Estudio integral de la distribución primaria en la ciudad de Sancti Spiritus

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(1)UNIVERSIDAD CENTRAL “MARTHA ABREU” DE LAS VILLAS Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electroenergética. TRABAJO DE DIPLOMA Título: ESTUDIO INTEGRAL DE LA DISTRIBUCION PRIMARIA EN LA CIUDAD DE SANCTI SPIRITUS. Autores: Yeovany Alberto Cuellar Román Yoanni Manuel Zúñiga Palau Tutores: Ing. Carlos Misael Rodríguez Ing. Boris Meneses Sancti Spíritus Curso: 2004-2005 “Año de La Alternativa Bolivariana para Las Américas.” 1.

(2) 2.

(3) INTRODUCCION En los últimos años el ahorro de energía eléctrica se ha convertido en una de las principales tareas del país, dirigido al desarrollo y consolidación de la eficiencia económica en todos los sectores y a todos los niveles, utilizándose para ello los más diversos adelantos de la ciencia y la tecnología que incluye la aplicación de la computación. Desde el punto de vista social en su conjunto, la energía es un factor importante en el desarrollo de las fuerzas productivas y en la elevación del nivel de vida en la población. En nuestro país la infraestructura eléctrica no ha estado al margen de los problemas presentados en los últimos tiempos, por lo que el consumo debe ser planificado racionalmente, lo cual se traduce en la disminución de interrupciones, fallas y pérdidas eléctricas en todos los eslabones del Sistema Electroenergético Nacional (SEN) redundando esto en una mayor calidad del servicio a los clientes. En el presente trabajo de diploma nos dimos la tarea de abordar una serie de temas y características propias de la red de distribución, particularmente los circuitos primarios del municipio cabecera de la Provincia de Sancti Spíritus. Aquí se caracterizaron cada unos de los circuitos en todos sus aspectos, obteniéndose una información detallada del estado actual de cada uno. Nos auxiliamos de algunas de las herramientas de la computación para tales fines, como el RADIAL, donde se actualizaron sus bibliotecas con los datos recopilados en los levantamientos realizados, así como la actualización de la cartografía digital para visualizar cada uno de los aspectos propios de los referidos circuitos. También se desarrollaron una serie de aspectos con relación al SIGERE y sus módulos, específicamente el Módulo de Instalaciones. Se logró analizar como influye el crecimiento que tendrá la demanda con la estrategia de La Revolución en los indicadores que analizamos y las propuestas de soluciones para las mejoras de los parámetros de cada una de las redes, tratando además el análisis técnico-económico de cada una de las variantes y la selección de la más idónea. Finalmente uno de los proyectos más importantes que se estudia en nuestra provincia actualmente, concebido en la descripción de los trabajos a realizar para la construcción de la subestación 110/13.8 kV en la ciudad de Sancti Spíritus y el alcance de la misma facilitando la operación de todos los circuitos a un mejor nivel de voltaje.. 3.

(4) CAPITULO 1 PREMISAS PARA EL DESARROLLO DEL TRABAJO Y ACTUALIZACION DE TODOS LOS CIRCUITOS PRIMARIOS DE LA CIUDAD. En el presente capítulo quedan plasmados los procedimientos para llegar a la actualización de todos los circuitos de distribución primaria en la zona urbana de nuestra ciudad. Para eso es necesario ejecutar una metodología con el propósito de lograr una máxima fidelidad en la representación de la distribución en el programa a utilizar, para el estudio de mejoras de pérdidas y desarrollo de dichas líneas, que en este caso se puede explotar el RADIAL 7.7, destinado para el cálculo de flujo en redes radiales, ya que ha sido demostrado en anteriores estudios que logrando una buena actualización de su base de datos, llega a ser una poderosa herramienta para el propósito del trabajo.. Debido a la constante remodelación de dichos circuitos, no es posible tener los suficientes datos, que consideramos imprescindibles, para un estudio detallado de la red de distribución, que como todos conocemos es una de las ramas del Sistema Eléctrico Nacional donde más se generan pérdidas y afectaciones del servicio eléctrico, algo que debemos reducir al mínimo para que nuestro pueblo disfrute de un mejor nivel de vida, que es en fin el camino al desarrollo al cual estamos obligados a tomar en este mundo donde cada vez este se impone. La recopilación de datos está enfatizada en el recorrido de los 19 circuitos del municipio por cada uno de los postes, especificando las características de sus estructuras, instalaciones y conductores por cada tramo de las líneas. Además la codificación de postes, circuitos, subestaciones, interruptores, bancos de transformadores y de capacitores, con el objetivo de actualizarlos en el RADIAL 7.7.. Con esta concepción de trabajo se utilizó una metodología con la finalidad de lograr la veracidad, rapidez y el mínimo de errores durante el levantamiento de los circuitos, consistentes en:. 4.

(5) •. Localización de la correspondiente subestación de la cual se alimenta el circuito a recorrer, con el objetivo de tomar como referencia la secuencia de fase, voltaje de operación y capacidad instalada.. •. La toma de datos partiendo por el tronco principal de la línea, apoyado de una guía de recorrido confeccionada para facilitar la correcta ejecución de tan importante tarea (en el Anexo 1 se expone dicho modelo).. Es necesario hacer coincidir las direcciones de los nodos del RADIAL 7.7 con las correspondientes a la cartografía digital. Obteniendo así un recurso habilitado para una mejor utilización como medio de operación para los compañeros de la OBE Provincial, facilitando la ubicación exacta de los elementos de los circuitos.. Dicha relación estará actualizada en las bases de datos del SIGERE con el propósito de proceder a la explotación y mejora mediante el SIG-OBE, ayudado de la muestra geográfica de la cartografía digital y los elementos que forman sus distintos módulos, particularmente el módulo de instalaciones además de las informaciones necesarias para dibujar todos los circuitos primarios, dejando implícita la ramificación de los mismos. Para esto se hace necesario establecer una metodología propia con vista a seguir una serie de pasos que requirieron del esfuerzo y la experiencia de todas las personas y entidades involucradas.. 1.1 Metodología seguida con vista a la digitalización cartográfica.. 1. Estudiar los mapas de la zona urbana de Sancti Spíritus. 2. Buscar los monolineales en el despacho, de todos los circuitos primarios de la cabecera provincial y realizar los cambios pertinentes en aquellos circuitos que no coincidan con el recorrido. 3. Dibujar los circuitos en el MAPINFO, mediante dichos monolineales y los levantamientos hechos anteriormente.. 5.

(6) 4. Empleo del Módulo de Instalaciones para actualizar una serie de tablas de la Base de Datos del SIGERE.. 1.2. Empleo del Módulo de Instalaciones.. A continuación brindamos una serie de conceptos necesarios para el correcto entendimiento de este trabajo usados por dicho módulo:. Los circuitos se dividen en secciones, que son las porciones de líneas que se encuentran entre dos seccionalizadores y estas se dividen en tramos, que son las porciones de líneas dentro de una sección que mantienen las mismas características físicas predominantes tales como: calibre, número de fases, además cuentan con un principio y un fin. El SIGERE divide los tramos en tramos postes y postes tramos. El tramo poste es la porción de línea del tramo que se encuentra entre dos postes y el poste tramo es el poste que se encuentra entre dos tramos postes; pero debido a que la escala que se tiene no puede ofrecer una gran precisión en el momento de ubicar los postes, no los pudimos representar adecuadamente. Por eso es necesario representar los elementos importantes de un circuito que son postes reales que no han sido codificados y representan puntos de inflexión o instalaciones, los cuales realmente son nodos en los circuitos primarios como por ejemplo: bancos de transformadores, bancos de capacitores, desconectivos, protecciones, unión de dos o más ramas, etc.. Una vez obtenida esta información es necesario introducirla en el Módulo de Instalaciones del SIGERE. Los campos a llenar en cada una de las instalaciones, de las líneas y sus divisiones son las siguientes:. 1. Circuitos primarios. •. Código del circuito: Es representado por dos letras y un número. La primera letra es identificativa de la provincia, la segunda del nivel de voltaje, sea, J si. 6.

(7) es de 4.16 kV o K si el circuito es de 13.8 kV y un número que debe ser consecutivo y único. •. Voltaje nominal.. •. Subestación que lo alimenta.. •. Desconectivo principal de la subestación.. •. Nombre antiguo del circuito.. •. Metros de línea estimada.. 2. Desconectivo. •. Código del desconectivo.. •. Tipo de desconectivo.. •. Corriente nominal y de operación.. •. Función del mismo.. •. Dirección.. 3. Tramos. •. Código del tramo: es representado por letras y un número. La primera es identificativa de la provincia, la segunda del tramo y el número tiene que ser único y consecutivo.. •. Fases.. •. Conductores de las fases y neutro.. •. Estructura predominante.. •. Aislador predominante.. •. Sucursal a que pertenece.. •. Año de construcción.. •. Descripción.. 7.

