Propuesta de solución al problema de bajo voltaje del municipio Corralillo

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(1)UNIVERSIDAD CENTRAL “MARTHA ABREU” DE LAS VILLAS Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electroenergética. Trabajo de Diploma. Título: “Propuesta de solución al problema de bajo voltaje del municipio Corralillo” Autor: Rubén Sánchez Velázquez Tutor: DsC. Zaid García Sánchez. Junio/2012“Año 54 de la Revolución” 1.

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electroenergética. TRABAJO DE DIPLOMA Título: “Propuesta de solución al problema de bajo voltaje del município Corralillo”. Autor: Rubén Sánchez Velázquez E-mail: [email protected]. Tutor: DsC. Zaid García Sánchez E-mail: [email protected] Junio 2012 “Año 54 de la Revolución”. 2.

(3) 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 Electroenergética, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. 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 Autor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica. 3.

(4) 4.

(5) “…Cuando se nos otorga la enseñanza se debe percibir como un valioso regalo y no como una dura tarea, aquí está la diferencia de lo trascendente.” Albert Einstein.

(6) 6.

(7) Dedicatoria  A mis queridos y extrañados abuelos Tina y Papón: Que a pesar de no estar físicamente entre nosotros, están presentes en los corazones de todos los que llegaron a conocerlos de una forma u otra y para sus familiares más cercanos entre ellos yo, son y serán una parte importante de todo lo que hacemos, por haber existido y por habernos dado tanto en vida, se les recuerda. (Tinito)  A mi madre: Por permitirme existir, entregándome en cada momento ternura, seguridad y confianza.  A mi padre: Gracias a su esfuerzo y sacrificio pude llegar a estudiar, fue por él que pude gozar de todos los lujos que hoy tengo.  A mi hermano Rainier: Por tenerlo cerca y estimularme para realizar mis sueños..

(8) 8.

(9) Agradecimientos . A mi tutor Zaid por su dedicación, interés y apoyo incondicional para la realización de este trabajo.. . A Carlos León y Yanelys Álvarez por su asesoría, ayuda y preocupación.. . A mis primas lindas Nanet y Yanelys por cooperar en todo momento y facilitarme condiciones para terminar con éxitos.. . Agradezco encarecidamente a mis familiares por su preocupación constante en especial a mis abuelos por su incondicional cariño (Hildeliza y Roberto). . A todos mis tíos y tías por ser parte de mi vida y estar siempre cuando y donde se les necesita para apoyarme en todo (Ido, Iso, Pichi y Robe). . A mi novia Mariem, por aparecer en mi vida y ser tan especial.. . A mis compañeros de estudio, por compartir los momentos buenos y difíciles de nuestra trayectoria estudiantil.. . A los amigos de la empresa eléctrica que brindaron criterios imprescindibles para la realización de este trabajo en especial a Yaidel.. . A todas las personas que de una forma u otra han colaborado para el desarrollo de este trabajo.. A todos muchas gracias..

(10) Tarea Técnica Para alcanzar el objetivo de este trabajo resulta imprescindible realizar las siguientes tareas técnicas:  Simular en el software (PSX) la situación actual del municipio Corralillo.  Simular en el software (PSX) la salida de servicio de la subestación Hoyo Colorado (Matanzas) y obtener las variaciones que tiene el voltaje con esta situación.  Simular en el software (PSX) cada una de las variantes de solución planteada a la problemática, para su posterior estudio.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(11) 11.

(12) Resumen. Resumen El municipio de Corralillo se alimenta desde la provincia Matanzas, obteniéndose valores aceptables de voltaje cuando no existen problemas de suministro. Cuando falla la subestación de 110/34.5 kV que alimenta el municipio se presentan grandes problemas de voltaje. El presente trabajo propone varias alternativas de solución al problema de bajo voltaje en el municipio Corralillo. Se estudian cuatro variantes, la primera de ellas es reducir el lazo existente entre Yabre33 y el nodo 1135, la segunda es considerar el apoyo de la generación distribuida disponible en la subestación de Sagua la Grande que cuenta con 12 unidades fuel de una capacidad de generación de 1.7 MW y 1.3 Mvar cada una, la tercera es la puesta en servicio de una subestación de 110 kV en Rancho Veloz interconectándola con la subestación Sagua 110 kV. La cuarta variante es la interconexión de la tercera variante con la subestación Martí 110 kV. Se hace uso del software PSX para simular estas variantes y obtener el comportamiento de cada una de ellas sabiéndose de esta forma cual es o no la más eficiente técnicamente. Además se realizó un estudio de factibilidad económica de cada una de las variantes expuestas anteriormente y para garantizar de esta manera un efecto positivo en la toma de decisiones de la entidad..

(13) Summary. 13.

(14) Índice. Índice Introducción ........................................................................................................................ 1 Capítulo I: Revisión bibliográfica. ..................................................................................... 4 1.1-Introducción ................................................................................................................ 4 1.2-El SEP ........................................................................................................................ 5 1.2.1-Generación ........................................................................................................... 5 1.2.2-Transmisión .......................................................................................................... 6 1.2.3-Subestaciones ...................................................................................................... 6 1.2.4-Distribución........................................................................................................... 6 1.2.5-Consumo .............................................................................................................. 6 1.3-Particularidades de los SEP ....................................................................................... 6 1.3.1-La primera y más importante particularidad del SEP ........................................... 6 1.3.2-Segunda particularidad de un SEP ...................................................................... 7 1.3.3-Tercera particularidad del SEP............................................................................. 7 1.4-Regímenes de un SEP ............................................................................................... 7 1.5-Planeamiento de los SEP ........................................................................................... 8 1.5.1 Ajuste de la potencia activa ................................................................................ 12 1.5.2 Ajuste de la potencia reactiva ............................................................................. 12 1.6-Regulación de Voltaje en redes eléctricas. ............................................................... 13 1.6.1- Regulación por conexión de potencia reactiva .................................................. 15 1.6.2-Regulación por modificación de reactancia ........................................................ 17 1.6.3- Regulación de voltaje mediante la variación de taps de transformadores ......... 18 1.7- Caídas de tensión en conductores........................................................................... 22 Capítulo II: Estudio y comportamiento de las variantes de mejora del voltaje en la red de 34.5 kV en el municipio de Corralillo. .................................................................. 24 2.1-Caracterización del municipio Corralillo .................................................................... 24 2.1.1-Principales circuitos del municipio Corralillo ....................................................... 26 2.2-Estado actual del municipio Corralillo ....................................................................... 26 2.3-Análisis del municipio Corralillo con la salida de la subestación de Hoyo Colorado . 28 2.3.1-Soluciones que brinda el software PSX con la interrupción del servicio de la subestación de Hoyo Colorado para condiciones de carga mínima .................. 30 2.3.2-Soluciones que brinda el software PSX con la salida de la subestación de Hoyo colorado para condiciones de carga máxima..................................................... 31 2.4- Variantes de solución propuestas ............................................................................ 31 2.4.1-Remodelación del lazo existente entre Yabre33 y el nodo 1135. ....................... 33 2.4.2-Conexión de 4 unidades de Fuel del grupo electrógeno de Sagua la Grande con la reducción del lazo entre Yabre33 y el nodo 1135 de la variante a) ............... 34 2.4.3-Conexión de 8 unidades Fuel grupo electrógeno de Sagua la Grande con la reducción del lazo entre Yabre33 y el nodo 1135 de la variante a) ................... 35 2.4.4-Puesta en servicio de una subestación en Rancho Veloz uniéndola a Sagua 110kV ................................................................................................................ 36 2.4.5-Puesta en servicio de una subestación en Rancho Veloz uniéndola a Sagua 110kV por un extremo y con Martí por el otro. ................................................... 37.

