Regulación de la tensión en la red de subtransmisión en la zona de Santa Clara y Ranchuelo

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(1)Título: Regulación de la Tensión en la red de subtransmisión en la zona de Santa Clara y Ranchuelo.. Autor: Oslean Alonso Devora Tutor: MsC. Orlando Hernández Ricaño MsC. Alberto Ramírez González.

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electroenergética. TRABAJO DE DIPLOMA Título: Regulación de la Tensión en la red de subtransmisión en la zona de Santa Clara y Ranchuelo.. Autor: Oslean Alonso Devora E-mail: [email protected] Tutores: MsC. Orlando Hernández Ricaño E-mail: [email protected] MsC.Alberto Ramírez González E-mail: [email protected] Consultante: Dr. Leonardo Casa Fernández E-mail: [email protected]. Santa Clara 2007 "Año 49 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 Ingeniería en Automática, 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 Científica-técnica.

(4) PENSAMIENTO. Saber y saberlo demostrar, es valer dos veces. Baltasar Garcián.

(5) DEDICATORIA • Deseo agradecer primero que a todo a mi Dios reconociendo que sin el no abría llegado hasta aquí. • A mis padres y mi hermana que brindaron todo su esfuerzo para ayudarme a llegar a realizar mis metas durante mi vida personal y profesional. • A mi familia que siempre me apoyó, en especial a mis abuelos y tías. • A mi querida novia, por el Amor, el apoyo, la Fe y el optimismo que sembró en mí de forma incondicional. • A mis compañeros de estudios, que siempre estuvieron conmigo en las buenas y malas, y me brindaron su ayuda.. • A todas las personas que de una forma u otra me brindaron su apoyo..

(6) AGRADECIMIENTOS Quiero remitir mis más sinceros agradecimientos a: ¾ Mis extraordinarios padres Tomas y Amarilys, y mi hermana Osleanet y por su incondicional apoyo, cariño y confianza; ¾ A toda mi familia en general. ¾ Mi querida novia, por su gran ayuda, atención, paciencia y dedicación. ¾ Mi tutor Ing. Orlando Hernández Ricaño, por su gran atención, experiencia y paciencia en la realización de este trabajo; ¾ Les doy un millón de gracias al claustro de profesores consultantes como el Dr.Ing.leonardo Casas Fernández y al MsC. .Alberto Limonte. ¾ Mis compañeros por compartir conmigo todos estos años; ¾ Todos los que tuvieron que ver con mi formación como profesional; ¾ A todas las personas que de una forma un otra me ayudaron en la realización de este trabajo; ¾ en fin a todos, muchísimas gracias de todo corazón..

(7) RESUMEN En esta investigación, titulada “Regulación de la Tensión en la red de subtransmisión en la zona de Santa Clara y Ranchuelo.” se realiza una amplia revisión bibliográfica para fundamentar teóricamente la misma y argumentar la necesidad de la utilización de los cambia-TAP de los transformadores como una de las tantas formas para mejorar las variaciones del voltaje en los circuitos de subtransmisión. Con esta alternativa se pretende determinar los TAP de operación recomendados dentro de las normas establecidas del voltaje de operación durante los horarios de mínima y máxima demanda considerando la actual característica de comportamiento de la carga. Se establecen los voltajes límites permisibles en barras, para luego minimizar los cambios de tap bajo carga en los transformadores de las subestaciones de 110/34.5 kV. Para el desarrollo de este estudio se analizaron escenarios en el mes de diciembre del 2006 en la provincia de Villa Clara, demostrándose el empeoramiento, en cuanto al aumento de la demanda y con ella de la caída de voltaje en los circuitos de subtransmision, debido a una serie de factores que hacen más compleja la tarea de la regulación del voltaje, Para el estudio se considera la información relacionada con la red entre los que sobresalen los datos de chapa de cada uno de los transformadores de la subestaciones de distribución y de los transformadores de subtransmicion 110/34.5 kV, las tomas de carga de estos transformadores. Como aporte fundamental se debe resaltar el papel fundamental que juega como herramienta principal el software utilizado en este estudio "PSX" (Power System eXplorer)..

(8) INTRODUCCION ............................................................................................................ 1 CAPITULO I: REGULACION DE VOLTAJE EN SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA....................................................................................................................... 3 1.1 Sistemas electroenergéticos de potencia................................................................. 3 1.2 Regulación de Voltaje en Sistemas de Subtransmisión ....................................... 4 1.3 Regulación de la tensión ....................................................................................... 4 1.4 Herramientas para la regulación de voltaje en sistemas de potencia integrados . 4 1.5 Regulación del voltaje con la conexión de potencia reactiva ............................... 5 1.5.1 Condensador sincrónico................................................................................. 6 1.6 Ventajas y desventajas de los capacitores estáticos.............................................. 6 1.7 Transformadores con cambia-tap. ........................................................................ 7 1.8 Efecto de la generación distribuida sobre le regulación de la tensión .................. 9 CAPITULO 2: CARACTERIZACION DE LOS CAMBIA TAP DE LOS TRANSFORMADORES DE SUBTRANSMISION Y DISTRIBUCION .................... 10 2.1 Descripción del cambiador de derivaciones bajo carga........................................ 10 2.2 Operación del cambiador de derivaciones bajo carga ....................................... 11 2.3 Conmutador Electrónico de TAP....................................................................... 12 2.4 Conmutador de Tap Mecánico............................................................................. 12 2.5 Barras de 33 kV ................................................................................................... 12 2.6 Variaciones permisibles de los voltajes nominales en los sistemas de subtransmisión ............................................................................................................ 13 2.7 Acción conjunta de los taps de los transformadores en las líneas de subtransmisión ............................................................................................................ 14 2.8 Ajustes de los TAP a los transformadores de distribución .................................. 18 CAPITULO 3: REGULACION DE LA TENSION EN LOS ALIMENTADORES DE LAS SUBESTACIONES 110/33 DE STA. CLARA ..................................................... 20 3.1 Efecto de la regulación de la tensión en los sistemas de subtransmisión .......... 20 3.2 Alcance de la red .................................................................................................. 21 3.3 Descripción de las barras ..................................................................................... 22 3.3.1 Descripción de la barra Cruce 110 kV......................................................... 24 3.3.2 Descripción de la barra de Santa Clara 110 kV ............................................. 22 3.3.3 Barra de Santa Clara Industrial 110 kV ...................................................... 23 3.4 Acciones tomadas para el análisis de los resultados obtenidos .......................... 25 3.4.1 Alimentador 1770 .......................................................................................... 25 3.4.2 Alimentador 1780 ......................................................................................... 26 3.4.3 Alimentador 1785 ........................................................................................ 27 3.4.4 Alimentador 129 .......................................................................................... 28 3.4.5 Alimentador 119 ............................................................................................ 29 3.4.6 Alimentador 881 ............................................................................................ 30.

(9) 3.4.7 Alimentador 861 ........................................................................................... 31 3.4.8 Alimentador 108 ........................................................................................... 32 3.4.9 Alimentador 75 ............................................................................................ 33 Conclusiones................................................................................................................... 34 Referencias bibliográficas............................................................................................... 35 Bibliografía ..................................................................................................................... 36 Anexos ............................................................................................................................ 38.