(8) Como resultado, se lograron introducir en las tablas todos los circuitos primarios, 412 tramos, se enumeraron todos los desconectivos y los nueve bancos de capacitores. Estos datos se introducen teniendo presente que constituyan los estados de uno o varios circuitos en un momento determinado. A estos se les deposita un conjunto de informaciones, que a su vez son insertados en la base de datos del SIGERE. Esta información se divide en cuatro partes: los básicos del circuito, los resultados del circuito, nodos, y tramos, a través del cual se pueden conocer todos sus parámetros.. La incorporación de estos datos y parámetros a la base de datos del SIGERE resulta de suma importancia, ya que aumenta la gama de posibilidades que nos brinda el Sistema de Información Geográfica, el poder determinar de forma muy precisa, la ubicación de algunos aspectos que tienen un marcado interés en la explotación de las redes. Como ejemplo de estos aspectos tenemos los siguientes: •. Puntos de bajo voltaje.. •. Pérdidas de potencia activa.. •. Pérdidas de potencia reactiva.. •. Por ciento de ambas pérdidas.. Es imprescindible conocer detalladamente el estado en que se encuentran las cargas de las subestaciones, localizadas en la zona de nuestro estudio. Lo que es fundamental en la programación del futuro desarrollo del sistema, garantizando estabilidad y fiabilidad. Indicando de esta manera la imperiosa necesidad de realizar análisis en las 10 subestaciones, donde se incluye la instalación del analizador de redes, para la obtención de datos como potencia activa (P) y reactiva (Q), factor de potencia, frecuencia, corriente y voltaje por cada una de las fases, pudiendo así graficar el estado de la carga durante un período determinado, ya que el comportamiento de la energía demandada es muy inestable en las diferentes horas del día.. 8.

(9) Con respecto a las líneas, fueron un total de 135.249 km recorridos, donde se incluyen 738 bancos de transformadores y nueve bancos de capacitores.. En relación con el comportamiento de los diferentes tipos de cargas, contamos con datos adquiridos de las mediciones a los transformadores del municipio; tarea priorizada dada la importancia que representa conocer el estado de cargabilidad y desbalance que presenta el Sistema de Distribución Primaria, fundamentalmente para ejecutar análisis de mejoras que garanticen el 100 % del crecimiento que experimentará en el horario pico la carga con la introducción de los artículos que le serán vendidos a la población como las ollas arroceras, de válvula, y hornillas eléctricas con vista a eliminar los de fabricación rústica que exceden en su consumo y mejorar el nivel de vida de la población. Dichos datos son de gran utilidad en la actualización de los circuitos en el RADIAL 7.7 para los bancos de transformadores.. Con el propósito de definir el comportamiento de la energía demandada por cada tipo de consumidor, la realización de mediciones en un período de tiempo determinado en los alimentadores de cargas típicas, es el método más efectivo para alcanzar una mayor veracidad en la clasificación de las cargas. Por tanto quedaron asignadas las definiciones siguientes: •. Residencial Urbano.. •. Residencial Rural.. •. Industrial.. •. Policlínico de nuevo tipo.. •. Tienda de CUC.. •. Hotel.. Se pueden observar en el Anexo 2, la representación de las correspondientes gráficas que define el actual comportamiento de cada tipo de consumidor.. 9.

(10) No obstante, teniendo gran seguridad en la confiabilidad de los datos técnicos, aun es necesario actualizar la base de datos económicos y la disponibilidad de mercado accesible. Así podemos contar con la inserción en la biblioteca de nuevos conductores de calibre 158, 125, 99, 78 y 39 mm2 de aluminio AAAC que se están adquiriendo y utilizando en las líneas eléctricas, (se pueden analizar con más detalles en el Anexo 3).. Se tuvieron presentes los problemas existentes respecto a las operaciones económicas y los métodos encontrados en la búsqueda de vías más eficientes de expansión, modernización y sustitución de la tecnología. Estos dos aspectos juegan un importante papel en la toma de decisiones para cualquier cambio a realizar en el sistema electroenergético, así como la fuerte influencia que aporta la constante variación de las cargas, razón por la cual es indispensable tener en cuenta las proyecciones futuras de desarrollo en la localidad, dando este una medida del futuro incremento de la carga.. 10.

(11) CAPITULO 2 ANALISIS DE LOS PROBLEMAS EXISTENTES EN LA CONFIGURACION ACTUAL DE LA DISTRIBUCION EN LA CIUDAD SANCTI SPIRITUS. La ciudad de Sancti Spíritus posteriormente a su fundación en las márgenes del río Yayabo comenzó a desarrollar una comunidad que origina la comunicación por un puente sobre el río. Es este motivo el que da a nuestra ciudad en nuestros días una forma alargada de norte a sur y más angosta de este a oeste, es sin embargo la zona norte de la ciudad la que experimenta mayor desarrollo y por tanto la más extensa, lo que justifica la ubicación de la mayor carga eléctrica.. La utilización de la energía eléctrica en Sancti Spíritus por vez primera data del 14 de Marzo de 1891, cuando Alfredo Estiefel, residente de la localidad, deslumbra a los espirituanos con la instalación de un foco en la Plaza de Armas, hoy parque Serafín Sánchez.. Posteriormente, el 17 de Enero de 1900 recibe energía eléctrica desde una planta que con vapor generaba electricidad, la cual fue sustituida a finales del siglo por una hidroeléctrica, primera de su tipo en Cuba, que construyó el Ing. Rafael Gutiérrez. Ambas plantas fueron vendidas a la Compañía Cubana de Electricidad y funcionaron hasta 1925 cuando Sancti Spíritus fue enlazada al sistema nacional por una línea de 33 kV desde las inmediaciones del Central Tuinucú.. El Sistema Eléctrico Nacional (SEN) esta estructurado de la siguiente forma: •. Nivel de generación.. •. Nivel de transmisión.. •. Nivel de subtransmisión.. •. Nivel de distribución primaria.. •. Nivel de distribución secundario.. 11.

(12) Como objeto de estudio tenemos el nivel de distribución primaria que recibe la energía de la subestación de distribución y en su recorrido alimenta a consumidores medianos como algunas industrias, talleres, etc. Además de los pequeños consumidores, como por ejemplo; los residenciales, que representan la mayoría de los clientes.. En la actualidad, a nivel internacional, los generadores de la central eléctrica suministran voltajes de 26000 voltios; cifras superiores no son adecuadas por las dificultades que presenta su aislamiento evitando el riesgo de cortocircuitos y sus consecuencias. Este voltaje se eleva mediante transformadores a tensiones entre 138000 y 765000 voltios para la línea de transmisión primaria (cuanto más alta es la tensión en la línea, menor es la corriente y menores son las pérdidas, ya que éstas son proporcionales al cuadrado de la intensidad de corriente). En la subestación, el voltaje se transforma en tensiones entre 69000 y 138000 voltios para que sea posible transferir la electricidad al sistema de distribución. La tensión se baja de nuevo con transformadores en cada punto de distribución. La industria trabaja a tensiones entre 380 y 415 voltios, a diferencia de la pesada que opera a 33 kV. En algunos países las viviendas reciben voltajes de 220 y 240 voltios, en otros oscilan entre 110 y 125 voltios.. Con excepción de un pequeño porcentaje producido en instalaciones hidroeléctricas, la electricidad de Cuba se genera en plantas termales utilizando petróleo, carbón o bagazo de caña. Actualmente nuestro país presenta una capacidad instalada para generar 3249 MW de potencia. Los voltajes más altos que se generan en nuestro país son: a 24 kV en la Central Termoeléctrica Antonio Guiteras, 17 y 13.8 kV en la Central Termoeléctrica Carlos Manuel de Céspedes y en la Central Termoeléctrica Lidio Ramón (Felton) a 15.75 kV.. En Cuba los voltajes más usados en la distribución primaria son 2.4/4.16 kV y 7.6/13.2 kV, voltajes de fase y línea respectivamente en los secundarios de las subestaciones, cuyos transformadores están conectados en estrella con el neutro sólidamente aterrado.. 12.

