La distribución primaria en la ciudad de Cienfuegos

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(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 publicado sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor. Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdos 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 Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) “...si no avanzamos en el programa eléctrico se nos traba todo el desarrollo, afecta la educación, la salud, las grandes perspectivas que tiene el país. Ello nos obliga a ser más eficientes, reflexivos y buscar opciones...” Fidel Castro Ruz.

(5) Dedico este trabajo a las personas que siempre confiaron en mí, me apoyaron y alentaron en los momentos difíciles, para no desfallecer, y continuar el camino. A mi mamá y mi papá Adolfo Gracias por su amor y comprensión, los quiero..

(6) Agradezco infinitamente a todas las personas que de una forma u otra han aportado un granito de arena para la realización de esta tesis y para que yo me haya podido realizarme como ingeniero: A mi mamá que me enseñó todo en la vida y siempre me apoyó en los momentos más difíciles, gracias por todo mamá, lo que soy te lo debo a ti. A mi papá Adolfo que me ha guiado siempre por el camino correcto y me brinda todo su amor a diario. A mi tío Santiago que me apoya en todo, a Niurka, Monene y Vínla que me quieren mucho. A mi novia Isabel que ha estado firme a mi lado en todo momento y ha soportado mis momentos de desesperación y mis pesadeces. Gracias mi amor. A mis hermanos, que los quiero con la vida Javier, Jose, Yudelis y Lismey gracias por todo, les debo mucho. A mis suegros Isabel y Julián gracias por orientación y preocupación en todo momento. A mami Nélida, papi Mario, Alina, Jorge, Marialina, Leticia, Maricel y tío Mario, gracias por su apoyo y preocupación en todos los momentos. A Elias y Ripoll que fueron el alma de esta tesis, gracias por su incomparable ayuda y orientación. A mis compañeros de aula en especial al team del 401, 204, y 303, gracias por brindarme su amistad los recordaré siempre. A mis amigos y vecinos que siempre pienso en ustedes, Yaregnys, Mayelin, Lizandra, Yarelis, Nancy, Rosa, Carmen, Juana, Norma. Miguelito, Abetito (nagüe), Boffill, Grester, Chaple, Héctor (tingui), Norly, Yovierkis, Vladimir. A todos los profesores que durante la carrera me guiaron y aconsejaron por el camino correcto, haciendo que me esforzara al máximo, gracias por sus enseñanzas. Al personal de la Empresa Eléctrica en especial a Lourdes, Idania, Hamly, Alain, Maria, Atius, gracias por todo se los agradeceré toda la vida. A todas las personas MUCHAS GRACIAS..

(7) Tarea Técnica. 9 Analizar y valorar la red de distribución primaria de la ciudad de Cienfuegos: calibre de conductores, transformadores de distribución primaria y posibles pasos de futuros alimentadores. 9 Actualizar e interpretar los monolineales pertenecientes a la ciudad de Cienfuegos utilizando el Sistema para la Observabilidad de las Redes Eléctricas {SORE} programa utilizado por el despacho de la Empresa Eléctrica de Cienfuegos. 9 Implementar los datos y las curvas de las cargas para la actualización del la biblioteca del Radial 7.7. 9 Actualizar las características de las cargas con la ayuda de las lecturas realizadas con los Nulec. 9 Calcular tres barras 110/13.8 kV para la distribución primaria en la ciudad de Cienfuegos con el objetivo de obtener un mejor aprovechamiento de la energía. 9 Análisis de los resultados de la variante estudiada. 9 Valorar técnica y económicamente la viabilidad del proyecto. 9 Conclusiones del proyecto..