(10) Introducción. INTRODUCCION Desde el surgimiento de las primeras civilizaciones, la energía ha jugado un papel protagónico en todo momento para el desarrollo de la sociedad y para la subsistencia misma del hombre. Cómo obtener la energía, siempre ha sido motivo de preocupación en todas las épocas, ya que de ella dependen todas las actividades que se han realizado diariamente. La moderna sociedad sería incapaz de sobrevivir si le faltara el suministro energético actual. Con la aparición de nuevas tecnologías y el incremento de la industria, ha existido un desarrollo consecuente de la rama eléctrica, en la generación y en las redes de transmisión, subtransmisión y distribución de esta energía, en el incremento de los voltajes y en otras muchas actividades que conllevan a la reducción de pérdidas en los sistemas eléctricos; esta es la razón por lo que constantemente se hacen estudios del sistema electroenérgetico nacional, con el objetivo de perfeccionarlo y asegurarse: a) Del funcionamiento adecuado de todo el sistema en su conjunto y de cada instalación por separado. b) Del mantenimiento de los voltajes y frecuencia dentro de las normas establecidas. c) Del servicio ininterrumpido del fluido eléctrico de los clientes. d) De una operación confiable y económica del sistema en su conjunto. Desde hace varios años nuestro país viene afrontando problemas con la regulación de voltaje tanto en las redes de subtransmisión como en las de distribución, debido al envejecimiento y deterioro de las redes eléctricas, y otros factores adyacentes a ello, fundamentalmente el crecimiento de la demanda. Este empeoramiento en el fenómeno de las variaciones de voltaje, se debe al crecimiento continuo de la carga en el sistema, a las caídas de voltajes en las líneas de subtransmisión hasta cada punto donde se lleva la carga servida, y la mala operación de los cambia TAPs de los transformadores de subtransmisión debido al exceso de conmutaciones que realizan diariamente con el fin de mantener el voltaje de operación. La tensión de suministro es uno de los parámetros principales considerados en los requisitos de calidad del servicio al cliente. Este parámetro hay que controlarlo durante todo el proceso, desde la generación hasta el cliente final, ya que una de las principales causas de no conformidades de los clientes está relacionada con la calidad de la tensión de servicio.. 1.

(11) Introducción En la mayoría de los casos la solución depende de la ejecución de mejoras en las redes, pero en muchos casos se asocian o están agravados porque los taps de operación de los transformadores no son los adecuados, así como por una mala regulación en las barras de envío.. 2.

(12) Capítulo I. CAPITULO I: REGULACION ELECTRICOS DE POTENCIA. DE. VOLTAJE. EN. SISTEMAS. 1.1 Sistemas electroenergéticos de potencia Los Sistemas Electroenergéticos constituyen esquemas de gran complejidad, puesto que deben mantener el servicio eléctrico con la calidad requerida ya que es una necesidad tanto industrial como residencial, de ahí la importancia de la electricidad en la actualidad donde juegan un papel importante la continuidad y estabilidad del servicio que deben mantenerse a pesar de los bruscos e impredecibles cambios de demandas que a cada minuto se producen. Por lo que los sistema electroenergético de potencia se compone de los siguientes elementos: las centrales generadoras de energía eléctrica; los transformadores de las subestaciones y las líneas de transmisión, de subtransmisión y de distribución primaria y secundaria, que se interconectan con la finalidad de generar, transmitir y distribuir la energía a lo largo y ancho de extensas zonas por todo el país Vease la Figura 1, donde se muestra un esquema de cómo esta conformado un SEP.. Figura 1 Esquema simplificado de un Sistema Electroenergético Las líneas de subtransmisión sirven la energía eléctrica a una región dada, que puede ser sea una ciudad o una parte de ella, una municipio, etc. Sus voltajes, longitudes y la potencia que manipulan son menores que las líneas de transmisión y que su alimentación es, generalmente, por un solo extremo. 3.

(13) Capítulo I 1.2. Regulación de Voltaje en Sistemas de Subtransmisión. Como parte del crecimiento demográfico y del incremento de bienes y servicios en estos últimos años, las variaciones diarias de las cargas, inciden sobre las caídas de voltajes en la red de 33 kV y por tanto sobre estos en los diferentes puntos del sistema, por lo que se necesita tomar las medidas necesarias que garanticen los niveles de voltaje adecuados en cada momento del día, independiente de la magnitud de la carga servida. Para lograr un adecuado servicio es imprescindible realizar un estudio detallado de todos los circuitos de subtransmisión, así como la actualización de los datos de chapa de cada uno de los transformadores de las subestaciones y de las tomas de carga en los circuitos de distribución. Por otro lado, la generación distribuida representa un cambio en el paradigma de la regulación del voltaje en la red de 33kV, ya que su efecto sobre este fenómeno repercute grandemente cuando se conectan al sistema en los horarios de máxima demanda al cual entregan gran potencia a la barra de envío, por lo que se debe controlar esta variaciones de voltaje sobre las misma dentro de los limites permisible. 1.3 Regulación de la tensión La regulación de tensión consiste en mantener la magnitud del voltaje, dentro de los valores establecidos por las normas con el fin de garantizar el correcto funcionamiento de los equipos receptores de energía eléctrica El problema de la regulación difiere según se trate de una red de transmisión o una red de distribución. En una red de subtransmisión interesa mantener la tensión lo más cercana posible al valor nominal. Las tensiones altas afectan la vida útil de muchos equipos, ya que se producen en algunos casos daños irreparables, en tanto que tensiones bajas pueden ocasionar iguales efectos nocivos en algunos equipos tales como motores eléctricos, así como anomalías en su funcionamiento que repercuten negativamente en la función que ellos realizan. En redes de transmisión se aceptan fluctuaciones mayores que en las de menor tensión debido a que en ellas no existen aparatos de utilización directa conectados.. 1.4 Herramientas para la regulación de voltaje en sistemas de potencia integrados El problema de mantener el voltaje dentro de las tolerancias establecidas es complicado por el hecho de que el sistema se alimenta por diferentes fuentes, y da servicio a. 4.

(14) Capítulo I muchas cargas en todos los niveles de la red, por lo tanto no es suficiente para mantener el voltaje adecuado a los clientes, con estabilizarlo en un solo punto especifico del sistemas; por el contrario, el control sobre la tensión debe ser mantenida en muchos puntos a través de las subdivisiones de todas los niveles verticales y horizontales del sistema. La selección adecuada y la coordinación de estos equipos es uno de los mayores problemas de la ingeniería de los sistemas de potencias. La herramientas para la regulación del voltaje del sistemas puede ser dividido dentro de las siguientes tres grandes clases sobre la base de las características en los cuales sus operaciones depende de: 1. Fuentes de potencia reactiva tales como capacitares estáticos y sincrónicos. 2. Reductores de la reactancia de las líneas tales capacitores series. 3. Transformadores de regulación tales como los reguladores de inducción y transformadores con relación de transformación no nominal (cambia-TAP). El medio más sencillo de obtener la regulación por voltaje adicional, es variando la relación de vueltas entre el primario y secundario de un transformador o auto transformador. [2] 1.5 Regulación del voltaje con la conexión de potencia reactiva Para reducir la caída de tensión ∆V, es necesario minimizar al mínimo el transporte de potencia reactiva, la cual 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 y para ello se dispone de condensadores sincrónicos, condensadores 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. ¾ Condensador sincrónico. ¾ Condensadores estáticos [2]. 5.

(15) Capítulo I 1.5.1 Condensador sincrónico En esencia éste, es un motor sincrónico 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. [1] 1.5.2 Capacitares estáticos. La función de un capacitor estáticos 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 90O 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. Son. dispositivos monofásicos que conectan en bancos de capacitores trifásicos, en la actualidad se pueden encontrar de distintas capacidades, por ejemplo: 15, 25, 50, 100, 200 Ckvar. Algunos de los efectos que justifican la aplicación de los capacitores estáticos en paralelo con consumos inductivos son los siguientes: •. Permite reducir al valor deseado la componente reactiva de la corriente de línea.. •. Mejorará la regulación de la tensión del suministro.. •. Reducirá las pérdidas por recalentamiento en líneas y elementos de distribución.. •. Mejora el factor de potencia en los generadores.. •. Permite obtener mayor potencia activa de los generadores, transformadores y líneas.[1]. •. Aumentará la vida útil de las instalaciones de la red eléctrica. 1.6 Ventajas y desventajas de los capacitores estáticos 1. Son menos caros y tienen mucho menos pérdidas que los capacitares sincrónicos, pero son menos flexibles en la operación.. 6.

