Estudio del desarrollo de las redes de distribución primaria en los circuitos del casco urbano de Cruces

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(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas. Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electroenergética. TRABAJO DE DIPLOMA Título: “Estudio del desarrollo de las redes de distribución primaria en los circuitos del casco urbano de Cruces” Autor: Geddy Rivero Yera E-mail: [email protected] Tutores: MsC. Emilio Francesena Bacallao E-mail: [email protected] Ing. Rance Felipe Sosa E-mail: [email protected] Asesores: MsC. Roberto Ripoll Salcines E-mail: [email protected] Ing. José Alejandro López Sarmiento Santa Clara 2010“Año 52 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 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) El aprendizaje no sólo exige escuchar y poner en práctica, sino también olvidar y después volver a recordar. John Gray.

(5) A mi familia..

(6) Quiero expresar mi agradecimiento a todos los que de una forma u otra han colaborado en la realización de este trabajo; pero entre ellos desearía nombrar de forma explícita a mis compañeros de curso que han transitado junto a mí estos 5 años de fructífera carrera; al ingeniero Rance Felipe Sosa y al MsC. Emilio Francesena por su apoyo en todos los órdenes, a los técnicos Yuniesky, Francisco y a todo el personal de la Empresa Eléctrica de Cruces en general. Particular mención requieren también mis tíos, primos y abuela por el valioso apoyo que me han brindado toda su vida. Mención especial requieren mis padres y hermano por su ayuda y paciencia sin límites. A todos ustedes gracias de todo corazón..

(7) Tarea Técnica. Trabajo de diploma: Estudio del desarrollo de las redes de distribución primaria en los circuitos del casco urbano de Cruces. Plan de trabajo: 1.. Realizar el celaje de los circuitos 55 (Cruces 4,16 kV), 56 (Cruces 4,16 kV). del municipio Cruces. 2.. Análisis de los circuitos en su estado actual de operación, tomando como. parámetros de estudio los niveles de voltaje en cada nodo y las pérdidas de potencia en cada tramo. 3.. Estudio de mejoras en los circuitos en su estado actual de operación.. 4.. Realizar un estudio para la conversión de niveles de voltaje de 4,16 a 13,8 kV. de los circuitos antes mencionados. 5.. Reconectar las cargas que originalmente pertenecían a los circuitos de. estudio, ya realizada la conversión de voltaje a 13,8 kV. 6.. Estudio de mejoras en los circuitos para las nuevas condiciones de. operación. 7. Actualizar las características de las cargas con la ayuda de las lecturas realizadas con los NULEC. 8. Emitir recomendaciones sobre los posibles cambios estructurales de los circuitos, basadas en un análisis técnico-económico. 9. Escribir el informe del trabajo de diploma con todos los requisitos que se exigen.. . Diplomante. . Tutor.

(8) Resumen. El trabajo surge como una necesidad real en la Empresa Eléctrica de la provincia de Cienfuegos, para analizar la operación de la totalidad de la red de distribución primaria del municipio Cruces a 13,8 kV, debido al considerable ahorro de energía que significará este cambio, a la escasez en el mercado de los dispositivos que constituyen los sistemas de distribución a 4,16 kV, a la imposibilidad de los circuitos de este municipio de asimilar las nuevas cargas previstas manteniendo este nivel de voltaje y mejorar el mismo en la zona que se le hará la conversión. El objetivo fundamental que se persigue y desarrolla en el trabajo es analizar el estado actual y futuro de operación de los circuitos 55 y 56 de Cruces a partir de una conversión de voltaje de 4,16 kV a 13,8 kV; así como el análisis económico de la factibilidad de aplicación práctica de dicha tarea. Se utilizan como herramientas computacionales para el análisis: el software RADIAL 7.7 del Centro de Estudios Electroenergéticos de la Universidad Central de las Villas y aplicaciones en Microsoft EXCEL..

(9) ÍNDICE. Introducción………………………………………………………………………... Capítulo I: Sistemas Eléctricos…………………………………………………. 1.1 Introducción……………………………………………………………………. 1.2 Situación actual del Sistema Eléctrico Nacional………………………... 1.3 Redes eléctricas………………………………………………………………. 1.3.1 Circuitos radiales…………………………………………………………. 1.3.2 Circuitos en lazo………………………………………………………….. 1.3.3 Necesidades y exigencias de la Red………………………………….. 1.4 Características de los consumidores……………………………………... 1.5 Conductores más utilizados………………………………………………… 1.6 Cargas…………………………………………………………………………... 1.7 Subestaciones…………………………………………………………………. 1.7.1 Componentes……………………………………………………………… 1.8 Planeamiento para un sistema eléctrico…………………………………. Capítulo II: Circuitos de distribución primaria. Su situación actual en el municipio de Cruces……………….. 2.1 Procedimiento para actualizar los circuitos primarios………………… 2.1.1 Recorrido poste a poste de los circuitos primarios del territorio.. 2.1.2 Actualización de los ficheros de los circuitos en el formato del programa Radial……………………………………. 2.2 Situación actual de los circuitos…………………………………………… 2.3 Situación física y de operación del circuito 55………………………….. 2.4 Situación física y de operación del circuito 56………………………….. 2.5 Conclusiones parciales del Capítulo II……………………………………. Capítulo III: Conversión de voltaje de los circuitos 55 y 56 del casco urbano del municipio de Cruces……………………. 3.1 Estudio de mejoras en el estado actual de los circuitos………………. 3.2 Análisis de los circuitos con incremento de cargas…………………… 3.2.1 Primera etapa…………………………………………………………….. 3.2.2 Segunda etapa……………………………………………………………. 3.3 Estudio de mejoras para el estado futuro de los circuitos…………… 3.4 Conclusiones parciales del Capítulo III…………………………………… Capítulo IV: Valoración técnica-económica de la conversión de voltaje.. 4.1 Valoración técnica de la factibilidad de la conversión de voltaje……. 4.2 Valoración económica de la conversión de voltaje…………………….. 4.3 Concusiones parciales del Capítulo IV…………………………………… Conclusiones………………………………………………………………………. Recomendaciones………………………………………………………………… Bibliografía………………………………………………………………………….. Anexos………………………………………………………………………………... 1 5 5 5 9 10 13 14 14 15 16 16 17 18 20 20 20 21 22 24 26 29 30 31 33 33 35 36 39 40 40 43 48 50 51 52 54.

(10) "En la vida hay algo peor que el fracaso: el no haber intentado nada.".

(11) INTRDUCCIÓN. INTRODUCCIÓN. Cada día se hacen más importantes el ahorro y la eficiencia en el mundo actual. El sector energético se ve particularmente afectado por las conductas derrochadoras y el funcionamiento inadecuado de los equipos y componentes que lo integran, así como por la ineficacia de sus gestiones de facturación. El uso eficiente de la energía se ha convertido en los últimos años en una de las mayores preocupaciones a escala mundial. En Cuba el sector eléctrico ha sufrido restricciones de recursos financieros que no han permitido el adecuado desarrollo en la ampliación y el mantenimiento de la red de distribución eléctrica, lo que ha provocado grandes pérdidas de energía, las cuales están hoy en la mira de todos los estados y compañías privadas alrededor del globo. Es más factible y saludable recuperar un MW de pérdidas que generar uno con fuentes renovables. En nuestro país el ahorro de energía eléctrica se ha convertido en una de las principales tareas, a raíz de las afectaciones ocurridas años atrás en el servicio eléctrico en Cuba y las limitaciones en cuanto a recursos eléctricos que tenemos, dirigido al desarrollo y consolidación de la eficiencia económica en todos los sectores y a todos los niveles. De aquí surge lo que hoy conocemos como Revolución Energética, en este empeño se han cambiado varios conceptos en cuanto al uso de la energía, como el de sustituir el kerosén y el gas licuado como combustibles domésticos por la electricidad, lo que provocó un considerable aumento de la carga en el horario pico. Nuestro sistema electroenergético está compuesto por plantas generadoras (Térmicas, Hidráulicas y Eólicas) con una capacidad de generación de 3470 MW de potencia, posteriormente al proceso de generación se encuentra el proceso de transmisión el cual se realiza a los niveles de 110 kV y 220 kV, secundándole el proceso de subtransmisión a 33 kV y por último las dos etapas finales, las redes de distribución primaria y secundaria que entregan el 80 % de la energía que se consume. [18] Los circuitos de distribución primaria se caracterizan por ser circuitos radiales en su mayoría lo que los hace un poco extensos, los voltajes de operación más. 1.

