Estudio de interconexión de circuitos de distribución primarios de forma tal que se logre operación óptima en casos de averías o mantenimientos

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(2) Estudio de interconexión de circuitos de distribución primarios de forma tal que se logre operación óptima en casos de averías o mantenimientos. Autor: Damián Jiménez Santí. E-mail: [email protected]. Tutores: Ing. Ramón Bernal Rodríguez. E-mail: [email protected]. Ing. Juan Ramón Ferrer Méndez. E-mail: [email protected]. Consultante Consultante:: Ing. Onelio Delgado Castellanos. E-mail: [email protected]. Santa Clara 2012 “AÑO 54 DE LA REVOLUCIÓN.”.

(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 Eléctrica 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 Tutor. . Firma del Jefe de Dpto. Donde se defiende el trabajo. . Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y la energía atómica: La voluntad. Albert Einstein.

(5) ii. DEDICATORIA.  A mis padres que brindaron todo su esfuerzo para ayudarme a llegar a realizar mis metas.  A mi esposa por su gran apoyo.  A mi familia que siempre me apoyó.  A mis tutores y compañeros que me brindaron su ayuda en todo momento.  A mis amigos, que siempre estuvieron conmigo y me brindaron su ayuda.  A todas las personas que de una forma u otra me brindaron su ayuda..

(6) iii. AGRADECIMIENTOS.      . A mis padres por su gran apoyo. A mi esposa por su gran apoyo A mi familia que tanto me ha ayudado. A mi tutor que confió en mí para el desarrollo de la tesis. A mis compañeros que me brindaron su apoyo. A todos mis amigos..

(7) iv. TAREA TÉCNICA. Para alcanzar los objetivos propuestos se deben desarrollar los siguientes aspectos de la Tarea Técnica:. . Estudio las principales características y particularidades de los sistemas. de. distribución. . Representación los circuitos involucrados en la zona de estudio en un plano cartográfico digital utilizando el software MAPINFO..  Realización estudios de los circuitos actuales existentes en Santa Clara, utilizando el software RADIAL.  Edición en el software RADIAL los circuitos que saldrán de la nueva subestación Gran Panel 110/13kV. Obteniendo los resultados correspondientes.  Realización el estudio de interconexiones entre estos nuevos circuitos.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(8) v. RESUMEN. Con la revolución energética que hoy sigue nuestro país, existe un incremento de la demanda y consumo eléctrico en las redes, provocando un incremento del deterioro de las condiciones técnicas de las redes eléctricas, por lo que su rehabilitación es una tarea priorizada por la unión eléctrica. En este trabajo se realizan los estudios fundamentales de los circuitos primarios de la ciudad dando una perspectiva de solución del problema que hoy afrontamos. Para realizar los estudios de los circuitos se ha usado el software RADIAL con el objetivo de determinar el funcionamiento actual de los mismos y poder contar con una base de comparación. Parte esencial del trabajo es la interconexión entre los circuitos de la ciudad tomando como elemento de solidez eléctrica la subestación “Gran Panel 110/13kV” para si minimizar las afectaciones en caso de averías o mantenimientos. Los estudios de interconexión han precedido valoraciones de demandas por bloques o áreas geográficas de la ciudad. Con la realización de estos estudios se logra que las redes puedan funcionar en condiciones de corrimiento de lazos, brindando una mayor seguridad y prestación de servicio a los clientes sin comprometer el funcionamiento técnico de los circuitos. Cumpliéndose los parámetros establecidos para las interconexiones..

(9) vi. TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO ....................................................................................................................1 DEDICATORIA .....................................................................................................................2 AGRADECIMIENTOS ..........................................................................................................3 TAREA TÉCNICA.................................................................................................................4 RESUMEN .............................................................................................................................5 INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................1 CAPÍTULO 1.. LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS Y DE DISTRIBUCIÓN. .......................3. 1.1. Los sistemas de distribución. ..................................................................................3. 1.2. Clasificación de los sistemas de distribución. ........................................................4. 1.2.1. Sistemas de Distribución Industrial. ...............................................................4. 1.2.2. Sistemas de Distribución Comerciales. ..........................................................5. 1.2.3. Sistemas de Distribución Residenciales. ........................................................5. 1.2.4. Sistemas de Distribución Mixtos. ...................................................................5. 1.2.5. Sistemas de Distribución Rural.......................................................................5. 1.3. Clasificación de los sistemas de distribución en función de su construcción: .......5. 1.3.1. Sistemas aéreos. ..............................................................................................6. 1.3.2. Sistemas soterrados.........................................................................................7.

(10) vii 1.4. Clasificación de los sistemas de distribución de acuerdo a esquemas de. alimentación........................................................................................................................8 1.4.1. Sistemas Radiales. ..........................................................................................8. 1.4.2. Sistemas anillados o lazo. ...............................................................................9. 1.5. Principales componentes de los sistemas de distribución:....................................10. 1.5.1. Alimentadores primarios de distribución......................................................10. 1.5.2. Clasificación de alimentadores primarios por el número de fase e hilos: ....10. 1.5.3. Clasificación de alimentadores secundarios por el número de fase e hilos:.10. 1.5.4. Pérdidas de energía en alimentadores...........................................................11. 1.5.5. Transformadores de Distribución. ................................................................11. 1.5.6. Otros elementos usados en los sistemas de distribución: .............................11. 1.6. Metodología para el análisis de un sistema radial: ...............................................12. 1.6.1. Circuitos simétricos. .....................................................................................13. 1.6.2. Sistemas asimetricos. ....................................................................................16. CAPÍTULO 2.. ESTUDIO DEL ESTADO ACTUAL DE LOS CIRCUITOS DE. DISTRIBUCIÓN DE LA CIUDAD DE SANTA CLARA..................................................20 2.1. Distribución de las subestaciones eléctrica en Santa Clara. .................................23. 2.2. Características de los circuitos de distribución primaria asociados a la nueva. reestructuración de la ciudad. ...........................................................................................25 2.2.1. Características de los circuitos de distribución de 4.3 kV más importantes. de la cuidad de Santa Clara...........................................................................................25 2.2.2. Características de los circuitos de distribución de 13.8 kV más importantes. de la cuidad de Santa Clara...........................................................................................28 2.2.3. Resumen de los resultados del radial en los circuitos de la ciudad asosiados. al la nueva configuracion de la subestacion Gran Panel 110/13.8 kV..........................29.

(11) viii 2.3. Situación actual de las interconexiones de los circuitos de distribución. primarios en Santa Clara:..............................................................................................30 CAPÍTULO 3.. RPROPUESTA DE ENLACE ENTRE LOS CIRCUITOS DE LA. SUBESTACIÓN GRAN PANEL 110/13 kV.......................................................................32 3.1. Seccionalización de los circuitos de la subestación “Gran Panel 110/13 kV.” ....35. 3.2. Interconexión entre los circuitos de la subestación “Gran Panel 110/13kV.”......38. 3.3. Operación de las interconexiones entre los circuitos de la subestación “Gran. Panel 110/13 kV.”.............................................................................................................42 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...................................................................46 Conclusiones.....................................................................................................................46 Recomendaciones .............................................................................................................47 ANEXOS ..............................................................................................................................48 Anexo I. Resultado de los nuevos circuitos en el Radial.............................................48. Anexo II. Resultados del estado de los voltajes en cada nodo en los nuevos circuitos de. la Subestación Gran Panel 110/13 kV. .............................................................................49 Anexo III. Resultados del estado de flujo de carga para máxima demanda en los nuevos. circuitos de la Subestación Gran Panel 110/13 kV...........................................................68 Anexo IV. Subestación Gran Panel 110/13 kV. .............................................................71. Anexo V. Gráficas del comportamiento de la demanda, el consumo y las. interrupciones del municipio de Santa Clara. ...................................................................72 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................73.

(12) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. Desde hace varios años nuestro país viene afrontando problemas con el suministro de energía eléctrica, debido al deterioro acumulado y falta de mantenimiento de las redes eléctricas. Teniendo en cuenta todos estos factores se llevó a cabo la Rehabilitación de Redes, donde el estado ha dedicado grandes esfuerzos y recursos para brindar un mejor servicio a los clientes. Con la sustitución de los combustibles doméstico por la energía eléctrica para la cocción de alimentos, crece considerablemente la demanda eléctrica, provocando en aumento de las pérdidas en redes y la caída de voltaje en las líneas de distribución primarias. Para solucionar esta problemática la UNE se ha enfrascado en la rehabilitación de las redes eléctricas y la sustitución de subestaciones de 33/4kV por nuevas a 110/13kV y además lograr mediante la interconexión de los circuitos, una operación óptima de las redes con vistas a minimizar las afectaciones de servicio a los clientes. Con este trabajo se pretende realizar un estudio de las redes existentes en la cuidad de Santa Clara, tanto las de 4.3 kV como las de 13.8 kV y la nueva configuración de las redes de la ciudad con sus subestaciones para lograr las interconexiones de los distintos circuitos y así brindar un mejor servicio..