(16) Capítulo I 2. Con los capacitares estáticos, se tiene que la potencia reactiva no puede ser variada en forma continua y son incapaces de absorber la potencia reactiva inductiva. 3. No pueden ser sobrecargados, no solo porque son más sensibles sino porque sus potencias reactivas son fijas por sus capacidades y el voltaje nominal. 4. La desconexión de los capacitares estáticos en algunos momentos, es acompañada por sobrevoltajes e intensas corrientes, sin embargo, poseen la ventaja de ser fácilmente movidos de un lugar a otro de la red y además incrementa los KVA nominales de un banco de capacitores como un sistema extenso. 5. Los bancos de capacitores tienen una importancia especial ya que pueden ser aplicados económicamente, en una manera descentralizada, en pequeñas unidades como un bajo nivel de potencia reactiva en los niveles de distribución secundario. [2] 6. La compensación no puede ser a factor de potencia unitario, porque implicaría que los generadores trabajarían con excitación muy baja, poniendo en peligro la estabilidad del sistema. 7. No resulta económico instalarlos hasta la completa satisfacción de la demanda de potencia reactiva, pues las capacidades a instalar para pasar de factor de potencia dado a otro superior, aumenta a medida que este se hace mas elevado. 8. Además, que a medida en que se tiene un factor de potencia mas alto, la circulación de potencia reactiva desde los generadores - y que circula a través de los transformadores y líneas - se reduce con la consabida disminución de perdidas y liberación de capacidad de todo el sistema.[3]. 1.7 Transformadores con cambia-tap. La variación de la relación de vueltas entre primario y secundario de un transformador o autotransformador, es regulando 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. 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 a distancia por ejemplo desde una sala de control. 7.

(17) Capítulo I 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 MV.A y altas tensiones desde Volts a cientos de kV), sin interrupción de la energía a la carga. 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] ver la figura 2, un esquema donde se representa el modelo de un cambiador de derivaciones bajo carga y en la figura 3 se representa un grafica sinusoidal de la diferencia de voltaje entre la posición del tap 2 con respecto a la posición.. Figura 2. Forma simplificada el esquema de un transformador con cambia-tap Los transformadores con selector de cambia-tap permiten, por medio de las derivaciones con que cuenten en sus devanados, neutralizar los efectos de las caídas en las líneas o facilitar la transferencia de potencia reactiva. En los transformadores pequeños el paso de una derivación a otra no puede efectuarse estos cambios de derivaciones cuando el mismo está con carga, siendo necesario, por tanto desconectarlo previamente del sistema. Los transformadores mayores no solo permiten realizar los cambios con carga sino que además están equipados con sistemas de control automático que los realizan sin intervención del operador seleccionando la derivación adecuado para mantener el voltaje deseado. [3] En la red que estamos estudiando los transformadores de 110/34.5 kV tienen regulación bajo carga, tanto local como remota; sin embargo los transformadores de 33 kV a voltajes menores no poseen regulación bajo carga y es necesario desenergizar el transformador para realizar los cambios de TAP.. 8.

(18) Capítulo I 1.8 Efecto de la generación distribuida sobre le regulación de la tensión ¾ Reduce las pérdidas en las redes de distribución, pues existe menos flujo de energía a través de la red, ya que siempre ha existido interés por la reducción de las pérdidas en las redes de transporte, pues ellas representan energía. ¾ Aumento de la confiabilidad en el suministro de energía eléctrica. Se reducen las probabilidades de fallas por caídas de las líneas de alta tensión al disminuir su porcentaje de uso. ¾ Control de energía reactiva y regulación de tensión en la red de distribución. Una de las maneras de regular la tensión es a través del uso de transformadores con taps. Al tener conectada generación distribuida es posible inyectar a la red de distribución una cantidad de potencia reactiva con la consecuente mejora de los niveles de voltaje. Ver en la figura 4, el efecto de la GD sobre la regulación de la tensión en un circuito radial.. Figura 4. Representación de un circuito radial y conectado a el, condensador sincrónico Se puede deducir que al inyectar potencia activa y reactiva a la barra de 34.5 kV, mediante la generación distribuida, disminuye las caídas de voltaje a lo largo de toda la red de subtransmisión, mejorando el voltaje de suministro en la barra de envío y con ello trae como consecuencia que para mantener los voltajes límites permisibles en la barras, tenga que operar el cambia-TAP del transformador de la subestación de la posición en que estaban.. 9.

(19) Capítulo II. CAPITULO 2: CARACTERIZACION DE LOS CAMBIA TAP DE LOS TRANSFORMADORES DE SUBTRANSMISION Y DISTRIBUCION Introducción La necesidad de ajustar el voltaje en función de sus variaciones surgió desde los comienzos de la explotación de las redes eléctricas. La variación de la relación de transformación de los transformadores por medio de la conmutación del número de vueltas fue una de las primeras medidas usadas y que se mantienen hasta nuestros días. La experiencia condujo a establecer dos tipos de conmutadores de tapas de los transformadores muy bien diferenciados: •. Los que operan bajo carga. •. Los que operan sin carga.. Los primeros Cambia-TAP eran capaces de operar entre límites muy amplios y fue esencial confeccionar un equipo más delicado para obtener mejores condiciones de seguridad, unida a una mejor construcción económica. Los cambia taps bajo carga se emplean en transformadores de cierta potencia, generalmente de mayores de 5 MV.A, y como su nombre indica, realizan la conmutación sin necesidad de desconectar la transformador de la red. Por el contrario, al buscar sencillez y reducción de costos, los transformadores de menor potencia suelen contar con cambia taps más simples, pero que requieren que los transformadores se des energicen para poder ser manipulardos.. 2.1 Descripción del cambiador de derivaciones bajo carga Un cambiador de derivaciones bajo carga (LTC) es un dispositivo de conmutación mecánica diseñado para suministrar un voltaje constante bajo cargas variables en un transformador. Este dispositivo regula automáticamente o no el voltaje de salida del transformador hasta los límites especificados, mientras que el transformador se mantiene en operación normal. Para evitar que se formen arcos en los contactos, el LTC contiene en su interior aceite aislante. La operación plena y confiable sólo se logrará con aceite limpio, el cual que ayudará a proporcionar una alta resistencia dieléctrica.. 10.

(20) Capítulo II Los LTC son partes importantes en los sistemas de distribución de energía y representan gran parte del presupuesto de mantenimiento de la subestación. Son accesorios costosos y vulnerables en un transformador y causan más fallas e interrupciones que los otros componentes. [4]. En la figura 2.1 (a) se muestra un esquema circuital de un cambiador tap bajo carga y en la figura 2.1 (b) se muestra un conmutador de tap. (a). (b) Figura 2.1 Conmutador de Tap. 2.2. Operación del cambiador de derivaciones bajo carga. Ante una variacion del voltaje en los terminales de carga, el cambiador de derivaciones del transformador, prepara (bajo carga) la posición del tap que se podrá en servicio o sea, selecciona cada derivación antes de la operación del conmutador y opera manteniendo una relación propia con este, pues hace que el cambio de un TAP a otro se realice sin interrumpir la corriente de carga, por medio de pasos de resistencias, con el objetivo de evitar altas corrientes en el proceso de conmutación, y de esa manera se logra la no interrupción del servicio eléctrico sin que se enteren los consumidores que ha habido un cambio de un nivel de voltaje de suministro a otro.. 11.

(21) Capítulo II 2.3. Conmutador Electrónico de TAP. Son conmutadores electrónicos que tienen todos los taps de un transformador de aislación o auto transformador conectados a la salida a través de tiristores o SCRs, (Silicon Controlled Rectifiers), los que actúan como conmutadores a efecto de que sólo un tap esté conectado a la vez . Sensores del voltaje de entrada alimentan la información a un microprocesador que controla a los tiristores para así controlar el voltaje de salida. [5] 2.4 Conmutador de Tap Mecánico Los conmutadores mecánicos de taps utilizan un motor para mover los componentes mecánicos para conmutar taps o alterar de alguna otra manera la razón de vueltas de un transformador. Generalmente, el motor mueve un conjunto de escobillas o contactores de una posición a otra para conectar así físicamente cada tap. [2] 2.5 Barras de 33 kV Los transformadores de 110/33 kV son los encargados de canalizar la energía en regiones de cierta extensión geográfica, por lo que de sus terminales (barras) salen líneas para cumplir esa misión. Los transformadores utilizados para estos fines operan con cambia taps bajo carga, por lo que el voltaje en estos nodos se puede regular para atenuar las caídas que se producen por las variaciones de las cargas. Un ejemplo típico de estos transformadores es el siguiente: Tipo de transformador: Checo Capacidad: 25 MV.A. Snom: 25/25/8 MV.A. Inom: 131/418/733 Amp Vnom: 110±8*2% /34.5/6.3 kV. Regulación Bajo Carga Conexión: Y/Y. ∆. Z: A-M 11.5% Enfriamiento: ONAF Número de ventiladores: 16-22 Temp. Diseño: 20 0C. 12.