(12) INTRDUCCIÓN empleados en nuestro país son los de 4,16 kV y 13,8 kV, siendo este último nivel el más económico por lo que se prefiere convertir los circuitos de menor voltaje a 13,8 kV. [5] Debido al alto costo de la energía eléctrica en los momentos actuales, se impone cualquier medio que permita ahorrarla y aprovecharla óptimamente, lo que puede traducirse en disminución de pérdidas y mejora del factor de potencia, todo esto teniendo en cuenta las limitaciones actuales que requiere la búsqueda de nuevos métodos que sean eficientes y económicamente justificables. [12] Para satisfacer la demanda y como parte de los trabajos de rehabilitación de la red de distribución se desea realizar un estudio minucioso del circuito encaminado a dar solución a los problemas existentes. Para esto se requiere de parámetros tales como los niveles de demanda, el factor de carga, las características de los consumidores y el nivel permisible de afectación al servicio, con lo cual se define el tamaño y ubicación de las subestaciones que le servirán de alimentación. Un aspecto muy común en el sistema de distribución lo constituye la conversión a un voltaje superior, lo cual pasa a ser muchas veces una necesidad de cualquier red, ya sea porque el estado de su carga así lo requiera, porque se pronostique un desarrollo vertiginoso de una ciudad o área determinada o simplemente porque se quiera lograr la disminución de pérdidas que este proceso trae consigo. Estos programas requieren de una especial planificación de forma que su ritmo de conversión debe ser lo suficientemente rápido como para evitar la necesidad de compra de equipos al nivel de voltaje que va a ser reemplazado y al mismo tiempo lo suficientemente lento como para permitir la reutilización de los equipos que se retiran a medida que avanza el programa de conversión. [19] Este trabajo se encarga de analizar el estado actual y futuro de los circuitos de distribución primaria 55 y 56 de Cruces con el fin de proponer soluciones que garanticen la confiabilidad y continuidad en el servicio, estableciendo premisas de operación para mantener los niveles adecuados en las redes. El trabajo que a continuación se presenta tendrá como fin fundamental lo anteriormente expuesto y consiste en el estudio de los circuitos de distribución. 2.

(13) INTRDUCCIÓN primaria pertenecientes al municipio Cruces, lo que servirá de apoyo para analizar la factibilidad de la operación total a 13,8 kV. Este aspecto constituye en la actualidad una prioridad de la Empresa Eléctrica de Cruces debido al ahorro de energía que se producirá por el aumento del voltaje de operación en los circuitos antes mencionados, también se solucionaría el problema de que los dispositivos que conforman los sistemas de distribución a 4,16 kV están cada vez más difíciles de adquirir en el mercado. Además debido al crecimiento continuo de las cargas o en ocasiones por fallos en las redes, los circuitos requieren pasado cierto tiempo o de forma inmediata, ampliaciones o modificaciones, asociado esto entre otras cosas al empleo de más transformadores y dispositivos que operan a 4,16 kV y producto a la escasez de los mismos, como se plantea anteriormente, es que surge la necesidad de realizar la conversión antes mencionada. Los problemas mencionados están presentes en los circuitos 55 y 56 del municipio de Cruces, y serán el objeto de estudio del presente trabajo, para el que se trazan los siguientes objetivos:. Objetivo general: . Analizar la conversión de voltaje de 4,16 kV a 13,8 kV de los circuitos 55 y. 56 del casco urbano del municipio de Cruces. Objetivos específicos: . Realizar estudios utilizando el Programa Radial a los circuitos 55 y 56 de. distribución primaria del municipio Cruces, encaminados a disminuir pérdidas y eliminar zonas de bajo voltaje. . Realizar un estudio apoyado del celaje al circuito 55 para localizar las. zonas donde se deben cambiar los calibres cuando esté operando al nuevo nivel de voltaje.. 3.

(14) INTRDUCCIÓN . Analizar mediante el software especificado en el circuito 56, la realización. de cambio de calibre primario y reubicación de capacitores a través de conversiones de voltaje.. . Analizar la factibilidad de aplicación práctica de las medidas derivadas del. estudio, mediante un análisis técnico económico.. 4.

(15) "Sólo es posible avanzar cuando se mira lejos. Solo cabe progresar cuando se piensa en grande.".

(16) CAPÍTULO I. SISTEMAS ELÉCTRICOS. CAPÍTULO I. SISTEMAS ELÉCTRICOS. 1.1 Introducción. En este capítulo se hace una revisión bibliográfica relacionada con los Sistemas Eléctricos de Potencia, sistemas de distribución, clasificación de los mismos de acuerdo al tipo de carga y tipo de construcción, particularizando en el Sistema Electroenergético Nacional (SEN) de Cuba. Se realiza una clasificación de las redes y se dan a conocer una serie de características de estas redes. También se puede ver el concepto de subestación de distribución, componentes que la forman y tipos de subestaciones. Esta información será de suma importancia y gran utilidad para la comprensión de los demás capítulos. 1.2 Situación actual del Sistema Eléctrico Nacional. En la actualidad la energía eléctrica resulta un recurso indispensable para el desarrollo de la vida cotidiana. El acelerado avance de la ciencia y la técnica implica una gran dependencia, casi total de los recursos eléctricos. Para poder disfrutar. del. más. pequeño. beneficio, a veces algo insignificante como el. encendido de una lámpara, es necesario que ocurra un engranaje en el que cada componente resulta indispensable. El conjunto de elementos que participan en la generación, transformación, transmisión y distribución de la energía eléctrica reciben el nombre de Sistema Electroenergético [2,1]. Nuestro sistema Electroenergético está formado por los siguientes niveles: . Nivel de generación.. . Nivel de transmisión.. . Nivel de subtransmisión.. . Nivel de distribución primaria y secundaria.. Generación: Para la generación de la energía eléctrica se usan diferentes tipos de combustibles, entre ellos se encuentra el petróleo y los derivados de su refinación, gas natural y otros, así como otras fuentes de energía que se estudian y. 5.

(17) CAPÍTULO I. SISTEMAS ELÉCTRICOS desarrollan con gran énfasis en el mundo actual. Dichas plantas de generación hasta nuestros días eran por lo general centralizadas en grandes bloques, en los sistemas de hoy existe la tendencia a la descentralización en unidades más pequeñas. Así la llamada Generación Distribuida (GD) que es la generación o el almacenamiento de energía eléctrica a pequeña escala, lo más cercana al centro de carga, con la opción de interactuar (importar o exportar) con la red eléctrica y, en algunos casos, considerando la máxima eficiencia energética, representando esta un cambio en la generación de energía eléctrica centralizada. Aunque se pudiera pensar que es un concepto nuevo, la realidad es que tiene su origen, de alguna forma, en los inicios de la generación eléctrica. El éxito de la difusión de la Generación Distribuida radica en la existencia de tecnologías de punta, que permiten para potencias pequeñas, generar energía eléctrica en forma eficiente, confiable y con calidad. [4,7] En la figura 1.1 se muestran diferentes tipos de generación:. Figura 1.1: Tecnología de la GD.. Las tecnologías de almacenamiento comprenden a las baterías de acumuladores, los volantes de inercia, las bobinas superconductoras, imanes y almacenamiento a base de hidrógeno. [9,20] Transmisión: La interconexión de las diferentes plantas generadoras que forman un sistema de energía se realiza por medio de las líneas de transmisión, se deben considerar como tales aquellas de las tensiones más altas de un país. La función más importante de las líneas de transmisión es efectuar el intercambio de potencia o asistencia mutua entre las diferentes regiones del sistema, así como dar servicio a 6.