(13) INTRODUCCIÓN. 2. Con la realización del presente trabajo se da cumplimiento a los objetivos siguientes:  Determinar la distribución geográfica actual y perspectiva de las cargas en la ciudad.  Proponer, considerando la infraestructura actual de subestaciones y redes, el suministro adecuado de energía.  Proponer enlaces entre los circuitos y determinar cómo operarlos.  Validar que los distintos esquemas de suministro cumplan los parámetros normados. El trabajo está estructurado en tres capítulos. En el primero de estos se realiza una revisión bibliográfica para buscar información acerca de los temas tratados. Se caracterizaron los distintos componentes, se trataron diferentes conceptos de las redes de distribución. En el segundo capítulo se analizaron los circuitos mediante el software RADIAL. Para determinar el estado actual de estos usándose datos tomados del software MAPINFO y monolineales de los circuitos de la ciudad. En el tercer capítulo se realizó un estudio sobre las posibles interconexiones entre los nuevos circuitos de distribución de la subestación Gran Panel en el futuro proyecto de rehabilitación de redes de la ciudad. Este capítulo es el de mayor importancia para la futura operación de la red..

(14) CAPÍTULO 1. LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS Y DE DISTRIBUCIÓN.. 3. CAPÍTULO 1.LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS Y DE DISTRIBUCIÓN.. El desarrollo de los sistemas eléctricos de potencia (SEP) es directamente proporcional al desarrollo de la sociedad, ya que de esto depende gran parte de los procesos económicos y sociales del mundo actual. La función del sistema de distribución es similar a la realizada por la subtransmisión, pero en una proporción mucho menor, es el último eslabón en la cadena formada para hacer llegar la energía hasta los consumidores más pequeños. Hay que distinguir en este sistema los circuitos de distribución primaria y los circuitos de distribución secundaria. La distribución primaria recibe la energía de la subestación de distribución y en su recorrido la traspasa directamente a los consumidores medianos: talleres, comercios etc. o a los consumidores pequeños: residencias, a través de la distribución secundaria. 1.1. Los sistemas de distribución.. Un sistema de distribución de energía eléctrica es un conjunto de equipos que permiten energizar en forma segura y confiable un número determinado de cargas, en distintos niveles de tensión, ubicados generalmente en diferentes lugares. En Cuba los sistemas de distribución operan a tensiones de 13.8 ó 4.3 kV, que mediante transformadores de distribución se logran los voltajes requeridos por las diferentes cargas. [2, 3, 4, 8] Los sistemas de distribución, que alimentan empresas estatales o sectores residenciales deben proyectarse de modo que puedan ser ampliados progresivamente, con escasos cambios en las construcciones existentes y tomando en cuenta ciertos principios.

(15) CAPÍTULO 1. LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS Y DE DISTRIBUCIÓN.. 4. económicos, su función es asegurar un servicio adecuado y consecutivo para la carga presente y futura al mínimo costo de operación. Para comprobar las características de operación, confiabilidad y seguridad de un sistema de distribución, es necesario efectuar una serie de estudios analíticos para disponer de índices de funcionamiento, cuya exactitud dependerá del modelo empleado en la representación del sistema. [5, 8] Los estudios típicos que se efectúan en un sistema de distribución son: los flujos de potencia, el cálculo de corrientes de cortocircuito, la regulación de tensión y la compensación de reactivo. [6] 1.2. Clasificación de los sistemas de distribución.. Dependiendo de las características de las cargas, los volúmenes de energía involucrados, y las condiciones de confiabilidad y seguridad con que deban operar, los sistemas de distribución se clasifican según [5, 12, 13, 14, 15] en:  Industriales.  Comerciales.  Urbana.  Rural. 1.2.1. Sistemas de Distribución Industrial.. Dentro de estos sistemas se encuentran las industrias grandes consumidores de energía eléctrica, tales como la Industria Química, la del acero, petróleo, papel, textiles y todas las grandes fábricas que principalmente reciben el suministro eléctrico directamente de la red de transmisión y en algunos casos de la red de subtransmisión en industrias con cargas más pequeñas, en algunos casos dichas industrias generan energía a partir de sus propios procesos industriales a vapor, gas o diesel. Generalmente los circuitos de estas aplicaciones son de uso exclusivo para aumentar la confiabilidad y la continuidad del servicio. [9].

(16) CAPÍTULO 1. LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS Y DE DISTRIBUCIÓN.. 1.2.2. 5. Sistemas de Distribución Comerciales.. Este término se utiliza para denominar sistemas de energía que están ubicados dentro del área comercial de las ciudades. Estos sistemas tienen características muy propias ya que al encontrarse en estrecha relación con la sociedad y determinados bienes de vital importancia requieren de grandes fuentes de respaldo en caso de emergencias. Estos sistemas generalmente tienen asociados cargas residenciales por lo que se alimentan de los mismos circuitos de distribución pudiendo ser de uso exclusivo o no. Por lo general manejan una cantidad pequeña de energía comparándolos con los sistemas industriales. 1.2.3. Sistemas de Distribución Residenciales.. Son los sistemas encargados de distribuir la energía eléctrica a las poblaciones y los centros urbanos, donde predominan las cargas residenciales. Son alimentados por subestaciones de distribución. Tienen la característica de que su curva de carga tiene dos picos, uno al mediodía y otro mayor en la tarde noche. 1.2.4. Sistemas de Distribución Mixtos.. Estos sistemas combinan las cargas residenciales con las comerciales. Estos sistemas son los más frecuentes ya que las ciudades por lo general tienen combinados estos tipos de carga. 1.2.5. Sistemas de Distribución Rural.. Estos sistemas de distribución suministran energía eléctrica a zonas de menos densidad de cargas, por lo que se pueden usar dispositivos especiales, como las estructuras compactas diseñadas para recorrer grandes distancias sin la presencia de ningún transformador de distribución. Por lo general estos circuitos son largos y con poca carga y usan transformadores de pequeña capacidad.. 1.3. Clasificación de los sistemas de distribución en función de su construcción:  Sistemas aéreos.  Sistemas subterráneos. (soterrados).

(17) CAPÍTULO 1. LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS Y DE DISTRIBUCIÓN.. 1.3.1. 6. Sistemas aéreos.. En esta modalidad, el conductor que usualmente está desnudo, va soportado a través de aisladores instalados en crucetas, en postes de madera o de concreto. [14, 15] Al comparársele con el sistema subterráneo tiene las siguientes ventajas:  Costo inicial más bajo.  Son las más comunes y materiales de fácil consecución.  Fácil mantenimiento.  Fácil localización de fallas.  Tiempos de construcción más bajos. Y tiene las siguientes desventajas:  Mal aspecto estético.  Menor confiabilidad.  Menor seguridad (ofrece más peligro para los transeúntes).  Son susceptibles de fallas y cortes de energía ya que están expuestas a: descargas atmosféricas, lluvia, granizo, polvo, temblores, gases contaminantes, brisa salina, vientos, contactos con cuerpos extraños y choques de vehículos. Las partes principales de un sistema aéreo son esencialmente: Postes: que pueden ser de madera, concreto o metálicos. Conductores: son utilizados de aluminio o cobre Crucetas: son utilizadas crucetas de madera inmunizada o de ángulo de hierro galvanizado. Aisladores: estos pueden ser de porcelana, vidrio o polimétricos (de tensión o soporte). Herrajes: todos los herrajes utilizados en redes aéreas de baja y mediana tensión son de acero galvanizado. (Grampas, varillas de anclaje, tornillos de máquina, etc.) Seccionalizadores: cuchillas..