(22) Capítulo II. Figura 2 Esquema de las derivaciones de un transformador subtransmisión de SC110 2.6 Variaciones permisibles de los voltajes nominales en los sistemas de subtransmisión En los circuitos radiales, las derivaciones del cambia-TAP de los transformadores permiten ajustar los valores de voltajes, dentro de ciertos límites, cuando existen variaciones en el suministro. Estos ajustes pueden realizarse tanto en el nivel de subtransmisión como en el nivel de distribución y su selección obedece tanto a las derivaciones disponibles en el transformador como a los rangos de variación permisibles del mismo. En las líneas de 33 kV se permite un ± 5 % de regulación en el voltaje, que corresponde a las derivaciones que por primario tienen la mayoría de los transformadores se que utilizan en las subestaciones de distribución, por lo que se puede deducir, que las derivaciones del primario pueden neutralizar en ± 5 % a las variaciones de voltaje de la línea de subtransmisión, permitiendo de esta forma su operación con un voltaje de +5% en el extremo de la barra de envió, y además, servir la cargas con voltajes hasta un -5 % por debajo del voltaje nominal. Como una medida para absrver variaciones de voltaje menores, estos transformadores también tiene taps de ± 2,5 %.[3] Así, pues, los voltajes de las derivaciones de los transfromadores de las subestaciones de distribución, pueden varia en la forma que se muestra en la Tabla 2.1.. 13.

(23) Capítulo II Tabla 2.1 Voltajes permisibles para cada posición del TAP de los transformadores de las subestaciones de distribución Derivaciones I II II IV V. 2.7. % Regulación +5.0 +2.5 0 -2.5 -5.0. kV (Primario) 34.650 33.825 33.000 32.175 31.350. Acción conjunta de los taps de los transformadores en las líneas de. subtransmisión El aumento considerable de la carga en un circuito de subtransmisión hace que el mantenimiento de la regulación de voltaje sea una tarea aún más difícil. Por lo que se puede deducir que las cargas no son constantes sino que varían a lo largo del día, de acuerdo con las necesidades de los usuarios, destacándose picos de demanda en las horas mas críticas y un descenso muy brusco en horas de la madrugada, por lo que la presencia de diferentes tipos de cargas la forma de la curva horaria presenta distintos comportamientos. Para la mejor comprensión de este fenómeno se hace importante, el modelado de los diferentes elementos del sistemas de subtransmisión ya sean, transformadores con cambiadores de taps bajo carga, líneas de subtransmisión y cargas. Ver la figura 2.2.. Figura 2.2 Esquema de un circuito radial. Para analizar el efecto de las variaciones de voltaje sobre un circuito radial de un solo nodo, en el que nombramos un carga constante (P+jQ) en dicho circuito, se puede partir del concepto matemático, el cual se expresa por la ecuación (1) que:. Vr = Ve −. R * P + X *Q r * P + x *Q = Ve − *L Ve Ve. (1). Donde: Vr: Voltaje de envío de la barra Ve: Voltaje de recibo. 14.

(24) Capítulo II R: Resistencia de la línea X: Reactancia de la línea r: Resistencia unitaria del alimentador (Ώ/km) x: Reactancia unitaria del alimentador (Ώ/km) P: Potencia activa de la carga Q: Potencia reactiva de la carga L: Longitud del alimentador. Si se parte de la idea de tomar una carga de poca variación a lo largo de la línea y que en ella hay una caída de voltaje debido a su impedancia, se puede decir que durante los horarios de máxima y mínima demanda el voltaje en la barra de envío varía muy poco. Por tanto, si de la ecuación (1) se sustituye:. K PQ =. r * P + x *Q Ve. (2). Donde:. K PQ : Constante para carga constante Se puede decir que la ecuación (1) toma la forma de una línea recta con pendiente negativa, Figura 2.3. Ve = Vr − K PQ * L. (3). Si el voltaje de envío Ve varía, la constante K PQ permanece prácticamente constante, lo que se puede representar por una nueva recta paralela a la anterior. Ver figura 2.3. Figura 2.3 Perfil de voltaje de una sola carga Sse puede generalizar que si se toman varios nodos de carga conectadas a los largo del alimentador, donde la carga permanece invariable, el perfil de voltaje quedaría como se muestra en la figura 2.4.. 15.

(25) Capítulo II. Figura 2.4 Perfil de voltaje de una línea con varias cargas Para el caso de una carga variable en un alimentador, como se muestra en la gráfica de la figura 2.5, se logra apreciar como el perfil de voltaje sufre cambios, a diferencia del caso de una carga constante, ya que es consecuencia de la variación de las magnitudes de la constante (KPQ). Para analizar este efecto, se puede constatar que en régimen de máxima, aumentan la potencia activa y reactiva, y con ello disminuye el voltaje de recibo, por lo que la constante KPQmáx , varía también y se tiene la recta que se muestra en la Figura 2.5 para el caso de máxima. Se puede comparar esta recta con la que representa el perfil para la condición de mínima para el caso de operar con un voltaje fijo en la barra de envío de la subestación de subtransmisión.. Figura 2.5 Perfiles para máxima y mínima demanda con voltaje de envío constante. 16.

(26) Capítulo II A modo de ejemplo, el la Fgura 2.6, se muestra el perfil de voltaje del alimentador 108 de la subestación de Santa Clara 110 kV, como uno de estos perfiles de voltajes en el que varios nodo de cargas están conectados a lo largo del alimentador y sus valores de voltajes varían en los régimen de mínima y máxima demanda.. Figura 2.6 Perfil de Voltaje del alimentador 108 conectada a la barra Santa Clara 110kV Los transformadores que alimentan las líneas de subtransmisión están equipados con dispositivos automáticos de regulación del voltaje por medio de las variaciones de sus derivaciones. Los voltajes en la barra de envío de las subestaciones controladas pueden igualmente variarse durante el día para operar con los valores mayores a las horas de máxima demanda y con los menores valores en el momento de la demanda mínima, teniendo cuidado de no sobrepasar el valor máximo de voltaje en la barra de envío, para no afectar el voltaje en la subestaciones (cargas) más próximas a la misma y de no entregar voltaje por debajo del mínimo a las subestaciones más alejadas de la barra de envió. Cada nodo de carga impondrá un voltaje máximo y un voltaje mínimo de operación en la barra de envío. Sin embargo lo más común, es que el voltaje máximo lo determinan los clientes más cercanos a la barra en las horas de máxima demanda y el voltaje mínimo lo determinan los clientes más alejados de ella. La determinación del voltaje máximo en la barra de envío será el menor de los voltajes. 17.

(27) Capítulo II máximos admitidos por los diferentes nodos, al ser admitido por uno de los nodos de carga cercanos a la barra al presentar menores caídas de tensión en la red de subtransmisión. Mientras que el voltaje mínimo permisible en la barra es el mayor de los voltajes mínimos admitidos por los diferentes nodos, que generalmente es el exigido por uno de los nodos de carga más alejados de la barra, al presentar las mayores caídas de tensión en la red de subtransmisión. De tal forma, para expresar lo anteriormente explicado, ver la figura 2.7 donde los cambia-TAP bajo carga de los transformadores de subtransmisión regula el voltaje en la barra envío en los horarios de máxima y mínima demanda. Es recomendable que el voltaje de operación normal debe estar en este rango, ya que muchos especialistas recomiendan valores cercanos al máximo con el propósito de reducir las perdidas.. Figura 2.7 Perfil de voltaje en la barra de envío en la subestación de subtransmisión. 2.8 Ajustes de los TAP a los transformadores de distribución Para ajustar las derivaciones de los transformadores de distribución, después de haber conocido los límites permisibles de las derivaciones en los diferentes niveles de voltaje, así como los valores de las derivaciones o Taps de los transformadores conectados a estos, se puede analizar la forma de realizar su ajuste o selección con el fin de mantener un voltaje lo mas estable posible, independientemente de las fluctuaciones de las cargas durante el día. Los transformadores de las subestación de distribución se les fijan estos Taps en un valor que asegura niveles de voltajes adecuados, para cada hora del día, por lo que para efectuar estos ajustes, se debe calcular el voltaje en cada subestación para los estados de carga máxima y mínima de la línea, y basado en un valor promedio obtenido, se selecciona la derivación o posición del TAP en la que debe operar.. 18.