(18) CAPÍTULO I. SISTEMAS ELÉCTRICOS aquellos consumidores que por su gran demanda no pueden ser alimentados con otros niveles de voltajes. El voltaje de generación se eleva mediante transformadores, dando lugar a la tensión de las líneas de transmisión, en Cuba estas líneas operan a 110 kV y 220 kV. En los sistemas eléctricos, el transporte de energía a los centros de consumo se debe realizar a las tensiones más elevadas posibles con el fin de incrementar al máximo la capacidad de transporte y minimizar las pérdidas. Pero claro, el nivel de las tensiones de transporte tiene los límites impuestos por las posibilidades tecnológicas y los costos económicos asociados. [19] Subtransmisión: Los circuitos de subtransmisión nacen generalmente en una subestación de transmisión y distribuyen la energía a los consumidores mayores y a las subestaciones de distribución. Este voltaje se transforma por lo general en tensiones entre 69000 y 13800 V para que sea posible transferir la electricidad al sistema de distribución. Al quedar su área de servicio más reducida y al operar con niveles de potencia más bajos su voltaje es inferior al de las líneas de transmisión. Los voltajes típicos usados en Cuba son 110 kV y 34,5 kV, debe notarse que el nivel de voltaje de una línea no la clasifica como línea de transmisión o subtransmisión, sino la función que realiza. [19] Distribución: 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. [19] En resumen, a nivel internacional, los generadores de la central eléctrica suministran voltajes hasta 26000 V; cifras superiores no son adecuadas por las 7.

(19) CAPÍTULO I. SISTEMAS ELÉCTRICOS dificultades que presenta su aislamiento evitando el riesgo de cortocircuitos y sus. consecuencias.. Este. voltaje. se. eleva. mediante. transformadores a. tensiones entre 138000 y 76500 V para la línea de transmisión primaria (cuanto más alta es la tensión en la línea, menor es la corriente y menores son las pérdidas, ya que éstas son proporcionales al cuadrado de la intensidad de corriente). En la subestación, el voltaje se transforma en tensiones entre 69000 y 138000 V para que sea posible transferir la electricidad al sistema de distribución. La tensión se baja de nuevo con transformadores en cada punto de distribución. La industria trabaja a tensiones entre 380 y 480 V, a diferencia de la pesada que opera a 33 kV. En algunos países las viviendas reciben voltajes de 220 y 240 voltios, en otros oscilan entre 110 y 125 V. [5,12] Con excepción de un. pequeño. porcentaje producido en. instalaciones. hidroeléctricas, la electricidad de Cuba se genera principalmente en plantas térmicas utilizando petróleo, carbón o bagazo de caña. Los voltajes más altos que se generan en nuestro país son: a 24 kV en la Central Termoeléctrica Antonio Guiteras, 17 y 13,8 kV en la Central Termoeléctrica Carlos Manuel de Céspedes y en la Central Termoeléctrica Lidio Ramón (Felton) a 15,75 kV [18]. En Cuba los voltajes más usados en la distribución primaria son 2,4/4,16 kV y 7,6/13,8 kV, voltajes de fase y línea respectivamente en los secundarios de las subestaciones, cuyos transformadores están conectados en estrella con el neutro sólidamente aterrado [19]. Todos los circuitos utilizados en dicha distribución tienen una configuración radial, o sea reciben suministro energético desde un solo punto, sus ventajas se basan en su bajo costo de instalación. y la simplicidad. de su operación.. Dicha. configuración ha sido elaborada a lo largo de las calles, facilitando el acceso a las estructuras. Las desventajas que presentan los sistemas radiales son: su pobre regulación de voltaje y su poca confiabilidad, ya que al estar alimentado por un solo punto, cualquier falla en la línea deja sin servicio a los consumidores afectados. Para la distribución primaria en el territorio municipal aunque se mantiene la. 8.

(20) CAPÍTULO I. SISTEMAS ELÉCTRICOS utilización de los voltajes comúnmente llamados de 4 kV y 13 kV conectados en estrellas con el neutro corrido y sólidamente aterrado, formando un sistema estrella de cuatro hilos, existe un predominio de los circuitos de 13 kV lo cual no es característico en esta localidad. Este nivel de voltaje se considera preferible en todo el territorio nacional según la norma cubana NC 62-05 [3], basado lógicamente en que los circuitos de 13 kV pueden llevar una mayor carga y recorrer mayor extensión en comparación a los circuitos de 4 kV gracias a que los mismos requieren de la circulación de una corriente menor lo que trae aparejado a su vez menores caídas de voltaje y pérdidas en las líneas para la transmisión de una potencia determinada. Resultan de forma general mucho más eficientes que sistemas operados a 4 kV. Con solo algunos casos aislados en todo el país los circuitos primarios con niveles de voltaje de 33 KV no dejan de ser una variante más de la distribución primaria que se considera debe ser más explotada. Los sistemas de distribución primaria a 33 kV pueden ser una vía de solución para poblados aislados donde resulta muy costosa la construcción de una subestación e infraestructura eléctrica para abastecer a pocos consumidores, situación que se puede solucionar utilizando dicho nivel de voltaje para la distribución primaria, al colocar transformadores de distribución en la línea de subtransmisión[5]. En Cuba se ha realizado esta experiencia en la distribución del plan cítrico de Matanzas. 1.3 Redes Eléctricas. La función que realiza cada uno de estos sistemas de distribución, puede llevarse a cabo de formas diferentes dependiendo de la interconexión de sus circuitos que pueden ser:  Radiales  En lazo La conexión particular usada depende de valoraciones técnicas que las justifiquen para cada caso, dependiendo entre otros factores de la densidad de carga, el. 9.

(21) CAPÍTULO I. SISTEMAS ELÉCTRICOS grado de confiabilidad que se desea conseguir, etc. pero la adopción de una u otra forma no altera su función específica [5]. 1.3.1 Circuitos 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 y subramales 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. Existen distintos tipos de sistema radial [5]. Radial simple. Este sistema utiliza una sola subestación que reduce el voltaje de suministro al nivel de utilización como se muestra en la figura 1.2.. Figura 1.2: Radial simple.. Debido a que todos los receptores se alimentan desde una única subestación, puede aprovecharse al máximo la diversidad o no simultaneidad de las cargas para reducir la capacidad del transformador.. 10.

(22) CAPÍTULO I. SISTEMAS ELÉCTRICOS La regulación de voltaje y la eficiencia de este circuito son malas debido a la elevada longitud de los alimentadores de baja tensión. Un fallo en la subestación interrumpe el servicio a todo el sistema, mientras que un fallo en un alimentador interrumpe el servicio a toda la porción de la carga alimentada por él. Radial expandido. En este sistema se emplean uno o varios alimentadores magistrales primarios que parten de la subestación principal reductora y suministran a las subestaciones de los centros de carga como se muestra en la figura 1.3. En la mayoría de las instalaciones este circuito tiene el menor costo de todos.. Figura 1.3: Radial expandido.. Una falla en un cable primario saca de servicio todas las subestaciones asociadas a el, mientras que una falla en un transformador impide el servicio solamente a su carga. Dada la pequeña probabilidad de fallo del cable primario, este aspecto se considera un inconveniente, más por la necesidad de los mantenimientos que por las fallas. Este sistema tiene una buena regulación de tensión y eficiencia y si se emplean subestaciones unitarias de tamaño moderado (500-1500 kVA) los niveles de cortocircuito en el secundario pueden mantenerse en límites económicos para la selección de los interruptores.. 11.