(15) Índice Capítulo III: Análisis de la factibilidad económica de las variantes de solución técnicamente seleccionadas en el capítulo II. ............................................................... 38 3.1-Introducción .............................................................................................................. 38 3.2-Criterios básicos para la selección de inversiones:................................................... 38 3.3- Obtención de datos para el análisis de la factibilidad económica de cada variante. 44 3.4-Obtención de los datos específicos de cada una de las variantes ............................ 46 3.5-Estudios de factibilidad económica de las variantes técnicamente seleccionadas ... 49 3.5.1-Estudio de la factibilidad económica de la variante 1 ......................................... 49 3.5.2-Estudio de la factibilidad económica de la variante 2 ......................................... 50 3.5.3-Estudio de la factibilidad económica de la variante 2.1 ...................................... 50 3.5.4-Estudio de la factibilidad económica de la variante 3 ......................................... 52 3.5.5-Estudio de la factibilidad económica de la variante 4 ......................................... 53 3.6-Comparación de las variantes económicas ............................................................. 54 Conclusiones .................................................................................................................... 55 Recomendaciones ............................................................................................................ 56 Bibliografía ........................................................................................................................ 57 Anexos............................................................................................................................... 58.

(16) Índice.

(17) Introducción. Introducción La energía eléctrica mueve gran parte de la sociedad en que vivimos. Su producción y consumo se ha convertido en sinónimo de crecimiento y bienestar, por ello la sociedad moderna sería incapaz de sobrevivir si le faltara el servicio energético actual a sus ciudades y pueblos, por esto debemos asegurar que existan varias fuentes de suministro en las redes así como su interrelación para aumentar la fiabilidad de las mismas. En la actualidad existe una creciente demanda de energía eléctrica proveniente del desarrollo tecnológico existente en la sociedad, siendo el rápido aumento de las cargas la causa de que el incremento de generación de energía eléctrica se duplique en períodos de aproximadamente 10 años, razón por la cual a menudo se realizan estudios para perfeccionar la operación de los Sistemas Eléctricos de Potencia (SEP) y brindar así un servicio de calidad a los usuarios, esto a llevado a la aparición de nuevas tecnologías que a su vez han permitido un gran desarrollo de la rama eléctrica en prácticamente todos sus niveles tanto en la generación como en las redes de transmisión, subtransmisión y distribución de esta energía. Hace unos años en Cuba se dio inicio a La Revolución Energética, para afrontar los problemas de suministro de energía eléctrica por el envejecimiento y deterioro de las redes y de esta forma lograr que llegue un servicio con buena calidad a todos los consumidores, tanto estatales como residenciales del país. Para esto se trató desde el mismo comienzo de emplear elementos para conseguir tensiones. elevadas. como. los. grupos. electrógenos. y. las. hidroeléctricas. que. interconectadas entre si se encargan de apoyar a las grandes plantas en el horario de mayor consumo y así asegurar un servicio confiable y económico. Antes de La Revolución Energética la provincia de Villa Clara no tenía capacidad de generación disponible, ahora con la inclusión de baterías de generadores accionados por motores diesel y fuel se logra cubrir la demanda de la red eléctrica de la provincia para todos los estados de cargas; pero para lograr esto es de vital importancia, para los especialistas en la operación de los sistemas eléctricos, simular el comportamiento en el tiempo de la red, así como determinar cuánto afecta a la operación la ocurrencia de fallas 1.

(18) Introducción y cuáles son las medidas más efectivas para lograr mantener la operación estable del sistema. En el municipio Corralillo perteneciente a la provincia de Villa Clara la falla más relevante que se presenta es en la subestación de Hoyo Colorado (Matanzas), al presentarse la mencionada situación solo tiene la alternativa de conectarse a la barra de la subestación de Sagua la Grande la cual se encuentra a una gran distancia de este municipio y los voltajes de operación sufren grandes caídas y quedan por debajo del valor mínimo (32.8 kV) establecido para las redes de 34.5 kV de Cuba. Debido a esta situación nos planteamos el siguiente problema de investigación:. Problema científico Existen problemas en el suministro eléctrico del municipio Corralillo cuando falla la subestación de 110/34.5 kV que lo alimenta desde la provincia de Matanzas. Objetivo general Proponer posibles soluciones a la situación polémica que se está presentando con los niveles de voltaje en la red de 34.5 kV del municipio de Corralillo, ante una supuesta falla de la subestación Hoyo Colorado. Objetivos específicos 1-Proponer soluciones a los problemas de suministro del sistema eléctrico de Corralillo. 2-Evaluar la factibilidad económica de las soluciones técnicamente seleccionadas. Estructura de la tesis La tesis está concebida en tres capítulos:  Capítulo I: Contiene el marco teórico referencial de la investigación. Aborda aspectos teóricos relacionados con los SEP, su planeamiento y particularidades, regulación de voltaje en redes eléctricas y las caídas de tensión en conductores. . Capítulo II: En este capítulo se describe el municipio Corralillo, se hace un estudio de su situación actual y se brindan soluciones alternativas ante la supuesta falla de 2.

(19) Introducción la subestación de Hoyo Colorado, obteniendo resultados a partir de la simulación de estas propuestas en el software PSX. . Capítulo III: Se realiza un estudio de factibilidad económica de las cuatro propuestas de solución.. 3.

(20) Introducción. 1.

(21) Capítulo I: Revisión bibliográfica.. Capítulo I: Revisión bibliográfica. 1.1-Introducción Desde el momento que se puso en marcha el primer generador eléctrico industrial [12], aparece la unión de la turbina, generador, red de transmisión y receptores, que en su primera fase eran fundamentalmente equipos de alumbrado. La primera unión de dos generadores en paralelo provocó una serie de problemas importantes, como son: La distribución de la carga entre los generadores, la regulación de la frecuencia, la regulación de voltaje, la estabilidad del trabajo en paralelo, la sincronización. Todos estos problemas a medida que iban surgiendo se iban resolviendo espontáneamente en cierta manera, y se examinaban fundamentalmente, como cuestiones de operación de los generadores; todavía no se veía el conjunto del sistema en sí. La invención del sistema trifásico de corriente alterna, los motores asincrónicos y los transformadores, llevó a un desarrollo impetuoso de las redes de transmisión; crecía incesantemente el voltaje de transmisión y las distancias entre plantas eléctricas y los consumidores. Así se fueron formando los sistemas eléctricos modernos que unen a decenas de potentes plantas eléctricas entre sí por una mallada red de alta tensión de cientos de miles de kilómetros. En estas condiciones, examinar la operación de un generador aisladamente sin tener en cuenta la operación general del sistema resulta imposible. Esta circunstancia impulsó una nueva rama de la ciencia. El estudio de las cualidades del SEP como un todo único y para el correcto funcionamiento del mismo bajo condiciones normales en estado estacionario necesita que se tenga en cuenta las siguientes condiciones:  La zona de generación del sistema suministra la demanda existente en la carga más las pérdidas del sistema.  El módulo de la tensión en barras debe tener un valor muy próximo al valor nominal del sistema. 4.

(22) Capítulo I: Revisión bibliográfica..  Los generadores funcionan dentro de unos límites de potencia activa y reactiva específicos.  Las líneas de transporte y los transformadores no pueden estar sobrecargados. Aun. teniendo. en. cuenta los aspectos anteriormente. mencionados durante. el. funcionamiento de los SEP se contemplan varios problemas:  La seguridad de operación del sistema y la estabilidad del trabajo en paralelo de los generadores y consumidores.  La limitación de las corrientes de corto circuito.  Garantizar la suficiente reserva de capacidad activa y reactiva.  La creación de un sistema racional de protección de relevadores y equipos automáticos.  La regulación de frecuencia y voltaje.  La distribución racional de las cargas activas y reactivas. De una adecuada solución a estos problemas depende el trabajo eficiente de todas las ramas de la economía, como por ejemplo la ininterrupción laboral en diversas fábricas y talleres, el suministro de energía con calidad a millones de consumidores, así como la operación económica del SEP. 1.2-El SEP El SEP está compuesto por subsistemas [1], que de forma general cada uno contiene a su vez diferentes componentes físicos: 1.2.1-Generación La energía eléctrica se genera en las centrales eléctricas. Una central eléctrica es una instalación que utiliza una fuente de energía primaria para hacer girar una turbina que, a su vez, hace girar un alternador, que produce energía en corriente alterna sinusoidal a voltajes intermedios, entre 6 y 23 kV. 5.