(28) Capítulo II A modo de ejemplo se analiza en el siguiente esquema de la Figura 2.7 donde se encuentran tres cargas conectadas a lo largo del circuito y basado en la determinación del voltaje en cada nodo en los regimenes de demanda máxima y mínima, se calcula el voltaje promedio como se muestra en la Tabla 2.2 . De estos valores se determina la posición del TAP más próximo al TAP recomendado en cada caso. El análisis se le hace a cada transformador existente en la zona comprendida en el estudio.. Figura 2.7 distribución de 3 cargas conectadas a lo largo de un alimentador. Tabla 2.2 determinación de los TAP a los transformadores de distribución Nodo 1. Vmáxima V1. Vmínima V '1. 2. V2. V '2. 3. V3. V '3. Vpromedio V 1 + V '1 V1P = 2 V 2 + V '2 V2 P = 2 V 3 + V '3 V3 P = 2. TAP Tap1. Tap2 Tap3. 19.

(29) Capítulo III. CAPITULO 3: REGULACION DE LA TENSION EN LOS ALIMENTADORES DE LAS SUBESTACIONES 110/33 DE STA. CLARA Introducción. En los capítulos anteriores se hizo referencia a los cambia taps como medios de regular la tensión en las redes radiales de los sistemas eléctricos de potencia. Para lograr estos objetivos, los Departamentos de Regímenes del Despacho de Carga Provinciales emplean software especializados como el PSX (System Power eXplorer) como herramienta principal para la simulación del SEP. En este capítulo se exponen los resultados de estudios detallados de las dos subestaciones de 110/33 del municipio de Sta. Clara y la línea del 75 que suministra el servicio eléctrico a la zona de Ranchuelo. Para la realización de los análisis se tomó como escenario de estudio el mes de diciembre del 2006 “Año de la Revolución Energética”, debido al aumento de la demanda, en el que la carga creció considerablemente por el cambio de hora y la entrega de cierta cantidad de equipos consumidores a la población. 3.1. Efecto de la regulación de la tensión en los sistemas de subtransmisión. El voltaje de suministro es uno de los parámetros principales considerados en los requisitos de calidad del servicio eléctrico que se brinda al cliente, por lo que actualmente se introducen dos factores que hacen más compleja la tarea de la regulación del voltaje: 9 Los arranques y paradas de los emplazamientos de generación distribuida, tanto. de los grupos aislados como las baterías. 9 Las variaciones extremas de carga que se observan durante el día. El gráfico de. carga se caracteriza por presentar valores muy bajos en la madrugada y un incremento notable en los horarios del pico diurno y nocturno. En estos momentos una de las principales causas de no conformidades de los clientes está relacionada con la calidad del voltaje de servicio. En la mayoría de los casos la solución depende de la ejecución de trabajos de mejoras en las redes, pero muchos en casos se asocian o están agravados porque los TAPs de operación de los transformadores no son los adecuados y por una mala regulación en las barras de envío.. 20.

(30) Capítulo III De igual forma, se debe tener en cuenta que el voltaje de operación influye en forma directa sobre las pérdidas de potencia y energía en las redes. En la mayoría de las empresas no se actualizan los estudios de regulación de voltaje, lo que trae como consecuencia baja calidad en el servicio prestado.. El personal de. regímenes de las provincias tiene ante si, una tarea impostergable. 3.2 Alcance de la red. En el gráfico de la Figura 3.1 se puede apreciar el escenario del estudio de la regulación de la tensión durante el mes de diciembre del año 2006 El alcance de la Red abarca: ¾ Las subestaciones de 110/34.5 kV de Santa Clara 110 y de Santa Clara. Industrial. ¾ Las redes de 33 kV asociadas a estas barras. ¾ Las redes del municipio de Ranchuelo vinculadas a los Grupos Electrógenos. Aislados.. Figura 3.1 Esquema de la red de subtransmisión de Santa Clara 110kV y Santa Clara industrial.. 21.

(31) Capítulo III 3.3 Descripción de las barras. Comprende el esquema simplificado de las barras de Santa Clara 110/34.5 kV, Santa Clara Industrial 110/34.5 kV y el alimetador 75 de la barra de Cruces 110 kV, así como los principales clientes por alimentadores y la demanda máxima y mínima durante el mes de diciembre del 2006 que representan estos clientes. 3.3.1 Descripción de la barra de Santa Clara 110 kV En la Figura 3.2 se muestra el esquema simplificado de la barra de Santa Clara 110 kV. Figura 3.2 Esquema simplificado de la barra de Santa Clara 110 kV. La Subestación Santa Clara 110 kV tiene instalados dos transformadores de 25 MV.A, con 6 alimentadores: a) Alimentador 119 b) Alimentador 129 c) Alimentador 881 d) Alimentador 108 e) Alimentador 124 f) Alimentador 861 El interruptor 1030 tiene un banco de Capacitores de 10 CMvar y el 6236 tiene una batería de Grupos electrógenos que es capaz genera un máximo de 15.2 MW y el enlace de barras 293 opera normalmente cerrado. En la Tabla 3.1 se muestran los principales clientes del alimentador 129 en los regimenes de máxima y mínima demanda. Tabla 3.1 Alimentador 129 Cargas Hospital Militar Plaza del CHE Gran PANEL ROBLE Bombeo Palmarito. Demanda Máxima (MV.A) 0.2+j0.09 1.2+j0.4 2.3+j0.7 7.0+j2.5 1.0+j0.5. Demanda Mínima (MV.A) 0.09+j0.05 0.4+j0.2 0.8+j0.3 2.5+j1.1 0.3+j0.2. 22.

(32) Capítulo III Las cargas de los alimentadores 119, 108, 881 ,861 y 124 se confeccionaron de igual forma, Anexo 1 y Anexo 2 3.3.2 Barra de Santa Clara Industrial 110 kV En la Figura 3.3 se muestra el esquema simplificado de la Subestación Santa. Clara. Industrial. Figura 3.3 Esquema simplificado de la barra de Santa Clara Industrial. Esta subestación cuenta con un transformador de 25 MV.A, y tiene tres alimentadores: a) Alimentador 1770 b) Alimentador 1780 c) Alimentador 1785 que brindan servicio a los municipios de Santa Clara y Placetas. Las misma, consta de dos baterías de Grupos Electrógenos que genera un máximo de 30.2 MW.. Tabla 3.2 Alimentador 1770 Cargas Escambray Planta de Oxígeno Matadero de Aves Frigorífico Fabrica de Sakenaf Hospital nuevo. Demanda Máxima (MV.A) 6.1+j2.2 0.2+j0.08 0.2+j0.1 0.2+j0.0 0.4+j0.2 0.6+j0.4. Demanda Mínima (MV.A) 2.2+j1.1 0.08+j0.01 0.1+j0.05 0.1+j0.0 0.2+j0.1 0.4+j0.2. En el Anexo 3 se relacionan los principales clientes de los alimentadores 1780 y 1785 con sus demandas máximas y mínimas.. 23.

(33) Capítulo III 3.3.3 Descripción de la barra Cruces 110 kV. En la Figura 3.4 se muestra el esquema simplificado de la barra de Cruces 110 kV. Figura 3.4 barra de Cruces 110 kV. La Subestación de Cruces 110 kV tiene instalado un transformador de 25 MV.A, con cuatro alimentadores que llevan la carga hasta circuitos residenciales e industrias de gran importancia para el desarrollo del país, ellos son: a) Alimentador 76 b) Alimentador 1435 c) Alimentador 75 d) Alimentador 101 Cuenta con una batería de ocho generadores. MTU. de 2.36 MV.A cada uno,. conectados a un transformador de 2.5 MV.A para cada generador los cuales se interconectan a un transformador de 20 MV.A conectado a la subestación. El alimentador 75 es la línea que brinda servicio al municipio de Ranchuelo, Marta Abreu, CAI de Marta Abreu, CAI de Osvaldo Herrera, Batey de Efraín Alfonso, Cable Coaxial y se enlaza con el alimentador 108 de la barra de Santa Clara 110 kV. En la Tabla 3.1 se representan los principales clientes o cargas conectadas a lo largo del alimentador 75 y la demanda máxima y mínima.. 24.