(23) CAPÍTULO I. SISTEMAS ELÉCTRICOS Radial con lazo primario. Este sistema posee un lazo primario normalmente abierto que permite, ante una falla en una sección del alimentador primario o de un transformador restablecer el servicio tan rápidamente como en el radial expandido con alimentadores individuales, pero con un menor costo de instalación que este, figura 1.4.. Figura 1.4: Radial con lazo primario.. El costo de este sistema es un poco más elevado que el radial expandido. El costo del cable primario es superior y se emplean dos interruptores de carga adicionales. Por otra parte, los interruptores de carga de los transformadores son más caros que los interruptores de desconexión de los transformadores en el sistema radial expandido. Radial expandido con alimentadores individuales. En este sistema que se utilizan tantos alimentadores primarios como subestaciones unitarias existen, dotando a cada alimentador de un interruptor de potencia para su protección como se ve en la figura 1.5.. 12.

(24) CAPÍTULO I. SISTEMAS ELÉCTRICOS. Figura 1.5: Radial expandido con alimentadores individuales.. Este sistema es más caro debido a la mayor longitud de cable primario y a la necesidad de más interruptores, pero mejora la fiabilidad, ya que una falla en un cable primario se detecta y aísla automáticamente y solo afecta una subestación unitaria [5]. 1.3.2 Circuitos en lazo. Estos circuitos como su nombre lo indica operan en lazo teniendo la desventaja de que pueden quedar completamente desenergizado por la apertura de los interruptores de la subestación ante un cortocircuito en cualquier punto, figura 1.6, pero presentan como ventajas su buena regulación de voltaje y alta confiabilidad de servicio, es necesario equiparlos con medios de protección adecuados: relevadores direccionales e interruptores en los puntos de toma de las cargas.. Figura 1.6: Esquema de una red en lazo.. 13.

(25) CAPÍTULO I. SISTEMAS ELÉCTRICOS 1.3.3 Necesidades y exigencias de la red. Estas redes suministran la energía necesaria a todas las cargas que intervienen en el proceso productivo, por ello, el aseguramiento de la disponibilidad y calidad de la energía suministrada es la exigencia fundamental. Para la selección de los esquemas deben minimizarse los costos de inversión, montaje y explotación de la red, al tiempo que se garantiza su funcionamiento seguro y sin fallos. La red debe satisfacer una serie de exigencias en las diversas condiciones electrotécnicas y en especial:  Limitación de la magnitud y duración de las corrientes de cortocircuito. Estas son de magnitud muy elevada y producen esfuerzos térmicos y electrodinámicos en transformadores, conductores, interruptores y las máquinas eléctricas, por lo que su efecto debe ser limitado en tiempo y reducida su magnitud en la medida de las posibilidades.  Limitación de las caídas de tensión ante el arranque de grandes motores. La limitación de estas caídas debe realizarse no solo para evitar problemas de operación en el sistema, sino también para asegurar el arranque del propio motor.  Aseguramiento de la estabilidad de los generadores al producirse un incidente. Un cortocircuito u otro evento importante, puede sacar de sincronismo el o los generadores sincrónicos. 1.4 Características de los Consumidores. Se debe destacar que los consumidores se unen al SEP en función de la potencia que demandan y está estrechamente asociada al voltaje, por lo que existirán cargas en todos los niveles de voltaje. Aunque no existe un límite definido para la clasificación de los consumidores y sus potencias asociadas, se puede observar un resumen con valores típicos en la tabla 1.1. 14.

(26) CAPÍTULO I. SISTEMAS ELÉCTRICOS Tabla 1.1: Valores típicos de voltaje y potencia en líneas.. Consumidores muy grandes. Demanda de 10 MW o más. Muy frecuentemente se asocian a los mayores voltajes del (SEP), Refinerías, acerías, fábricas de cemento, etc.… Consumidores grandes. Demanda del orden de 1 a 10 MW. Generalmente se alimentan de las redes de subtransmisión. Fábricas alimenticias, minas, etc. Consumidores medianos. Demanda del orden de 100 kW hasta 1000 kW. El servicio se hace a través de las redes de distribución primaria. Fábricas pequeñas, centros comerciales, instalaciones hospitalarias, etc. Consumidores pequeños. Demanda desde varios cientos de W hasta algunas decenas de kW. Estos clientes se conectan a la red de distribución secundaria. Residencias, pequeños comercios y talleres, etc. 1.5 Conductores más utilizados. En Cuba el sistema electroenergético presenta disímiles conductores en sus redes, los cuales se diferencian tanto en calibre como en sus características constructivas y técnicas, lo que permite realizar su selección de acuerdo a sus ventajas y desventajas en determinadas ocasiones. En el sistema. los. conductores pueden ser de cobre o aluminio, los de cobre por sus características. 15.

(27) CAPÍTULO I. SISTEMAS ELÉCTRICOS son los más estables químicamente, pero por su alto costo inicial obliga a utilizarlos solamente cuando su sustitución no sea posible. Por esta razón en el sistema cubano el conductor más apropiado es el aluminio y sus aleaciones, que aunque su reducido costo es el incentivo principal para su utilización, hay otras ventajas que deben tomarse en cuenta: por ejemplo, tomando conductores de similar capacidad de corriente, el conductor de aluminio tiene mejores características de cortocircuito que su equivalente de cobre. El aluminio tiene una gran afinidad con el oxígeno, y en presencia del aire adquiere rápidamente una película de óxido delgada, resistente y transparente, la cual posee altas propiedades dieléctricas y es químicamente estable y resistente a la corrosión [1] 1.6 Cargas. Las cargas tienen la característica que varían a lo largo del día de acuerdo con las necesidades de los usuarios, destacándose picos de demanda en las horas más críticas. De acuerdo con la presencia de diferentes tipos de cargas la forma de la curva horaria presenta distintos comportamientos tales como los que se muestran en la Figura 1.7. [14]. Figura 1.7: Tipos de cargas.. 1.7 Subestaciones. La importancia de una subestación depende de la función que realiza dentro del sistema, obedeciendo a la necesidad específica para la que halla sido diseñada y. 16.

(28) CAPÍTULO I. SISTEMAS ELÉCTRICOS construida, su componente principal lo constituye el transformador alrededor del cual se colocan y operan toda una serie de equipos y dispositivos que complementan y facilitan la función de los mismos por lo que su costo dependerá en gran medida de su complejidad. Las subestaciones de distribución tienen como objetivo alimentar circuitos radiales, que son los más ampliamente usados, para hacer llegar la energía hasta los consumidores. Las diferencias entre las subestaciones, radican fundamentalmente entre las que se encuentran en áreas urbanas y las que se encuentran en áreas rurales, las primeras son de mayor capacidad y por lo general cuentan con varios circuitos de salida, mientras que las últimas es muy común que cuenten con un solo circuito. Para estas últimas sobre todo, se han desarrollado instalaciones compactas que en forma fácil y ocupando espacio reducido incorporan los principales equipos como, transformadores, instrumentos de medición, interruptores, etc. [18] 1.7.1 Componentes. Cuchillas. Deben operarse sin carga, ya que sus contactos no tienen capacidad para interrumpir el arco. Solo se pueden operar energizadas para romper cargas muy pequeñas (Io de transformadores). Cuando sus dos contactos están al mismo potencial (by - pass) pueden accionarse con carga. Su manipulación se puede realizar con varas aisladas, de forma neumática, eléctrica o mecánica. Interruptores. Son dispositivos que tienen capacidad de interrupción.. Sus contactos están. sumergidos en aceite, o reciben un chorro de aire o de S 2F6. A diferencia de las cuchillas manipulas corrientes de carga y de cortocircuito. Se accionan por diferentes medios: bobinas, motores eléctricos y sistemas hidráulicos o neumáticos. La figura 1.8 muestra un interruptor de aire comprimido.. 17.

(29) CAPÍTULO I. SISTEMAS ELÉCTRICOS. Figura 1.8: Interruptor de aire.. Transformadores. Los transformadores desempeñan un papel muy importante en la transportación, suministro y distribución de la energía eléctrica, son dispositivos estáticos de alta eficiencia con un ciclo de vida alto pero que necesitan la atención debida para un buen uso y aprovechamiento de sus potenciales. [16] Barras. Son puntos de unión de dos o más elementos (líneas, transformadores, interruptores, etc.). Están formadas por conductores, generalmente cilíndricos, rígidos, soportados por aisladores. Son puntos de gran importancia puesto que sirven de enlace. Deben ser lo suficientemente flexibles, de acuerdo a su importancia, para permitir manipulaciones. 1.8 Planeamiento para un sistema eléctrico. Planeamiento: Proceso que permite esquematizar la expansión y el mejoramiento del sistema considerando los crecimientos futuros en:  Ubicación.  Magnitud.  Importancia de las Cargas. 18.