(23) Capítulo I: Revisión bibliográfica.. 1.2.2-Transmisión La energía se transporta, frecuentemente a gran distancia de su centro de producción, a través de la red de transporte, encargada de enlazar las centrales con los puntos de utilización de energía eléctrica. Para un uso racional de la electricidad es necesario que las líneas de transporte estén interconectadas entre sí con estructura de forma mallada, de manera que puedan transportar electricidad entre puntos muy alejados, en cualquier sentido. Estas líneas están generalmente construidas sobre grandes torres metálicas y a tensiones superiores a 66 kV. 1.2.3-Subestaciones Las instalaciones llamadas subestaciones son plantas transformadoras que se encuentran junto a las centrales generadoras (Subestación elevadora) y en la periferia de las diversas zonas de consumo (Subestación reductora), enlazadas entre ellas por la Red de Transporte. 1.2.4-Distribución Las redes de distribución de energía se encuentran en áreas urbanas y rurales, pueden ser aéreas o subterráneas (estéticamente mejores, pero más costosas). La red de distribución está formada por la red en alta tensión (suele estar comprendida entre 6 a 23 kV y en baja tensión (400/230 V). 1.2.5-Consumo En los centros de consumo de la energía eléctrica, este se puede realizar en baja o alta tensión. 1.3-Particularidades de los SEP La producción eléctrica tiene una serie de particularidades [2] que la diferencian de todas las demás ramas de la industria. 1.3.1-La primera y más importante particularidad del SEP La producción de energía eléctrica, su distribución y transformación en otras formas de energía prácticamente se produce simultáneamente. En otras palabras, la energía 6.

(24) Capítulo I: Revisión bibliográfica.. eléctrica no se acumula. Precisamente esta particularidad hace que el SEP, sus elementos componentes que pueden hallarse geográficamente a cientos de kilómetros unos de los otros, constituyen un mecanismo único muy complejo. La energía que se produce en el sistema es igual a la energía que se consume y esta igualdad es justa para cualquier intervalo de tiempo. En cualquier momento. hay un. balance exacto de las capacidades activas y reactivas en el sistema. En el SEP, no hay ningún almacén de energía por lo tanto, la interdependencia entre todos los eslabones del sistema es absoluta. Una alteración de las redes inmediatamente se refleja en la operación de los generadores, transformadores y en los equipos receptores. 1.3.2-Segunda particularidad de un SEP La relativa rápidez con que se producen los procesos transitorios en él. Los procesos ondulatorios se suceden en milésimas y hasta millonésimas de segundo, los procesos relacionados con los cortocircuitos, conexiones y desconexiones, las oscilaciones en el sistema y los desequilibrios en la estabilidad del sistema se producen en menos de un segundo o en unos cuantos segundos. 1.3.3-Tercera particularidad del SEP La operación de los SEP está estrechamente entrelazada con las demás ramas de la industria, con las comunicaciones, el transporte, el comercio y la vida cotidiana del hombre. Esta particularidad eleva la importancia de afianzar una operación segura del sistema de garantizar el suministro ininterrumpido de energía a todos los consumidores y exige la creación de una reserva de capacidad suficiente en todos los elementos. 1.4-Regímenes de un SEP Se conoce por el nombre de régimen [3], a cierto estado del sistema determinado por los valores de las potencias, voltajes, corrientes, frecuencia, y otras magnitudes físicas variables que caracterizan el proceso de transformación, transmisión y distribución de la energía y que se denominan parámetros del régimen. Se conocen dos tipos. de regímenes en los sistemas: Estacionario. y transitorio. El. régimen estacionario se caracteriza por la invariabilidad de sus parámetros. Un caso 7.

(25) Capítulo I: Revisión bibliográfica.. particular de un régimen transitorio es cuando se presentan variaciones casi periódicas de los parámetros, es decir un régimen oscilatorio. Desde el punto de vista de los valores de los parámetros del régimen se pueden distinguir:  Un régimen estacionario normal, tiene lugar si los valores de los parámetros del régimen están muy próximos a los valores requeridos, para un funcionamiento normal de los consumidores, o se encuentran en una zona de valores de antemano fijada.  Un régimen transitorio normal, tiene lugar si las variaciones son habituales en la operación del sistema; este régimen se caracteriza por cambios relativamente rápidos y bruscos de los parámetros en algunas ramas del sistema, los parámetros en los nodos del mismo, sin embargo, casi no sufren alteraciones.  Un régimen transitorio de emergencia, tiene lugar si como consecuencia de cambios de emergencia en el esquema de conexiones del sistema el valor de todos los parámetros de régimen, incluyendo los parámetros de los nodos, varían bruscamente, con respecto a sus valores establecidos.  El régimen estacionario post-avería, comienza al desconectar por emergencia un elemento o una serie de elementos del sistema. Si los parámetros de los nodos están próximos al del régimen normal se considera que hemos superado la emergencia satisfactoriamente. Si esos parámetros difieren de los parámetros del régimen normal, quiere decir, que la superación de la emergencia no ha sido satisfactoria. 1.5-Planeamiento de los SEP El problema del planeamiento de los SEP [2] tiene como objetivo determinar la red de transmisión que se debe construir para atender los requerimientos de la demanda futura para un escenario de largo plazo, minimizando la inversión y abasteciendo de energía eléctrica a todos los usuarios.. 8.

(26) Capítulo I: Revisión bibliográfica.. El planeamiento de los SEP es un problema clásico en cualquier parte del mundo y para su análisis varias compañías eléctricas, así como departamentos de los centros rectores de la energía de cada país, han dedicado innumerables estudios al planeamiento y operación de los mismos. El planeamiento y el análisis de la operación de los SEP pueden dividirse en tres áreas fundamentales:  Los análisis de flujo de carga.  La estrategia a definir para obtener una generación óptima.  El control de la operación y la estabilidad del SEP. Durante mucho tiempo, el problema de flujo de carga llamó la atención de los ingenieros y los matemáticos por lo que uno de los procedimientos computacionales más comúnmente usados en el análisis de redes eléctricas, es el cálculo de flujos de carga. La planeación, diseño y operación de redes eléctricas requiere de estos cálculos para analizar el rendimiento en régimen permanente del SEP bajo una variedad de condiciones operativas y estudiar los efectos de los cambios en la configuración de la red y los equipos. Un cálculo de flujos de potencia determina el estado de el SEP para una. carga. determinada y la distribución de generación por la red, esto representa una condición en régimen permanente. Pero en la realidad, el flujo de potencia en líneas y el voltaje en nodos están cambiando constantemente porque las cargas también están cambiando (iluminación, arranque de motores, etc.). Los estudios de flujos de carga se usan para determinar la condición óptima de operación para modos de operación normales; tales como el ajuste adecuado de los equipos de control de voltaje, o cómo responderá la red eléctrica bajo condiciones anormales, tales como la salida de servicio de alguna línea o algún transformador, etc. La mayoría de los algoritmos iniciales se basaban en el método de Gauss Seydel que requiere poco almacenamiento en la memoria de la computadora y converge en pocas iteraciones para sistemas eléctricos de potencia pequeños. La lenta convergencia de este método para SEP grandes y sus frecuentes fallos de convergencia para sistemas mal 9.