(18) CAPÍTULO 1. LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS Y DE DISTRIBUCIÓN.. 7. Transformadores y protecciones: se emplean transformadores monofásicos y trifásicos que son protegidos con fusibles. 1.3.2. Sistemas soterrados.. Son empleadas en zonas donde por razones de urbanismo, estética, congestión o condiciones de seguridad no es aconsejable el sistema aéreo. Actualmente el sistema subterráneo es competitivo frente al sistema aéreo en zonas urbanas céntricas. [14, 15] Tiene las siguientes ventajas:  Mucho más confiable ya que la mayoría de las contingencias mencionadas en las redes aéreas no afectan a las redes subterráneas.  Son más estéticas, pues no están a la vista.  Son mucho más seguras.  No están expuestas a vandalismo. Tienen las siguientes desventajas:  Su alto costo de inversión inicial.  Se dificulta la localización de fallas.  El mantenimiento es más complicado y reparaciones más demoradas.  Están expuestas a la humedad y a la acción de los roedores.  Los conductores utilizados son aislados de acuerdo al voltaje de operación y conformados por varias capas aislantes y cubiertas protectoras. Estos cables están directamente enterrados o instalados en ductos (dentro de las excavaciones), con cajas de inspección en intervalos regulares.. Un sistema subterráneo cuenta con los siguientes componentes: Ductos: que pueden ser de asbesto cemento, de PVC, etc. Cables: pueden ser monopolares o tripolares aislado en polietileno de cadena cruzada XLPE, de polietileno reticulado EPR, en caucho sintético y en papel impregnado en aceite APLA o aislamiento seco..

(19) CAPÍTULO 1. LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS Y DE DISTRIBUCIÓN.. 8. A pesar de que existen equipos adecuados, resulta difícil y localizar las fallas en un cable subterráneo y su reparación puede tomar mucho tiempo, se recomienda construir estos sistemas en anillo abierto con el fin de garantizar la continuidad del servicio en caso de falla y con seccionalizadores de entrada y salida. Los cables a instalar en baja tensión son aislados a 600 V con polietileno termoplástico PETHW y recubierto con una chaqueta protectora de PVC. Cámaras: que son de varios tipos siendo la más común la de inspección y de empalme que sirve para hacer conexiones, pruebas y reparaciones. Deben alojar a 2 operarios para realizar los trabajos. Allí llegan uno o más circuitos y pueden contener equipos de maniobra, son usados también para el tendido del cable. La distancia entre cámaras puede variar, así como su forma y tamaño. Empalmes, uniones y terminales: que permiten dar continuidad adecuada, conexiones perfectas entre cables y equipos. 1.4. Clasificación de los sistemas de distribución de acuerdo a esquemas de alimentación. a. Sistemas radiales. b. Sistemas anillados o lazo.. 1.4.1. Sistemas Radiales.. Como su nombre lo indica, estos circuitos reciben el suministro eléctrico por un solo punto. La mayor parte de los circuitos de subtransmisión y distribución son de este tipo, sus ventajas estriban en su bajo costo de instalación y sencillez de su operación. Estos circuitos constan de una línea central o tronco y de gran número de ramales que parten de aquel para llegar a los lugares más apartados. Las desventajas que presentan los sistemas radiales son su pobre regulación de voltaje y su poca confiabilidad, ya que una falla de carácter permanente puede dejar sin servicio a un gran número de consumidores. [5, 14, 15] En la Figura 1.1, se muestra el esquema de un sistema radial..

(20) CAPÍTULO 1. LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS Y DE DISTRIBUCIÓN.. 9. Figura 1.1. Esquema de un Sistema Radial.. 1.4.2. Sistemas anillados o lazo.. En estos circuitos las líneas parten de una barra y después de su recorrido finalizan en la misma formando un lazo o anillo; o sea sus dos extremos parten del mismo punto, pudiéndose suministrar la energía por ambos extremos. Son más confiables que las redes radiales y presentan mejor regulación de voltaje, como se muestra en Figura 1.2.. Figura 1.2. Esquema de un Sistema en Lazo..

(21) CAPÍTULO 1. LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS Y DE DISTRIBUCIÓN.. 1.5. 10. Principales componentes de los sistemas de distribución:  Alimentadores primarios de distribución.  Alimentadores secundarios.  Transformadores de distribución.  Drop out.  Acometidas.  Equipos de medición.. 1.5.1. Alimentadores primarios de distribución.. Los alimentadores primarios transportan la energía eléctrica desde las subestaciones de distribución hacia los transformadores de distribución. En caso de que sea una instalación aérea los conductores se encontrarán soportados en postes y en caso de una instalación subterránea irán colocados en ductos. Estos alimentadores son de calibre grueso, dependiendo del valor de la densidad de la carga. De estos alimentadores primarios parten varios ramales que por lo general pueden tener menor calibre que el tronco, los transformadores de distribución y los servicios particulares suministrados se conectan a este primario ya sea por el tronco o por los ramales. Según [1] 1.5.2. Clasificación de alimentadores primarios por el número de fase e hilos:.  Trifásicos de tres hilos.  Trifásicos de cuatro hilos.  Monofásicos de dos hilos.  Monofásicos de un hilo. 1.5.3. Clasificación de alimentadores secundarios por el número de fase e hilos:.  Monofásicos de dos hilos.  Monofásico tres hilos.  Trifásico cuatro hilos..

(22) CAPÍTULO 1. LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS Y DE DISTRIBUCIÓN.. 1.5.4. 11. Pérdidas de energía en alimentadores.. Existen pérdidas de energía durante su transporte desde la central eléctrica hasta cada acometida. Estas pérdidas ocurren debido a que los conductores tienen determinado valor de resistencia (que depende de las características químicas y dieléctricas del material con que está construido, el calibre y el largo de este) donde se disipa en forma de calor parte de la energía eléctrica que se transmite, al disminuir el grosor del cable disminuye la conductividad. [8, 11, 17] La pérdida puede deberse a la corrosión que sufren los alimentadores, existen dos tipos fundamentales de corrosión en la distribución aérea: la galvánica y la oxidación, ambas perturban el contacto inicial y el rendimiento a largo plazo de la conexión eléctrica. En nuestro país con motivo de la rehabilitación de las redes se ha dado el caso de una alta corrosión de los empalmes directos de conductores de aluminio y cobre. 1.5.5. Transformadores de Distribución.. Los transformadores de distribución son los equipos encargados de cambiar la tensión primaria a un valor menor de escaso riesgo y de fácil manipulación. La capacidad del transformador se selecciona en función de la magnitud de la carga, debiéndose tener especial cuidado en considerar los factores que influyen en ella, tales como el factor de demanda y el factor de coincidencia. Según [18] El por ciento de impedancia de un transformador afecta la regulación de la tensión y el valor de las corrientes de corto circuito que fluyen por los devanados ante fallas en los alimentadores secundarios. El por ciento de resistencia indica el por ciento de pérdidas de cobre a plena carga. Las conexiones de los transformadores monofásicos se seleccionan en función de la carga monofásica y trifásica asociadas a ellos. 1.5.6. Otros elementos usados en los sistemas de distribución:.  Cuchillas.  Interruptores.  Capacitores.  Fusibles.  Restauradores..

(23) CAPÍTULO 1. LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS Y DE DISTRIBUCIÓN.. 12. I. Cuchillas: son los elementos que sirven para seccionar o abrir alimentadores primarios de distribución, su operación es sin carga y pueden ser de acción conjunta o independiente fase a fase; su montaje en poste puede ser horizontal o vertical. II.Interruptores: son dispositivos que permiten conectar o desconectar con carga un alimentador primario de distribución, son instalados en poste o estructura. La forma de extinción del arco puede ser mediante soplo magnético, al vacío, aire, aceite y gas. III.Capacitores: son dispositivos cuya función primordial es introducir capacitancia, corrigiendo el factor de potencia en alimentadores primarios de distribución, además suministran potencia reactiva a las cargas. IV.Fusibles: son dispositivos de protección que interrumpen el paso de la corriente eléctrica fundiéndose cuando la misma es superior a su valor nominal, protegen transformadores de distribución y servicios interiores de media tensión contra sobrecorriente y corriente de cortocircuito, van colocados dentro del tubo protector del drop out. V.Restauradores: son equipos que sirven para reconectar alimentadores primarios de distribución. Normalmente el 80 % de las fallas son de naturaleza temporal, por lo que es conveniente restablecer el servicio en la forma más rápida posible para evitar interrupciones de largo tiempo. Para estos casos se requiere de un dispositivo que tenga la posibilidad de desconectar un circuito y conectarlo después de fracciones de segundo. VI.Para asegurar la efectiva operación de un restaurador es necesario que la capacidad normal de interrupción del restaurador sea igual o mayor de la máxima corriente de falla, y que capacidad de corriente constante del restaurador deberá ser igual o mayor que la máxima corriente de carga. 1.6. Metodología para el análisis de un sistema radial: Los sistemas radiales se caracterizan por tener un solo punto de alimentación por donde entra la energía a la red. Los análisis de estos sistemas se llevan a cabo realizando una serie de suposiciones que simplifican los cálculos. [4, 5, 8, 12].

