor, parte de la energía eléctrica que se transmite. Al disminuir el grosor del cable disminuye la conductividad. Las pérdidas pueden deberse también a la corrosión que sufren los alimentadores. Existen dos tipos fundamentales de corrosión en la distribución aérea: la galvánica y la oxidación, ambas perturban el contacto inicial y el rendimiento a largo plazo de la conexión eléctrica.. Transformadores de distribución:[10] Los transformadores de distribución son los encargados de llevar el voltaje de los niveles del primario hasta el voltaje de servicio 120/240 V entre los alimentadores primarios y los secundarios, llevando cierta cantidad de energía que varía con el transformador, de forma tal que los usuarios consigan utilizarla sin necesidad de equipos e instalaciones costosas y peligrosas. Para seleccionar la capacidad del transformador se hace necesario tener en cuenta la magnitud de la carga, teniendo especial cuidado en factores que influyen en ella como la demanda y la coincidencia. La magnitud del por ciento de impedancia de un transformador afecta la regulación de la tensión y el valor de las corrientes de corto circuito que fluyen por los devanados ante fallas en los alimentadores secundarios.. Desconectivo del transformador: Dispositivos que se encuentran por el lado de alta de los transformadores de distribución, cuya función consiste en interrumpir la conexión de estos frente a cualquier situación de riesgo de la línea.. 10.

(20) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. Acometidas: Las acometidas transportan la energía eléctrica desde los alimentadores secundarios hacia los consumidores. En caso de que sea una instalación aérea los conductores se encontrarán soportados en postes y en caso de una instalación subterránea irán colocados en ductos. Estos alimentadores son de calibre fino, dependiendo del valor de la densidad de la carga.. Equipos de medición: Los equipos de medición utilizados son los Nulec, los cuales se encuentran generalmente en las salidas de cada circuito de la subestación y los metrocontadores que se encuentran en las acometidas de cada cliente o consumidor. 1.2.. Redes de distribución Primarias. De las redes de distribución primaria existen varios aspectos y elementos a tener en cuenta, a continuación se mencionan los más relevantes: . Nivel de voltaje.. . Conductores.. . Transformadores.. . Capacidad máxima total del circuito radial.. . Seccionamiento.. . Parámetros de calidad de la energía.. Nivel de voltaje: El aumento de los niveles de voltaje es el método más utilizado en estos tiempos para posibilitar un mayor traslado de potencia para una corriente dada. Dando como resultado menores perdidas y un número menor de subestaciones. Su principal desventaja es que reduce la fiabilidad, al tener mayor voltaje presenta mayor número de líneas las cuales se ven afectadas por fenómenos climatológicos como descargas eléctricas, vientos, etc.. 11.

(21) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. Conductores:[11] El tipo de conductor debe ser seleccionado de acuerdo al nivel de potencia que circula por cada tramo del circuito. Por lo general se denominan líneas centrales (o tronco) a los conductores por los cuales circula la mayor potencia en el circuito, y líneas adyacentes (o ramales) a los conductores por los cuales circula menor potencia.. Transformadores:[10] Los transformadores deben seleccionarse de acuerdo al servicio que prestarán. Los llamados transformadores residenciales son aquellos que prestan servicio monofásico, y los transformadores industriales o de servicio son aquellos que prestan servicio trifásico. Esto se logra mediante transformadores monofásicos y trifásicos, además de las conexiones posibles entre transformadores monofásicos, es decir Estrella Abierta o Delta Abierta. Por otra parte debe tenerse en cuenta la potencia demandada por los clientes, para así seleccionar la potencia nominal de cada transformador.. Capacidad máxima total del circuito:[11] En presencia de circuitos que presentan un crecimiento acelerado el cambio de conductores o el empleo de medios de regulación de voltaje no ofrecen soluciones a largo plazo. La solución más recomendada es el estudio de la creación de nuevos circuitos para así disminuir la carga de los ya existentes y evitar pérdidas de inversiones mayores. Estos circuitos, no importa si son reconfigurados o nuevos, deben tener siempre en cuenta que la potencia total del mismo no sobrepase la capacidad nominal del transformador de distribución correspondiente o el límite máximo posible si el circuito forma parte de una subestación múltiple.. Seccionamiento:[12] El elemento que cumple esta función se llama seccionalizador. Este es un aparato mecánico de conexión y desconexión que asegura, en una distancia de seccionamiento condiciones específicas. Un seccionalizador es capaz de abrir o cerrar un circuito cuando se establece o se interrumpe una corriente de valor despreciable dentro de su sistema de 12.

(22) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. control, también puede ser controlado por las diferencias de voltajes según sus especificidades. Parámetros de calidad de la energía:[13] La calidad en un sistema eléctrico puede medirse a través de varios parámetros relacionados con la continuidad de servicio, las fluctuaciones de voltaje, el contenido armónico de las formas de onda de voltaje y de corriente, el factor de potencia y las variaciones de frecuencia. Estos parámetros deben tenerse en cuenta a la hora de realizar cambios en una red de distribución.. 1.2.1. Estimación de cargas en los circuitos de distribución.. Para el estudio de cualquier circuito de distribución la estimación de las cargas eléctricas suministradas por los bancos es uno de los elementos claves. Pero ya que en la gran mayoría de los casos no se cuentan con mediciones actualizadas de dichas cargas se torna un tanto difícil calcular con exactitud los parámetros deseados. Para solucionar dicho problema se utilizan métodos matemáticos que brindan valores muy cercanos a los reales en cada banco. Bancos de un transformador:[10] Los transformadores monofásicos de distribución suministran solo carga monofásica de 120/240 V. Bancos de dos transformadores:[10] En los bancos de dos transformadores las conexiones pueden ser en Y (estrella) abierta o Δ (Delta) abierta, y sobre esta base se forman los tipos de bancos. En la Universidad las combinaciones son de Y abierta - Delta abierta como se muestra en la figura 1.3.. 13.