(27) Capítulo I: Revisión bibliográfica.. condicionados (radiales, poco mallados, muy cargados, etcétera) hizo que se desarrollara el método de la matriz impedancia, matriz (Z). Este método tiene el inconveniente de ocupar mucha memoria porque la matriz (Z) es “llena”, es decir, carece de elementos desiguales de cero. Esta nueva dificultad condujo al método de Newton Raphson que fue desarrollado primero por Van Ness y Griffin y más tarde por otros autores. Las modificaciones realizadas al método convencional de Newton Raphson lo han convertido en un método rápido y exacto pudiendo ser utilizado para problemas “on line” y para el análisis de contingencias. Modificaciones posteriores han permitido su utilización en el cálculo del llamado “Flujo de Carga Óptimo”. La tendencia actual es la de desarrollar programas de Flujo de Carga interactivos que permitan al analista del sistema modificar los datos sobre el “display” de forma gráfica. Una vez que se logra realizar el estudio del flujo de carga este trae consigo beneficios de gran importancia para el buen funcionamiento de las redes eléctricas. Beneficios:  Se conocen los fasores de voltaje nodales y los flujos de potencia activa y reactiva en todas las ramas de la red eléctrica.  Se conocen los equipos o circuitos sobrecargados.  Se pueden simular diferentes condiciones de operación de la red eléctrica.  Se pude localizar el sitio óptimo de los bancos de capacitores para mejorar el factor de potencia.  Se pueden determinar los taps de los transformadores para la regulación del voltaje.  Se pueden determinar las pérdidas de la red eléctrica bajo ciertas condiciones de operación.  Se pueden simular contingencias y determinar los resultados de operación de la red eléctrica.. 10.

(28) Capítulo I: Revisión bibliográfica..  Se puede obtener el funcionamiento de la red eléctrica con máximo rendimiento.  Se pueden obtener las condiciones de operación con menores pérdidas, esto reditúa en ahorro económico.  El rendimiento en condiciones de emergencia. Una vez que se conocen los resultados de un estudio de flujo de carga estos sirven también como punto de partida para los estudios que a menudo se realizan en los SEP para la simulación en el tiempo de la respuesta de este ante determinadas perturbaciones, esto es conocido en la literatura como la estabilidad de los SEP. La estabilidad transitoria [11] es la capacidad del SEP para mantener el sincronismo cuando es sometido a una perturbación fuerte, por ejemplo a una falta en la red de transporte, a una pérdida de generación o la pérdida de una cantidad importante de carga. El SEP responde a una perturbación de estas características mediante grandes variaciones de los ángulos de los generadores síncronos y grandes oscilaciones de los flujos de potencia, de las tensiones y de otras variables del sistema. Si la separación angular entre generadores síncronos permanece acotada, entonces el sistema mantiene el sincronismo. En caso contrario pierde el sincronismo, lo cual suele hacerse evidente transcurridos 2 o 3 segundos desde la perturbación. La estabilidad es una propiedad de un sistema en un punto de funcionamiento dado sometido a una perturbación determinada. La misma red eléctrica sometida a la misma perturbación puede ser estable en un punto de funcionamiento e inestable en otro. Del mismo modo, la misma red en el mismo punto de funcionamiento puede ser estable ante una perturbación e inestable ante otra. En consecuencia, los estudios de estabilidad suelen precisar el análisis de un número de casos elevado, para así poder abarcar las distintas perturbaciones de interés y los principales puntos de funcionamiento del sistema. Los problemas de la pérdida de estabilidad en los SEP se identifican claramente con la aparición de grandes oscilaciones en las magnitudes de los voltajes en los nodos más importantes de la red eléctrica, así como con grandes oscilaciones de las transferencias 11.

(29) Capítulo I: Revisión bibliográfica.. por las líneas que enlazan estos nodos. La solución de estos problemas y la restitución de las condiciones normales de operación de la red ocupan gran tiempo y requieren de mucha atención por parte del personal de la Empresa Eléctrica. Las averías que pueden ocasionar estos eventos no son muy frecuentes o hasta poco probable en ocasiones, sin embargo, les corresponde a ellas la mayor proporción en la energía dejada de servir cuando tienen lugar. Las graves consecuencias apuntadas anteriormente obligan a los ingenieros de planificación a dedicar gran atención a la tarea de proyección de las dimensiones y seguridad de las redes, ubicación de las. plantas, esquemas eléctricos utilizados en. subestaciones, parámetros de los equipos y la operación del SEP. 1.5.1 Ajuste de la potencia activa La potencia activa tiene un carácter global, es decir, su déficit en cualquier parte del sistema puede ser suplido [13], al menos teóricamente, por cualquier generador, sin tener en cuenta cuán lejos esté del lugar donde se haya incrementado la carga. Esta característica facilita su control. Los dispositivos que se utilizan para controlar o redistribuir el flujo de potencia activa en los SEP son dos:  El ajuste de la potencia activa que entregan los generadores del SEP accionando el gobernador de la turbina.  La desconexión de las cargas. 1.5.2 Ajuste de la potencia reactiva Los dispositivos de control que se utilizan para controlar el flujo de potencia reactiva son más numerosos que los que se utilizan para controlar la potencia activa. La potencia reactiva es un fenómeno de carácter local. La circulación de potencia reactiva por las líneas sólo provoca caídas de voltaje y pérdidas de potencia activa y reactiva por lo que su compensación debe realizarse de forma local o “por zonas”. Los equipos más utilizados para compensar la potencia reactiva son:. 12.

(30) Capítulo I: Revisión bibliográfica..  Los generadores de potencia reactiva (generadores y condensadores sincrónicos): Para lograr la compensación de la potencia reactiva, los despachadores tienen que variar la corriente de campo o de la excitatriz. Si se varía la corriente el voltaje tiende a variar en el mismo sentido de la variación de la corriente, pero como la máquina está en paralelo con el resto de los generadores del SEP lo que produce es una variación en la generación de la potencia reactiva.  Los bancos de capacitores estáticos paralelos (shunt): Se utilizan para inyectar potencia reactiva en las barras. Esta compensación puede realizarse por pasos o de forma continua.  Los reactores conectados en paralelo (shunt): Se utilizan para compensar el efecto capacitivo de las líneas muy largas de alto voltaje o de las líneas en circuito abierto o con poca carga (efecto Ferranti). Se instalan en los extremos de la línea y/o en puntos intermedios.  Los cambios de las derivaciones “taps” de los transformadores cuya relación de transformación es un número real (k=a+j0) y cuya función es cambiar el módulo del voltaje y por ende el flujo de potencia reactiva en los SEP mallados.  Los compensadores estáticos SVC (Estatic VAR Compensator): Dependiendo del valor del voltaje en el punto de instalación pueden entregar o consumir potencia reactiva. Su respuesta es comparativamente rápida por lo que se instalan en las barras donde la regulación del voltaje es crítica, como son aquellas donde hay hornos por arco eléctrico. 1.6-Regulación de Voltaje en redes eléctricas. La regulación de tensión consiste en evitar las variaciones de tensión que se detectan en puntos receptores de un sistema de transmisión o distribución de energía [4]. El problema de la regulación difiere según se trate de una red de transmisión o una red de distribución. En una red de distribución interesa mantener la tensión lo más constante posible. Si la tensión es demasiado alta la vida útil de artefactos se deteriora, produciéndose en algunos casos daños irreparables.. 13.

(31) Capítulo I: Revisión bibliográfica.. En redes de transmisión se acepta una fluctuación considerable (+/- 7,5 % del valor nominal), ya que no existen aparatos de utilización directa conectados a ella y en baja tensión, en alimentadores o subalimentadores la caída de tensión no debe exceder más del 3% del valor nominal, siempre que la caída de tensión en el punto más desfavorable de la instalación, no exceda el 5% de dicha tensión. De todas formas hay que tener en cuenta que una tensión muy elevada puede dañar el aislamiento de los equipos o saturar los transformadores. El Coeficiente de Regulación de Voltaje o la Regulación de Voltaje (RV) es una cantidad que compara el voltaje de salida sin carga (en vacío) con el voltaje de salida a plena carga y se define por la ecuación:. Vs: Voltaje de Salida de una línea de transmisión o Voltaje Secundario de un transformador.. V = Z × I × L. RV =. V Vr. × 100. Donde: Z: Impedancia. I: Corriente. L: Longitud de la línea. Además la regulación de voltaje tiene una variación directamente proporcional a la longitud de la línea y a la corriente que circula por la misma, e inversamente proporcional al área del conductor, para factores de potencia, a medida que aumenta el factor de potencia, mejora la (RV) hasta alcanzar su menor valor para factor de potencia igual a 1, es también inversamente proporcional al cuadrado de la tensión de operación. 14.