(24) CAPÍTULO 1. LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS Y DE DISTRIBUCIÓN.. 1.6.1. 13. Circuitos simétricos.. Para los análisis balanceados, se considera:  La carga distribuida por igual entre las tres fases.  La línea se representa por una línea corta, simétrica, con parámetros R +jX.  La carga especificada por su demanda de potencia activa y reactiva P +jQ. En la figura 1.3 se muestra el circuito radial con una sola carga Pr + jQr. [4, 12]. El circuito equivalente radial se describe por medio de la ecuación 1 (1) En la figura 1.4. Se describe mediante el diagrama fasorial esta ecuación..

(25) CAPÍTULO 1. LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS Y DE DISTRIBUCIÓN.. 14. (2) donde:. . es conocida como caída de voltaje longitudinal. . es la caída de voltaje transversal cuyas ecuaciones son: (ecuaciones 3 y 4) (3) (4). Para este caso. es negativo cuando la carga es consumidora de potencia reactiva. Esta. convención sólo afecta a la componente El ángulo de defasaje. .. entre el voltaje de envío Ve y el de recibo Vr, es muy pequeño y. se desprecia por la (ecuaciones 5 y 6) (5) (6) Como que la carga se dan en unidades de potencia, se tiene que: (ecuación 7).

(26) CAPÍTULO 1. LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS Y DE DISTRIBUCIÓN.. 15. (7) obteniéndose la ecuación (8) (8) El valor de voltaje V que debe usarse en la ecuación (8) es el voltaje de recibo Vr, el que lógicamente es desconocido. Este problema tiene solución directa para el caso particular de un circuito con una sola carga con la ayuda de una ecuación de cuarto orden, pero no la tiene cuando en el circuito hay dos o más cargas. Para resolver esta dificultad, se recurre a un proceso de cálculo iterativo con la ecuación (9).. (9) En la cual el Vr del segundo miembro de la ecuación se sustituye por el voltaje nominal Vn o por el del nodo que le antecede Ve. Las pérdidas de potencia activa que se producen por efecto Joule en las líneas están dadas por la ecuación (10).. (10) de igual forma existen pérdidas de potencia reactiva en las líneas que se determinan mediante la ecuación (11).. .. (11). Estas pérdidas de potencia deben sumarse a la potencia de las cargas si se quiere tener una representación más exacta del problema. Una nueva aproximación consiste en no tenerlas en cuenta..

(27) CAPÍTULO 1. LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS Y DE DISTRIBUCIÓN.. 16. Es conveniente tener presente que de acuerdo a las ecuaciones (10) y (11) las pérdidas producidas por la transferencia de potencia activa son independientes de las producidas por la transferencia de la potencia reactiva. 1.6.2. Sistemas asimétricos.. En las redes de distribución primaria frecuentemente se construyen ramales para dar servicio a determinadas cargas pequeñas, y estos suelen ser monofásicos y bifásicos que alimentan bancos de uno y dos transformadores. El comportamiento de estas líneas es un tanto diferente al de las líneas trifásicas, por lo que se estudian, según sus características, en esta conferencia. [4, 5, 8, 12] En la figura 1.5 se muestre el esquema de un circuito de fase y neutro.. Los circuitos de fase y neutro parten de las subestaciones que tiene sus secundarios conectados en estrella, que en Cuba es la casi totalidad. Para este caso los voltajes son de 4.16/1.73 = 2.4 kV y 13.2/1.73 = 7.63 kV se requieren solo un fusible y un pararrayos por transformador.. La corriente que circula por la línea es: Donde la caída de voltaje responde a las ecuaciones (13 y 14). (12).

(28) CAPÍTULO 1. LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS Y DE DISTRIBUCIÓN.. 17. (13). (14) Se observa que la caída de voltaje es 2*1.73 veces mayor que con el circuito trifásico lo que se explica por:  El voltaje de operación es 1.73 veces menor.  Existe caída de voltaje en los dos conductores. Las pérdidas de potencia son calculadas pos la ecuación (15). (15). En los circuitos de dos fases el voltaje es de 4.16 ó 13.2 kV. Los transformadores monofásicos requieren dos fusibles y dos pararrayos y sus voltajes por alta son los voltajes de línea antes mencionados. Hay dos casos:  Subestación en estrella aterrada, Y  Subestación en delta (este caso ya prácticamente no se usa). En la figura 1.6 se muestra el esquema de circuitos de dos fases..

(29) CAPÍTULO 1. LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS Y DE DISTRIBUCIÓN.. 18. La caída de voltaje en un circuito de dos fase esta dado por la ecuación (16). (16) Las pérdidas de potencia son obtenidas por la ecuación (17).. (17) En los circuitos que alimentan bancos de transformadores que sirven cargas monofásicas y trifásicas. Las primeras son mayores que las segundas. Los cálculos de las caídas de voltaje se realizan con las ecuaciones generales de los sistemas desbalanceados que resultan de gran laboriosidad, y se excluyen de este curso, por lo que se analizarán las pérdidas con cargas monofásicas..

(30) CAPÍTULO 1. LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS Y DE DISTRIBUCIÓN.. 19. La figura 1.7. Representa un circuito de dos fases y neutro.. Donde la corriente se obtiene por la ecuación (18 y 19).. (18). (19) Las pérdidas de potencia son calculadas con la ecuación (20). (20) Pero como aparece en la ecuación (21):. (21) De esta forma:. (22).

(31) CAPÍTULO 2. ESTUDIO DEL ESTADO ACTUAL DE LOS CIRCUITOS DE DISTRIBUCIÓN DE LA CIUDAD DE SANTA CLARA.. 20. CAPÍTULO 2.ESTUDIO DEL ESTADO ACTUAL DE LOS CIRCUITOS DE DISTRIBUCIÓN DE LA CIUDAD DE SANTA CLARA.. El municipio Santa Clara cuenta con 54 circuitos de distribución primaria con aproximadamente 532 km de línea a voltajes de 13 y 4 kV. El consumo de energía eléctrica oscila entre 20700 y 30800 MW.h mensualmente, para un promedio diario de 974 MW.h. Los niveles de interrupciones en los circuitos primarios promedian a 11,6 averías por mes, siendo los meses más críticos, la temporada de mayo a septiembre. En cuanto a la demanda del municipio su comportamiento ha crecido en este año con respecto al 2011, ocasionado por la nueva forma de empleo adoptado por nuestro país (el cuentapropista) alcanzando valores próximos a los 80 MW. Las pérdidas técnicas en las redes de distribución alcanzan el 6,7 % de las pérdidas totales eléctricas, esto se debe al deterioro de las líneas y su mala explotación. En el Anexo V se muestran las gráficas del comportamiento de la demanda, el consumo y las interrupciones del municipio de Santa Clara. Los circuitos de la ciudad fueron estudiados mediante el flujo de carga en el programa radial, [6] de él se obtuvo los parámetros de voltaje en cada uno de sus nodos, los que se muestran en la tabla 2.1 y su representación es mostrada en la figura 2.1. También se obtienen los parámetros actuales de cada uno de ellos, dados por la tabla 2.2 que a continuación se muestra..

(32) CAPÍTULO 2. ESTUDIO DEL ESTADO ACTUAL DE LOS CIRCUITOS DE DISTRIBUCIÓN DE LA CIUDAD DE SANTA CLARA.. 21. Figura 2.1. Enumeración de los nodos del Circuito 5 en el MAPINFO. En la tabla 2.1 se muestran los estados de voltaje en cada nodo del circuito 5 obtenidos en el radial..

(33) CAPÍTULO 2. ESTUDIO DEL ESTADO ACTUAL DE LOS CIRCUITOS DE DISTRIBUCIÓN DE LA CIUDAD DE SANTA CLARA.. 22.

(34) CAPÍTULO 2. ESTUDIO DEL ESTADO ACTUAL DE LOS CIRCUITOS DE DISTRIBUCIÓN DE LA CIUDAD DE SANTA CLARA.. 23. Como se puede apreciar en el circuito 5 no persisten problemas de voltaje en ninguno de sus nodos, este es un circuito de corta longitud a 13,8 kV con apenas 1 MW de potencia y pérdidas de potencia y emergía de un 2 % respectivamente, como se muestra en la tabla 2.2.. 2.1. Distribución de las subestaciones eléctrica en Santa Clara.. La ciudad de Santa Clara se alimenta independientemente por una subestación de 220/100 kV que se encuentra en el Yabú, esta tiene dos transformadores de 125 MVA, de ella a su vez se alimentan dos subestaciones de 110/34.5 kV, una es Santa Clara Industrial que posee un transformador de 25 MVA, la otra subestación es “Santa Clara Vieja” que tiene dos transformadores de 25 MVA. Además existen dos subestaciones más en este caso de 110/13.8 kV, Santa Clara I y Santa Clara II (Gran Panel) con transformadores de 25 MVA. A estas subestaciones se conectan 31 subestaciones de distribución que reducen el voltaje a 4.3 o 13.8 kV formando 54 circuitos de distribución primaria los que alimentan más de tres.