(23) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. Figura 1.3 Banco de dos transformadores La carga monofásica de 120/240 V se alimenta del transformador de alumbrado mientras que un solo transformador de fuerza completa el banco para suministrar la carga trifásica de 240 V. Bancos de tres transformadores:[10] Los bancos de tres transformadores se conectan en Y o Δ, dando combinaciones en la conexión de Y-Y, Δ-Δ, Y-Δ, Δ-Y. En la Universidad las combinaciones son de Y- Δ como se muestra en la figura 1.4.. Figura 1.4 Banco de tres transformadores Y-Delta.. La carga monofásica de 120/240V (S1φ) se alimenta por el transformador de alumbrado mientras que dos transformadores de fuerza iguales completan el banco para suministrar la carga trifásica de 240 V (S3φ). Para simplificar el análisis la carga monofásica se considera distribuida entre los dos secundarios del transformador de alumbrado.. 14.

(24) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. 1.2.2. Efecto de los enlaces con otro circuito de la misma subestación.. Otro parámetro a tener en cuenta a la hora de diseñar un circuito es que el mismo pueda alimentarse de otros circuitos próximos a él, esta alimentación no debe realizarse por cualquier parte del mismo, ya que ante una falla al inicio del circuito no se cumpliría el objetivo de energizar las cargas restantes que se encuentran después de la falla. También es importante tener en cuenta que no podemos alimentar todo el circuito fallado por el que va a suministrar respaldo por lo que es de vital importancia conocer que cargas llevan una atención mayor que las restantes y serán esas cargas las que conectaríamos a este sistema. En las figuras 1.5 y 1.6 se muestran una representación de lo antes mencionado.. Figura1.5. Esquema de circuito en modo normal.. Figura1.6. Esquema de circuito ante una falla.. 15.

(25) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. CAPÍTULO 2: Situación actual en la UCLV. En el siguiente capítulo se realiza en un primer momento una breve descripción de las subestaciones primarias que alimentan a los circuitos de la Universidad. Luego se analizará el comportamiento de las redes de distribución primaria de los circuitos 7 y 131 para determinar sus posibles problemas o mejoras en los nuevos cambios.. 2.1. Descripción de la Subestación de los Circuitos 7 y 131 de Santa Clara.. La subestación que alimenta los circuitos 7 y 131 se encuentra en la intersección de la carretera de Camajuaní con la calle 9na del reparto universitario y está dentro de los límites de la Universidad. Dichos circuitos no solo alimentan a la Universidad, sino, que también suministran energía en el caso del 7 al reparto universitario, la biofábrica de flores, planta de retransmisión y al IPI “Lázaro Cárdenas del Río”. El circuito 131 a su vez también suministra energía además de a la Universidad al Instituto “Pedro María”, la Región militar de Santa Clara, la CMHQ Radio Rebelde, sector residencial San Antonio, sector residencial Las Antillas. Esa subestación está conformada por un transformador de 1600kVA de fabricación Soviética, está conectado a la línea 6375 de Santa Clara Industrial, cuenta con una relación de transformación de 34.5/4.33 kV, conexión ΔYN1, 5 taps y su I1=28Ae I2=213.3A. (Ver figura 2.1). 16.

(26) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. Figura 2.1. Monolineal de la subestación que alimenta los circuitos 7 y 131 de Santa Clara. 2.2. Descripción de los circuitos de distribución primaria 7 y 131 de Santa Clara.. En este epígrafe se realizará un análisis de la situación actual de la red de distribución primaria en los circuitos 7 y 131 de 33/4.16 kV en cuanto a: . Tipo y distancia de los conductores.. . Capacidad y conexión de los transformadores, así como el servicio que ofrecen.. . Estructura de la red.. Circuito 7 Abarca dentro de los límites universitarios toda la parte desde la Subestación hasta la Casa del Estudiante (Ver Figura 2.2) siendo los conductores de fase predominantes en esta zona A78, cobre 1/0 y 2/0 y en el caso de los soterrados por cuestiones de inaccesibilidad debido a que se encuentran energizados todo el tiempo no se pudo determinar el tipo, su trayectoria se muestra en la figura 2.3. También abarca zonas ajenas a la universidad como el reparto universitario, la biofábrica de flores, planta de retransmisión y al IPI “Lázaro Cárdenas del Río” siendo los conductores de fase predominante en esta zona A78, cobre 1/0 y 2/0. El circuito de una forma más detallada puede observarse en el mapa de los circuitos existes del que constituye el Anexo 1. 17.

(27) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. Figura 2.2. Parte del circuito 7 que pertenece a la Universidad.. Figura 2.3. Soterrados del área central de la UCLV. Circuito 131 Abarca dentro de los límites universitarios, la puerta, la beca del 900, U9, U10, U11, los Camilitos (facultades, becas y centros internos), CEDER, Facultad de construcciones, Servicentro, Almacén, CPA Camilo Cienfuegos y Pollera (Ver figura 2.4), siendo los conductores eléctricos más usados en esta zona A78, cobre 1/0 y 2/0. Cuenta esta zona con un sistema soterrado en los Camilitos que a causa de inaccesibilidad no se pudo determinar el calibre de los conductores, su trayectoria se muestra en la figura 2.5. También abarca zonas ajenas a la universidad como el Instituto Pedro María, la Región 18.

(28) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. militar de Santa Clara, la CMHQ Radio Rebelde, sector residencial San Antonio y sector residencial Las Antillas siendo los conductores de fase predominante en esta zona A78 y cobre 1/0 y 2/0. El circuito de una forma más detallada puede observarse en el Anexo 1.. Figura 2.4. Parte del circuito 131 que pertenece a la Universidad.. Figura 2.5. Soterrados del área de los Camilitos.. 19.