(30) CAPÍTULO I. SISTEMAS ELÉCTRICOS Implica: Planificar a largo plazo las adiciones que, año por año, y en estrecha correlación con los planes a corto plazo, deberán realizarse a las instalaciones existentes de forma que se asegure su plena utilización tanto desde el punto de vista de su vida útil como de su operación dentro del rango económico. Pronósticos de Carga: Constituye un requerimiento básico para la previsión del comportamiento de la carga. Este comportamiento puede estar afectado por: 1. Las características topográficas y geológicas del terreno. 2. La ubicación respecto a centros poblacionales. 3. Las condiciones económicas de la región. 4. Las fronteras políticas y las regulaciones urbanísticas y de uso del terreno. Para más información puede dirigirse a la bibliografía [8].. 19.

(31) "Se tiene el talento para honrarse con él, no para deshonrar a los demás.".

(32) CAPÍTULO II. CIRCUITOS DE DITRIBUCION PRIMARIA. CAPÍTULO II. CIRCUITOS DE DISTRIBUCIÓN PRIMARIA, SU SITUACIÓN ACTUAL EN EL MUNICIPIO DE CRUCES. 2.1 Procedimientos para actualizar los circuitos primarios. En el presente epígrafe quedan plasmados los procedimientos para llegar a la actualización de todos los circuitos de distribución primaria de la zona sur de la localidad de Cruces. Para eso es necesario ejecutar una metodología con el propósito de lograr con la mayor fidelidad posible la representación de la distribución en el programa a utilizar, para el estudio de mejoras de pérdidas y desarrollo de dichas líneas, que en este caso se utiliza el RADIAL 7.7, destinado para el cálculo de flujo en redes radiales, ya que ha sido demostrado en anteriores estudios que logrando una buena actualización de su base de datos, llega a ser una poderosa herramienta para el propósito del trabajo. Debido a la constante remodelación de dichos circuitos, no es posible tener los suficientes datos, que se consideran imprescindibles, para un estudio detallado de la red de distribución, que como se conoce es una de las ramas del Sistema Eléctrico Nacional donde más se generan pérdidas y afectaciones del servicio eléctrico, algo que se debe reducir al mínimo para que nuestro pueblo disfrute de un mejor nivel de vida, que es en fin el camino al desarrollo. La recopilación de datos está enfatizada en el recorrido de los 8 circuitos del municipio por cada uno de los postes, especificando las características de sus estructuras, instalaciones y conductores por cada tramo de las líneas. Además la codificación de postes, circuitos, subestaciones, interruptores, bancos de transformadores y de capacitores (Ver Anexo 1), con el objetivo de actualizarlos en el RADIAL 7.7. 2.1.1 Recorrido poste a poste de los circuitos primarios del territorio. Como se dijo, para llegar a la actualización de todos los circuitos de distribución primaria se hace necesario ejecutar la metodología con el propósito de lograr una buena fidelidad en la representación de la distribución en el programa a utilizar, o sea, los resultados que ofrece la simulación de una red en. 20.

(33) CAPÍTULO II. CIRCUITOS DE DITRIBUCION PRIMARIA cualquier programa es relación directa de la veracidad de los datos que se le suministran para el estudio de las condiciones de operación. Al no disponerse de toda la información veraz para este trabajo se hace necesaria la obtención de la misma a través de un levantamiento de la red primaria de cada circuito en particular. La metodología utilizada consiste en: 1. Localización de la subestación de la cual se alimenta el circuito a recorrer, con el objetivo de tomar como referencia la secuencia de fase, voltaje de operación y capacidad instalada. 2. La toma de datos partiendo por el tronco principal de la línea, apoyado de una guía de recorrido que se muestra en el Anexo 1. Los principales datos son:  Tipo de poste (hormigón o madera)  Tipo de estructura.  Tipo de cruceta.  Distancia entre postes.  Calibre de los conductores  Observaciones (estado de los tensores, aisladores, etc.) Gracias al recorrido sobre la línea primaria se pudo acumular un volumen de información muy útil para la elaboración del presente proyecto, así como para futuros trabajos 2.1.2 Actualización de los ficheros de los circuitos en el formato del programa Radial. La información acumulada en el celaje a los distintos circuitos de distribución primaria del municipio es la base para la realización de este trabajo. Para la utilización adecuada de la información acumulada fue necesaria la actualización de los ficheros con la introducción de los datos reales del terreno al software Radial. [3]. 21.

(34) CAPÍTULO II. CIRCUITOS DE DITRIBUCION PRIMARIA 2.2 Situación actual de los circuitos. Apoyándonos en los procedimientos antes expuestos podemos plantear que el sistema eléctrico del municipio Cruces cuenta con 8 circuitos de distribución primaria y 10 subestaciones propias del sistema con transformadores de diferentes capacidades y diferentes niveles de voltaje para alimentar las redes de distribución primaria como se muestra en la tabla siguiente: Tabla 2.1 Circuitos primarios de Cruces.. Por ser 13,8 kV el nivel de voltaje más económico de los dos que se emplean en la distribución primaria del municipio, es que se prefiere convertir los circuitos que operan a más bajo voltaje a 13,8 kV. Una de las ventajas que esto aporta es que para una conversión de voltaje de 4,16 kV a 13,8 kV las pérdidas en las líneas se reducen considerablemente. [12] En este trabajo se realiza un estudio para llevar a cabo la conversión de los circuitos 55 y 56 del casco urbano del municipio a 13,8 kV auxiliándose de las ubicaciones de los mismos como se muestra en la figura 2.1, previendo todas las ventajas que trae consigo dicho procedimiento. Como se mencionó en el capítulo anterior, la herramienta fundamental con que se ejecutará este estudio que permitirá mejorar la situación actual de la red de distribución primaria del circuito 55 y 56 será el programa computacional RADIAL (7.7).. 22.

(35) CAPÍTULO II. CIRCUITOS DE DITRIBUCION PRIMARIA. Figura 2.1. Representación de los circuitos.. El estudio que se desarrolla sobre los circuitos está en función de garantizar la operación óptima de los mismos para la mejora de voltaje a realizar, asegurando un adecuado y confiable funcionamiento de las redes. Para la obtención del estado actual de operación de los circuitos se parte de considerar todos los bancos de transformadores operando con un estado de carga real, dado de multiplicar la cantidad de consumidores por la demanda promedio en Cruces que es de 0,63 kVA por consumidor y asumiendo un factor de potencia entre 0.91 y 0,95 para las cargas monofásicas y trifásicas realizándose un análisis para las horas de máxima, datos estos que se obtienen a partir de lecturas de mediciones de demanda máxima y factor de potencia en los interruptores NULEC (Ver Anexo 3) de las subestaciones, las cuales brindan el servicio como se muestra en la figura 2.2.. 23.

(36) CAPÍTULO II. CIRCUITOS DE DITRIBUCION PRIMARIA. Figura 2.2 Configuración de los dispositivos de una subestación.. El circuito 53, que pertenece a la configuración eléctrica del municipio, se encuentra en la. Entrada Tolva (Cruces 13 kV), el mismo tiene en su estado. actual adjuntas algunas cargas de ambos circuitos a estudiar y que serán ubicadas de vuelta a su lugar de origen a raíz de la conversión de voltaje. Como base para el trabajo que se desarrolla debe conocerse la situación actual de los circuitos comprendidos en el estudio, a partir del celaje realizado a los circuitos (Ver Anexo 2) y un análisis del estado actual de operación, se obtiene la información que se brinda en los epígrafes siguientes. 2.3 Situación física y de operación del circuito 55. Este circuito cuenta con un transformador de 1600 kVA trifásicos, con un nivel de voltaje de 34,5/4,16 kV. Abarca una pequeña parte del centro de la localidad de Cruces alimentándola en parte de su extensión. Para dar servicio a toda esta región el circuito tiene una longitud de 4094 m. (Ver Anexo 4). Este circuito alimenta un total de 35 transformadores y 29 bancos (Ver Anexo 6) que se distribuyen de la siguiente forma:. 24.