(35) CAPÍTULO 2. ESTUDIO DEL ESTADO ACTUAL DE LOS CIRCUITOS DE DISTRIBUCIÓN DE LA CIUDAD DE SANTA CLARA.. 24. mil transformadores de distribución, estos a su vez son los encargados de suministrar la energía a los clientes. El calibre en el tronco de los circuitos es generalmente AC-150, AAAC-78 y en los ramales abundan el AC-70 y el Cu # 6 AWG. Existen además tres subestaciones de servicio exclusivo a terceros de 110/6.3 kV, la primera es la de Traviesa, la segunda se encuentra en la Textilera y la tercera en Planta Mecánica. [2, 3 ,4] En la Tabla 2.3 se muestran las subestaciones de la ciudad y los circuitos de cada uno de ellas.. En la figura 2.2 se muestran como están distribuidos actualmente los principales circuitos de la ciudad. Los circuitos de color azul representan los que operan a 4.3 kV y los rojos los que operan a 13.8 kV..

(36) CAPÍTULO 2. ESTUDIO DEL ESTADO ACTUAL DE LOS CIRCUITOS DE DISTRIBUCIÓN DE LA CIUDAD DE SANTA CLARA.. 25. Figura 2.2. Circuitos de distribución de la ciudad de Santa Clara. 2.2. Características de los circuitos de distribución primaria asociados a la nueva reestructuración de la ciudad.  Circuitos a 4.3 kV.  Circuitos a 13.8 kV.. 2.2.1. Características de los circuitos de distribución de 4.3 kV más importantes de la cuidad de Santa Clara..  Circuito 2 Pertenece a la misma subestación que el Circuito 1 por lo que su voltaje es de 4.3 kV. Es de mediana longitud ya que posee a 5 km de longitud de líneas y tiene 65 nodos, con calibre en el tronco de AC - 150 y en sus ramales tiene calibres. AAAC-78 y Cu # 6. AWG. Tiene 45 bancos de transformadores conectados de las distintas formas y predomina la carga residencial, posee otras cargas como la Fábrica de Calzado, la tienda recaudadora de divisa la Universal y una panadería. La potencia activa en las cargas es de 1774 kW y la.

(37) CAPÍTULO 2. ESTUDIO DEL ESTADO ACTUAL DE LOS CIRCUITOS DE DISTRIBUCIÓN DE LA CIUDAD DE SANTA CLARA.. 26. reactiva es de 723 kvar con unas pérdidas totales de energía para este estado de carga de 1198 kW.h, estas pérdidas representan el 4 %, el cual es aceptable para un circuito de este nivel de voltaje. Presentando condiciones de bajo voltaje en los finales del circuito.  Circuito 4 Pertenece a la misma subestación que los circuitos anteriores por lo que su voltaje es de 4.3 kV. Posee 45 bancos de transformadores y su carga es predominantemente residencial, posee consumidores importantes como la Sala “Amistad” y el complejo Abel Santa María. Es de mediana longitud ya que posee 5.37 km de longitud de líneas y tiene 90 nodos, con calibre en el tronco de Cu # 2/0 y en sus ramales tiene calibres Cu # 4 AWG y Cu # 6 AWG. La potencia activa total en las cargas es de 1 525 kW y la reactiva es de 680 kvar con unas pérdidas totales de energía para este estado de carga de 970 kW.h, estas pérdidas representan el 4 % el cual es bueno para un circuito de este nivel de voltaje. Presenta caídas de voltaje en los finales del circuito.  Circuito 6 Se alimenta de la subestación que se encuentra en la Vigía y cubre la mayor parte de la zona de Villa Josefa con un voltaje de 4.3 kV de mediana longitud ya que posee a 5.4 km de longitud de líneas y tiene 75 nodos y carga predominantemente residencial con 46 bancos de transformadores, sus consumidores más importantes son el Hospital Municipal (Viejo), La Gerencia Cubanacán y los CDR Provincial. La potencia activa total en las cargas es de 2 135 kW y la reactiva es de 570 kvar con unas pérdidas totales de energía para este estado de carga de 1 182 kW.h, estas pérdidas representan el 4 % el cual es aceptable para un circuito de este nivel de voltaje. Posee conductores en el tronco con un calibre de AC-150 y en sus ramales tiene calibres Cu # 4 AWG y Cu # 6 AWG. La caída de voltajes en todos los nodos está dentro de los niveles establecidos aunque cerca de los límites.  Circuito 9 Su punto de origen es en la subestación que se encuentra cerca del Taller de Moldes y Troqueles dentro del INPUD y posee un voltaje de 4.3 kV. Es de mediana longitud ya que posee a 6.7 km de líneas y con 72 nodos, el calibre en el tronco es Cu # 2/0 AWG, AAAC.

(38) CAPÍTULO 2. ESTUDIO DEL ESTADO ACTUAL DE LOS CIRCUITOS DE DISTRIBUCIÓN DE LA CIUDAD DE SANTA CLARA.. 27. 3/0 y en sus ramales de Cu # 6 AWG. Su carga es predominantemente industrial, posee 49 bancos de transformadores, donde los consumidores más importantes son los Almacenes U6, el Taller de Cafeteras, Taller de Moldes y Troqueles, la Fábrica de Antenas y COPEXTEL. La potencia activa total es de 866 kW y la reactiva es de 731 kvar con unas pérdidas totales de energía para este estado de carga de 838. kW.h, estas pérdidas. representan el 5 % el cual se encuentra en los límites para un circuito de este nivel de voltaje. Presenta caídas de voltaje en los finales del circuito.  Circuito 10 Se alimenta de la subestación Gran Panel con. un voltaje de 4.3 kV. Su carga es. predominantemente residencial posee algunas de tipo industrial y de alumbrado público con 25 bancos de transformadores, posee consumidores importantes como la Planta Escambray, la Fábrica de Helados Periquín y la reparadora UNECAMOTO. Es de pequeña longitud ya que posee a 3.2 km de longitud de líneas y tiene solo 37 nodos. Posee conductores de calibre AC-150 en el tronco y de Cu # 2 AWG y Cu # 6 AWG en sus ramales. Tiene una potencia activa de 861 kW y reactiva de 388 kvar, las pérdidas totales de energía para este estado de carga de 487 kW.h las cuales representan solo el 4 % el cual es bueno para un circuito de este nivel de voltaje. Presenta pequeños problemas de bajo voltaje en algunos de sus nodos finales.  Circuito 29 Este se alimenta de la subestación Gran Panel con un nivel de voltaje de 4.3 kV. Su carga es predominantemente residencial y tiene 39 bancos de transformadores. Es de mediana longitud ya que posee a 5.5 km de longitud de líneas y tiene 58 nodos, con calibre en el tronco AC-150 y en sus ramales tiene calibres Cu # 6 AWG. Posee consumidores importantes como la tienda la Riviera, la panadería Virginia, Escuela trabajadores Sociales y la Terminal de Ómnibus Nacionales. Tiene potencia activa total de 1752 kW y la reactiva es de 491 kvar con unas pérdidas totales de energía para este estado de carga de 1103 kW.h, estas pérdidas representan solo el 4 % el cual es bueno para un circuito de este nivel de voltaje. Presenta problemas de bajo voltaje en los nodos finales del circuito..