(29) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. 2.3. Problemas presentes en los circuitos de distribución primaria 7 y 131 dentro de la Universidad de Santa Clara.. Por diferentes modificaciones en las estructuras y aumento de cargas han surgido una serie de problemáticas para mejorar la calidad y la operatividad en el suministro de la energía. Problemáticas que se darán a conocer por circuitos y se propondrá una solución más adelante en este informe. También sobre la base de la importancia que tiene el rectorado dentro de la Universidad, que el mismo no posee un sistema de alimentación de emergencia ante fallas. Los aspectos que constituyen un problema y serán objeto de análisis dentro de los circuitos para su mejora son: Circuito 7 . Cargas ajenas a la UCLV conectadas en el mismo circuito.. . Líneas aéreas dentro del centro de la UCLV mal colocadas y afectando la estética del lugar.. . Problemas de tensión y fallo del suministro en el edificio de la dirección de economía de la UCLV.. Circuito 131 . Cargas ajenas a la UCLV conectadas en el mismo circuito.. . Problemas de tensión en las becas 900, U10, U11.. Cargas ajenas a la UCLV conectadas en el mismo circuito. Los circuitos que suministran energía a la Universidad también brindan servicio a otros lugares fuera de esta, lugares sujetos a cambios de crecimiento de demanda producto a el aumento poblacional y modificaciones las instalaciones existentes con una demanda cada vez más en crecimiento sobre el transformador de la subestación, dando lugar a un descenso en la calidad de la energía que se consume dentro de la UCLV.. 20.

(30) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. Líneas aéreas dentro del centro de la UCLV mal colocadas y afectando la estética del lugar. (Circuito 7) Producto del desconocimiento de los trabajadores que realizaron labores de mantenimientos en el área central de la UCLV se vio afectado el soterrado que alimentaba la Facultad de Humanidades y la solución a dicha afectación consistió en sustituir las líneas soterradas por una línea aérea que desempeñara actualmente esta función. Pero esta nueva línea como se muestra en la figura 2.6 representa un peligro potencial debido a la forma en que se encuentran las estructuras que la soportan y los arcos que forman los conductores entre cada una de ellas, siendo propensos a derribarse ante cualquier evento climatológico provocando pérdidas mayores.. Figura 2.6. Línea aérea que alimenta a Humanidades. Problemas de tensión en el edificio de la dirección de economía de la UCLV. (Circuito 7) Existe solamente un transformador de 37,5 kVA que alimenta el edificio de administración de la UCLV junto con la beca U5, esto provoca que cuando los estudiantes de dicha beca aumentan la demanda de tal modo que el transformador no puede soportar 21.

(31) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. la carga se disparan las protecciones y se queda la parte de la dirección de economía de la universidad sin energía o afrontando bajas tensiones.. Problemas de tensión en las becas 900, U10, U11. (Circuito 131) Los edificios de beca 900, U10, U11 son alimentados por un transformador trifásico de 250 kVA, pero también enfrenta problemas de sobrecarga debido a la conexión de equipos eléctricos de alta demanda por parte de los estudiantes en el horario pico y por los nuevos puestos de cuenta propistas que se han habilitado en el primer piso del U10, afectando todo esto a la calidad de la energía que suministra diariamente. 2.4. Análisis ingenieril de los circuitos 7 y 131 de Santa Clara.. Para realizar el estudio se tomaron las cargas existentes dentro de a UCLV y de esta manera se pudo conocer el comportamiento de los circuitos para determinar los aspectos que conllevan a cambios de mayor grado de importancia y los aspectos, aunque no sean tan urgentes, que serían factibles cambiar dentro de la Universidad.. El software Radial para el análisis de circuitos eléctricos a la hora de realizar un análisis, demanda una serie de datos para así poder recrear el sistema existente de una forma digital y poder devolver diversos resultados según las pruebas deseadas. Estos datos a introducir son: . Relación entre transformadores y gráficos de cargas.. . P max de cada transformador.. . % de carga monofásica de cada banco.. . Tipo de conductores y estructuras.. Para el estudio a realizar se asumió un factor de potencia de 0.9. 2.4.1. Relación entre transformadores y gráficos de cargas.. En este aspecto se debe prestar principal atención a la forma en que se consume la energía dentro del objeto de estudio, o sea, determinar por horas la potencia activa y reactiva que 22.

(32) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. está consumiendo la carga. Estas mediciones se comparan después con diferentes gráficos de carga que porta el radial, que en el caso de esta tesis se cuenta con una base de datos que posee algunos gráficos de la UCLV, de esta manera se determinó el grafico que se asemeje más a la medición real. La relación entre edificios y gráficos de cargas se muestran en las tablas 2.1 y 2.2. Tabla 2.1. Relación entre cargas y gráficos de cargas del circuito 7. Transformador Gráfico de Carga Transformador Gráfico de Carga Transformador Gráfico de Carga. Transformador Gráfico de Carga Transformador Gráfico de Carga Transformador Gráfico de Carga Transformador Gráfico de Carga. Reparto 1 Residencial-1 Bombeo Bombas UCLV Taller Industrial-1 Planetario Facultad UCLV Teatro 1 Facultad UCLV U1-U2 Residencial-1 Cocina Industrial-1. Reparto 2 Residencial-2 MFC Facultad UCLV CIS Industrial-1 Biblioteca Biblioteca Ciencia Facultad UCLV Teatro 2 Industrial-1 U(4-5) Residencial-1. Central Industrial-1 Mecánica Facultad UCLV Calculo Facultad UCLV Rectorado Industrial-1 FIE Facultad UCLV Acueducto Bombas UCLV Humanidades Facultad UCLV. Tabla 2.2. Relación entre cargas y gráficos de cargas del circuito 131. Transformador Gráfico de Carga Transformador Gráfico de Carga Transformador Gráfico de Carga. Transformador Gráfico de Carga Transformador Gráfico de Carga Transformador Gráfico de Carga. 2.4.2. Las Antillas 1 Residencial-1 Planta T Residencial-1 Base de Cohetes Residencial-1 Cámara 1 Cámara 1 y 2 CEDER Facultad UCLV Construcciones Facultad UCLV. Las Antillas 2 Residencial-1 900 Residencial-1 Planta de Agua Bombas UCLV Cámara 2 Cámara 1 y 2 Piscina Servicio 1 Almacenes Industrial-1. Correo Servicio 1 U9 Industrial-1 Cámara 4 Facultad UCLV Cámara 3 Industrial-1 Servicentro Servicio 1 Pollera Industrial-1. P max de cada transformador.. Para estimar P max y Q max en cada transformador se debe seguir una serie de pasos los cuales se muestran a continuación:. 23.