(37) CAPÍTULO II. CIRCUITOS DE DITRIBUCION PRIMARIA Tabla 2.2 Distribución de los transformadores en cuanto a capacidad.. Tabla 2.3 Distribución de los transformadores en cuanto a ubicación por fase.. En toda su extensión el circuito cuenta como calibre principal Aluminio 150 mm2, además de contar con calibres de Cobre #6(Cu #6) y Aluminio 35 mm2 (ACSR 35 mm2). El mismo no presenta zonas de bajo voltaje, pero es necesaria su conversión ya que en el mercado no se fabrican equipos y dispositivos para satisfacer las necesidades del nivel de voltaje de 4,16 kV; además de que dicha conversión representa un ahorro de energía y disminución de pérdidas para el municipio, lo cual conlleva a una mejor calidad de servicio. Apoyándonos en las lecturas realizadas por el interruptor NULEC (Ver Anexo 9), tenemos que en su estado actual de operación para un análisis en la hora de máxima, el circuito presenta los datos generales del flujo de carga trifásico que se muestran en la Tabla 2.4. 25.

(38) CAPÍTULO II. CIRCUITOS DE DITRIBUCION PRIMARIA Tabla 2.4. Parámetros del circuito 55.. El 69% de las cargas que alimenta este circuito pertenecen puramente al sector residencial, el 17.2% son mixtas y el 13.8% industrial, de un total de 35 transformadores y una potencia instalada total de las cargas de 1332.5 kVA con una demanda máxima que ocurre entre las 6:00 PM y las 10:00 PM. 2.4 Situación física y de operación del circuito 56. El circuito 56 cuenta con un transformador de 2500 kVA trifásicos, con un nivel de voltaje de 34,5/4,16 kV abarcando gran parte del centro de la localidad de Cruces, alimentándola en gran porción de su extensión, presenta además un banco de capacitores de 300 CkVAr. Para dar servicio a toda esta región el circuito tiene una longitud de 12173 m. (Ver Anexo 5). Este circuito alimenta un total de 117 transformadores y 83 bancos (Ver Anexo 7) que se distribuyen de la siguiente forma:. 26.

(39) CAPÍTULO II. CIRCUITOS DE DITRIBUCION PRIMARIA. Tabla 2.5 Distribución de los transformadores en cuanto a capacidad.. Tabla 2.6 Distribución de los transformadores en cuanto a ubicación por fase.. En su extensión el circuito cuenta con calibre principal Aluminio 70 mm2, presentando en ramales y subramales calibres como Cobre #6(Cu #6), Aluminio 35 mm2 (ACSR 35mm2), Cobre #4(Cu #4) y Cobre #2(Cu #2). En su estado actual de operación, apoyándonos en las lecturas del NULEC (Ver Anexo 10), para un análisis en la hora de máxima, el circuito presenta los datos generales del flujo de carga trifásico que se muestran en la Tabla 2.7.. 27.

(40) CAPÍTULO II. CIRCUITOS DE DITRIBUCION PRIMARIA Tabla 2.7. Parámetros del circuito 56.. Los nodos más críticos son los que se encuentran a partir del nodo 61, siendo una zona bastante amplia de bajo voltaje perteneciente a la calle Agramonte, con un voltaje de fase-neutro que oscila entre 1,94 y 2,16 kV para más de un 10% de caída de voltaje, siendo esto una dificultad para brindar el servicio con buena calidad a los clientes, por esto es necesaria la conversión de voltaje en el circuito, previendo todas las ventajas que esto trae consigo para brindar un mejor servicio eléctrico al municipio en general. En las líneas a la entrada de la subestación se tienen: . 476 A en la fase A. . 253 A en la fase B. . 309 A en la fase C. . 196 A en el neutro. 28.

(41) CAPÍTULO II. CIRCUITOS DE DITRIBUCION PRIMARIA El 55.5% de las cargas que alimenta este circuito pertenecen puramente al sector residencial, el 34.9% son mixtas, el 4.8% industrial y el 4.8% de alumbrado público de un total de 117 transformadores y una potencia instalada total de las cargas de 3907.5 kVA con una demanda máxima que ocurre entre las 6:00 PM y las 10:00 PM. 2.5 Conclusiones parciales del capítulo II.  Sobre las condiciones actuales física y de operación del circuito 56 se deja ver un notable desbalance entre las corrientes de las fases lo que puede provocar sobrecarga en alguna de las mismas y con ello el mal funcionamiento del circuito, también posee una zona de bajo voltaje con más de un 10% de caída, por esto es que se requiere elevar el nivel de voltaje para lograr una mejora notable en los parámetros del mismo.  En el caso del circuito 55 las corrientes por las fases se encuentran relativamente balanceadas y el porciento de cargabilidad en que está operando este circuito permite la conexión al mismo de nuevas cargas, no presenta zonas de bajo voltaje pero se le realizará la conversión ya que en la actualidad no se fabrican accesorios para el nivel de voltaje de 4,16 kV, y también porque esto representa una considerable reducción de pérdidas para el circuito.. 29.

(42) „‟Lo fácil lo hicimos ayer, lo difícil lo terminamos hoy y lo imposible lo haremos mañana. ‟‟.

(43) CAPÍTULO III. CONVERSIÓN DE VOLTAJE. CAPÍTULO III. CONVERSIÓN DE VOLTAJE DE LOS CIRCUITOS 55 Y 56 DEL CASCO URBANO DEL MUNICIPIO DE CRUCES. El crecimiento continuo de las cargas es una consecuencia obligada del desarrollo que en el orden económico y social experimenta la moderna sociedad. Para hacer frente a las necesidades crecientes de energía es lógico suponer una evolución y desarrollo continuo en el sistema eléctrico. Un esquema, o configuración dado compuesto por determinadas plantas, subestaciones y líneas solo es capaz de prestar servicio adecuado durante un período de tiempo determinado, requiriendo al cabo del mismo su ampliación o modificación, etapa que requiere conocer el comportamiento actual del circuito para la realización de su posterior mejoramiento. [8] Básicamente las mejoras que se ejecutan en estos circuitos pueden centrarse en los siguientes aspectos: . Ubicación o reubicación de capacitores.. . Sustitución de conductores.. . Empleo de mayores voltajes.. . División de circuitos.. En el caso que se estudia se le realizará la conversión de voltaje a los circuitos 55 y 56 de 4,16 kV a 13,8 kV ya que es una de las premisas a desarrollar para un mejor funcionamiento de los circuitos de distribución primaria y luego se les regresarán las cargas que les fueron desconectadas anteriormente y que actualmente forman parte del circuito 53 (Cruces 13,8 kV), por lo que se requiere evaluar mejoras en los mismos para mantener un adecuado funcionamiento en el estado. actual. de. operación,. para. que. puedan. ser. asimiladas. dichas. transformaciones; y luego de realizar las mismas, analizar nuevamente, mejoras a realizar para mantener un funcionamiento confiable de las redes en su estado futuro de operación.. 30.