(34) Capítulo III Tabla 3.3 Alimentador 75 Cargas Marta Abreu CAI Marta Abreu CAI Caraballo Batey Ifrain Ranchuelo Ranchuelo 4 Cable Coaxial CAI Orlando Herrera Zeolita. Demanda Máxima (MV.A) 0.3+j0.1 0.2+j0.1 0.3+j0.1 0.1+j0.05 1.7+j0.6 1.3+j0.5 1.4+j0.5 0.2+j0.1 0.1+j0.05. Demanda Mínima (MV.A) 0.09+j0.04 0.1+j0.05 0.09+j0.04 0.03+j0.01 0.5+j0.3 0.4+j0.2 0.5+j0.2 0.06+j0.04 0.03+j0.01. 3.4 Acciones tomadas para el análisis de los resultados obtenidos. Los datos de los alimentadores constituyen la base para los estudios de flujo de carga en condiciones de máxima y mínima y para los análisis de los taps de los transformadores de las subestaciones de distribución. Los resultados son los siguientes: 3.4.1 Alimentador 1770 Tabla 3.4 alimentador 1770 Nodo S.C. Industrial ESCAMBRAY OXIGENO Matadero de aves FRIGORIFICO SAKENAF. kV Mínima 34.500 34.480 34.475 34.470 34.470 34.470. kV Máxima 34.500 34.470 34.464 34.460 34.460 34.460. kV Promedio 34.475 34.470 34.465 34.465 34.465. Tap 1 1 1 1 1. 25.

(35) Capítulo III El alimentador 1770 adyacente a la barra 34.5 kV de la subestación de Santa Clara Industrial 110 kV, es un alimentador de corta longitud, la caída de voltaje a largo de todo el ramal es prácticamente despreciable, consta de cinco nodos de cargas y en cada uno tiene valores de voltajes estables dentro de las normas establecidas en los estados de mínima y máxima demanda. El TAP 1 satisface las exigencias de cada una de las cargas. 3.4.2 Alimentador 1780 Tabla 3.5 Alimentador 1780 Nodo SC Industrial OCHOITA Potabilizadora OCHITA CUBANACAN CENIZA MANAJANABO FALCON. Rég. Mínima 34.5 34.450. Rég. Máxima 34.5 34.430. kV Promedio 34.440. Tap 1. 34.400 34.340 34.310 34.300 34.260. 34.350 34.270 34.220 34.130 34.110. 34.375 34.305 34.265 34.215 34.185. 1 1 1 2 2. El alimentador 1780 conectado a la barra 34.5 kV de la subestación de Santa Clara Industrial 110 kV, es un alimentador de mediana longitud, presenta muy poca caída de voltaje a largo de todo el alimentador, tiene de seis nodos de cargas y según las normas. 26.

(36) Capítulo III de voltaje en el nivel de subtransmisión las cargas conectadas a estos nodos presentan valores de voltajes muy estables en los estados de mínima y máxima demanda. Se selecciona el TAP 1 a los transformadores de distribución a la planta potabilizadora de Ochoa, la zona que abasteces energía al Ochoa, Cubanacan y Ceniza, mientras que se le fue seleccionado el TAP 2 a los transformadores de distribución de Manajanabo y Falcón por lo que se puede constatar que este alimentador tiene buena regulación de voltaje. 3.4.3 Alimentador 1785 Tabla 3.6 Alimentador 1785 Linea SC Industrial CEM ZHOSPITAL CARDIOCENTRO PASTEURIZADORA FCAHIELOSC. Rég. Mínima. Rég. Máxima. 34.5 34.400 34.390 34.370 34.370 34.370. 34.5 34.300 34.270 34.255 34.240 34.220. kV Promedio 34.350 34.330 34.313 34.305 34.295. Tap 1 1 1 1 1. El alimentador 1785 que está conectado a la barra 34.5 kV de la subestación de Santa Clara Industrial 110 kV, es un alimentador de corta longitud, presenta pequeñas caída de voltaje a lo largo de todo circuito, consta de cinco nodos de cargas, tienen valores de voltajes estables dentro de las normas establecidas en los estados de mínima y máxima demanda y para ello se fue seleccionado el TAP 1 a cada transformadores de 27.

(37) Capítulo III distribución conectados a estos nodos por lo que se puede llegar a la conclusión que este alimentador tiene una buena regulación de voltaje. 3.4.4 Alimentador 129 Tabla 3.7 alimentador 129 Linea. Rég. Mínima. Rég. Máxima. SC 110 34.5 Hospital Militar 34.470 Plaza del CHE 34.390 Gran Panel 34.310. 34.5 34.450 34.230 34.010. kV Promedio 34.460 34.310 34.160. Roble. 33.870. 34.070. 34.270. Tap 1 1 2 2. El alimentador 129 que está conectado a la barra 34.5 kV de la subestación de Santa Clara 110 kV, es un alimentador de corta longitud, presenta pequeñas caída de voltaje a lo largo de todo circuito, consta de cinco nodos de cargas, tienen valores de voltajes establemente normalizados durante los estados de mínima y máxima demanda, según las exigencias de la carga se le fue seleccionado el TAP 1 a los transformadores de distribución de la zona del Hospital Militar, a la plaza del CHE, y a los transformadores de distribución de Gran Panel y Roble se recomendó ajustar la derivación del cambiaTAP en el TAP 2, por lo que se puede llegar a la conclusión que este alimentador tiene una buena regulación de voltaje.. 28.

(38) Capítulo III. 3.4.5 Alimentador 119 Tabla 3.8 Alimentador 119 Linea SC 110 Fábrica Pienso Malezas Huerto Textilera Alto Voltaje Universidad Biotecnología Guiros Planta Asfalto Bombeo Minerva Camajuani 33-2 J.M.Perez. Rég. Mínima 34.5. 34.480 34.320 34.220 34.220 34.150 34.140 34.130 34.000 33.980 33.960 33.880 33.860. 34.5 34.480 34.010 33.720 33.720 33.530 33.510 33.470 33.130 33.090 33.060 32.800 32.760. Rég. Máxima kV Promedio 34.480 34.165 33.970 33.970 33.840 33.825 33.800 33.565 33.535 33.510 33.340 33.310. Tap 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3. El alimentador 119 conectado a la barra 34.5 kV de la subestación de Santa Clara 110 kV, es un alimentador de larga longitud, presenta una apreciable caída de voltaje a lo largo de todo circuito, consta de 12 nodos de cargas, sus valores de voltajes son establemente normalizados durante los estados de mínima y máxima demanda y para ello se le fue seleccionado al transformador de distribución de la Fábrica de Pienso el 29.

(39) Capítulo III TAP en la posición 1; los transformadores de Malezas, El Huerto, La Textilera, el laboratorio de Alto Voltaje, la Universidad, BIOTECNOLOGIA, los Güiros, La Planta de ASFALTO y el bombeo de agua de la Minerva se le seleccionó el TAP 2, mientras que a los transformadores que suministran energía eléctrica al circuito 2 de Camajuaní y al poblado de José M. Pérez del municipio de Camajuaní se le fue recomendado ajustar el TAP en la posición 3; por lo que se puede constatar que el alimentador 119 tiene una buena regulación de voltaje. 3.4.6 Alimentador 881 Tabla 3.9 Alimentador 881 Linea SC 110 Cupet Despacho Matadero Res. 34.5 34.490 34.490 34.490. Rég. Mínima 34.5 34.500 34.500 34.500. Rég. Máxima kV Promedio 34.495 34.495 34.495. Tap 1 1 1. El alimentador 881 conectado a la barra 34.5 kV de la subestación de Santa Clara 110 kV, es un alimentador de corta longitud, presenta pequeñas caída de voltaje a lo largo de todo circuito, consta de tres nodos de cargas, los valores de voltajes muy estables durante los estados de mínima y máxima demanda y para ello se le fue seleccionado en la posición del TAP 1 a los transformadores de distribución del Cupet, el Despacho de Carga y el Matadero de Rez, por lo que se puede llegar a la conclusión que este alimentador tiene una buena regulación de voltaje.. 30.