(33) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. 1) Conocer la energía promedio de cada uno de los metrocontadores de la UCLV (Ver tabla 2.3). Las mediciones de un mes típico de cada uno de los metrocontadores y la diferencia diaria de estos se puede ver en el Anexo 2.Tabla 2.3. Energía promedio de cada uno de los metrocontadores. Planta Piloto 900 CEDER Cámara 1 Cámara 2 Cámara 3 Cámara 4 Servidor Puerta Casa deVisita Imprenta Acueducto Pollera. Energía Promedio (E.día) (kWh) 4262,23 1059,43 594,67 444,63 803,07 240,37 485,97 763,60 227,13 46,76 59,36 26,91 158,67. Los metrocontadores antes mencionados abarcan en su medición de uno a varios edificios que varían desde facultades, talleres, becas, laboratorios y más, la ubicación de los mismos se muestra en la figura 2.7.. Figura 2.7. Ubicación de los metrocontadores en la UCLV. 24.

(34) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. Los edificios analizados por cada uno de los metrocontadores se muestran en las tablas 2.5 y 2.5. Tabla 2.4. Relación de transformadores y cargas en el circuito 7. Metrocontador Cargas Metrocontador. Cargas. Servidor MFC Central Taller Planetario Teatro 1 U1-U2 Cocina. Planta Piloto Bombeo Mecánica CIS Calculo Biblioteca Rectorado Ciencia FIE Teatro 2 Acueducto U(4-5) Humanidades. Tabla 2.5. Relación de transformadores y cargas en el circuito 131. Metrocontador Cargas Metrocontador Cargas Metrocontador Cargas Metro Cargas. Casa de Visita Las Antillas 1 Cámara 1 Cámara 1. Imprenta Las Antillas 2 Cámara 2 Cámara 2 CEDER. CEDER Piscina Construcciones Almacenes 900 U9 900. Puerta Correo Cámara 3 Cámara 3. Acueducto Planta de Agua Cámara 4 Cámara 4. Servicentro. 2) Como el valor arrojado por los metrocontadores se encuentra en Energía (kWh) para hallar la P max y Q max de los mismos se debe dividir este valor obtenido entre la sumatoria de las potencias activas de los gráficos de cargas del radial actualizado para la UCLV, más cercanos al comportamiento de los metros (Ver tabla 2.6), una vez realizado el paso para determinar P max se puede calcular Q max como: Q max  P max tan . (2.1). Asumiendo el cosφ = 0.9. 25.

(35) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. Tabla 2.6. Cálculo de P max y Q max en los metrocontadores. Metrocontador Gráfico de carga E.dia.. Pmax (kW)= ...ΣP.graf*h Qmax (kVAr)= Pmax*tan(φ) Metrocontador Gráfico de carga E.dia.. Pmax (kW)= ...ΣP.graf*h Qmax (kVAr)= Pmax*tan(φ) Metrocontador Gráfico de carga E.dia.. Pmax (kW)= ...ΣP.graf*h Qmax (kVAr)= Pmax*tan(φ) Metrocontador Gráfico de carga E.dia.. Pmax (kW)= ...ΣP.graf*h Qmax (kVAr)= Pmax*tan(φ) Metrocontador Gráfico de carga E.dia.. ...ΣP.graf*h Qmax (kVAr)= Pmax*tan(φ) Pmax (kW)=. P. Piloto Facultad. 900 Beca. CEDER Facultad. 343,73. 90,78. 47,96. 166,48 Cámara 1 Cámara 1 y 2. 43,97 Cámara 2 Cámara 1 y 2. 23,23 Cámara 3 Mixta Ind.. 35,29. 63,74. 13,97. 17,09 Cámara 4 Facultad. 30,87 Servidor Servidor. 6,77 Puerta Servidor. 39,19. 57,85. 17,21. 18,98 C. Visita Residencial-1. 28,02 Imprenta Facultad. 8,33 Acueducto Bombas. 3,41. 4,79. 2,56. 1,65 Pollera Servicio 1 y 2. 2,32. 1,24. 9,92 4,80. 3) Calcular la P total de los bancos. Para este paso se asume que todos los transformadores están cargados a un mismo nivel, lo que da la posibilidad de determinar la P total como: Ptotal  Stotal  cos. (2.2). Donde la S total será igual a la suma de la capacidad de todos los transformadores del banco y el cosφ igual a 0,9. El resultado de estos cálculos se muestra en las tablas de la 2.7 a la 2.12. Tabla 2.7. Cálculo de P total en los bancos de 1 transformador en el circuito 7.. S (kVA) P (kW). Bancos de 1 transformador (kVA) Reparto 2 CIS Planetario U(4-5) 25 10 15 37,5 22,5 9 13,5 33,75. 26.