(39) CAPÍTULO 2. ESTUDIO DEL ESTADO ACTUAL DE LOS CIRCUITOS DE DISTRIBUCIÓN DE LA CIUDAD DE SANTA CLARA.. 2.2.2. 28. Características de los circuitos de distribución de 13.8 kV más importantes de la cuidad de Santa Clara..  Circuito 28 Se alimenta de la subestación que se encuentra en La Plaza de la Revolución “Ernesto Che Guevara” con una voltaje de 13.8 kV. Es de pequeña longitud ya que posee solo 2.7 km de líneas y 53 nodos, con calibre en el tronco de Cu # 2/0 AWG y AC-150, en sus ramales tiene calibre Cu # 6 AWG. Tiene 36 bancos de transformadores conectados de las distintas formas y predomina la carga residencial, sus cargas más importantes son el Monumento de la Plaza de la Revolución y la Recapadora. La potencia activa en las cargas es de 1376 kW y la reactiva es de 691 kvar, las pérdidas totales de energía para este estado de carga de 571 kW.h, estas pérdidas representan el 3 % el cual es aceptable para un circuito de este tamaño y nivel de voltaje. No presenta grandes problemas de bajo voltaje en ninguno de sus nodos.  Circuito 166 Es energizado por la subestación Gran Panel 110/13 kV y su voltaje nominal es de 13.8 kV. Es un circuito de mediana longitud con 65 nodos y sus líneas recorren 2,2 km con un calibre en el tronco de AC-150 y en sus ramales de AC-70 y AC-35. Alimenta 42 bancos de transformadores suministran una carga de tipo residencial, con cargas importantes de cómo la agrupación 9 del MICANS, camino vegas Nuevas y Condado Sur. Tiene una potencia activa de 1365 kW de potencia activa y 633 kvar de reactiva, las pérdidas totales de energía para este estado de carga de 314 kW.h, estas representan solo el 2 % el cual es bueno para un circuito de este tamaño y de este nivel de voltaje. No presenta grandes problemas de bajo voltaje en ninguno de sus nodos.  Circuito 168 Es energizado por la subestación Santa Clara Industrial y su voltaje nominal es de 13.8 kV. Es un circuito de mediana longitud con 70 nodos y sus líneas recorren 2,6 km con un calibre en el tronco de AC-150 y en sus ramales de AC-70 y AC-35. Alimenta 48 bancos de transformadores que suministran una carga de tipo residencial, con cargas importantes de panaderías y Policlínico XX Aniversario. Tiene una potencia activa de 1994 kW de potencia activa y reactiva de 927 kvar, las pérdidas totales de energía para este estado de carga de 678 kW.h, estas representan solo el 2 % el cual es bueno para un circuito de este.

(40) CAPÍTULO 2. ESTUDIO DEL ESTADO ACTUAL DE LOS CIRCUITOS DE DISTRIBUCIÓN DE LA CIUDAD DE SANTA CLARA.. 29. tamaño y de este nivel de voltaje. No presenta grandes problemas de bajo voltaje en ninguno de sus nodos.  Circuito 169 Es energizado por la subestación Santa Clara Industrial y su voltaje nominal es de 13.8 kV. Es un circuito de larga longitud con 164 nodos y sus líneas recorren 4,8 km con un calibre en el tronco de AC-150 y en sus ramales de AC-70 y AC-35. Alimenta 107 bancos de transformadores que suministran una carga de tipo residencial, con cargas importantes de panaderías y Circulo Infantil, Hospital Viejo, Cardiocentro. Tiene una potencia activa de 4894 kW de potencia activa y reactiva de 2219 kvar, las pérdidas totales de energía para este estado de carga de 1742 kW.h, estas representan solo el 3 % el cual es bueno para un circuito de este tamaño y de este nivel de voltaje. No presenta grandes problemas de bajo voltaje en ninguno de sus nodos. 2.2.3. Resumen de los resultados del radial en los circuitos de la ciudad asosiados al la nueva configuracion de la subestacion Gran Panel 110/13.8 kV.. En la tablas 2.4 se muestran los datos más importantes de las corridas en el radial de los circuitos de la cuidad.. Tabla 2.4. Resultado de las corridas en el radial de los circuitos primarios..

(41) CAPÍTULO 2. ESTUDIO DEL ESTADO ACTUAL DE LOS CIRCUITOS DE DISTRIBUCIÓN DE LA CIUDAD DE SANTA CLARA.. 30. Grafico 2.1. Estado de carga de los circuitos primarios.. 2.3. Situación actual de las interconexiones de los circuitos de distribución primarios en Santa Clara:. En la actualidad son limitadas las opciones de interconexión con que cuenta los circuitos de distribución primaria en la ciudad, uno de las principales problemáticas es la sobrecarga en la mayoría de las subestaciones y el bajo voltaje que se debe al calibre impropio para la carga existente en los conductores del tronco de los circuitos de distribución de la cuidad. Durante los últimos años la Empresa Eléctrica ha estado trabajando en reactivar algunas de estas posibilidades, que siguen siendo insuficientes y limitados. Estas limitaciones han traído consigo numerosas afectaciones a los clientes tanto del sector residencial como estatal afectando las producciones dentro del sector económico, muestra de ello se obtuvo al quemarse el transformador de 33/13 kV en la subestación maleza, donde quedaron afectados tres circuitos importantes de la ciudad y la periferia norte (circuitos 14, 15, 27). En ese momento la solución para el cambio de transformador sería con más de 72 horas. Donde fue preciso en horas de la madrugada buscar soluciones donde no implicase el transformador para dar servicio a los clientes afectados. Para ese momento lo más prudente era formar interconexiones con los circuitos adyacentes las cuales no.

(42) CAPÍTULO 2. ESTUDIO DEL ESTADO ACTUAL DE LOS CIRCUITOS DE DISTRIBUCIÓN DE LA CIUDAD DE SANTA CLARA.. 31. existían en ese momento. Para el circuito 15 fue necesario alimentarlo desde el circuito 146 en el aeropuerto enlazando por la comunidad de la base aérea, explotando el transformador en horas pico en un régimen de sobrecarga de un 5%. El circuito 14 fue alimentado desde el Yabú con la construcción de 300m de línea primaria para lograr la conexión cercana a la Estrella. Faltando solo el circuito 27 se logra completando una fase que se encontraba desmantelada por el tiempo con el circuito 30 de la subestación Santa Clara I. Pasado 20 horas de la salida de servicio del transformador, los clientes afectados pudieron contar con los beneficio de la electricidad. Si las interconexiones entre estos circuitos y sus vecinos adyacentes estuviesen en condiciones optimas de funcionamiento, la afectación eléctrica de aproximadamente 20 horas, fuese posible minimizarse a solo un par de horas para lograr el servicio al 100% de los usuarios. Figura 2.3. Esquema de interconexión utilizado ante la avería del transformador de la subestación Maleza 33/13 kV.. Figura 2.3 Esquema de interconexión avería transformador subestación Maleza 33/13 kV..

(43) CAPÍTULO 3. PROPUESTA DE ENLACE ENTRE LOS CIRCUITOS DE LA SUBESTACIÓN GRAN PANEL 110/13 KV.. 32. CAPÍTULO 3.RPROPUESTA DE ENLACE ENTRE LOS CIRCUITOS DE LA SUBESTACIÓN GRAN PANEL 110/13 kV.. En el capítulo anterior se muestra que las redes eléctricas de la ciudad de Santa Clara presentan grandes pérdidas de energía y problemas de voltajes en los nodos más alejados de las subestaciones en los circuitos que operan a 4.3 kV. Esta problemática ha llevado a que la Empresa Eléctrica esté obligada al proyectarse al cambio de voltaje, donde se pretende que la ciudad cuente con nuevas redes y subestaciones que van a operar a 13.8 kV con el objetivo de disminuir las pérdidas y las zonas de bajo voltaje, con esto se brinda una respuesta al aumento de la carga y se solucionan gran parte de los problemas existentes en las redes de la cuidad. La nueva configuración de los circuitos está concebida para lograr interconexiones entre los mismos y con esto en caso de falla o mantenimiento afectar a la menor cantidad de clientes posible. Se toma como objeto de estudio la subestación “Gran Panel 110/13 kV” que constará con seis circuitos de distribución, los cuales estarán dando continuidad. al programa de. inversiones para el cambio de redes en la ciudad. En la fig. 3.1 se muestra como quedarán trazados los nuevos circuitos..

(44) CAPÍTULO 3. PROPUESTA DE ENLACE ENTRE LOS CIRCUITOS DE LA SUBESTACIÓN GRAN PANEL 110/13 KV.. 33. Fig. 3.1 Distribución de los circuitos de la subestación “Gran Panel 110/13 kV”. Como se ve en la fig. 3.1 existen posibles enlaces entre los circuitos lo que facilitará el trabajo de interconexión entre ellos, los cuales se les otorgó un número de circuito y colores diferentes para una inmediata identificación. En la tabla 3.1 se muestra la configuración de los nuevos circuitos de la subestación “Gran Panel 110/13 kV“.. Tabla 3.1. Configuración de los circuitos de Gran Panel 110/13 kV..