(44) CAPÍTULO III. CONVERSIÓN DE VOLTAJE 3.1 Estudio de mejoras en el estado actual de los circuitos. Para un funcionamiento confiable de las redes debe tenerse en cuenta que los conductores de las líneas deben soportar los niveles de corriente que por ellos circule. Un aspecto muy importante dentro de los circuitos que se estudian es la gran variedad de calibres de conductores con que cuentan las líneas, sin embargo producto a las modificaciones a realizar debe valorarse la posibilidad de que las líneas de menor calibre no soporten las cargas a conectar o provoquen caídas de voltaje y pérdidas de potencia considerables que afecten el funcionamiento de los transformadores de distribución y por consiguiente a los consumidores que abastecen los mismos. A partir de lo expuesto se propone realizar el cambio de 6158 m de conductor calibre Cu6 y AL35 mm2 por calibre AAAC 2/0 en el circuito 55 y 11156 m de calibre AL35 mm2, Cu6, Cu4 y Cu2 en el circuito 56 por calibre AAAC 2/0 para así tener la mayor parte del circuito primario con un conductor más adecuado y mejorar el voltaje en los nodos más alejados. Con las mejoras realizadas hasta el momento se obtienen los resultados que se muestran en las tablas 3.1 y 3.2 de los circuitos 55 y 56 respectivamente.. 31.

(45) CAPÍTULO III. CONVERSIÓN DE VOLTAJE Tabla 3.1. Parámetros del circuito 55 a 13,8 kV.. Tabla 3.2. Parámetros del circuito 56 a 13,8 kV.. 32.

(46) CAPÍTULO III. CONVERSIÓN DE VOLTAJE 3.2 Análisis de los circuitos con incrementos de cargas. Muchas variantes pueden plantearse para llevar a cabo la conversión de los circuitos,. sin embargo no todas son ni menos complejas ni económicamente. factibles de realizar que la que se propone, a partir de las posibilidades que brinda la ubicación física que poseen los circuitos entre ellos. Para llevar a cabo esta tarea se divide la variante en dos etapas de forma general, en la primera se realiza la reconexión de cargas que actualmente están conectadas al circuito 53 que pertenecen a los circuitos de estudio y en la segunda etapa se analiza el estado en el que quedará el circuito 53. 3.2.1 Primera etapa. En esta etapa se le conectarán a los circuitos 55 y 56 sus correspondientes cargas que anteriormente habían sido añadidas al circuito 53 con un total de 49 transformadores, los cuales quedarán distribuidos de la siguiente manera:. Circuito 55 Tabla 3.3. Distribución de los transformadores en cuanto a capacidad.. Tabla 3.4. Distribución de los transformadores en cuanto a ubicación por fase.. Y una longitud de 4397 m de línea que pasa desde el circuito 53 hacia el 55, para un total a reconectar de 1245 kVA instalados, quedando el circuito 55 con los parámetros de operación que se muestran en la Tabla 3.5.. 33.

(47) CAPÍTULO III. CONVERSIÓN DE VOLTAJE Tabla 3.5. Parámetros del circuito 55 con reconexión de cargas.. Circuito 56 Tabla 3.6. Distribución de los transformadores en cuanto a capacidad.. Tabla 3.7. Distribución de los transformadores en cuanto a ubicación por fase.. Presentando una longitud de 2765 m de línea desde el circuito 53 hasta el 56, para reinstalar un total de 730 kVA, quedando el circuito 56 con los parámetros de operación que se muestran en la Tabla 3.8.. 34.

(48) CAPÍTULO III. CONVERSIÓN DE VOLTAJE Tabla 3.8. Parámetros del circuito 56 con reconexión de cargas.. 3.2.2 Segunda etapa. A partir de las transformaciones realizadas hasta el momento el circuito 53 queda con un total. 145 transformadores quedando distribuidos de la. manera siguiente:. Tabla 3.9. Distribución de los transformadores en cuanto a capacidad.. Capacidad 5 7.5 10 15 25 37.5 50 Cantidad 2. 1. 12 25 39 42. 24. Tabla 3.10. Distribución de los transformadores en cuanto a ubicación por fase.. Fase. A. B. C. Cantidad. 49. 53. 43. kVA. 1585 1452,5 1225. 35.

(49) CAPÍTULO III. CONVERSIÓN DE VOLTAJE En una longitud de 40408 m de línea, para un total de 4262,5 kVA instalados, y con los parámetros de operación que se muestran en la Tabla 3.11. Tabla 3.11. Parámetros del circuito 53 con disminución de cargas. Concepto Potencia activa de las cargas Potencia reactiva de las cargas Pérdidas activas en líneas Pérdidas reactivas en líneas Pérdidas de cobre en transf. Pérdidas de hierro en transf. Pérd. totales de potencia activa % de pérdidas de potencia Potencia reactiva en capacitores. Energía activa de las cargas Energía reactiva de las cargas Pérdidas de energía en líneas Pérdidas de energía Cu en transf. Pérdidas de energía Fe en transf. Pérdidas totales de energía % de pérdidas de energía Factor de potencia del circuito. Valor 2914 797 363 408 50 18 431 13 0 43 12 2564 559 426 3550 8 0,97. Unidad kW kVAr kW kVAr kW kW kW % CkVAr MW.h MVAr.h kW.h kW.h kW.h kW.h %. 3.3 Estudio de mejoras para el estado futuro de los circuitos. A partir de las modificaciones realizadas en los circuitos y de los análisis realizados sobre los mismos se decide: . Realizar un nuevo balanceo de las cargas con las configuraciones que. mantendrán, puesto que pueden surgir nuevas zonas de bajo voltaje al perder el balance que tenían con la configuración anterior. Debido a lo anteriormente expuesto se hizo necesario en el circuito 56 reacomodar 4 bancos de transformadores de la fase A para la fase C, cambiando también la fase de sus líneas (tabla 3.12). En el circuito 55 de igual forma se realizó un balanceo de sus cargas, transfiriendo 4 bancos de transformadores ubicados en la fase B hacia la fase C, y 1 banco de la A a la C (tabla 3.13).. 36.

(50) CAPÍTULO III. CONVERSIÓN DE VOLTAJE. Tabla 3.12. Balanceo de las cargas en el circuito 56.. Tabla 3.13. Balanceo de las cargas en el circuito 55.. Al realizar el balanceo de cargas se arrojaron los resultados de flujos trifásicos siguientes: Circuito 56 Tabla 3.14. Parámetros del circuito 56 actual con balanceo de cargas.. 37.

(51) CAPÍTULO III. CONVERSIÓN DE VOLTAJE. Circuito 55 Tabla 3.15. Parámetros del circuito 55 actual con balanceo de cargas.. A continuación se les presentan los valores de corriente que se obtuvieron: Circuito 55: 83 A en la fase A 86 A en la fase B 86 A en la fase C 3 A en el neutro Circuito 56: 146 A en la fase A 123 A en la fase B 105 A en la fase C 36 A en el neutro. 38.

(52) CAPÍTULO III. CONVERSIÓN DE VOLTAJE. 3.4 Conclusiones parciales del capítulo III. Dentro de las modificaciones a realizar en los circuitos se plantea:  La reconexión de 49 transformadores del circuito 53 hacia los circuitos 55 y 56, que quedaron distribuidos de la siguiente forma: Circuito 55:  1 transformador de 10 kVA  4 transformadores de 15 kVA  2 transformadores de 25 kVA  6 transformadores de 37.5 kVA  18 transformadores de 50 kVA  El cambio de 6158 m de conductor calibre Cu6 y AL35 mm2 por calibre AAAC 2/0. Circuito 56:  2 transformadores de 15 kVA  2 transformadores de 25 kVA  4 transformadores de 37.5 kVA  10 transformadores de 50 kVA  El cambio11156 m de calibre AL35 mm2, Cu6, Cu4 y Cu2 por calibre AAAC 2/0. Logrando con los mismos:  La recuperación de 152 transformadores de distribución de operación a 4,16 kV para ser empleados en las redes que mantienen su operación a este nivel de voltaje.  Un mejoramiento en el funcionamiento de los circuitos.. 39.

(53) „‟No importa qué tan hermosas o nobles sean las sendas ajenas, tu tienes necesidad de tu propia luz. Abre tu propio camino, fabrica tu propia lámpara‟‟..