(36) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. Tabla 2.8. Cálculo de P total en los bancos de 2 transformadores en el circuito 7. Cargas Transformador de Alumbrado PT (kW) Cargas Transformador de Alumbrado PT (kW). Bancos de 2 transformadores (kVA) MFC Taller Calculo 50 100 75 50 100 75 90,00 180,00 135,00 Biblioteca FIE U1-U2 50 37,5 50 25 25 10 67,50 56,25 54,00. Tabla 2.9. Cálculo de P total en los bancos de 3 transformadores en el circuito 7. Cargas Transformador de Alumbrado. PT(kW) Cargas Transformador de Alumbrado. PT(kW) Cargas Transformador de Alumbrado. PT(kW) Cargas Transformador de Alumbrado. PT(kW). Bancos de 3 transformadores (kVA) Reparto 1 Central Bombeo 15 0 50 15 0 50 15 0 50 40,50 0,00 135,00 Mecánica Rectorado Teatro 1 100 25 25 50 10 25 50 10 25 180,00 40,50 67,50 Ciencia Teatro 2 Acueducto 75 167 25 25 100 15 25 100 15 112,50 330,30 49,50 Cocina (LD19) Humanidades (LD21) 37,5 25 37,5 25 37,5 25 101,25 67,50. Tabla 2.10. Cálculo de P total en los bancos de 1 transformador en el circuito 131. Cargas S (kVA) P (kW) Cargas S (kVA) P (kW). Bancos de 1 transformador (kVA) Las Antillas 2 Correo Planta T. 50 15 25 45 13,5 22,5 Base de Cohetes (LD7) CEDER (LD13) 25 10 22,5 9. 27.

(37) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. Tabla 2.11. Cálculo de P total en los bancos de 2 transformadores en el circuito 131. Cargas Transformador de Alumbrado PT (kW) Cargas Transformador de Alumbrado PT (kW). Bancos de 2 transformadores (kVA) Las Antillas 1 U9 Planta de Agua 50 37,5 25 25 25 10 67,50 56,25 31,50 Servicentro Construcciones Pollera 25 50 37,5 25 37,5 25 45,00 78,75 56,25. Piscina 37,5 25 56,25. Tabla 2.12. Cálculo de P total en los bancos de 3 transformadores en el circuito 131. Cargas Transformador de Alumbrado. PT(kW) Cargas Transformador de Alumbrado. PT(kW). Bancos de 3 transformadores (kVA) 900 Cámara 4 Cámara 1 250 25 100 250 25 100 250 25 37,5 675,00 67,50 213,75 Cámara 2 Cámara 3 Almacenes 100 25 100 75 25 100 50 25 100 202,50 67,50 270,00. 4) La P max de los transformadores estará dada por la distribución de la P max del metrocontador en relación al tamaño de la P total de los mismos. Ejemplo: P max metro = 50 P total transformador 1 = 25 P total transformador 2 = 75 La P max del transformador 1 será: P max . 50  25 75  25. P max  12.5 La P max del transformador 2 será: P max . 50  75 75  25. 28.

(38) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. P max  37.5 Donde. 12.5  37.5  50 Los datos de los metrocontadores por circuitos se muestran en las tablas 2.13 y 2.14. Tabla 2.13. P max de los transformadores del circuito 7. Metro Cargas Pmax (kW) Qmax (kVAr) Metro Cargas Pmax (kW) Qmax (kVAr) Metro Cargas Pmax (kW) Qmax (kVAr) Cargas Pmax (kW) Qmax (kVAr) Cargas Pmax (kW) Qmax (kVAr) Cargas Pmax (kW) Qmax (kVAr) Cargas Pmax (kW) Qmax (kVAr) Cargas Pmax (kW) Qmax (kVAr). (Igual a las Antillas) Reparto 1 Reparto 2 5,27 2,93 2,55 1,42 Servidor MFC 57,85 28,02 Planta Piloto Central Bombeo Mecánica 0,00 28,42 37,89 0,00 13,76 18,35 Taller CIS Calculo 37,89 1,89 28,42 18,35 0,92 13,76 Planetario Biblioteca Rectorado 2,84 14,21 8,52 1,38 6,88 4,13 Teatro 1 Ciencia FIE 14,21 23,68 11,84 6,88 11,47 5,73 U1-U2 Teatro 2 Acueducto 11,37 69,52 10,42 5,50 33,67 5,05 Cocina U(4-5) Humanidades 21,31 7,10 14,21 10,32 3,44 6,88. 29.

(39) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. Tabla 2.14. P max de los transformadores del circuito 131. Metro Cargas Pmax (kW) Qmax (kVAr) Cargas Pmax (kW) Qmax (kVAr) Metro Cargas Pmax (kW) Qmax (kVAr) Metro Cargas Pmax (kW) Qmax (kVAr) Metro Cargas Pmax (kW) Qmax (kVAr) Metro Cargas Pmax (kW) Qmax (kVAr) Metro Cargas Pmax (kW) Qmax (kVAr) Metro Cargas Pmax (kW) Qmax (kVAr). 2.4.3. CEDER Piscina (LD14) 5,88 2,85. CEDER (LD13) 0,94 0,46 Construcciones (LD16) 8,23 3,98. Almacenes (LD17) 28,21 13,66 900 U9 (LD6) 900 (LD5) 6,98 83,80 3,38 40,59 Casa de Visita Metro Las Antillas 1 Cargas (LD1) 3,41 Pmax (kW) 1,65 Qmax (kVAr) Imprenta Metro Las Antillas 2 Cargas (LD2) 4,79 Pmax (kW) 2,32 Qmax (kVAr) Puerta Metro Correo (LD3) Cargas 17,21 Pmax (kW) 8,33 Qmax (kVAr) Cámara 1 Metro Cámara 1 (LD10) Cargas 35,29 Pmax (kW) 17,09 Qmax (kVAr) Cámara 2 Cámara 2 (LD11) 63,74 30,87. Servicentro (LD15) 4,70 2,28. Cámara 3 Cámara 3 (LD12) 13,97 6,77 Cámara 4 Cámara 4 (LD9) 39,19 18,98 Acueducto Planta de Agua (LD8) 2,56 1,24 Pollera Pollera (LD18) 9,92 4,80. Calculo del % de carga monofásica de cada banco.. Para la estimación de estos valores se debe tener en cuenta el tipo de banco, siendo las expresiones: S1  S 3  1. S1 S 3. . (2.3) (2.4). 30.