(13) Actualmente la ciudad de Sancti Spíritus recibe la energía eléctrica desde la subestación 110/34,5 kV de Tuinucú por dos líneas de 33 kV, alimentando las subestaciones que suministran los 19 circuitos de la zona urbana de la ciudad.. Todos los circuitos analizados presentan una configuración radial, o sea reciben suministro energético desde un solo punto, sus ventajas se basan en su bajo costo de instalación y la simplicidad de su operación. Dicha configuración ha sido elaborada a lo largo de las calles, facilitando el acceso a las estructuras. Las desventajas que presentan los sistemas radiales son: su pobre regulación de voltaje y su poca confiabilidad, ya que al estar alimentado por un solo punto, cualquier falla en la línea deja sin servicio a los consumidores afectados.. Los circuitos sometidos al estudio están constituidos por un total de 135.249 km de líneas, en el Anexo 4 se pueden ver todos los datos acerca del tipo de conductor y sus distancias correspondientes en cada uno de los circuitos. Tenemos ocho circuitos trabajando a 4 kV y los 11 restantes operan a 13 kV, existen 44 km de conductores sometidos a 4 kV y 91 km a 13 kV lo que representa el 32.5 % y 67.5 % respectivamente del total de líneas. Es importante señalar que el 60 % de las estructuras instaladas en circuitos de 4 kV están diseñadas para voltajes de 13 kV, condición imprescindible llevada a cabo por todo el país para cualquier cambio que se haga en dichas líneas, ya sea por mantenimiento, averías o inversiones, con el objetivo de incrementar más la disponibilidad de operar a 13,8 kV como un nivel de voltaje más eficiente. En cuanto a la capacidad instalada, tenemos 738 bancos de transformadores que representan en conjunto, un total de 53.252 MVA instalados, para alimentar 21 MVA que demanda la carga en el período de máxima. De los cuales existen 278 bancos equivalentes a 18.9 MVA conectados a voltajes de 4 kV y 460 bancos con 34.35 MVA nominales a 13 kV, lo que representa un 35.5 % y 64.5 % de capacidad nominal instalada en ambos niveles de voltajes, suministrando 8.1 MVA y 13 MVA respectivamente en el horario pico.. 13.

(14) Caracterización de cada una de las subestaciones y los circuitos correspondientes.. La caracterización de las subestaciones y los circuitos está regida por varios criterios, que indican el nivel de carga que tienen que entregar a sus clientes, en comparación con la capacidad instalada en sus transformadores además de la descripción del tipo y distancia en sus conductores, que influyen significativamente en los niveles de pérdidas y de voltajes. Los valores de tensión deben oscilar en un 10 % del nominal y también es necesario conocer si presenta conectado algún banco de capacitores y sus correspondientes capacidades. El desbalance de potencia que circula entre las fases de una línea es importante conocerlo, ya que se puede evitar sobrecargar una fase teniendo subcargada otra, influyendo positivamente en la magnitud de las pérdidas y de los voltajes.. También se caracterizaran las interrupciones por cada circuito, especificando el tipo de afectación y su clasificación posteriormente. Hay que decir que este análisis se hizo a partir del 1ro de enero del 2004 hasta 13 de junio del 2005. En el Anexo 5 se presentan más detalladamente estos aspectos, donde se clasifican y cuantifican cada una de las interrupciones, de acuerdo a sus causas.. Subestación Sancti Spíritus 4 kV.. En la Subestación Sancti Spíritus 4 kV ubicada en la parte suroeste de la ciudad, existen instalados dos. transformadores de 2500 kVA, con. una relación de transformación. 33/4.16 kV, el cual en su hora de máxima demanda entrega a sus cargas 3410 kVA lo que significa que el nivel de cargabilidad en la subestación es del 68.2 %. Cuenta con tres alimentadores: circuitos 1, 3 y 4. Del Circuito 4 es solo analizado una pequeña porción, por alimentar casi en su totalidad la zona rural del oeste del municipio.. 14.

(15) Circuito 1.. Alimenta una parte del casco histórico de la ciudad alrededor del Boulevard y presenta un predominio de cargas residenciales. Se caracteriza por ser un circuito con poca densidad de carga además de ser corto. Su demanda máxima ocurre desde las 18:00 a las 21:00 horas con un valor de 853 kVA, este cuenta con 22 bancos de transformadores de 1.7 MVA instalados, los cuales suministran energía a través de 2.6 km de líneas, cuentan con 579 m de Cu #4 AWG y 1267 m de Cu #6 AWG lo cual influye significativamente en el nivel de pérdidas de potencia en dicho circuito, aunque su valor es 36 kW, que equivale a 580 kW-h de pérdidas de energía. Dentro de la cantidad de interrupciones existentes en este circuito en el período de tiempo antes mencionado, tenemos que ocurrieron un total de seis interrupciones, siendo las más frecuentes las del tipo 8 y 6.. Circuito 3.. Presenta gran importancia debido a que alimenta cargas del centro de la ciudad y además consumidores como el matadero y la Dirección Provincial del PCC. Se extiende de Oeste a Este llevando una carga caracterizada por su comportamiento residencial, teniendo su horario pico desde las 18:00 hasta las 21:00 horas con un consumo de 2 MVA como valor máximo, suministrado por 66 bancos de transformadores de 3.9 MVA, los que transfieren energía por 7.74 km de líneas, de los cuales 1.42 km conforman el tronco del circuito con conductores de aluminio ACSR 150 mm2 y seis kilómetros de Cu #6 AWG en algunos de sus ramales; lo que afecta este circuito con un nivel de pérdidas de 119 kW, que representa 1573 kW-h. Presenta dos bancos de capacitores de 300 kVAr, en el nodo SP569 detrás de la Dirección Provincial del PCC, y el otro en el SP774 ubicado en la calle Frank País entre Carlos Manuel de Céspedes y José Martí, el cual se encuentra desconectado, a pesar de eso el factor de potencia es de 0.93. En la esquina de la misma calle, alejándose de la subestación, justo en el SP468 existe bajo voltaje por toda la fase A teniendo el mínimo valor en el 86.7% del nominal. En este circuito ocurrieron un total de 12 interrupciones, siendo las significativas las del tipo 6 y 8.. 15.

(16) Circuito 4.. Ha sido restringido en su estudio debido a que alimenta la zona rural al oeste de la ciudad y solo se ha tenido en cuenta su fundamental carga, el acueducto. También alimenta sus cargas aledañas que cuentan con cuatro bancos de transformadores. Con una carga instalada de 509 kVA. Aquí se contabilizaron un total de ocho interrupciones, teniendo más importancia las del tipo 6.. Subestación MINFAR 4 kV.. Se encuentra situada al extremo norte de la ciudad, cuenta con un transformador de 4000 kVA, el cual opera con niveles de voltajes de 33/4.16 kV, suministrando energía eléctrica hacia tres alimentadores, los circuitos 5, 6 y 95. La cual llega a ser 2499.5 kVA como máximo, y por tanto la subestación se encuentra en dicho momento a un 62.5 % de cargabilidad.. Circuito 5.. Alimenta la parte noroeste de la ciudad de Sancti Spíritus, donde las cargas que definen el comportamiento son mayormente residenciales, por tanto su demanda máxima está presente a las 21:00 horas con un valor de 1.086 MVA, suministrados por 5.3 km de líneas. Está estructurado por 41 bancos de transformadores que acumulan 2 MVA instalados, con un resultado de 81 kW y 961 kW-h de pérdidas, en las que influyen los 780 m de Cu #4 AWG y los 2125 m de Cu #6 AWG. No tiene bancos de capacitores conectados aunque su factor de potencia es de 0.85 y presenta bajo voltaje a partir del nodo SP1390 ubicado en la esquina de la calle Quinta y Primera del reparto Kilo Doce; en la fase B se tiene el peor nivel , aunque la fase A está en el límite mínimo de tensión. En este circuito siendo relativamente extenso solo ocurrieron en este período de tiempo, dos interrupciones.. 16.

(17) Circuito 6.. Con una longitud de 4.55 km de líneas, dicho circuito se caracteriza por las cargas residenciales que alimenta, las cuales provocan una máxima demanda a las 21:00 horas de 553 kVA, con 22 bancos de transformadores que representan 1.187 MVA de potencia instalada. Se tienen un total de pérdidas con valores de 21 kW y 335 kW-h. Presenta un buen nivel de tensión y tiene conectado en el nodo SP9369 un banco de capacitores de 300 kVAr ubicado en la calle Garaita entre la Carretera Central y San Román. Este circuito presentó en su totalidad, seis interrupciones, ocurridas particularmente por la causa 6.. Circuito 95.. Suministra energía eléctrica a la zona norte del municipio y sus consumidores más importantes son: Fábrica de Intimas, Estado Mayor Provincial, Hospital de Rehabilitación, Sanatorio del SIDA y el Aeropuerto. El comportamiento del tipo de carga predominante presenta su máxima demanda en horario diurno, entre las 14:00 y las 16:00 horas, con un valor de 862 kVA suministrado por 29 bancos de transformadores que tienen 1.58 MVA instalados. La longitud total del mencionado circuito es de 7.3 km, el cual, a pesar de contar con 1.3 km de Cu #4 AWG y 2.47 km de Cu #6 AWG, presenta niveles de pérdidas de 54 kW y 760 kW-h, además de valores aceptables de voltajes. Este fue uno de los circuitos más fallados dentro de la parte urbana de la cabecera provincial aunque una parte pertenece a la zona rural, ocurriendo un total de 50 afectaciones al servicio, posibilitadas específicamente por las causas 3, 6 y 8.. Subestación Colón 4 kV.. Localizada en la zona sur de la ciudad, la subestación cuenta con dos transformadores de 1600 kVA que operan con una relación de transformación de 33/4.16 kV, alimentando los circuitos 10 y 18 en horario pico con 2140 kVA, dándole a los transformadores de la subestación una cargabilidad del 67 %.. 17.