(54) CAPÍTULO IV. VALORACIÓN TECNICA - ECONÓMICA. CAPÍTULO IV. VALORACIÓN TÉCNICA-ECONÓMICA DE LA CONVERSIÓN DE VOLTAJE. 4.1 Valoración técnica de la factibilidad de la conversión de voltaje. El conjunto de todas las transformaciones analizadas en los dos circuitos comprendidos en el estudio permite efectuar una comparación entre los parámetros de los circuitos 55 y 56 antes y después de la conversión, como se muestra en la Tabla 4.1 y 4.2 respectivamente, en estas condiciones se puede decir que se experimenta una reducción de pérdidas de potencia en las líneas tanto activa como reactiva, así como de pérdidas de energía.. Tabla 4.1. Parámetros del circuito 55 antes y después de la conversión.. 40.

(55) CAPÍTULO IV. VALORACIÓN TECNICA - ECONÓMICA Tabla 4.2. Parámetros del circuito 56 antes y después de la conversión.. Una visión más detallada del ahorro de pérdidas totales de potencia activa y de pérdidas totales de energía pueden apreciarse en las Tablas que a continuación se presentan a partir de estudios realizados en los circuitos teniendo en cuenta desde un 0,5 a un 3% de crecimiento anual de las cargas en el circuito 55 al igual que en el circuito 56 a partir de analizar las posibilidades de desarrollo anual que puede experimentar cada circuito y ubicar cada una de las transformaciones y variantes propuestas en un año determinado. Circuito 55 Tabla 4.3. Ahorro de pérdidas totales de potencia activa (kW).. Período (Año) Situación Actual Situación Mejorada Ahorro. 0 31 19 12. 1 32 20 12. 2 34 20 14. 3 35 21 14. 4 37 22 15. 5 38 23 15. 6 40 23 17. 7 42 24 18. 8 43 25 18. 9 45 26 19. 10 47 27 20. 41.

(56) CAPÍTULO IV. VALORACIÓN TECNICA - ECONÓMICA Tabla 4.4. Ahorro de pérdidas totales de energía (MW.h).. Período (Año) Situación Actual Situación Mejorada Ahorro. 0 0.43 0.31 0.12. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0.45 0.47 0.49 0.51 0.54 0.56 0.59 0.62 0.65 0.68 0.32 0.33 0.34 0.35 0.37 0.38 0.4 0.42 0.43 0.45 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17 0.18 0.19 0.20 0.22 0.23. Circuito 56: Tabla 4.5. Ahorro de pérdidas totales de potencia activa (kW).. Período (Año) Situación Actual Situación Mejorada Ahorro. 0 1 2 151 157 164 49 51 52 102 106 112. 3 4 5 6 7 8 9 10 170 177 185 192 200 209 218 227 54 55 57 58 60 62 64 66 116 122 128 134 140 147 154 161. Tabla 4.6. Ahorro de pérdidas totales de energía (MW.h).. Período (Año) Situación Actual Situación Mejorada Ahorro. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1.72 1.73 1.75 1.76 1.78 1.8 1.81 1.82 1.84 1.86 1.87 0.78 0.79 0.8 0.81 0.82 0.83 0.84 0.84 0.85 0.852 0.854 0.94 0.94 0.95 0.95 0.96 0.97 0.97 0.98 0.99 1.008 1.016. De igual manera se expondrá para el estudio en general: Proyecto en general:. Tabla 4.7. Ahorro de pérdidas totales de potencia activa (kW).. Período (Año) Situación Actual Situación Mejorada Ahorro. 0 1 2 182 189 198 68 71 72 114 118 126. 3 4 5 6 7 8 9 10 205 214 223 232 242 252 263 274 75 77 80 81 84 87 90 93 130 137 143 151 158 165 173 181. Tabla 4.8. Ahorro de pérdidas totales de energía (MW.h).. Período (Año) Situación Actual Situación Mejorada Ahorro. 0 2.1 5 1.0 9 1.0 6. 1 2.1 8 1.1 1 1.0 7. 2 2.2 2 1.1 3 1.0 9. 3 2.2 5 1.1 5 1.1. 4 2.2 9 1.1 7 1.1 2. 5 2.3 4 1.2 1.1 4. 6 2.3 7 1.2 2 1.1 5. 7 2.4 1 1.2 4 1.1 7. 8 2.4 6 1.2 7 1.1 9. 9 2.51 1.28 1.23. 10 2.5 5 1.3 1.2 5. 42.

(57) CAPÍTULO IV. VALORACIÓN TECNICA - ECONÓMICA 4.2 Valoración económica de la conversión de voltaje. Una vez terminado el análisis técnico de la variante propuesta, se procede a realizar la valoración económica de la misma. Para ello se tienen en cuenta los costos de inversión y pérdidas en la variante analizada, considerando que alguno de los costos de accesorios empleados son inestables, dependiendo de factores que escapan con facilidad a nuestro control. Para la realización de este análisis económico se utilizó como herramienta fundamental la tabla de Valoración Económica de Proyecto (Ver Anexo 8), la cual es usada en el departamento de dirección técnica y desarrollo de la Empresa Eléctrica Provincial de Cienfuegos, esta trabaja a partir de los datos siguientes: . Ahorro de pérdidas de potencia en un rango determinado de años.. . Ahorro de pérdidas de energía en el mismo rango de años.. . Inversiones y recuperaciones durante los años de inversiones.. A partir de los cuales se obtienen los siguientes indicadores: . Valor acumulado neto (VAN): Este indicador se define como la diferencia. que existe entre la suma de los flujos de caja de toda la vida útil del proyecto actualizados y los gastos totales de la inversión. El criterio del (VAN) plantea lo siguiente: VAN>0 Se acepta el proyecto. VAN<0 Se desecha el proyecto. VAN=0 No significa que la utilidad sea nula, indica que proporciona igual utilidad que la mejor inversión de alternativa y esto se debe a que la tasa de descuento utilizada incluye el costo implícito de oportunidad de la inversión. [15] . Tasa interna de retorno (TIR): Evalúa el proyecto en función de una única. tasa de rendimiento por período con la cual la totalidad de los beneficios actualizados son exactamente iguales a los desembolsos expresados en moneda actual, representa la tasa de interés más alta de un inversionista, que podría pagar sin perder dinero, si todos los fondos del financiamiento de la inversión se. 43.

(58) CAPÍTULO IV. VALORACIÓN TECNICA - ECONÓMICA tomaran prestados; y el préstamo se pagara con las entradas en efectivo de la inversión a medida que se fuesen produciendo. Si la Tasa Interna es mayor o igual a la Tasa de Desc. Emp. el proyecto debe aceptarse. [15]  Relación beneficio/costo: Brinda la relación entre los beneficios que produce la inversión y el costo de esta cuyo valor debe ser mayor que 1.  Ahorros-costos actualizados acumulados (CAA): Es una medida del tiempo en que se empiezan a recuperar los gastos realizados. En las tablas que se muestran a continuación se presenta el importe parcial y total de los principales elementos a emplear y los resultados de la valoración económica de ambos circuitos en estudio. [11] Tabla 4.9. Importe de los elementos a emplear en el circuito 55.. Cantidad 2 5 1 1 17 27 3 8 28 28 23 39 12 15 12 12 12 24 36 68 150 23 23 30 1405. Elemento Poste 30'-h Poste 35'-h Poste 40'-m Poste 45'-m Aislador Susp Aislador Pedest Crucetas 4' Crucetas 8' Tirante Plano 32'' Tornillo 1/2 x 1 1/2 Tornillo 1/2 x 12 Tornillo 5/8 x 12 Espárrago 5/8 x 12 Tornillo ojo 5/8 x 12 Varilla de ancla Arandela 4x4 Muerto Hormigón Aisl. tensión Guarda Cabo Preformada Cable Tensor(mts) Angular de Remate Eslabón Grillete Grampa de Remate Conductor AAAC 2/0 (mts). Importe($) 418,08 1420,5 113,42 126,56 1022,04 865,62 75,06 299,12 160,72 15,68 60,26 135,33 74,4 132,15 285 22,08 207,12 48,72 62,64 501,16 823,5 127,19 316,71 695,4 9104,4 44.