(40) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. Donde al despejar se obtiene: S1 . 1 1. (2.5). 1. . S 3  1  S1. (2.6). Dependiendo α del tipo de banco. Bancos de 2 transformadores: 2.  Salumb    0.25    3  Sfuerza . (2.7). 2Salumb Sfuerza 4Sfuerza Salumb. (2.8). 1. Bancos de 3 transformadores: . El cálculo de estos datos se muestra las tablas de la 2.15 a la 2.18.. Tabla 2.15. Cálculo del % de carga monofásica en los bancos de 2 transformadores en el circuito 7. Cargas Transformador de Alumbrado Α S1φ S3φ Cargas Transformador de Alumbrado Α S1φ S3φ. Bancos de 2 transformadores (kVA) MFC Taller Calculo 50 100 75 50 100 75 0,10 0,10 0,10 0,09 0,09 0,09 0,91 0,91 0,91 Biblioteca FIE U1-U2 50 37,5 50 25 25 10 0,62 0,32 2,37 0,38 0,24 0,70 0,62 0,76 0,30. 31.

(41) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. Tabla 2.16. Cálculo del % de carga monofásica en los bancos de 3 transformadores en el circuito 7. Cargas Transformador de Alumbrado. Α S1φ S3φ Cargas Transformador de Alumbrado. Α S1φ S3φ Cargas Transformador de Alumbrado. Α S1φ S3φ Cargas Transformador de Alumbrado. Α S1φ S3φ. Bancos de 3 transformadores (kVA) Reparto 1 Central Bombeo 15 0 50 15 0 50 15 0 50 0,10 0,10 0,10 0,09 0,09 0,09 0,91 0,91 0,91 Mecánica Rectorado Teatro 1 100 25 25 50 10 25 50 10 25 1,00 2,00 0,10 0,50 0,67 0,09 0,50 0,33 0,91 Ciencia Teatro 2 Acueducto 75 167 25 25 100 15 25 100 15 4,00 0,58 0,57 0,80 0,37 0,36 0,20 0,63 0,64 Cocina Humanidades 37,5 25 37,5 25 37,5 25 0,10 0,10 0,09 0,09 0,91 0,91. 32.

(42) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. Tabla 2.17. Cálculo del % de carga monofásica en los bancos de 2 transformadores en el circuito 131. Cargas Transformador de Alumbrado α S1φ. Las Antillas 1 50 25 0,62 0,38. S3φ Cargas Transformador de Alumbrado α S1φ S3φ. 0,62 Servicentro 25 25 0,10 0,09 0,91. Bancos de 2 transformadores (kVA) U9 Planta de Agua 37,5 25 25 10 0,32 0,91 0,24 0,48 0,76 Construcciones 50 37,5 0,21 0,18 0,82. 0,52 Pollera 37,5 25 0,32 0,24 0,76. Piscina 37,5 25 0,32 0,24 0,76. Tabla 2.18. Cálculo del % de carga monofásica en los bancos de 3 transformadores en el circuito 131. Cargas Transformador de Alumbrado. Α S1φ S3φ Cargas Transformador de Alumbrado. Α S1φ S3φ. 2.4.4. Bancos de 3 transformadores (kVA) 900 Cámara 4 Cámara 1 250 25 100 250 25 100 250 25 37,5 0,10 0,10 0,10 0,09 0,09 0,09 0,91 0,91 0,91 Cámara 2 Cámara 3 Almacenes 100 25 100 75 25 100 50 25 100 0,25 0,10 0,10 0,20 0,09 0,09 0,80 0,91 0,91. Tipo de conductores.. En la UCLV se cuenta principalmente con conductores eléctricos de tipo A78 y cobre 1/0 y 2/0 y soterrados, los cuales se encuentran distribuidos según se muestran en las figuras 2.8 y 2.9. En los sistemas soterrados no se pudo determinar el tipo ni el calibre debido a la peligrosidad que conlleva acercarse a sistemas energizados. 33.

(43) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. Figura 2.8. Monolineal del circuito 7.. Figura 2.9. Monolineal del circuito 131.. 34.

(44) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. 2.5. Resultados del radial en el circuito actual de la Universidad.. Como se muestran en las figuras 2.10 y 2.11, los circuitos 7 y 131 (se analizan solo las cargas universitarias) tienen un comportamiento favorable desde el punto de vista energético. Las pérdidas de potencia y energía en los alimentadores son pequeñas (solo 2 kW de potencia en el horario pico en cada circuito). Además, se comprobó que las caídas de tensión están dentro de las normas. Esto indica que los problemas fundamentales de estos circuitos no son de pérdidas o caídas de tensión en el circuito primario, sino aspectos que ya se han analizado en el epígrafe 2.3.. Figura 2.10. Resultados de flujo de carga trifásico en el circuito 7.. 35.

(45) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. Figura 2.11. Resultados de flujo de carga trifásico en el circuito 131.. 36.

(46) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. CAPÍTULO3: Variantes de mejoras.. 3.1. Eliminación de línea aérea que suministra energía al área central.. Debido al peligro que representa la línea aérea que alimenta el área central de la Universidad y contando que es una parte representativa en la presencia de la misma, se propone alimentar esta área desde la biblioteca, quedando esta línea como se muestra en la figura 3.1.. Figura 3.1. Alimentación del área central por la Biblioteca. Esta línea puede estar sujeta a cambios en su proceso de construcción, teniendo en cuenta su ubicación y las características técnicas del diseño. Cambios que pueden ser objeto de estudio:  . Línea por encima de la biblioteca. Línea aérea hasta el costado de la biblioteca y entrar soterrada al banco. 37.