(18) Circuito 10.. Se caracteriza por ser un circuito extenso, con 13.5 km de líneas que se extienden alimentando cargas importantes como el Hospital Pediátrico Provincial, el Frigorífico, entre otras. A pesar de estos principales consumidores, la carga predominante tiene su incidencia de máxima demanda en el horario pico desde las 18:00 a las 21:00 horas con 1.83 MVA. Presenta instalados un total de 81 bancos de transformadores, lo que significa 6.08 MVA nominales. Dicho circuito ha sido mejorado y presenta dos kilómetros de aluminio AAAC 78 mm2; pero aún tiene 895 km de Cu #4 AWG y 3155 km de Cu #6 AWG y sus pérdidas son de 94 kW, lo que significa 1405 kW-h. En el tronco del circuito paralelo a la calle Quinta del Oeste, al lado del Molino de Arroz está conectado en el SP4889 un banco de capacitores de 300 kVAr. En el ramal de la Avenida Soviética se tiene bajo voltaje desde el SP4656 en la fase C, observándose así la magnitud de desbalance entre sus fases. En este circuito siendo uno de los priorizados del municipio, ocurrieron solamente 21 afectaciones al servicio, donde hubo varias causas compartidas entre sí.. Circuito 18.. A través de 2.3 km de conductores, este pequeño circuito suministra energía a consumidores de la zona suroeste del municipio, donde predomina la carga residencial, provocando el horario pico desde las 18:00 a las 21:00 horas, cuyo valor alcanza 305 MVA, suministrados por 13 bancos de transformadores que presentan 642.5 kVA instalados y las pérdidas tienen un valor de 9 kW y equivalente a 140 kW-h, lo que es favorable por encontrarse con solo el cinco porciento de las líneas con Cu #4 AWG y Cu #6 AWG. Sus niveles de voltajes están dentro del rango permitido. Aquí se contabilizaron un total de 15 interrupciones al servicio, cuyas causas más significativas fueron la 3 y la 8.. Subestación Jardín 13 kV.. 18.

(19) Con una capacidad instalada de dos transformadores de 2.5 MVA y operando con niveles de voltajes de 33/13.8 kV, se encuentra ubicada en la zona este de la ciudad de Sancti Spíritus, donde alimenta con un nivel de cargabilidad del 80 % a dos circuitos: el 7 y el 8. Este último no fue analizado porque se trata de un circuito que se extiende por la parte rural del este del municipio.. Circuito 7.. Asimila las cargas de una zona caracterizada por ser residencial, extendida por 7.5 km de línea. De oeste a este. Alimenta cargas importantes como el Policlínico de Los Olivos, la Fábrica de Vinagre, entre otras. En su horario de máxima demanda desde las 18:00 hasta las 21:00 horas consume 1.5 MVA, suministrados por 59 bancos de transformadores que suman una capacidad instalada de 3.8 MVA, cuyas pérdidas presentan valores de 34 kW y 633 kW-h. El tronco está constituido por 810 m de aluminio ACSR 150 mm2 además de cinco kilómetros en el tronco y ramales, de aluminio 78, 70 y 35 mm2. También cuenta con solo 1.76 km de Cu #6 AWG en sus ramales lo que representa un 23 % del total de la línea. Siendo este circuito bastante extenso, solamente ocurrieron nueve interrupciones, cuyas causas fueron variadas dentro de sus clasificaciones.. Subestación La Pesa 13 kV.. Ubicada al norte de la ciudad, a un lado de la Subestación MINFAR 13 kV, suministra energía eléctrica al Circuito 9, con un transformador de 1600 kVA y su relación de transformación es de 33/13.8 kV, suministrando a su carga en el período de mayor consumo un total de 1360 kVA, lo que indica una cargabilidad del 85 %.. Circuito 9.. Se extiende por toda la zona rural del norte de la ciudad, a través de 25 km de líneas. Influenciado por los consumidores industriales como la Planta de Asfalto, Talleres del. 19.

(20) MININT, MICONS, MINAZ, entre otros; adquiere una característica particular que presenta su horario pico desde las 8:00 hasta las 10:00 de la mañana. Tiene un total de 81 bancos de transformadores que equivalen a 7.45 MVA instalados y a pesar de la extensión del circuito las pérdidas no son grandes; pues presenta valores de 54 kW y 1069 kW-h gracias a que está estructurado por 24.2 km de aluminio ACSR 150, 70 y 35 mm2, lo que representa el 96.3 % del total de las líneas y por tanto solo tiene 931 m de Cu #2, Cu #4 y Cu #6 AWG lo que es solo el 3.7 % del los conductores del circuito. En el SP9279 está conectado un banco de capacitores de 300 kVAr, precisamente en la Carretera Central frente al taller del MININT y sus nodos presentan buenos valores de voltajes. Este circuito tiene una particularidad que por ser tan extenso, hay que decir que solamente ocurrieron 26 interrupciones en el tiempo analizado, enfocadas en las causa 3.. Subestación Hospital 13 kV.. Localizada al norte de la zona urbana de la ciudad, alimenta cargas importantes como el Hospital Provincial, Hospital Materno, Clínica de Estomatología, ETECSA, toda la carga residencial de los repartos Olivos 2 y Olivos 3, entre otras. Dándole servicio eléctrico a los circuitos 11, 12 y 67 con dos transformadores de 1600 kVA, los cuales operan con una razón de voltaje de 33/13.8 kV. Dichas cargas provocan en los transformadores una cargabilidad del 83 % en el período de mayor consumo, cuando entregan un total de 2.65 MVA.. Circuito 11.. Alimenta cargas mayormente residenciales entre las que se destacan los repartos de edificios Olivos 2 y Olivos 3, la escuela de Ciencias Médicas y la EIDE. Además en mucha menos proporción algunos clientes industriales, entre los que se encuentran las fábricas de Refrescos, Galletas y Barquillos. Lo que define el comportamiento residencial del circuito con una máxima demanda de energía eléctrica en el período desde las 18:00 hasta las 21:00 horas con un valor de 1.24 MVA, que es suministrado por un total de 47 bancos de. 20.

(21) transformadores con una capacidad instalada de 4.8 MVA, a través de 7.4 km de líneas que se extiende por su tronco con 765 y 840 m de aluminio ACSR 150 y 70 mm2 respectivamente, quedando los ramales conformados por 1.66 km de aluminio ACSR 70mm2, 3.53 km de aluminio ACSR 35 mm2 y 600 m de Cu #6 AWG, lo que indica un bajo nivel de pérdidas en los conductores, ya que tienen, de conductores con pequeño diámetro, solo el 8.1 % del total de las líneas. Indicando así valores en las pérdidas de 31 kW y 622 kW-h, sin presentar nodos con bajo voltaje. Aquí ocurrieron 11 interrupciones al servicio eléctrico debidas particularmente a la causas 3 y 6. Circuito 12. Conocido como circuito Expreso Hospital ya que precisamente su función es exclusivamente suministrar energía eléctrica al Hospital Provincial, mediante una línea de 500 m de aluminio ACSR 70 mm2. El cual presenta seis transformadores monofásicos de 333 kVA, lo que se resume en casi 2 MVA instalados, el voltaje es óptimo y las pérdidas son mínimas. En este circuito hubo solo cinco afectaciones al servicio, distribuidas por diferentes causas. Circuito 67.. Caracterizado por las cargas que alimenta; como por ejemplo el Hospital Materno, Clínica de Estomatología, ETECSA y otras que aportan el mismo comportamiento de consumo de energía donde la mayor demanda es en el horario desde las 10:00 hasta las 12:00 horas, con un valor de 887 kVA, suministrados por 17 bancos de transformadores que equivalen a 1.7 MVA instalados, que a través de 2.26 km de líneas configuradas con 1485 m de aluminio ACSR 70 mm2 y 777 m de aluminio ACSR 35 mm2 transportan la energía, obteniendo 16 kW y 272 kW-h de pérdidas y además un perfecto nivel de voltaje en todos sus nodos. Hay que decir que este circuito es relativamente pequeño, donde solamente ocurrieron dos interrupciones por diferentes causas.. 21.