(32) Capítulo I: Revisión bibliográfica.. Actualmente la solución al problema de regulación se hace más complicada, debido a la complejidad y gran desarrollo de las redes de distribución de energía. Es conveniente por lo tanto regular localmente, en los diversos centros de consumo, el nivel de voltaje. Se dispone para ello de los siguientes métodos:  Conexión de potencia reactiva.  Modificación de reactancia.  Regulación de voltaje mediante taps de transformadores. 1.6.1- Regulación por conexión de potencia reactiva Para reducir la caída de tensión es necesario minimizar el transporte de potencia reactiva [6], la que debería ser suministrada, en la medida que fuese posible, en el mismo punto de consumo. Este procedimiento se conoce con el nombre de conexión de potencia reactiva para ello se dispone de compensadores sincrónicos y compensadores estáticos. La regulación de tensión por conexión de potencia reactiva, se fundamenta en la posibilidad de conectar potencia reactiva capacitiva en ciertos puntos de una red. En lo que sigue se dará una breve referencia de los aparatos destinados a cumplir estas funciones. Compensador sincrónico Un compensador sincrónico [6], también llamado condensador sincrónico, es una máquina sincrónica cuyo eje no recibe ningún par procedente de ninguna turbina. La corriente en su devanado de campo se controla a través de un regulador de tensión, de forma que la máquina genera o consume potencia reactiva según lo requiera el sistema al que está conectada. Algunas de sus ventajas, en comparación con otros dispositivos de compensación, son las siguientes:  Regula la tensión de forma continua, sin los transitorios electromagnéticos asociados a los cambios de tomas de otros tipos de dispositivos.  No introduce armónicos en la red, ni se ve afectado por ellos. 15.

(33) Capítulo I: Revisión bibliográfica..  No causa problemas por resonancia eléctrica.  En caso de caída de tensión por un fallo en la red proporciona corriente de cortocircuito, facilitando la actuación de las protecciones de sobrecorriente. En esencia, éste es un motor síncrono diseñado para trabajar en vacío y con un amplio rango de regulación. Las máquinas sincrónicas son susceptibles de trabajar con potencia reactiva inductiva o capacitiva, según el grado de excitación del campo. Si están sobre-excitadas se comportan como condensadores. Por el contrario, si están sub-excitadas se comportan como inductancias. La potencia de un condensador sincrónico en condiciones de sobre-excitación, está limitada por la temperatura. En condiciones de sub-excitación, la potencia queda limitada por la estabilidad de la máquina. Compensadores estáticos Desde el punto de vista de la operación del sistema eléctrico [5], un sistema de compensación estático consiste en un condensador y una bobina en paralelo, regulables, cuya capacidad e inductancia pueden ajustarse para controlar la tensión y el intercambio de potencia reactiva en sus terminales. Los compensadores estáticos comenzaron a ser utilizados en la década de los 70 y hoy en día encuentran aplicaciones tanto en las redes de transporte como en las de distribución. Algunas de ellas son las siguientes.. En las redes de transporte:  Control de sobretensiones temporales.  Prevención del colapso de tensión.  Mejora de la estabilidad transitoria.. 16.

(34) Capítulo I: Revisión bibliográfica..  Atenuación de las oscilaciones electromecánicas en la red. En las redes de distribución:  Balance de sistemas desequilibrados.  Reducción del efecto parpadeo (o flicker) en las proximidades de hornos de arco u otras cargas variables. La función de un condensador estático conectado en paralelo, sea una unidad o grupo de unidades, es la de suministrar la potencia reactiva demandada en el punto en que está instalado. Por sus características, de tomar una corriente adelantada prácticamente en 90 0 con respecto al voltaje, un condensador estático tiene el mismo efecto que un condensador sincrónico. Por lo tanto, permite compensar, en forma total o parcial, la componente reactiva de la corriente demandada por un consumo inductivo. Algunos de los efectos que justifican la aplicación de los condensadores estáticos en paralelo con consumos inductivos son los siguientes:  Permite reducir al valor deseado la componente reactiva de la corriente de línea.  Mejora la regulación de la línea.  Reduce las pérdidas en la línea.  Mejora el factor de potencia en los generadores.  Permite obtener mayor potencia activa de los generadores, transformadores y líneas. 1.6.2-Regulación por modificación de reactancia El condensador estático [14] también juega un papel importante como elemento regulador cuando se le instala en serie en una línea de transmisión o de distribución. El comportamiento de un condensador estático conectado en paralelo ha sido bien analizado 17.

(35) Capítulo I: Revisión bibliográfica.. y puede predecirse con exactitud. No puede decirse lo mismo cuando el condensador está conectado en serie, la diferencia de comportamiento estriba en la conexión. El condensador en paralelo está conectado a la línea y sometido al pleno voltaje de esta. El condensador en serie está sometido a la plena corriente de la línea y a la corriente de falla, en caso de cortocircuito aguas abajo del condensador. Mientras el condensador en paralelo permanece aproximadamente constante, la caída de voltaje a través del condensador conectado en serie, varía instantáneamente con la carga. Es esta característica del condensador en serie, junto con el hecho de que esta caída es de sentido opuesto a la caída inductiva de la línea, lo que hace al condensador conectado en serie, un dispositivo muy útil en ciertas aplicaciones en las redes de energía. El condensador en serie es especialmente apto para reducir el parpadeo de luces producido por fluctuaciones rápidas y repetitivas de la carga ocasionadas por partidas frecuentes de motores, operación de soldadoras, hornos eléctricos, etc. Evidentemente, para mejorar las condiciones del voltaje o para reducir el parpadeo de luces en un punto dado, el condensador en serie, debe estar ubicado aguas arriba del punto considerado. Tratándose de líneas de transmisión, la aplicación de condensadores en serie se orienta no a mejorar la regulación de voltaje, sino a aumentar la capacidad de transmisión y mejorar la estabilidad eléctrica del sistema. 1.6.3- Regulación de voltaje mediante la variación de taps de transformadores La carga de los transformadores de potencia varían constantemente [8], ocurriendo la mayor variación en los períodos de mayor actividad industrial y comercial, esto provoca que el voltaje en los secundarios de los transformadores varíen de acuerdo con la carga y el factor de potencia, dependiendo si está en atraso, en adelanto o si es la unidad. Ya que todos los equipos eléctricos, electrónicos, motores, lámparas, son muy sensibles a los cambios de tensión que pudiesen causarles daños, es muy importante tener una buena regulación de voltaje, por lo que es necesario conocer las características de los elementos constructivos de transformadores, además de su comportamiento ante carga capacitiva, inductiva o resistiva.. 18.

(36) Capítulo I: Revisión bibliográfica.. A nivel de suministro de tensión se desea tener una regulación de voltaje tan pequeña como sea posible. Para un transformador ideal, RV = 0%, lo cual nos indica que sus devanados no presentan una resistencia y no requiere de potencia reactiva para su funcionamiento. Sin embargo, los transformadores reales tienen cierta resistencia en los devanados y requieren de una potencia reactiva para producir su campo magnético, es decir, posee dentro de él impedancias en serie, tal y como se observa en la figura (1.1), entonces su voltaje de salida varía de acuerdo con la carga aun cuando el voltaje de entrada y la frecuencia permanezcan constante. La variación de la tensión en el secundario depende esencialmente de dos variables, de la corriente absorbida por la carga y de su factor de potencia. Para determinar la regulación es necesario conocer las caídas de voltaje que ocurren en el interior de un transformador. En la figura (1.5), se observa el circuito equivalente del transformador simplificado donde se ignoran los efectos de la rama de excitación y se considera solo las impedancias en serie.. ReqS. a.IP. VP a. RN a2. ReqS= RP2 + RS a. J. JXeqS. IS. XM a2. VS. XeqS =. XP + X S 2 a. Figura 1.1: Modelo aproximado del transformador, referido al secundario. Un diagrama fasorial es la representación visual de una ecuación, estos se pueden usar para observar los ángulos de fases normales en la regulación de un transformador. La figura (1.2), muestra un diagrama fasorial de un transformador que opera con un factor de potencia en retraso se observa que Vp/a > Vs para carga en retraso, es decir, una impedancia predominantemente inductiva, por lo que la regulación de voltaje deberá ser mayor que cero. 19.