(40) Capítulo III 3.4.7 Alimentador 861 Tabla 3.10 Alimentador 861 Nodo Barra Sta Clara Villegas Cocina PIKE Inpud Moldes y Troqueles Roman Roca Bombeo Yabu Zona Industrial Yabu. 34.5 34.480 34.480 34.480 34.480 34.460 34.440 34.440 34.440. Rég. Mínima 34.5 34.480 34.480 34.480 34.480 34.450 34.440 34.440 34.420. Rég. Máxima kV Promedio 34.480 34.480 34.480 34.480 34.455 34.440 34.440 34.430. Tap 1 1 1 1 1 1 1 1. El alimentador 861 que está conectado a la barra 34.5 kV de la subestación de Santa Clara 110 kV, es un alimentador de mediana longitud, no presenta mucha caída de voltaje a lo largo de todo circuito, consta de ocho nodos de cargas, los valores de voltajes durante los estados de mínima y máxima demanda son estables y para ello se le fue seleccionado los transformadores de distribución en la posición del TAP 1, por lo que se puede llegar a la conclusión que este alimentador tiene una aceptable regulación de voltaje.. 31.

(41) Capítulo III 3.4.8 Alimentador 108 Tabla 3.11 Alimentador 108 Rég. Rég. Nodo Mínima Máxima Barra Sta Clara 34.5 34.5 kV Promedio Somatón 34.420 34.300 34.360 Poligráfico 34.420 34.300 34.360 Manuelita 34.420 34.280 34.350 Planta Harina Animal 34.390 34.210 34.300 Fabrica de Tubos 34.400 34.210 34.305 ANTOND 34.390 34.190 34.290 Bombeo Esperanza 34.330 34.030 34.180 Esperanza33-1 34.320 34.000 34.160. Tap 1 1 1 1 1 1 2 2. El alimentador 108 conectado a la barra 34.5 kV de la subestación de Santa Clara 110 kV, es un alimentador de larga longitud, presenta ciertas caídas de voltaje a lo largo de todo el alimentador, consta de ocho nodos de cargas, los valores de voltajes durante los estados de mínima y máxima demanda en cada uno de los nodos de carga son apreciables y para ello se seleccionó la posición del TAP 1 a los transformadores de distribución del Somatón, el Poligráfico, Manuelita, Fábrica de Harina animal, Fábrica de Tubos, el poblado de Antón Días, y los transformadores que suministran energía al circuito 1 de Esperanza y al bombeo de Esperanza se seleccionó el TAP 2; por lo que se constatar que este alimentador tiene una buena regulación de voltaje.. 32.

(42) Capítulo III 3.4.9 Alimentador 75 Tabla 3.12 Alimentador 75 Rég. Rég. Nodo Mínima Máxima Barra Cruces 34.5 34.5 kV Promedio Marta Abreus 34.380 34.180 34.280 CAI M. Abreus 34.380 34.180 34.280 CAI Caraballo 34.300 33.830 34.065 Ifrain Alfonso 34.220 33.580 33.900 Ranchuelo33_2 33.980 32.880 33.430 Ranchuelo 33.790 32.330 33.060 Cable Coaxial 33.720 32.140 32.930 CAI_Osvaldo Herrera 33.710 32.130 32.920. Tap 1 1 2 2 2 3 3 3. El alimentador 75 conectado a la barra 34.5 kV de la subestación de Cruces 110 kV, es un alimentador de larga longitud, presenta una gran caída de voltaje a lo largo de todo el alimentador, consta de ocho nodos de cargas, los valores de voltajes durante los regímenes de mínima y máxima demanda en cada uno de los nodos de carga están dentro de la normas de los valores de voltajes regulables y para ello se seleccionó la posición del TAP 1 a los transformadores de distribución del poblado de Marta Abreu y el CAI de Marta Abreu, los transformadores que suministran energía eléctrica al CAI de Carlos Caraballo, al poblado de Ifrain Alfonso y al circuito 2 de Ranchuelo se les recomendó ajustar el cambia-TAP a la posición 1, y el municipio de Ranchuelo, el CAI Orlando Herrera y a la Fábrica de Cable Coaxial se recomendó el TAP 3, por lo que se pudo constatar que este alimentador tiene una regulación de voltaje bastante estable.. 33.

(43) Conclusiones y Recomendaciones Con este trabajo se cumplieron todos los objetivos trazados y a partir de los resultados obtenidos se arriba a las siguientes conclusiones y recomendaciones: Conclusiones ¾. La red de 33 kV de Santa Clara presenta caídas de tensión ≤ al 5 % y con la utilización de los TAP recomendados se pueden asegurar los voltajes fuente de 13.8, 4.33, 0.48 kV y otros, tanto en los clientes exclusivos como en las redes de distribución primaria; cumpliéndose las especificaciones de la NC 365 del 2004.. ¾. La zona de Ranchuelo cuya línea alimentadora posee un calibre inadecuado presenta caídas de tensión del 6.9 % y esto provoca dificultades con la regulación cuando arranca el emplazamiento de Grupos Electrógenos Aislados de Ranchuelo.. ¾. Con los TAP recomendados y la explotación de los Grupos a un factor de potencia ≥ 0.96 se logra el buen funcionamiento del emplazamiento y una regulación adecuada en la distribución primaria de la zona.. ¾. La operación con una tensión de 34.5 kV en las barras de envío ofrece buena regulación en todos los alimentadores para los diferentes regímenes de carga.. Recomendaciones ¾. Poner en práctica los TAP recomendados en este estudio. En los casos de los transformadores cuyos TAP actuales sean diferentes a los recomendados debe analizarse si existe alguna causa que lo justifique.. ¾. En la zona de Ranchuelo se deben estudiar alternativas para encontrar el esquema de operación que ofrezca mejor regulación de la tensión y menores pérdidas de energía.. ¾. Operar las barras de envío con una tensión de 34.5 kV y desviaciones de ± 1 % en régimen normal. Esto equivale a operar en un rango de de 34.15 a 34.85 kV, que a la vez que ofrece buena regulación en las redes se corresponde con el paso de regulación del cambia TAP de los transformadores de 110/34.5 kV que es de un 2 % y reduce los cambios de derivaciones bajo carga.. ¾. En horas del valle es preferible operar en el rango de 34.1 a 34.5 kV, mientras en horas del día y el pico se recomienda el rango de 34.5 a 34.85 kV.. ¾. Instruir a los Despachadores y Operadores de las subestaciones sobre las mejores prácticas. a. aplicar. en. la. regulación. de. la. tensión. en. barras.. 34.

(44) Referencias bibliográficas. Referencias bibliográficas [1] Portal para ivestigadores y profesionales "El Primas". Autor:Ing. Juan Alercio Alamos Hernández. Actualizado 26/06/2007. disponible en: http://www.elprisma.com/apuntes/ingenieria_electrica_y_electronica/regulaciondete nsion/ [2] ELECTRIC POWER TRANSMISION. AUTOR: JOHN ZABORSZKY. PÁGS 462-465 [3] Leonardo Casas Fernández, “Sistemas Electroenergéticos”, Parte II, Universidad Central de las Villas, Villa Clara, Cuba ,1978. [4] Junio 2006. Rapid information program., disponible en : http://www.parker.com/panam/catalogs/LTC01_SPANISH.pdf, accedido el 13/04/07 [5] UST "Utility systems technologies" 2001-2004 Utility Systems Technologies, disponible:http://ustpower.com/ESP_TecnologiasDeAcondicionamientoDeEnergia. htm#Taps [6] MINBAS. EMPREZA CONSOLIDADA DE LA ELECTRICIDAD, PRIMER FORUM DE MANTENIMIENTO DE SUBESTACIONES, CONMUTACIONES: Por ING.Armando Gutierrez,. Editado por Vice-Direccion de Operaciones del. Sistema, Año 1974. [7] Modelling and Analysis of Electric Power Systems,G¨oran Andersson,EEH Power Systems Laboratory ETH Z¨urich March 2004. 35.