(22) Subestación Presa Zaza 13 kV.. Se localiza al sur, fuera de los límites de la ciudad, en la Carretera de Trinidad, con un transformador de 1000 kVA con un nivel de cargabilidad del 96 % y su relación de transformación es 33/13.8 kV. Alimenta el tronco del circuito 13 que suministra energía hacia la zona urbana del municipio. El resto de la carga de dicho circuito no es objetivo de análisis por estar comprendida en una zona rural.. Circuito 13.. Con una longitud de 9.36 km de línea se extiende alimentando cargas fundamentalmente de tipo residencial, las que provocan que su mayor demanda ocurra en el horario de las 19:00 a las 22:00 horas, alcanzando un valor de 736 kVA, transferidos desde 33 bancos de transformadores que equivalen a 1.7 MVA de potencia instalada, donde se generan pérdidas con valores de 18 kW y 298 kW-h influenciadas por tener en los conductores 8.4 km de aluminio ACSR 70 mm2 y 35 mm2, lo que significa un 89.7 % del total de las líneas y 960 m de Cu #4 AWG y Cu #6 AWG, representando solo el 10.7 %. Aquí hay que tener en cuenta que solamente se analizó una parte del circuito correspondiente a la zona urbana, dando como resultado un total de 16 interrupciones, principalmente la causa 6. Subestación Camino de La Habana 13 kV.. Está ubicada en la zona noroeste de la ciudad, con un transformador de 4000 kVA que se encuentra en el período de mayor demanda al 80 % de su capacidad y operando a niveles de voltajes de 33/13.8 kV. Alimenta los circuitos 82 y 83, de los cuales solo es objeto de estudio el circuito 82, ya que es el que suministra energía eléctrica al área urbana del municipio.. 22.

(23) Circuito 82.. Se extiende con 11 km de conductores alimentando los consumidores de la Zona de Desarrollo del Camino de La Habana, gran parte de los edificios del reparto San Román, entre otras, lo que caracteriza el circuito como residencial, el cual presenta su horario pico desde las 18:00 hasta las 21:00 horas, consumiendo como potencia máxima 2.26 MVA, que representa el 56.5 % de la capacidad nominal instalada en la subestación. Presenta un nivel de pérdidas de 51 kW y 779 kW-h a pesar de tener solo 3200 m de conductor con calibre de pequeño diámetro, lo que equivale al 29.2 % del total de las líneas. Sus niveles de voltajes en todos los nodos son óptimos y presenta dos bancos de capacitores de 300 kVAr conectados en el SP6619 que se encuentra en el Camino de La Habana, entre la Línea del Ferrocarril y Bayamo; el otro está en el SP9215 ubicado en la calle Garaita frente al Gimnasio, entre Julio Antonio Mella y Carlos Rolof, logrando así 0.96 de factor de potencia. Tuvo un total de 25 afectaciones al servicio eléctrico, principalmente por las causas 11 y 3.. Subestación Estadio 13 kV.. Dicha subestación se localiza en las cercanías del estadio José Antonio Huelga en la zona noreste de la ciudad, la cual está conformada por un transformador de 2500 kVA y tiene una relación de transformación de 33/13.8 kV. Alimenta los circuitos 84 y 85, cargándose en el período de mayor demanda al 67.4 % de su capacidad, entregando una carga de 1.685 MVA.. Circuito 84.. Debido a la clasificación de la carga que alimenta, concentrada en la zona alrededor de la calle Comandante Manuel Fajardo (Sobral) como son: edificios residenciales del reparto Olivos 2, el Policlínico Centro, Instituto Superior Pedagógico, Unidad Provincial de la PNR y la Unidad Provincial de Protección Contra Incendios, el comportamiento del flujo de. 23.

(24) energía coincide con un período de máxima demanda desde las 19:00 hasta las 21:00 horas con un valor de 824 kVA, aunque presenta otro pico en el horario entre las 10:00 y las 12:00 del día. Esta carga es suministrada por 26 bancos de transformadores que suman un total de 2.68 MVA nominales instalados. Está estructurado por una línea que se favorece por tener de los 6.89 km totales de conductores, en el tronco dos kilómetros de aluminio ACSR 150 mm2 y de conductores de pequeño calibre solo 1.47 km lo que representa el 21.4 % del total de las líneas, aportando a las pérdidas 15kW y 333kW-h. No presenta problemas con los niveles de voltajes y en el SP2659 ubicado en la calle Cuartel entre Comandante Manuel Fajardo y A. Hernández, frente a la ECI-5 existe la conexión con un banco de capacitores de 300 kVAr. En este circuito ocurrieron solamente siete interrupciones por diversas causas.. Circuito 85. Ha sido diseñado para alimentar exclusivamente el estadio José Antonio Huelga por una pequeña línea de 80 m aéreos y el resto soterrado hasta los dos bancos de transformadores con capacidad instalada de 684 kVA.. Subestación Agramonte 13 kV.. Suministra energía eléctrica a los circuitos 96 y 97 desde el sureste del municipio, en la calle Agramonte cerca de la circunvalación. Con dos transformadores de 2500 kVA cada uno y razón de voltaje de 33/13.8 kV alimenta sus cargas, entregando en el momento de mayor consumo de potencia un total de 3027 kVA poniéndose al 60.7 % de su capacidad.. Circuito 96.. Caracterizado por la carga residencial que alimenta, este circuito se extiende por toda la calle Agramonte, asumiendo toda la zona de Jesús María con 67 bancos de transformadores que equivalen a 2.75 MVA instalados, entregando 1.63 MVA en el horario pico desde las. 24.

(25) 18:00 hasta las 21:00 horas a través de un total de 6.8 km de conductores que presentan en su conjunto 5.9 km de aluminio 78, 70 y 35 mm2 representando de su total el 86 %, lo que influye ayudando en disminuir las pérdidas, que son 31 kW y 514 kW-h y los niveles de voltajes en todos sus nodos son elevados. En el nodo SP4204 ubicado en la calle Diego Velazco #107 se encuentra conectado un banco de capacitores de 300 kVAr que reduce las pérdidas desde 523 a 514 kW-h al elevar desde 0.86 a 0.93 el factor de potencia total del circuito. Abarcando una amplia zona de la ciudad, se caracteriza por haber tenido en el transcurso del tiempo analizado 18 afectaciones solamente, dentro de la cuales predominan las causas 3 y 8.. Circuito 97.. Con solo 37 bancos de transformadores que equivalen a 2.43 MVA instalados, es este circuito uno de los más extensos en la zona urbana del municipio con 14.3 km de línea, que transportan energía eléctrica a pocas cargas residenciales; pues la mayoría son de tipo industrial con un horario de máxima demanda desde las 8:00 hasta las 10:00 de la mañana, aunque presenta otro pico no tan alto desde las 14:00 a las 16:00, su máximo valor es de 1.4 MVA con pérdidas de 44 kW y 550 kW-h, con buenos niveles de voltajes, este presenta un factor de potencia de 0.92, por lo que no tiene conectado ningún banco de capacitores. Es uno de los circuitos más fallados de la ciudad de Sancti Spíritus con un total de 51 interrupciones, siendo las más influyentes la causa 3 y 8.. Análisis del incremento de la carga por efectos electrodomésticos.. Con el objetivo de prevenir alteraciones de los parámetros de operación que puedan afectar el servicio eléctrico, por los efectos electrodomésticos que se les proporcionarán a nuestro pueblo para disfrutar de un mejor nivel de vida, se representa el siguiente análisis sobre el aumento de la carga y los niveles de pérdidas.. 25.

(26) Considerando que el aumento de las cargas es el doble de la potencia activa en todos los bancos de transformadores residenciales se llega a tener en el horario de máxima demanda un incremento en la potencia activa de aproximadamente el 58 %, con un nivel de pérdidas del 73 % y en las pérdidas de energía del 63 %. La gráfica que representa el comportamiento del estado de la carga con dicho aumento se muestra en el Anexo 6.. Clasificación de las Interrupciones.. Las clasificaciones de las causas de las interrupciones están regidas por dos grupos que a continuación se muestran con sus respectivas explicaciones.. 1. Causas Voluntarias:. 1.1 Mantenimiento: Líneas y subestaciones desenergizadas voluntariamente para ejecutar labores de mantenimiento y/o sustitución de elementos en mal estado.. 1.2 Operación: Líneas y subestaciones desenergizadas voluntariamente por necesidades de la operación del sistema.. 1.3 Emergencias: Líneas y subestaciones desenergizadas voluntariamente por situaciones peligrosas para evitar o disminuir los daños para vidas, propiedades y a la propia línea como consecuencia de la acción de agentes medioambientales, externos, acciones de personal propio o mal estado de elementos de la línea.. 1.4 Déficit de capacidad: Líneas y subestaciones desenergizadas voluntariamente por déficit de capacidad.. 1.5 Condiciones de Voltaje: Líneas y subestaciones desenergizadas voluntariamente por condiciones de voltaje.. 26.