(37) Capítulo I: Revisión bibliográfica.. VP a . VS IS. jX eqIS. ReqIS. Figura 1.2: Diagrama fasorial del transformador, factor de potencia en atraso. En la figura(1.3), se muestra un diagrama fasorial con factor de potencia igual a la unidad y el voltaje en el secundario es menor comparado con el voltaje primario referido, por lo que la regulación de voltaje es mayor que cero, pero menor de lo que era para una corriente en atraso.. VP a jX eqIS IS. VS. ReqIS. Figura 1.3: Diagrama fasorial del transformador, factor de potencia unitario. Si la corriente secundaria está en adelanto, figura (1.4), el voltaje secundario puede en realidad ser mayor que el voltaje primario referido, en este caso, la impedancia es. 20.

(38) Capítulo I: Revisión bibliográfica.. predominantemente capacitiva y el transformador tendrá una regulación negativa.. VP a. jX eqIS. IS . VS. ReqIS. Figura 1.4: Diagrama fasorial del transformador, factor de potencia en adelanto. Para transformadores de potencia superiores a 5kVA, los valores de las correspondientes caídas de tensión son:  Para carga puramente inductiva: Vs = 0,96 Vp/a.  Para carga puramente óhmica: Vs = 0,98 Vp/a.  Para carga puramente capacitiva: Vs = 1,02 Vp/a. Para factor de potencia capacitivo la tensión en carga puede ser mayor que la tensión en vacío. Este fenómeno se conoce como efecto Ferranti y puede producirse en todos los casos que las líneas eléctricas tienen conectadas cargas capacitivas. El efecto Ferranti será más acentuado cuanto más larga sea la línea y mayor el voltaje aplicado. La sobretensión es proporcional al cuadrado de la longitud de la línea. Debido a su alta capacitancia, éste efecto es mucho más pronunciado en cables subterráneos, incluso en líneas cortas. Las cargas inductivas son desexcitantes puesto que provocan caídas de tensión, mientras que las cargas capacitivas son excitantes, ya que provocan un aumento de tensión. Variando la relación de vueltas entre primario y secundario de un transformador o auto transformador, se regula el nivel de tensión en los diversos centros de consumo. Con este objeto los transformadores van provistos de derivaciones en sus bobinados y de un dispositivo cambiador de derivaciones.. 21.

(39) Capítulo I: Revisión bibliográfica.. El cambio de derivaciones puede hacerse en vacío o bajo carga, siendo ésta última, la que permite la regulación automática. El cambio. de derivaciones en vacío, exige la. desconexión previa del transformador y su operación es siempre manual. El cambio de taps por el control remoto mediante algún mecanismo o motor eléctrico, se emplea para ajustar el voltaje en algunos procesos que permiten la interrupción de energía (transformador desenergizado) por algunos segundos, tales como, hornos eléctricos y otros. Desde hace algunos años se han desarrollado mecanismos y dispositivos que permiten hacer el cambio de derivaciones manual o automáticamente en un transformador sin necesidad de desenergizar el transformador y desconectar la carga, permitiendo así la regulación de voltaje en grandes bloques de potencias (desde algunos kva hasta cientos de Mva y altas tensiones desde volts a cientos de kV), sin interrupción de la energía a la carga. El cambio de derivaciones bajo carga permite mantener un voltaje secundario constante con voltaje primario variable, controlar el voltaje secundario para carga variable, controlar el flujo de potencia reactiva entre dos ramas de una red en anillo cerrado, etc. La regulación se hace por pasos, estando la magnitud de los pasos determinada por la calidad de la regulación necesaria. El mecanismo con que se hace el cambio de taps recibe el nombre de Cambiador de Derivaciones Bajo Carga (Load Tap Changer). 1.7- Caídas de tensión en conductores. La caída de tensión en el conductor se origina debido a la resistencia eléctrica al paso de la corriente [9]. Esta resistencia depende de la longitud del circuito, el material, el calibre y la temperatura de operación del conductor. El calibre seleccionado debe verificarse por la caída de tensión en la línea. Al suministrar corriente a una carga por medio de un conductor, se experimenta una caída en la tensión y una disipación de energía en forma de calor. En circuitos de corriente continua (c.c) la caída de tensión se determina por medio de la siguiente fórmula, conocida como la Ley de Ohm:. 22.

(40) Capítulo I: Revisión bibliográfica.. V = I×R Donde: V: Es la caída de tensión. I: Es la corriente de carga que fluye por el conductor. R: Es la resistencia a c.c del conductor por unidad de longitud. Para circuitos de corriente alterna (c.a) la caída de tensión depende de la corriente de carga, del factor de potencia y de la impedancia de los conductores (en estos circuitos es común la combinación de resistencias, capacitancias e inductancias). Por lo anterior, la caída de tensión se expresa:. V = I×Z Donde Z: Es la impedancia.. 23.

(41) Capítulo I: Marco conceptual sobre el riesgo empresarial y su administración.

(42) Capítulo II: Estudio y comportamiento de las variantes de mejora del voltaje en la red de 34.5 kV en el municipio de Corralillo.. Capítulo II: Estudio y comportamiento de las variantes de mejora del voltaje en la red de 34.5 kV en el municipio de Corralillo. 2.1-Caracterización del municipio Corralillo El municipio de Corralillo cuenta con un total de10906 clientes, que en marzo del 2012 consumieron 2318038 kWh/mes lo que representó un ingreso para la Empresa Eléctrica de 564064.09 pesos en moneda nacional (MN), de este total de ingresos el sector privado (Tabla1) es el mayor pues representa el 65.8% del mismo, le sigue el sector estatal (Tabla2) con un 31.2% y a continuación se encuentra el sector MLC (Tabla3) con un 3% del total ya expuesto.. Tabla1: Sector privado en el municipio de Corralillo Conceptos Total. Consumidores. Consumo(kWh/mes) Importe(MN). 10337. 1553806. 371427.5. 0. 0. 0. 10261. 1541684. 368009.35. 0. 0. 0. 2793. 772.79. De ellos: Mayores de 37kWh/d Residencial Comercial y de servicio social cuenta propista Comercial y de servicio. 20. social Industrial cuenta propista. 0. 0. 0. Industrial. 0. 0. 0. Agropecuario cuenta. 0. 0. 0. propista Agropecuario. 56. 9329. 2645.36. 24.

(43) Capítulo II: Estudio y comportamiento de las variantes de mejora del voltaje en la red de 34.5 kV en el municipio de Corralillo.. Tabla2: Sector estatal Conceptos. Consumidores. Consumo(kWh/mes) Ingreso(MN). Total. 528. 700206. 175938.52. De ellos: Mayores. 39. 505607. 119851.04. Comercial. 437. 270335. 76131.77. Industrial. 13. 117210. 27914.57. Agropecuario. 77. 295661. 67071.54. Alumbrado público. 1. 17000. 4820.64. de 37.5 kWh/d. Tabla3: Sector MLC Conceptos. Consumidores. Consumo(kWh/mes) Ingresos(MN). Total. 41. 64026. 16698.07. De ellos: Mayores. 4. 29446. 7780.78. Comercial. 38. 54595. 13851.08. Industrial. 3. 9431. 2846.99. Agropecuario. 0. 0. 0. Consumo empresa. 3. 1705. 470.15. de 37.5 kWh/d. 25.