(45) CAPÍTULO 3. PROPUESTA DE ENLACE ENTRE LOS CIRCUITOS DE LA SUBESTACIÓN GRAN PANEL 110/13 KV.. 34.  Distribución geográfica de los circuitos analizados.  CTO 166: Sale de la subestación – circunvalación - los mangos - nueva Gerona – Alemán hasta Estrada Palma.  CTO 167: Sale de la subestación – circunvalación – ave Trabajadores Sociales – José Martí – carretera Central hasta la Riviera.  CTO 168: Sale de la Subestación – circunvalación – San Miguel – Toscano – Alemán – Marta Abreu hasta la central.  CTO 169: Sale de la Subestación – circunvalación – Los Sirios – Roble – Estrada Palma hasta Alemán.  CTO 170: Sale de la Subestación – circunvalación – Prolongación Marta Abreu – Carretera Central desde el Hanabanilla hasta ciclón – Calle C a independencia.  CTO 171: Sale de la Subestación – circunvalación – Oria – prolongación de Independencia hasta calle c virginia y circunvalación – matadero – brisas del Oeste a la Riviera.. La primera tarea fue seccionalizar todos los circuitos en bloques de aproximadamente 1 MW de carga, garantizando que cada bloque tenga posibilidad de interconexión con otro circuito asociado a la misma subestación, cada bloque de carga fue representado en el RADIAL. En la fig. 3.2 se muestra la densidad de carga en cuadrículas de 500m x 500m que comprende la Ciudad de Santa Clara, y dentro de ella la zona que comprende la subestación Gran Panel 110/13 kV..

(46) CAPÍTULO 3. PROPUESTA DE ENLACE ENTRE LOS CIRCUITOS DE LA SUBESTACIÓN GRAN PANEL 110/13 KV.. 35. Fig. 3.2 Densidad de carga en la zona de la subestación “Gran Panel 110/13 kV”. 3.1. Seccionalización de los circuitos de la subestación “Gran Panel 110/13 kV.”. Para seccionalizar los circuitos se tuvo en cuenta dos aspectos fundamentales, el primero fue la posibilidad de que cada bloque tenga al menos un enlace cercano con otro circuito para evitar la necesidad de una inversión adicional en la construcción de líneas para la unión de los circuitos, el otro aspecto es que cada bloque sea aproximadamente de 1 MW de carga para minimizar la magnitud de la afectación manteniendo el servicio a la mayor parte de los clientes en caso de avería o mantenimiento. Con el RADIAL se realizaron los cálculos necesarios para determinar la operación de los nuevos circuitos y comprobar que se cumpla que la caída de voltajes en cada nodo no sobrepase un 5 % de la condición normal de operación a la condición de falla en las zonas alimentadas por los circuitos colindantes..

(47) CAPÍTULO 3. PROPUESTA DE ENLACE ENTRE LOS CIRCUITOS DE LA SUBESTACIÓN GRAN PANEL 110/13 KV.. 36. En la fig. 3.3 se observa la seccionalización en bloques de cada circuito representadas por un círculo amarillo.. Fig. 3.3 Seccionalización de los circuitos de la subestación Gran Panel 110/13 kV.. En la tabla 3.2 se muestra la magnitud de la carga en cada uno de los bloques de los nuevos circuitos de la subestación Gran Panel 110/13 kV..

(48) CAPÍTULO 3. PROPUESTA DE ENLACE ENTRE LOS CIRCUITOS DE LA SUBESTACIÓN GRAN PANEL 110/13 KV.. 37. Tabla 3.2. Carga de Los Bloques por Circuitos.. La magnitud de carga de cada bloque, como se explicó anteriormente, se diseñó de aproximadamente 1 MW que en algunos se vieron afectados por las posibilidades de enlace y la densidad de carga en algunas de las zonas que estos sirven, imponiendo la capacidad de dichos bloques.. En resumen se analizaron 6 circuitos de distribución los que fueron formados por grupos de a 3 bloques respectivamente, dando una suma de 18 bloques con una carga resultante de 20,441 MW. La subestación con capacidad instalada de 25 MVA se encontrará operando aproximadamente al 85% garantizando su buen funcionamiento. En el anexo 1 se muestran otros resultados de las corridas de estos circuitos..

(49) CAPÍTULO 3. PROPUESTA DE ENLACE ENTRE LOS CIRCUITOS DE LA SUBESTACIÓN GRAN PANEL 110/13 KV.. 3.2. 38. Interconexión entre los circuitos de la subestación “Gran Panel 110/13kV.”. En la configuración de las nuevas redes de la ciudad, se puede observar que todos los circuitos tienen varios puntos cerca de sus circuitos vecinos, por tanto no existen problemas en la selección de la interconexión entre los bloques, como se aprecia en la fig. 3.4 aproximadamente cada bloque tiene al menos una interconexión directa con un circuito adyacente, los triángulos verdes simbolizan las interconexiones posibles a seleccionar cuando exista una falla o mantenimiento en una parte del circuito.. Fig. 3.4. Posibles Interconexiones seleccionadas. Mediante corridas realizadas en el RADIAL se pudo seleccionar una buena interconexión de cada bloque con otro circuito tomando como parámetro fundamental la diferencia de caídas de voltaje entre la condición normal y condición de falla, para esto se analiza la condición más crítica, o sea una falla en la zona que ocupa el primer bloque de cada circuito, al fallar este se quedaría el resto del circuito fuera de servicio de no tener posibilidad de interconectarlo con otro adyacente. Para los cálculos se alimentó cada bloque por todas las interconexiones posibles con el fin de obtener la operación óptima, estos están reflejados en las tablas siguientes las cuales fueron separadas por circuitos..

(50) CAPÍTULO 3. PROPUESTA DE ENLACE ENTRE LOS CIRCUITOS DE LA SUBESTACIÓN GRAN PANEL 110/13 KV..  Circuito 166:. Tabla 3.3. Selección de interconexiones para los bloques de carga.. Circuito. Bloque. Voltaje. Alimentado. Condición. desde: ( falla en. Nominal (kV) bloque B-1). Voltaje (kV). Diferencia. B-2. 13,70. CTO 169 B-2. 13,55. -0,15. B-3. 13,67. CTO 169 B-3. 13,50. -0,17. 166.  Circuito 167:. Tabla 3.4. Selección de interconexiones para los bloques de carga.. Circuito. Bloque. Voltaje. Alimentado. Condición. desde: ( falla en. Nominal (kV) bloque B-1) 167. B-2 Y B-3 13,64. CTO 171 B-2. Voltaje (kV). 13,54. Diferencia. -0,10. 39.

(51) CAPÍTULO 3. PROPUESTA DE ENLACE ENTRE LOS CIRCUITOS DE LA SUBESTACIÓN GRAN PANEL 110/13 KV..  Circuito 168: Tabla 3.5. Selección de interconexiones para los bloques de carga.. Circuito. Bloque. Voltaje. Alimentado. Condición. desde: ( falla en. Nominal (kV) bloque B-1). Voltaje (kV). Diferencia. 13,69. CTO 169 B-3. 13,56. -0,13. 13,69. CTO 170 B-3. 13,56. -0,13. B-3 Y B-2 13,68. CTO 169 B-3. 13,43. -0,25. B-3. 13,68. CTO 170 B-3. 13,52. -0,16. B-3 Y B-2 13,68. CTO 170 B-3. 13,30. -0,38. B-2. 168.  Circuito 169: Tabla 3.6. Selección de interconexiones para los bloques de carga.. Circuito. Bloque. Voltaje. Alimentado. Condición. desde: ( falla en. Nominal (kV) bloque B-1). Voltaje (kV). Diferencia. 13,65. CTO 166 B-2. 13,59. -0,06. 13,65. CTO 168 B-2. 13,50. -0,15. 13,64. CTO 166 B-2. 13,60. -0,04. 13,64. CTO 166 B-3. 13,60. -0,04. 13,64. CTO 168 B-2. 13,62. -0,02. B-2. 169 B-3. 40.

(52) CAPÍTULO 3. PROPUESTA DE ENLACE ENTRE LOS CIRCUITOS DE LA SUBESTACIÓN GRAN PANEL 110/13 KV..  Circuito 170: Tabla 3.7. Selección de interconexiones para los bloques de carga.. Circuito. Bloque. Voltaje. Alimentado. Condición. desde: ( falla en. Nominal (kV) bloque B-1). Voltaje (kV). Diferencia. 13,65. CTO 168 B-1. 13,68. 0,03. 13,65. CTO 168 B-2. 13,55. -0,10. 13,64. CTO 168 B-1. 13,60. -0,04. 13,64. CTO 168 B-2. 13,61. -0,03. 13,64. CTO 168 B-3. 13,57. -0,07. B-2. 170 B-3.  Circuito 171:. Tabla 3.8. Selección de interconexiones para los bloques de carga.. Circuito. Bloque. Voltaje. Alimentado. Condición. desde: ( falla en. Nominal (kV) bloque B-1). Voltaje (kV). Diferencia. 13,72. CTO 167 B-1. 13,68. -0,04. 13,72. CTO 167 B-3. 13,54. -0,18. 13,72. CTO 170 B-1. 13,60. -0,12. B-2 171 B-3. 41.