(27) 1.6 Trabajos planificados propios: Líneas desenergizadas voluntariamente para ejecutar labores de construcción y otros trabajos de la propia organización en otras líneas cuya cercanía así lo determine.. 2. Estructuras: Interrupciones provocadas por problemas en las estructuras.. 2.1- Poste partido. 2.2- Poste caído. 2.3 -Tensores o anclas. 2.4- Tocón. 2.5- Apoyo o asfalda. 2.6- Otros daños.. 3. Aislamiento: Interrupciones provocadas por fallas en el aislamiento.. 3.1- Dañado. 3.2- Corrosión. 3.3- Aislador pasado.. 4. Conductor: Interrupciones provocadas por fallas en el conductor.. 4.1- Conductor en mal estado (corroído, daños mecánicos, muchos empates). 4.2- Sobrecarga. 4.3- Tensión inadecuada. 4.4- Calibre inadecuado. 4.5- Amarra suelta. 4.6- Cable soterrado. 4.7- Acometida dañada. 4.8- Acometida inadecuada.. 27.

(28) 4.9- Entrada/salida de corriente.. 5. Crucetas y Herrajes: Interrupciones provocadas por daño en las crucetas y herrajes.. 5.1- Cruceta partida. 5.2- Corrosión en cruceta. 5.3- Falta de apriete de aisladores. 5.4- Corrosión en herrajes. 5.5- Avión dañado. 5.6- Otros daños.. 6. Falso Contacto: Interrupciones provocadas por falso contacto entre dos elementos sólidamente conectados.. 6.1- Puentes con grampas. 6.2- Puentes con Empalmes. 6.3- Bajantes transformadores. 6.4- Drop outs 6.5- Terminales. 6.6- Entrada/salida de corriente. 6.7- Acometida. 6.8- Metro contador. 6.9- Otros equipos.. 7. Aterramiento y Shield. Interrupciones provocadas por bajo nivel de aterramiento y daños del Shield.. 7.1- Bajante a tierra abierto o inexistente. 7.2- Neutro abierto o inexistente. 7.3- Falso contacto en bajante a tierra.. 28.

(29) 7.4- Calibre inadecuado del bajante a tierra. 7.5- Shield partido.. 8. Fallas en Equipos y accesorios: Interrupciones provocadas por fallas o daños en los equipos u operación inadecuada de estos. Las fallas en equipos pueden tener múltiples causas las cuales serán analizadas por separado por las áreas técnicas con todo el rigor que requiere según el caso y dejando constancia escrita en el expediente de la instalación cuando así lo amerite.. 8.1- Interruptores o recerradores. 8.2- Drop Outs. 8.3- Otros Desconectivos (Cuchillas, interruptores en aire, etc.). 8.4- Pararrayos. 8.5- Transformadores. 8.6- Transformadores de Potencial. 8.7- Transformadores de corriente. 8.8- Capacitores. 8.9- Barras. 8.10- Baterías. 8.11- Fusibles. 8.12- Relevadores. 8.13- Reactores. 8.14- Reguladores de voltaje. 8.15- Compresores. 8.16- Breakers o chuchos Cut Outs. 8.17- Metro contador.. 9. Rayos. (No tiene subcausas) Se debe tener en cuenta cuando la causa de la interrupción es el rayo o la insuficiente protección contra estos y la falta de aterramiento. Es una interrupción propia ya que si. 29.

(30) existe la protección adecuada el rayo no debe producir afectación sino ocurre impacto directo.. 10. Árboles. (No tiene subcausas). Interrupciones provocadas por cortocircuito debido a árboles. Se considera una interrupción propia porque es una obligación mantener las líneas libres de árboles en contacto con los conductores y ser la poda parte del mantenimiento.. 11. Por errores propios y otros.. Operación defectuosa o errónea: Interrupciones por operación indebida de las protecciones sin ocurrir falla por relevador defectuoso, errores de operación o manipulación del personal, equipos fuera de servicio, etc.. 11.1- Mala coordinación. 11.2- Calibración o ajuste incorrecto. 11.3- Operación incorrecta de la DAF. 11.4- Operación defectuosa de telecomandos. 11.5- Operación incorrecta de interruptores. 11.6- Error del personal. 11.7- No operación del recierre. 11.8- Desbalance.. 12. Fallas del sistema. Interrupciones provocadas por falla en el sistema a niveles superiores de voltaje o Centrales Eléctricas cuya causa real será codificada al nivel que corresponda, no siendo contabilizada en el valor de voltaje en que se produce la afectación.. 12.1- Fallas provocadas en un nivel de voltaje superior. 12.2- Operación de la DAF.. 30.

(31) 12.3- Operación de la DAV. 12.4- Operación de la ACA.. 13. Falla en nivel inferior. (No tiene subcausas).. Interrupciones ocurridas por fallas en el nivel de voltaje inferior al de la línea o subestación no provocadas por otras causas codificadas, cuya causa real será codificada al nivel que corresponda, no siendo contabilizada en el valor de voltaje en que se produce la afectación.. 14. Causas Externas:. Otros Agentes Medioambientales:. Interrupciones provocadas por agentes medioambientales cuando estos son los únicos responsables de la misma y sin influencia del mal estado de la red.. 14.1- Tormentas. 14.2- Inundaciones. 14.3- Contaminación salina. 14.4- Contaminación química-industrial. 14.5- Otros tipos de Contaminación (polvo, etc.). 15. Agentes Externos: Interrupciones provocadas por agentes externos a las instalaciones.. 15.1- Tránsito. 15.2- Equipos tecnológicos (grúas, retroexcavadoras, etc.). 15.3- Público, papalotes, animales, pencas, etc. 15.4- Derrumbes.. 31.

(32) 15.5- Armas de fuego y explosiones. 15.6- Incendios. 15.7- Quema de caña. 15.8- Daños maliciosos.. 16. Desconocidas: Interrupciones en las que no se conoce la causa de forma inmediata y que será determinada y cambiada en la estadística en 72 horas después de la investigación correspondiente por parte del personal técnico. Podrá darse el caso de no encontrarse la causa antes del cierre de un mes, estos casos estarán limitados a un 2 % del total de interrupciones.. Sistema de Información Geográfica.. Como una forma de visualizar los aspectos antes mencionados, tanto la representación exacta de los circuitos primarios de la cabecera provincial, así como todos los datos abordados que caracterizan cada circuito, se dispuso de una herramienta capaz de proveer vías flexibles y poderosas de inquirir o hacer preguntas sobre los datos espaciales y no espaciales en un sistema de base de datos llamado Sistema de Información Geográfico (SIG).. Un ejemplo de pregunta espacial podría ser así: Localizar y mostrar todos los campos de recreo que estén cerca de ríos donde se hayan producido inundaciones fatales en los últimos 100 años. Este tipo de pregunta se responde con una serie de comandos al SIG, que genera un mapa con todos los sitios contentivos de los criterios expresados en la pregunta. El usuario puede también preguntar al SIG por los atributos textuales en la base de datos tabular y entonces mostrar las características del mapa el cual corresponde a estos atributos. Un ejemplo sencillo de este tipo de pregunta en nuestro campo de la rama eléctrica pudiera ser: Muestre todas las líneas eléctricas de subtransmisión de una provincia o de una región determinada.. 32.

(33) Esta se responde, a través de un reporte generado por el SIG, listando una información completa según su base de datos en el área especificada, mostrando los objetos que reúnan los criterios de la pregunta.. 2.3.5. Base de datos.. Un SIG no viene con una base de datos, por lo tanto, el usuario es el que se responsabiliza con la creación de esta base de datos según la aplicación que se quiera realizar. La generación de datos es el aspecto más costoso y el mayor consumidor de tiempo del programa SIG.. Un punto fundamental dentro del SIG es la forma de almacenar la información. Si bien en el inicio de estos sistemas era habitual que la gestión de esta información se realizara mediante programas propios, la tendencia actual es la de desligar el producto SIG del gestor de la base de datos utilizado, de forma que sea posible utilizar cualquiera de los productos que para este fin existen en el mercado. Atendiendo a estas posibilidades, con el esfuerzo de los compañeros del Centro de Cálculo de la OBE Provincial de Sancti Spíritus fue creado el sistema SIGERE, con vistas a formar la base de datos necesaria para ser usada por el SIG.. Las bases de datos de los SIG contienen datos gráficos y alfanuméricos, integrados para formar una completa fuente de información. La exactitud y el nivel de resolución son elementos importantes en el desarrollo de una base de datos de un SIG, y vienen determinados por el uso al que vaya destinado el sistema. Así, un SIG diseñado para aplicaciones de ingeniería requerirá, en general, un alto nivel de exactitud y una gran resolución. Sin embargo, sistemas pensados para planificaciones o análisis parcelarios no requieren ese alto nivel de exactitud y detalle, sobre todo teniendo en cuenta que el precio de una base de datos gráfica aumenta exponencialmente cuando se incrementa el nivel de. 33.