(44) Capítulo II: Estudio y comportamiento de las variantes de mejora del voltaje en la red de 34.5 kV en el municipio de Corralillo.. 2.1.1-Principales circuitos del municipio Corralillo La siguiente tabla muestra los principales circuitos de distribución primaria a 13 kV del municipio Corralillo. Tabla4: Circuitos de distribución primaria a 13 kV. Subestación. Circuito. Clientes. Km. Corralillo. 159. 33. 2.506. Corralillo. 58. 4725. 4.953. La Sierra. 60. 692. -. Motembo. 57. 1176. 22.295. Rancho Veloz. 55. 4512. 15.774. Yabre. 66. 402. 10.937. 2.2-Estado actual del municipio Corralillo. Figura 2.1: Monolineal de la red de 34.5kV del municipio Corralillo.. 26.

(45) Capítulo II: Estudio y comportamiento de las variantes de mejora del voltaje en la red de 34.5 kV en el municipio de Corralillo.. Haciéndose uso del software PSX [7], se simuló la situación actual de la red de 34.5kV del municipio Corralillo con la subestación de Hoyo Colorado (Matanzas) alimentando al mismo, obteniéndose los siguientes resultados. Tabla 5: Estado actual del municipio Corralillo. Barras 33(kV). V nominal(kV). V op(kV). V op(kV). (carga máxima) (carga mínima) Corralillo33. 34.5. 33.38. 34.35. Motembo33. 34.5. 32.79. 33.93. Yabre33. 34.5. 32.66. 33.82. EMP Rancho Veloz. 34.5. 31.67. 33.54. Sierra33. 34.5. 32.33. 33.52. Se puede apreciar cuando está conectada la subestación de Hoyo Colorado a la red de 34.5kV de Corralillo, los voltajes de operación en algunas de las principales barras que atiende la misma. son. aceptables mientras que otras no alcanzan los voltajes de. operación establecidos para este tipo de redes entre los 32.8kV y los 35kV.. Se han realizado estudios de desarrollo por parte de especialistas de la Empresa Eléctrica de Matanzas para cambiar la ubicación de la subestación de 110/34.5 kV de Hoyo Colorado para el poblado de Martí. Esto implica la construcción de una línea de 33 kV de 17 km que puede afectar las condiciones de voltaje de Corralillo.. 27.

(46) Capítulo II: Estudio y comportamiento de las variantes de mejora del voltaje en la red de 34.5 kV en el municipio de Corralillo.. El monolineal con la modificación propuesta se muestra en la figura.. Figura 2.2: Monolineal del Traslado de la subestación de Hoyo Colorado a Martí. Luego de estudiarse este caso con la ayuda de software PSX se obtuvieron resultados que varían muy poco con respecto a la situación original, por lo que de realizarse el cambio el municipio Corralillo no se afectaría. 2.3-Análisis del municipio Corralillo con la salida de la subestación de Hoyo Colorado La principal problemática que existe en el municipio Corralillo se presenta cuando sale de servicio la subestación de Hoyo Colorado (Matanzas), entonces esta zona solo tiene la alternativa de conectarse a la barra de la subestación de Sagua la Grande la cual se encuentra a una gran distancia de este municipio y los voltajes de operación (Tabla 6) sufren una gran caída y quedan por debajo del valor mínimo (32.8 kV) establecido para las redes de 34.5 kV de Cuba.. 28.

(47) Capítulo II: Estudio y comportamiento de las variantes de mejora del voltaje en la red de 34.5 kV en el municipio de Corralillo.. Tabla 6: Resultados del análisis del municipio Corralillo con la interrupción del servicio de la subestación de Hoyo Colorado.. Barras 33(kV). V nominal(kV). Corralillo33. 34.5. V op(kV) V op(kV) (carga máxima) (carga mínima) 15.83 22.53. Motembo33. 34.5. 16.79. 23.92. Yabre33. 34.5. 17.19. 24.32. EMP Rancho Veloz. 34.5. 21.25. 25.48. Sierra33. 34.5. 18.33. 25.45. A partir de la simulación de la información en el PSX se obtuvo una serie de resultados que corroboran lo anteriormente expuesto en la problemática de este trabajo.. 29.

(48) Capítulo II: Estudio y comportamiento de las variantes de mejora del voltaje en la red de 34.5 kV en el municipio de Corralillo.. 2.3.1-Soluciones que brinda el software PSX con la interrupción del servicio de la subestación de Hoyo Colorado para condiciones de carga mínima La siguiente figura muestra las sugerencias que brinda el PSX para lograr que la red sea operable en horario de mínima.. Figura 2.3: Sugerencias del PSX (minima). Se aprecia en la tabla de resultados de PSX que existen problemas para el suministro de potencia activa en varios nodos de la red debido a que con los bajos valores de voltaje existentes es imposible transferir la potencia necesaria para estos nodos. Este problema se presenta además en horario de máxima.. 30.

(49) Capítulo II: Estudio y comportamiento de las variantes de mejora del voltaje en la red de 34.5 kV en el municipio de Corralillo.. 2.3.2-Soluciones que brinda el software PSX con la salida de la subestación de Hoyo colorado para condiciones de carga máxima La siguiente figura muestra las sugerencias que brinda el PSX para lograr que la red sea operable en horario de máxima.. Figura 2.4: Sugerencias del PSX (maxima). 2.4- Variantes de solución propuestas Se detectan graves problemas de voltaje haciendo uso del software PSX con la subestación de Hoyo Colorado (Matanzas) desconectada de la red de 34.5kV de Corralillo, 31.

(50) Capítulo II: Estudio y comportamiento de las variantes de mejora del voltaje en la red de 34.5 kV en el municipio de Corralillo.. es necesario buscar variantes que garanticen que los voltajes se mantengan dentro de los límites establecidos ante la salida de servicio de esta subestación. Las variantes propuestas se muestran a continuación.. a) Remodelación del lazo existente entre Yabre33 y el nodo 1135. Disminuyendo el recorrido del lazo en un 34,6%.. b) Conexión de la generación disponible en el grupo electrógeno de Sagua la Grande que cuenta con 12 unidades fuel de una capacidad de generación de 1.7 MW y 1.3 Mvar cada una, con la reducción del lazo existente entre Yabre33 y el nodo 1135 de la variante1.. c) Puesta en servicio de una subestación en Rancho Veloz uniéndola a Sagua 110 kV sin tener que acortar la línea perteneciente al lazo entre Yabre33 y el nodo 1135.. Figura 2.5: Monolineal del municipio Corralillo con el montaje de la nueva subestación en Rancho Veloz.. 32.

(51) Capítulo II: Estudio y comportamiento de las variantes de mejora del voltaje en la red de 34.5 kV en el municipio de Corralillo.. d) Puesta en servicio de una subestación en Rancho Veloz uniéndola a Sagua 110kV por un extremo y con Martí por el otro sin tener que acortar la línea entre Yabre33 y el nodo 1135. 2.4.1-Remodelación del lazo existente entre Yabre33 y el nodo 1135. La siguiente tabla muestra los resultados de los estudios para la remodelación del lazo existente entre Yabre33 y el nodo 1135. Tabla7: Resultados de los estudios para la reducción del lazo existente entre Yabre33 y el nodo 1135.. Barras 33(kV). V nominal(kV). V op(kV). V op(kV). (carga máxima) (carga mínima) Corralillo33. 34.5. 33.25. 34.20. Motembo. 34.5. 32.62. 33.59. Yabre33. 34.5. 32.48. 33.43. EMP Rancho Veloz. 34.5. 31.79. 32.60. Sierra33. 34.5. 32.26. 33.16. Al simular la variante a) en el software PSX los voltajes obtenidos en los principales nodos de la zona (Tabla7) en comparación con los resultados que se lograron con la interrupción de la subestación de Hoyo Colorado aumentaron considerablemente sus valores en especial en la madrugada (carga mínima) donde las barras están por encima de los 33kV pero en el horario pico (carga máxima) todavía existen en la zona voltajes no deseados por debajo de los 32.8kV. 33.