(45) Bibliografía. Bibliografía [1] AIEE Subcommittee on Interconnections and Stability Factors. (1926) First Report of Power System Stability. AIEE Transactions, págs 51–80. [2] BBC, Brown Boveri. Load shedding to influence frequency during overload condition. [3] B. M. Weedy and B. R. Cox, (April 1968) “Voltage Stability of Power Radial Link,” Proc. IEE, vol. 115, págs. 528-536. [4]Chris Middlebrook, Viswajit Ranganathan, and Noel N. Schulz,(May 2000),“A Case Study on Blackout Restoration as an Educational Tool,” IEE Transactions on Power Systems, vol. 15, no. 2, págs. 467-471. [5] CIGRE Working Group 14.05 Report, Interaction Between HVDC Convertors and Nearby Synchronous Machine, CIGRE Brochure 119, Oct. 1997. [6] CIRED.,(June 2001). Technical Theme 4: Dispersed Generation, Management and Utilization of Electricity. Proceedings of 16th International conference on Electricity Distribution. Amsterdam, Netherlands, IEE Conference Publication No: 482, Part 1: Contributions. [7] Colloquium on system implications of embedded generation and its protection and control. (February 1998). Institution of Electrical Engineers (IEE). Digest No: 1998/227, London, UK. [8]C.P. Steinmetz. , July 1920 Power Control and Stability of Electric Generating Stations. AIEE Transactions, Part II, XXXIX:1215–1287,. [9] C. Taylor, 1993 Modelling of Voltage Collapse Including Dynamic Phenomena, CIGRE TF 38.02.10. [10] C. W. Taylor, 1994 Power System Voltage Stability. McGraw-Hill, New York. [11] D. J. Hill, Feb. 1993 “Nonlinear Dynamic Load Models with Recovery for Voltages Stability Studies,” IEEE Trans. Power System, vol. 8, pág. 166-176. [12] D. S. Henderson. (1996). Synchronous or induction generators? The choice for small scale generation. In Proceedings: Opportunities and Advances in International Power Generation. [13] Gómez Expósito, (2002) Análisis y Operación de Sistemas de Energía Eléctrica. McGraw-Hill, España. [14] IEEE / CIGRE Joint Task Force on Stability Terms and Definitions, (2004). 36.

(46) Bibliografía “Definition and Classification of Power System Stability,” IEEE Trans. Power System, vol. 19, págs. 1387-1400. [15] IEEE/PES Power Systems Stability Subcommittee Special Publications, (2001) Voltage Stability Assessment, Procedures and Guides, Final draft, available at http://www.power.uwaterloo.ca. [16] IEEE Special Publication 90TH0358-2-PWR, (1990). Voltage Stability of Power Systems, Analytical Tools, and Industry Experience, 1990 [17] Impact of embedded generation on distribution networks. (1996). Institution of Electrical Engineers (IEE). Digest No: 1996/191, London, UK. [18] Impact of increasing contribution of dispersed generation on the power system. (1998) Final Report. CIGRE Study Committee 37 (WG 37-23), CIGRE, Paris. [19] J. A. Oliver. August (1999) Generation Characteristics Task Force, Study Committees 11, 37, 38, and 39. Electra, (185):págs15–33. [20] J. M. Ramírez A. (2004) Reporte Interno de Transitorios Electromecánicos, Cinvestav, Guadalajara. [21] L. H. Fink, editor, (1989). Proceedings: Bulk Power System Voltage Phenomena – Voltage Stability and Security, EPRI EL-6183, Potosi, Missouri. [22] L. H. Fink, editor, (1994).Proceedings: Bulk Power System Voltage Phenomena – Voltage Stability Security and control, ECC / NSF workshop, Davos, Switzerland. [23] Lőf P.A, (1995). On static analysis of long-term voltage stability,PhD thesis Royal Institute of technology,Stockholm ,Sweden ,pág 197 [24] M. Grubb and R. Vigotti. (1995). Renewable energy strategies for europe – volume ii. Electricity Systems and Primary Electricity Sources. The Royal Institute of International Affairs, London, UK. [25] N. G. Hingorani and L. Gyugyi, (2000). Understanding FACTS: Concepts and Technology of Flexible AC transmission. Institute of Electrical and Electronic Engineers, New York. [26] N. Jenkins. June (1995). Embedded generation - tutorial. Power Engineering Journal, págs 145–150. [27] P. Kundur, (1994) Power System Stability and Control. McGraw-Hill, New York.. 37.

(47) Anexos. Anexos Anexo 1 Tabla 3.3 Alimentador 119 Demanda Máxima (MVA) 0.2+j0.1 6.8+j2.5 1.3+j0.4 1.3+j0.4 0.4+j0.1 0.6+j0.2 0.9+j0.3 0.4+j0.2 1.5+j0.5 0.7+j0.3. Cargas Fabrica de Pienso Maleza Textilera Universidad Biotecnologia GUIROS Planta de asfalto Bombeo MInerva CAMAJUANI-2 JMPEREZ33. Demanda Mínima (MVA) 0.1+j0.05 2.3+j1.0 0.4+j0.2 0.4+j0.2 0.1+j0.08 0.2+j0.1 0.3+j0.1 0.3+j0.1 0.5+j0.2 0.2+j0.1. Tabla 3.4 Alimentador 108 Carga MANUELITA Fábrica de TUBOS ANTOND Bombeo ESPRERANZA ESPERANZA CAI 10 de octubre Polietileno. Demanda Máxima (MVA) 1.3+j0.5 0.1+j0.04 1.6+j0.6 0.2+j0.1 1.5+j0.6 0.2+j0.1 0.1+j0.04. Demanda Míxima (MVA) 0.4+j0.2 0.08+j0.04 0.5+j0.2 0.1+j0.0 0.5+j0.2 0.1+j0.0 0.08+j0.03. 38.

(48) Anexos Anexo 2. Tabla 3.5 Alimentador 881 Demanda Máxima (MVA) 0.8+j0.3 0.1+j0.0. Cargas Cupet Matadero de Rez. Demanda Míxima (MVA) 0.4+j0.2 0.05+j0.0. Tabla 3.6 Alimentador 124 Cargas Santa Clara 1 Santa Clara 2. Demanda Máxima (MVA) 6.1+j2.0 5.1+j2.0. Demanda Míxima (MVA) 2.1+j0.9 1.7+j0.8. Tabla 3.7 Alimentador 861 Carga Zona Industrial Cocina PIKE Inpud Mordes y Tronqueles Roman Roca Yabu. Demanda Máxima (MVA) 0.6+j0.3 0.1+j0.05 0.5+j0.3 0.9+j0.4 0.2+j0.0 0.6+j0.3. Demanda Míxima (MVA) 0.3+j0.2 0.0+j0.0 0.2+j0.1 0.3+j0.2 0.1+j0.0 0.2+j0.1. 39.

(49) Anexos Anexo 3. Tabla 3.9 Alimentador 1780 Cargas Ochoita POTOCHITA Cubanacan Ceniza Manajanabo Falcon. Demanda Máxima (MVA) 1.0+j0.4 0.3+j0.2 0.2+j0.0 0.2+j0.1 0.2+j0.1 1.0+j0.3. Demanda Míxima (MVA) 0.4+j0.2 0.2+j0.1 0.1+j0.04 0.1+j0.1 0.1+j0.05 0.4+j0.2. Tabla 3.10 Alimentador 1785 Carga Sandino Vigia Cardiocentro Rebacadero Sabana SC RF Pasterizadora Frabica de hielo. Demanda Máxima (MVA) 2.8+j0.9 3.0+j1.3 0.3+j0.1 0.3+j0.1 0.6+j0.2 0.4+j0.1 0.4+j0.2 1.4+j0.6. Demanda Míxima (MVA) 1.1+j0.6 0.9+j0.5 0.2+j0.1 0.11+j0.06 0.22+j0.11 0.2+j0.1 0.3+j0.2 0.4+j0.2. 40.

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