(34) resolución. Ambos aspectos, coste y nivel de detalle, deben ser analizados cuidadosamente con objeto de optimizar el diseño de una base de datos para un Sistema de Información Geográfica.. La generación de la base de datos inicial incluye la captura e integración de datos que generalmente proceden de fuentes diversas. Estas fuentes a menudo presentan diferentes escalas y formatos que deben ser unificados. Una Base de Datos (BD) completamente integrada requiere unas entidades de control y referencia a las que se deben ajustar otras entidades que se incorporan en las distintas capas de la BD. Cada una de las capas y entidades tienen una serie de características que influirán en el desarrollo de la BD inicial, en los procesos de mantenimiento y en las aplicaciones en las que vayan a ser utilizadas.. En este trabajo se logro actualizar la cartografía digital, pintando por tramos los 19 circuitos mediante el software MAPINFO pertenecientes a la parte urbana de la cabecera provincial, además dentro de las informaciones introducidas en el programa utilizado se muestra la longitud exacta de cada tramo, el circuito al que pertenece y el código del tramo. Esta información se puede detallar más en el Anexo 7.. 34.

(35) CAPITULO 3 PROPUESTA DE SOLUCIONES PARA MEJORAR LOS PARAMETROS DE LAS REDES Dentro del contexto del ahorro de energía en las líneas de distribución primaria, existen diferentes aspectos donde es posible lograr beneficios sustanciales con un adecuado enfoque y tratamiento de las causas que originan dichas pérdidas. El estudio de las redes de distribución no ha recibido la misma dedicación que el de otras partes o secciones que conforman los sistemas electroenergéticos como las plantas generadoras o las líneas de transmisión, debido quizás a que su estructura no tiene el mismo grado de complejidad o que las soluciones a los problemas se pueden materializar en una forma menos rigurosa, o posiblemente teniendo en cuenta que la potencia que manipula un circuito aislado es pequeña, comparada con el de una línea de transmisión , sin detenerse a pensar que en su conjunto, los circuitos de distribución constituyen un eslabón fundamental en la compleja cadena existente para lograr hacer llegar la indispensable energía eléctrica a todos los rincones del país. Sea cual fuere la causa, sin embargo, hay dos hechos incuestionables:. a.. En las redes de distribución se acumulan inversiones sólo superadas por las de las. plantas generadoras. b.. En ellas se producen las mayores pérdidas del sistema, lo que justifica ampliamente. la dedicación rigurosa al tema.. Por está razón el objetivo fundamental de este trabajo está centrado en el estudio de los problemas más frecuentes que aparecen en las redes de distribución primaria, y de sus soluciones. Dada la gran diversidad de los mismos, sólo se tratarán los de mayor incidencia en las pérdidas de energía.. Atendiendo a esta realidad, las soluciones que se pueden realizar son las siguientes: ¾ Cálculos de los voltajes en las cargas.. 35.

(36) ¾ Cálculos de las pérdidas de potencia en la hora pico. ¾ Reubicación de los transformadores entre las fases de los circuitos para balancearlas y la cuantificación del ahorro de energía por esta operación. ¾ Selección de las fases para la instalación de nuevas cargas, manteniendo los circuitos balanceados. ¾ Valoración técnica por el cambio de calibres. ¾ Reubicación de bancos de capacitores ya existentes. ¾ Selección y ubicación de bancos de capacitores fijos y controlados. Valoración técnica económica. ¾ Diseño de un circuito radial (selección de la ruta y los calibres). ¾ Remodelación de circuitos ya existentes. ¾ Ubicación de subestaciones.. Tomando como base inicial la situación actual de las redes, y para la realización de las mejoras o variantes de remodelación se parte del principio del máximo aprovechamiento de las instalaciones ya existentes, las que sólo serán desechadas en el caso de que las ventajas de las nuevas propuestas, económicamente justificadas, fueran favorables, por otro lado, la profundidad de los análisis permite ejecutar inversiones teniendo en cuenta un plan general a largo plazo, pero que implica un trabajo más acorde con las exigencias de los tiempos actuales en que debe hacerse cada inversión con máxima eficiencia y mínimos recursos. La selección del voltaje en nuestro país está altamente influida por la norma NC 8205 que considera el voltaje de 13,8 kV como preferido.. La designación inicial de los conductores se efectúa por el método de los intervalos económicos de corriente, que garantiza el calibre de menor costo anual. Los conductores seleccionados se chequean para garantizar una caída de voltaje no mayor de un 7 % en un período de 10 años, que es la práctica actual en este campo.. 36.

(37) 3.1. Balance de las cargas en los circuitos de distribución.. Disponer las cargas de los circuitos trifásicos balanceadas, significa alcanzar niveles similares de potencias distribuidas entre sus fases, que representan más eficiencia en el sistema eléctrico.. Resulta prácticamente imposible mantener las corrientes de las tres fases iguales entre sí en todo momento a lo largo del circuito durante todo el tiempo, aún si los transformadores son trifásicos, pero el problema se hace más difícil con el uso de los transformadores monofásicos, por lo que el objetivo del balance es lograr la distribución de corriente lo más uniforme posible entre las tres fases, con lo que se consigue mejorar el voltaje y reducir las pérdidas, esto se logra trasladando transformadores de las fases más cargadas, hacia las menos cargadas.. Para llevar a cabo el balanceo de un circuito, se han establecido las consideraciones siguientes: ¾ La potencia activa y reactiva de cada carga se distribuyen en forma proporcional a la potencia de los transformadores que forman el banco, los que a su vez están conectados a diferentes fases ¾ El balance se lleva a cabo por secciones del circuito, comenzando por la penúltima, para lo cual se analiza el efecto de la carga al rotarla por las tres fases buscando que las corrientes sean lo más iguales posibles entre sí en dicho tramo, la cuantificación del balanceo se realiza mediante la valoración de coeficientes que reflejan el grado de igualdad de las corrientes en las tres fases.. 37.

(38) La experiencia ha demostrado que este trabajo es altamente beneficioso desde el punto de vista energético, ya que se obtienen apreciables ahorros sin necesidad de realizar inversiones.. 3.2 Compensación de la potencia reactiva en circuitos radiales de distribución primaria.. La imprescindible potencia reactiva de las cargas ocasiona múltiples inconvenientes en la operación de los sistemas eléctricos, entre las que sobresalen las caídas de voltaje excesivas, las pérdidas de potencia y de energía por las redes donde circula. De todas las formas existentes para compensar esta potencia por parte del sistema eléctrico, la colocación de bancos de capacitores en los circuitos de distribución primaria es la más práctica desde el punto de vista técnico económico.. En relación con este tema, es necesario tener en cuenta los aspectos siguientes: ¾ Lugar de ubicación de los capacitores en el circuito. ¾ Capacidad de instalar así como la distribución por bancos. ¾ Selección de la forma de operarlos (fijos o controlados). ¾ Tiempo de operación en el caso de los controlados.. 3.3 Ubicación de capacitores en circuitos radiales.. El análisis teórico de este problema (cargas uniformemente distribuidas y calibre uniforme en el circuito) conduce al criterio general de que “un banco de una magnitud dada debe colocarse donde la potencia reactiva del circuito sea igual a la mitad de la capacidad de dicho banco”, o sea donde se cumpla que: Q = ½ Qc. 38.

(39) En un problema real el primer aspecto que debe tratarse es la definición de la ruta o trayectoria (tronco, tronco-ramal) donde la potencia reactiva produce las mayores pérdidas, para lo cual se evalúan en cada sección del circuito.. El fraccionamiento de la capacidad a instalar presenta tendencias contradictorias ya que por un lado incrementa el ahorro de energía en tanto que por el otro aumentan los gastos de las instalaciones, por lo que resulta evidente que tanto el número de bancos como su capacidad se debe seleccionar de acuerdo a los resultados que se obtienen de la evaluación de la función objetivo tomando como variable independiente los valores comerciales de capacitores disponibles en diferentes capacidades.. Para el estudio del problema planteado se deben valorar, por tanto, los aspectos siguientes:. a. Beneficios alcanzados con la instalación de los capacitores (ahorro de energía y reducción de pérdidas de potencia en el horario de máxima demanda), en forma de uno o varios bancos de diferentes capacidades, los que, lógicamente han sido ubicados en su lugar óptimo. b. Gastos necesarios para realizar las instalaciones, se dividen en dos grupos: los capacitores propiamente dichos, y los equipos y dispositivos complementarios (herrajes, protección, equipos de desconexión, mano de obra, transporte, etc.).. La solución del problema planteado da como respuesta los gastos y beneficios para cada variante de compensación de potencia reactiva, de cuyos resultados se pueden tomar las decisiones correspondientes en función de los objetivos que se busquen.. 3.4. Diseño de circuitos.. Los elementos fundamentales en el diseño de circuitos de distribución pueden centrarse en dos aspectos básicos:. 39.