(52) Capítulo II: Estudio y comportamiento de las variantes de mejora del voltaje en la red de 34.5 kV en el municipio de Corralillo.. 2.4.2-Conexión de 4 unidades de fuel del grupo electrógeno de Sagua la Grande con la reducción del lazo entre Yabre33 y el nodo 1135 de la variante a) La siguiente tabla muestra los resultados de los estudios realizados a la variante a) con la conexión del grupo electrógeno de Sagua la Grande con 4 unidades fuel.. Tabla 8: Resultados de los estudios realizados para la variante de la conexión de 4 unidades fuel del grupo electrógeno de Sagua la Grande con la reducción del lazo entre Yabre33 y el nodo 1135 de la variante a).. Barras 33(KV). V nominal(KV). V op(KV). V op(KV). (carga máxima). (carga mínima). Corralillo33. 34.5. 33.34. 34.27. Motembo33. 34.5. 32.77. 33.69. Yabre33. 34.5. 32.90. 33.54. EMP Rancho Veloz. 34.5. 32.79. 33.2. Sierra33. 34.5. 32.81. 33.29. Luego de simular esta variante en el software PSX se obtuvieron resultados en todos los nodos (Tabla8) que comparados con la variante anterior muestran que tanto en la madrugada (carga mínima), como en el horario pico (carga máxima) se produce un aumento que oscila entre 0.06 kV y 0.07 kV y desde 0.09 kV hasta 1 kV respectivamente con respecto a la variante anterior, sin embargo, existen voltajes que aunque son aceptables están por debajo de los 32.8kV.. 34.

(53) Capítulo II: Estudio y comportamiento de las variantes de mejora del voltaje en la red de 34.5 kV en el municipio de Corralillo.. 2.4.3-Conexión de 8 unidades fuel grupo electrógeno de Sagua la Grande con la reducción del lazo entre Yabre33 y el nodo 1135 de la variante a) La siguiente tabla muestra los resultados de los estudios realizados a la variante a) con la conexión del grupo electrógeno de Sagua la Grande con 8 unidades fuel.. Tabla 9: Resultados de los estudios realizados para la variante de conexión de 8 unidades fuel del grupo electrógeno de Sagua la Grande con la reducción del lazo entre Yabre33 y el nodo 1135 de la variante a).. Barras 33(kV). V nominal(kV). V op(kV). V op(kV). (carga máxima) (carga mínima) Corralillo33. 34.5. 34.12. 34.33. Motembo33. 34.5. 33.50. 33.78. Yabre33. 34.5. 33.46. 33.64. EMP Rancho Veloz. 34.5. 32.8. 32.89. Sierra33. 34.5. 33.27. 33.40. Luego de simular esta variante en el software PSX se obtuvieron resultados (Tabla9) que comparados con la variante anterior muestran que en la madrugada (carga mínima) y en el horario pico (carga máxima) los voltajes aumentaron en todos los nodos permitiéndoles estar dentro de los valores permisibles para una red de 34.5kV por tanto el problema se ha resuelto en su totalidad.. 35.

(54) Capítulo II: Estudio y comportamiento de las variantes de mejora del voltaje en la red de 34.5 kV en el municipio de Corralillo.. 2.4.4-Puesta en servicio de una subestación en Rancho Veloz conectándola a Sagua 110kV La siguiente tabla muestra los resultados de los estudios realizados a la puesta en servicio de una subestación en Rancho Veloz uniéndola por un extremo a Sagua 110kV. Tabla 10: Resultados de la puesta en marcha de una subestación en Rancho Veloz, enlazada con la barra de Sagua 110kV.. Barras 33(kV). V nominal(kV). V op(kV). V op(kV). (carga máxima) (carga mínima) Corralillo33. 34.5. 34.75. 35.38. Motembo33. 34.5. 34.61. 35.18. Yabre33. 34.5. 34.60. 35.13. EMP Rancho Veloz. 34.5. 34.60. 34.92. Sierra33. 34.5. 34.59. 35.06. Los resultados (Tabla 10) fueron excelentes debido a que para las condiciones de carga máxima y mínima todas las barras están muy por encima de los 32.8 kV llegando incluso a estar en algunos nodos como Corralillo33, Yabre33 y Motembo33 a estar levemente por encima de los 35 kV.. 36.

(55) Capítulo II: Estudio y comportamiento de las variantes de mejora del voltaje en la red de 34.5 kV en el municipio de Corralillo.. 2.4.5-Puesta en servicio de una subestación en Rancho Veloz uniéndola a Sagua 110kV por un extremo y con Martí por el otro. La siguiente tabla muestra los resultados de los estudios realizados a la variante anterior enlazada por el otro extremo con la subestación de Martí.. Tabla 11: Subestación en Rancho Veloz enlazada con la subestación de Sagua la Grande 110kV y con la subestación de Hoyo Colorado.. Barras 33(kV). V nominal(kV). V op(kV). V op(kV). (carga máxima) (carga mínima) Corralillo33. 34.5. 34.61. 35.22. Motembo33. 34.5. 34.43. 34.97. Yabre33. 34.5. 34.41. 34.92. EMP Rancho Veloz. 34.5. 34.38. 34.64. Sierra33. 34.5. 34.39. 34.82. Como era de esperarse en esta otra variante los resultados (Tabla 11) fueron excelentes debido a que para las condiciones de carga máxima y mínima todas las barras están muy por encima de los 32.8 kV llegando incluso a estar en algunos nodos como Corralillo33, Yabre33 y Motembo33 a estar levemente por encima de los 35 kV.. 37.

(56) Capítulo III: Análisis de la factibilidad económica de las variantes de solución técnicamente.. 38.

(57) Capítulo III: Análisis de la factibilidad económica de las variantes de solución técnicamente.. Capítulo III: Análisis de la factibilidad económica de las variantes de solución. 3.1-Introducción Dentro de la política económica de nuestro país se aspira a lograr empresas fuertes y organizadas, con facultades asociadas a la elevación de la responsabilidad sobre el control de los recursos materiales y financieros, donde el análisis financiero constituye un instrumento de trabajo para las organizaciones que les permite definir la situación económica financiera durante un período económico, con vistas a la toma de decisiones en cuanto a inversión, financiamiento, expansión hacia otros clientes entre otras. A todos los sectores de la economía le es imprescindible evaluar su sostenibilidad y especialmente aquellos que tienen como función primordial la producción en este caso energía. Con la tarea de desarrollar proyectos que den respuesta a estos propósitos la Empresa Eléctrica de Santa Clara de la localidad Corralillo ha promovido la ejecución y evaluación de proyectos de inversión dirigidos fundamentalmente a la modernización del proceso de producción de energía con el objetivo de aumentar la calidad de vida de los lugareños y la correspondiente disminución de los costos. En este sentido el presente capítulo valora la factibilidad económico financiera del proyecto de inversión objeto de estudio, teniendo como objetivo fundamental la aplicación de técnicas para la evaluación financiera de inversiones en condiciones de riesgo dirigidas a la modernización de la producción con vista a perfeccionar el proceso de evaluación a escala territorial. Para el desarrollo de la misma se han utilizado diferentes métodos [15] y técnicas entre las que podemos citar: Encuestas, entrevistas, observación directa, técnicas financieras y estadísticas arribándose con ello a conclusiones y recomendaciones de alto interés y valía para la Empresa Eléctrica. 3.2-Criterios básicos para la selección de inversiones 1. Que el valor actualizado del rendimiento sea superior al valor actual del costo de inversión, es decir, que tengan VAN positivo y dentro de esa condición dar preferencia a las inversiones que cumplan con los objetivos fijados por la empresa. 2. Que la empresa pueda “soportar” la tensión financiera que se va a producir entre el momento o momentos de realizar la inversión (o los pagos de la misma) y el momento o 38.