(47) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. 3.2. Cambios de transformadores en edificios de la UCLV.. Producto del sobreconsumo que existe en algunos edificios de la Universidad se propone alimentar dichas cargas por bancos individuales. Las variantes propuestas están sobre la base de que, aunque los edificios no están diseñados para que los estudiantes puedan recrear allí la vida como en sus casas, exista un margen que les permita hacer cierto uso de la energía sin afectar la calidad de la misma. El uso de hornillas eléctricas es uno de los factores que interfiere hoy dicha calidad, pero este factor se encuentra dentro de los resultados calculados para las variantes propuestas. Dado que no se cuenta, en esta oportunidad, con mediciones reales, fue necesario asumir ciertos valores que se mantendrían dentro de los parámetros reales a analizar, parámetros como la cantidad de kWh en un mes que fueron medidos en una casa que posee una demanda energética similar a las de un cuarto de la Universidad, dando la oportunidad de ofrecer valores numéricos no muy lejanos a los existentes en la realidad. U5: Transformador propuesto: 25kVA Cosφ: 0,9 Knc: 0,7 Tabla 3.1. Cargas en el edificio U5. Cargas estándares Equipos Cantidad promedio por cuarto Potencia (W) Total (W). Computadoras. Lámparas. tv. Ventiladores. 2. 4. 1. 6. 65 130. 18 72. 70 70. 40 240. Equipos Cantidad en el edificio Potencia (W) Total (W). Cargas específicas Hornillas 13 1500 19500. 38.

(48) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. Tabla 3.2. Resultados de estimación en el edificio U5. kWh/mes 135 kW 0,19 Número de cuartos 16 Pmed (kW) 3,00 Smed (kVA) 3,33 Pmax (kW) 19,38 Smax (kVA) 21,54 kll 0,15 ΔS 6,34 Carga que puede soportar(kVA) 31,34. U4: Transformador propuesto: 25kVA Cosφ: 0,9 Knc: 0,7 Tabla 3.3. Cargas en el edificio U4. Equipos Cantidad promedio por oficinas Potencia (W) Total (W). Cargas estándares en una oficina Computadoras Lámparas 2. 4. 65 130. 18 72. Equipos Cantidad en el edificio Potencia (W) Total (W). Cargas específicas Aires acondicionados 24 1200 28800. Tabla 3.4. Resultados de estimación en el edificio U4. Número de oficinas Pmax (kW) Smax (kVA) Carga que puede soportar(kVA). 16 22,4224 24,91 25,00. . 900: Transformador propuesto: 100kVA Cosφ: 0,9 Knc: 0,7. 39.

(49) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. Tabla 3.5. Cargas en el edificio 900. Cargas estándares Equipos Cantidad promedio por cuarto Potencia (W) Total (W). Computadoras. Lámparas. tv. Ventiladores. 2. 4. 1. 6. 65 130. 18 72. 70 70. 40 240. Equipos Cantidad en el edificio Potencia (W) Total (W). Cargas específicas Hornillas 44 1500 66000. Tabla 3.6. Resultados de estimación en el edificio 900. kWh/mes (1 casa) kW (1 casa) Número de cuartos Pmed (kW) Smed (kVA) Pmax (kW) Smax (kVA) kll ΔS Carga que puede soportar(kVA). 135 0,19 90 16,875 18,75 116,256 129,17 0,15 25,65 125,65. U11: Transformador propuesto: 75kVA Cosφ: 0,9 Knc: 0,7 Tabla 3.7. Cargas en el edificio U11. Cargas estándares Equipos Cantidad promedio por cuarto Potencia (W) Total (W). Computadoras. Lámparas. tv. Ventiladores. 2. 4. 1. 4. 65 130. 18 72. 70 70. 40 160. Equipos Cantidad en el edificio Potencia (W) Total (W). Cargas específicas Hornillas 38 1500 57000. 40.

(50) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. Tabla 3.8. Resultados de estimación en el edificio U11. kWh/mes (1 casa) kW (1 casa) Número de cuartos Pmed (kW) Smed (kVA) Pmax (kW) Smax (kVA) kll ΔS Carga que puede soportar(kVA). 135 0,19 64 12,00 13,33 59,2536 65,84 0,20 17,94 92,94. . U10: Transformador propuesto: 100kVA Cosφ: 0,9 Knc: 0,7 Tabla 3.9. Cargas en el edificio U10. Cargas estándares. Cargas específicas Aires Mescladoras Equipos Computadoras Lámparas tv Ventiladores Equipos Neveras Hornillas acondicionados (1,25hp) Cantidad Cantidad promedio en 2 4 1 4 17 39 1 2 por el cuarto edificio Potencia Potencia 65 18 70 40 150 1500 495 932,5 (W) (W) Total Total 130 72 70 160 2550 58500 495 1865 (W) (W). Tabla 3.10. Resultados de estimación en el edificio U10. Número de cuartos Pmax (kW) Smax (kVA) Carga que puede soportar(kVA). 64 63,74 70,82 100,00. 41.

(51) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. 3.3. Línea de suministro de energía al rectorado en caso de emergencias.. Dada la importancia de este edificio en el centro universitario, surge la necesidad de que cuente con un sistema de respaldo ante la falta de energía en el circuito 7, que es de donde normalmente se alimenta. Este respaldo puede ser suministrado por el generador ubicado en la cocina y la creación de una línea como se muestra en la figura 3.2 que alimentaría solo los objetivos claves dentro del edificio.. Figura 3.2. Propuesta de la línea de suministro energía al rectorado. Datos de Chapa del generador: Potencia: 150 kVA, 120 kW V: 220 V Índice de consumo: 225 g/kW/h Capacidad del tanque: 200 L Consumo75%: 34.5 L/h Haciendo un análisis por medio de la expresión de caída de voltaje se determinó la entrega de potencia 1φ y 3φ, datos que se muestran en las tablas 3.11 y 3.12, dando la posibilidad de seleccionar el conductor según la Potencia Activa que se desee entregar. Datos de la nueva línea: Longitud: 400 m ΔVfdr(fase): 28,56 V ΔVfdr(línea): 49,47 V. 42.