(40) El diseño de un circuito de nueva construcción donde sólo existen las restricciones propias del problema. a. La remodelación de circuitos en operación en que deben aprovecharse las instalaciones ya existentes, lo que es más frecuente. Las respuestas que se buscan en la solución de este problema son: a. Voltaje del circuito. b. Selección de los conductores. c. Ruta o trayectoria. d. Localización de la subestación.. Todas ellas deben estar avaladas por una valoración técnico económica favorable. En la actualidad no existe una solución matemática general para la selección del esquema más conveniente de la red, por lo que se emplean métodos de comparación de variantes de las soluciones racionales, donde se lleva a cabo una valoración integral que comprende tanto los gastos de inversión como los de operación.. 3.5. Propuestas de variantes para soluciones.. Teniendo presente los aspectos descritos, están conformadas las siguientes propuestas de mejoras para los circuitos del municipio; pues como se puede apreciar en el capítulo anterior, existen alteraciones en los parámetros de operación.. 3.5.1. Cambio de calibre.. Como una de las variantes que se pretenden hacer para mejorar la situación actual de los circuitos que se analizan es la política de no operar las líneas con conductores de calibre menor que los de aluminio ACSR 70 mm2, obteniendo así una mayor fiabilidad para que un incremento de la carga no llegue a sobrecargar las líneas, factor que conlleva a un aumento del nivel de pérdidas.. 40.

(41) Circuito 1.. Es necesario realizar la sustitución de 1.85 km de línea con Cu #4 AWG y Cu #6 AWG, además de 540 m de aluminio ACSR 35 mm2 por conductores de tipo aluminio AAAC 78 mm2, lo que resulta en el reemplazo de 2.4 km de líneas.. Circuito 3.. Como parte de la conversión de calibre es necesario cambiar 6200 m de conductor por otro de calibre aluminio AAAC 78 mm2, que ayudarán a la disminución del nivel de voltaje y de pérdidas existentes.. Circuito 5.. Las alteraciones antes expuestas de sus parámetros se verían minimizadas, reemplazando 3630 metros de línea por aluminio AAAC 78 mm2, lo que favorecería al servicio óptimo a todos sus clientes teniendo en cuenta que la mayoría son residenciales.. Circuito 6.. Con el cambio de los 4045 metros de línea existentes de baja capacidad por aluminio AAAC 78 mm2, se logra una mejor eficiencia.. Circuito 95.. En el mencionado circuito a pesar de no tener tan altos niveles de pérdidas, es necesario la sustitución de los 7155 metros por aluminio AAAC 78 mm2 lo que resulta un mejoramiento en la capacidad de transporte de energía.. 41.

(42) Circuito 10.. Por su característica de ser el más largo tiene gran importancia la cantidad de conductores que se deben cambiar, la cual representa el 51 % del total de la línea, con un total de 6360 metros, que realmente influyen en el nivel de pérdidas y el voltaje en sus nodos, tal es su influencia, que con solo realizar dicha mejora, se elimina el bajo nivel de tensión existente.. Circuito 18.. Siendo un circuito pequeño y con bajos niveles de pérdidas, no es necesario hacer tanto énfasis en su reducción de pérdidas; pero lleva implícito el respectivo cambio de 2118 metros de conductor por aluminio AAAC 78 mm2, que es beneficioso para su operación.. Circuito 7.. Dicho circuito está constituido por una buena calidad en el calibre de sus conductores, lo que justifica que el cambio de 4243 metros de conductor por aluminio AAAC 78 mm2, mejora el nivel de pérdidas aunque no significativamente.. Circuito 9.. A pesar de ser el circuito más extenso con 25 km de línea tiene solo una pequeña porción de sus conductores de cobre, pero presenta 17.7 km de aluminio ACSR 35 mm2; al cambiar los de menor calibre de 70 mm2 por aluminio AAAC 78 mm2, seria un total de 18.6 km, quedando así las líneas con mayor fiabilidad en caso de un incremento de la demanda.. Circuito 11.. 42.

(43) Teniendo en cuenta la gran carga residencial que alimenta, es imprescindible que tenga todo sus conductores con calibre mayor de aluminio ACSR 70 mm2; pero este presenta buena calidad en sus líneas, por lo que el cambio de 600 metros de Cu #4 y Cu #6 AWG no significa mucho en cuanto a reducción de pérdidas, pero el cambio de 4135 metros, donde se incluye el aluminio ACSR 35 mm2 por conductores de aluminio AAAC 78 mm2, si resulta beneficioso para el buen servicio a sus clientes.. Circuito 13.. Este circuito presenta también una buena calidad en cuanto al calibre en sus líneas, pero no obstante es necesario para disminuir las pérdidas una sustitución de 7820 metros por aluminio AAAC 78 mm2.. Circuito 67.. Siendo un circuito pequeño y con bajos niveles de pérdidas, no es necesario hacer tanto énfasis en la reducción de este parámetro; pero lleva implícito el respectivo cambio de 777 metros de conductor por aluminio AAAC 78 mm2.. Circuito 82.. Este circuito se caracteriza por ser uno de los más extensos del municipio, presentando una buena extensión de líneas de Cu #6 AWG, que a su vez se combina con una gran cantidad de metros de aluminio ACSR 35 mm2, es necesario por lo tanto el cambio de un total de 7155 metros por aluminio AAAC 78 mm2.. 43.

(44) Circuito 84.. Como parte de la conversión de calibre es necesario cambiar 3590 metros de conductor por otro de calibre aluminio AAAC 78 mm2 favoreciendo dicho circuito a pesar de que su tronco en gran medida está conformado por aluminio ACSR 150 mm2.. Circuito 85.. Siendo este circuito el que alimenta el Estadio “José Antonio Huelga” solo habría que sustituir 30 metros de línea por aluminio AAAC 78 mm2.. Circuito 96.. Teniendo en cuenta la gran carga residencial que alimenta, es imprescindible que tenga todo sus conductores con calibre mayor del de aluminio ACSR 70 mm2; pero éste presenta buena calidad en sus líneas, por lo que el cambio de 920 metros de Cu #4 y Cu #6 AWG no significa mucho en cuanto a reducción de pérdidas, pero el cambio de 2320 metros, donde se incluye el aluminio ACSR 35 mm2 por conductores de aluminio AAAC 78 mm2, mejora su nivel de operación.. Circuito 97.. Siendo también uno de los circuitos más extensos del municipio de Sancti Spíritus es crucial hacer un cambio en el calibre de sus líneas para disminuir las pérdidas, con una sustitución de 7820 metros por aluminio AAAC 78 mm2.. Con el cambio de calibre en todos estos circuitos quedarían conformados los circuitos como se muestran en el Anexo 8.. 44.

(45) Al llevar a cabo esta variante y teniendo en cuenta el futuro incremento de la carga al doble de la potencia activa consumida en horario pico, se logra una reducción del nivel de pérdidas, cuya relación se representa en el Anexo 9.. 3.5.2. Ubicación de capacitores para mejorar los niveles de tensión.. Debido a la deficiencia en la calidad de los conductores y nivel de voltaje de operación a 4kV de los circuitos 3 y 10, se proponen dos alternativas para dar solución a dicho problema, en un corto plazo.. Soluciones a corto plazo.. En el Circuito 3, después de sustituir todo el conductor de calibre inadecuado, se resuelve disminuir las pérdidas, pero aun existe bajo voltaje desde el SP825 en adelante con valores mínimos de 2.08 kV. Con el respectivo estudio de la ubicación de bancos de capacitores, se llega a la conclusión de que con la conexión de un banco de 600 kVAr en el SP572 ubicado en Frank País y Carlos Rolof, se soluciona disminuir el nivel de pérdidas y el bajo valor de tensión.. 3.5.3 Conversión de voltaje.. Siendo otra propuesta de mejora y una de las más importantes, llevadas a cabo en el municipio debido a la factibilidad de la operación a 13.8 kV, y la poca disponibilidad de equipos y accesorios de 4 kV. Esto se favorece disminuyendo el nivel de pérdidas y la caída de voltajes en los nodos. Basado en la anterior propuesta del respectivo cambio de calibres de baja capacidad en todos los circuitos.. Para la conversión de dichos circuitos es necesaria la sustitución tanto del alimentador de la subestación como de cada uno de sus respectivos transformadores en las cargas distribuidas.. 45.