(53) CAPÍTULO 3. PROPUESTA DE ENLACE ENTRE LOS CIRCUITOS DE LA SUBESTACIÓN GRAN PANEL 110/13 KV.. 42. Como puede apreciarse inicialmente se toma el voltaje en condiciones normales en los nodos de cada bloque, luego se toma la condición más crítica la cual es que exista una falla en el primer bloque del circuito, para luego calcular el voltaje en los restantes bloques alimentándolos desde cada interconexión con los demás circuitos y de esta forma obtener la óptima que será la que menos caída de voltaje tenga respecto al voltaje en condiciones normales siempre y cuando no sea mayor al 5 %. 3.3. Operación de las interconexiones entre los circuitos de la subestación “Gran Panel 110/13 kV.”. Para operar las interconexiones en caso de una falla en el primer bloque de un circuito, primero deben abrirse los seccionalizadores correspondientes para aislar el bloque fallado y poder alimentar los restantes bloques por las interconexiones seleccionadas.  Circuito 166: El circuito 166 posee dos bloques con posible interconexión, los que pueden ser alimentados desde los bloques (B-2 y B-3) respectivamente del circuito 169. Las interconexiones óptimas en caso de falla en el Bloque B-1 del circuito 166 son:  B-2 del circuito 166 es alimentado desde B-2 del circuito 169.  B-3 del circuito 166 es alimentado desde B-3 del circuito 169. Operación de las interconexiones:  Bloques B-2 y B-3: 1.. Abrir el seccionalizador entre el Bloque B-1 y B-2.. 2.. Cerrar interconexión entre los bloques B-2 del circuito 166 y 169.. 3.. Cerrar interconexión entre los bloques B-3 del circuito 166 y 169..  Circuito 167: El circuito 167 posee 2 bloques con posible interconexión, los que pueden ser alimentados desde el circuito 171, aunque este grupo es el de menores posibilidades, las interconexiones existentes garantizan el buen funcionamiento de los mismos. La interconexión óptima en caso de falla en el Bloque B-1 del circuito 167 es:.

(54) CAPÍTULO 3. PROPUESTA DE ENLACE ENTRE LOS CIRCUITOS DE LA SUBESTACIÓN GRAN PANEL 110/13 KV.. 43.  B-2 y B-3 del circuito 167 es alimentado desde B-2 del circuito 171. Operación de las interconexiones:  Bloques B-2 y B-3: 1. Mantener cerrado el seccionalizador entre el Bloque B-2 y B-3. 2. Abrir el seccionalizador entre el Bloque B-1 y B-2. 3. Cerrar la interconexión entre B-2 del circuito 171 y B-3 del circuito 167.  Circuito 168: El circuito 168 el de mayores posibilidades de interconexión con cinco posibles interconexiones, los que pueden ser alimentados desde los 169 y 170. Las interconexiones óptimas en caso de falla en el Bloque B-1 de este circuito son:  B-2 del circuito 168 es alimentado desde B-3 del circuito 169.  B-3 del circuito 168 es alimentado desde B-3 del circuito 170. Operación de las interconexiones:  Bloques B-2 y B-3: 1.. Abrir el seccionalizador entre el Bloque B-1 y B-2.. 2.. Abrir el seccionalizador entre el Bloque B-2 y B-3.. 3.. Cerrar interconexión entre los bloques B-2 del circuito 168 y B-3 del circuito 169.. 4.. Cerrar interconexión entre los bloques B-3 del circuito 168 y 170..  Circuito 169: El circuito 169 posee cuatro posible interconexiones con los circuitos 166 y 168. Las interconexiones óptimas en caso de falla en el Bloque B-1 de este circuito son:  B-2 del circuito 169 es alimentado desde B-2 del circuito 166.  B-3 del circuito 169 es alimentado desde B-2 del circuito 168..

(55) CAPÍTULO 3. PROPUESTA DE ENLACE ENTRE LOS CIRCUITOS DE LA SUBESTACIÓN GRAN PANEL 110/13 KV.. 44. Operación de las interconexiones:  Bloque B-2 y B-3: 1.. Abrir el seccionalizador entre el Bloque B-1 y B-2.. 2.. Abrir el seccionalizador entre el Bloque B-2 y B-3.. 3.. Cerrar interconexión entre los bloques B-2 del circuito 169 y 166.. 4.. Cerrar interconexión entre los bloques B-3 del circuito 169 y B-2 del circuito 168..  Circuito 170: El circuito 170 posee tres bloques con posible interconexión, los que pueden ser alimentados desde los circuitos 168 y 171. La interconexión óptima en caso de falla en el Bloque B-1 de este circuito es:  B-2 del circuito 170 es alimentado desde B-1 del circuito 168.  B-3 del circuito 170 es alimentado desde B-2 del circuito 168. .Operación de las interconexiones:  Bloque B-2 y B-3: 1.. Abrir el seccionalizador entre el Bloque B-1 y B-2.. 2.. Abrir el seccionalizador entre el Bloque B-2 y B-3.. 3.. Cerrar interconexión entre los bloques B-2 del circuito 170 y B-1 circuito 168.. 4.. Cerrar interconexión entre los bloques B-3 del circuito 170 y B-2 del circuito 168..  Circuito 171: El circuito 171 posee dos bloques con posible interconexión, los que pueden ser alimentados desde los circuitos 167 y 170. La interconexión óptima en caso de falla en el Bloque B-1 de este circuito es:  B-2 del circuito 171 es alimentado desde B-1 del circuito 167..

(56) CAPÍTULO 3. PROPUESTA DE ENLACE ENTRE LOS CIRCUITOS DE LA SUBESTACIÓN GRAN PANEL 110/13 KV.. 45.  B-3 del circuito 171 es alimentado desde B-1 del circuito 170.. Operación de las interconexiones:  Bloque B-2 y B-3: 1.. Abrir el seccionalizador entre el Bloque B-1 y B-2.. 2.. Abrir el seccionalizador entre el Bloque B-1 y B-3.. 3.. Cerrar interconexión entre los bloques B-2 del circuito 171 y B-1 circuito 167.. 4.. Cerrar interconexión entre los bloques B-3 del circuito 171 y B-1 del circuito 170..

(57) CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 46. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. Conclusiones 1. Las interconexiones en los circuitos de distribución son factibles, se demuestra que las variaciones de voltaje no son mayores al 4% entre condición nominal y codición de avería.. 2. Para lograr las interconexiones es necesario convertir algunos circuitos de 4.3 kV a 13.8 kV disminuyendo las pérdidas de energía en un 2%.. 3. Se demuestra que la operación de las interconexiones reduce el tiempo de interrupción por usuarios (TIU) en un 65% ante averías o mantenimientos..

(58) CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 47. Recomendaciones. 1. Se recomienda un estudio posterior con la posibilidad de automatizar las interconexiones en estos circuitos para lograr una operación más confiable y segura.. 2. Continuar el estudio para las futuras redes de la cuidad y en los demás municipios de la provincia.. 3. Ejecutar los cambios de calibres antes de poner en servicio los nuevos circuitos de la ciudad, con el fin de disminuir las pérdidas de energía y caídas de voltaje.. 4. Aplicar como preparación y capacitación para los venideros estudiantes en la UCLV y despachadores de SEN..

(59) ANEXOS. ANEXOS. Anexo I. Resultado de los nuevos circuitos en el Radial.. 48.

(60) ANEXOS. Anexo II. 49. Resultados del estado de los voltajes en cada nodo en los nuevos circuitos de la Subestación Gran Panel 110/13 kV..

(61) ANEXOS. 50.

(62) ANEXOS. 51.

(63) ANEXOS. 52.

(64) ANEXOS. 53.

(65) ANEXOS. 54.

(66) ANEXOS. 55.

(67) ANEXOS. 56.

(68) ANEXOS. 57.

(69) ANEXOS. 58.

(70) ANEXOS. 59.

(71) ANEXOS. 60.

(72) ANEXOS. 61.

(73) ANEXOS. 62.

(74) ANEXOS. 63.

(75) ANEXOS. 64.

(76) ANEXOS. 65.

(77) ANEXOS. 66.

(78) ANEXOS. 67.

(79) ANEXOS. Anexo III. 68. Resultados del estado de flujo de carga para máxima demanda en los nuevos circuitos de la Subestación Gran Panel 110/13 kV..

(80) ANEXOS. 69.

(81) ANEXOS. 70.

(82) ANEXOS. Anexo IV. Subestación Gran Panel 110/13 kV.. 71.

(83) ANEXOS. Anexo V. 72. Gráficas del comportamiento de la demanda, el consumo y las interrupciones del municipio de Santa Clara..