(52) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. Tabla3.11. Análisis de entrega de potencia 1φ. Tipo de conductor ΔV (V/1000 A-pie) I P (kW) Tipo de conductor ΔV (V/1000 A-pie) I P (kW) Tipo de conductor ΔV (V/1000 A-pie) I P (kW). 14 50 3,77 0,75 2 3,3 57,14 11,31 250 MCM 1,15 163,95 16,23. 12 31 6,08 1,20 1 2,8 67,34 13,33 300 MCM 0,95 198,47 19,65. 10 20 9,43 1,87 1/0 2,2 85,70 16,97 400 MCM 0,79 238,67 23,63. 8 14 13,47 2,67 2/0 1,8 104,75 10,37 500 MCM 0,68 277,27 27,45. 6 8 23,57 4,67 3/0 1,6 117,84 11,67 750 MCM 0,55 342,81 33,94. 4 5 37,71 7,47 4/0 1,3 145,04 14,36. 6 8 47,14 14,00 3/0 1,6 235,68 23,33 750 MCM 0,55 685,62 67,88. 4 5 75,42 22,40 4/0 1,3 290,07 28,72. Tabla3. 12. Análisis de entrega de potencia 3φ. Tipo de conductor ΔV (V/1000 A-pie) I P3φ (kW) Tipo de conductor ΔV (V/1000 A-pie) I P (kW) Tipo de conductor ΔV (V/1000 A-pie) I P (kW). 14 50 7,54 2,24 2 3,3 114,27 33,94 250 MCM 1,15 327,91 32,46. 12 31 12,16 3,61 1 2,8 134,68 40,00 300 MCM 0,95 396,94 39,30. 10 20 18,85 5,60 1/0 2,2 171,41 50,91 400 MCM 0,79 477,33 47,26. 8 14 26,94 8,00 2/0 1,8 209,50 20,74 500 MCM 0,68 554,55 54,90. Pero no solo se debe seleccionar estos conductores por la Potencia que pueden entregar, también deben ser sometidos a un chequeo por Corto Circuito para contar con un factor de seguridad ante el mismo, los resultados se muestran en las tablas 3.13 y 3.14. Los conductores que pasen esta prueba serán los idóneos para utilizar en esta línea.. 43.

(53) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. Tabla 3.13. Datos para el chequeo por CC. X generador (%)* Ipu Ibase (A) Icc generador (A) Irms t Cmils MCM. 8 12,5 360,84 4510,55 5638,19 0,03 16638,84 16,64. *Estimada de la Tabla 1.13 [14]. Tabla 3.14. Chequeando los conductores por CC. AWG mm2 MCM AWG mm2 MCM AWG mm2 MCM. 3.4. 14 2,08 4,1 No sirve 5 16 31,6 Sirve 1/0 53,5 105,6 Sirve. 12 3,31 6,5 No sirve 4 21,15 41,7 Sirve 2/0 67,4 133 Sirve. 10 5,26 10,4 No sirve 3 26,7 52,7 Sirve 3/0 85 167,7 Sirve. 8 8,37 16,5 No sirve 2 33,6 66,3 Sirve 4/0 107,2 211,5 Sirve. 6 13,3 26,2 Sirve 1 42,4 83,7 Sirve. Interconexión de los circuitos 7 y 131.. Teniendo en cuenta que los circuitos que suministran energía a la Universidad poseen también un gran número de cargas ajenas a esta, en el momento de brindar respaldo se deben independizar estos consumidores para no sobrecargar el circuito de apoyo. Para lograr dicho propósito con una máxima eficiencia, se propone la creación de dos líneas en los puntos donde comienza la alimentación de la universidad con un sistema de cuchillas u otros elementos capaces de realizar esta tarea. El mapa de esta variante se encuentra en el Anexo 3.. 44.

(54) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. Circuito 7 brindando respaldo al circuito 131. Remodelar la línea que alimenta la dirección de economía de la UCLV como se muestra en la figura 3.3, llevarla a trifásica y extenderla hacia la carretera de Camajuaní para que se conecte a la parte del circuito 131 que pertenece a la Universidad. Como se muestra en la figura 3.4, en el circuito se incrementan las pérdidas de potencia y energía debido al aumento de las distancias y las cargas en la simulación, pero como esta variante solo sería utilizada en casos excepcionales aun así es factible y recomendable su diseño y puesta en funcionamiento. Los menores niveles de voltajes de fase son:   . Fase A (V min=2.3392 kV) Almacén Fase B (V min=2.35 kV) Servicentro y Construcciones Fase C (V min=2.34 kV) Pollera. Para observar las tablas de voltaje en cada uno de los nodos ver Anexo 4.. 45.

(55) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. Figura 3.3. Línea de conexión para brindar suministro al circuito 131.. Figura 3.4. Análisis del circuito 7 brindando respaldo al 131. Circuito 131 brindando respaldo al circuito 7. Crear una línea trifásica que salga desde la subestación conectada al circuito 131 como se muestra en la figura 3.5 y que siga la ruta del circuito 7 hasta la entrada de la UCLV donde se conectaría con la parte del circuito 7 que corresponde a la Universidad. En la figura 3.6 se muestra el comportamiento del circuito en este modo de trabajo incrementándose las pérdidas respecto a lo existente hoy, pero aun así, es más factible que la interconexión anterior, por lo que también es recomendable su uso. Los menores niveles de voltajes de fase son:   . Fase A (V min=2.37 kV) Construcciones y Pollera Fase B (V min=2.38 kV) Servicentro y Construcciones Fase C (V min=2.379 kV) Nodo 10 y Almacén 46.

(56) Programa de desarrollo eléctrico de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.. Para observar las tablas de voltaje en los nodos ver Anexo 5.. Figura 3.5. Línea de conexión para brindar suministro al circuito 7.. Figura 3.6. Análisis del circuito 131 brindando respaldo al 7.. 47.