(8) Resumen. El estudio surge como una necesidad del país y de la ciudad de Cienfuegos de disminuir las pérdidas relacionadas con la distribución de la energía, insertándose en una de las líneas de investigación de la Unión Nacional Eléctrica lo que constituye una prioridad en este momento. Por lo que se planteó la reconfiguración de la red de distribución primaria de la ciudad de Cienfuegos la cual se alimentará desde subestaciones 110/13.8 kV, teniendo que convertir varios circuitos que aún son alimentados a 4.16 kV. Otras de las causas que originaron esta investigación es la escasez en el mercado de los dispositivos que forman los sistemas de distribución primaria a 4.16 kV y la imposibilidad de estos de asimilar nuevas cargas. Se realizó un análisis profundo de la situación actual de la distribución primaria en la urbe, obteniendo datos que fueron utilizados mediante el Software Radial 7.7 en la actualización de los circuitos y el posterior estudio de las diferentes variantes para las nuevas configuraciones de las redes que serán alimentadas desde las subestaciones 110/13.8 kV e irán tomando cargas paulatinamente de los actuales circuitos, a partir de la conversión progresiva de los que aún lo hacen a 4.16 kV..

(9) Tabla de Contenido. Introducción: ........................................................................................1 Capítulo I: Principales aspectos de la red de distribución primaria en la Ciudad de Cienfuegos. ...............................................................5 1.1 Caracterización de la red de distribución primaria en la ciudad de Cienfuegos. ........................................................................................5 1.1.1 Descripción de las principales características de las subestaciones de la ciudad de Cienfuegos. ....................................7 1.1.2 Análisis de las características de cada circuito de la ciudad de Cienfuegos. ..............................................................................13 1.1.3 Principales problemas que afectan la red de distribución primaria en la localidad. .................................................................29 1.2 La utilización del software Radial 7.7 como pieza fundamental en el estudio de la ciudad de Cienfuegos. .............................................30 1.2.1 Método para la obtención de pérdidas en el Radial 7.7 .......30 1.2.2 Horarios de demanda máxima y tipo de gráficos. ................31 1.2.3 Estimación del crecimiento vegetativo..................................32 1.2.4 Leyenda de abreviaturas más usadas. .................................33 Capítulo II: Reconfiguración de las redes de distribución primaria de la Ciudad de Cienfuegos. .............................................................34 2.1 Aspectos fundamentales para la reconfiguración de una red de distribución primaria..........................................................................34 2.1.1 Reconfiguración de un circuito de distribución primaria. ......36 2.1.2 Balance de carga en las redes de distribución primaria. ......37 2.1.3 Compensación de potencia reactiva en los circuitos de distribución primaria. .....................................................................38 2.1.4 Selección de niveles de tensión y topología. ........................39 2.1.5 Empleo de mayores voltajes. ...............................................40 2.1.6 Crecimiento de las cargas. ...................................................42 2.1.7 Caracterización de un sistema de distribución según la carga que alimenta. .................................................................................43 2.2 Nueva reconfiguración de las redes de distribución primaria de la ciudad de Cienfuegos. ......................................................................44 2.2.1 Subestaciones 110/13.8 kV en Cienfuegos ..........................44 2.2.2 Estudio y resultados de la etapa 0 .......................................46.

(10) Tabla de Contenido 2.2.3 Puesta en marcha de la etapa I (año 0) ...............................47 2.2.4 Puesta en marcha de la etapa II (año 1) ..............................50 2.2.5 Puesta en marcha de la etapa III (año 2). ............................53 2.2.6 Puesta en marcha de la etapa IV año 3 (2010). .................56 2.2.7 Puesta en marcha de la etapa V (año 4). .............................58 2.2.8 Puesta en marcha de la etapa VI futura (año 5) ..................60 2.2.9 Situación futura de la ciudad para los próximos años. .........64. Capítulo III: Análisis técnico-económico. ........................................66 3.1 Conversión de voltaje. ................................................................67 3.2 Cambio de calibre. ......................................................................68 3.3 Análisis económico aproximado. ................................................69 3.4 Inversiones para las subestaciones 110/13.8 kV. ......................72 3.5 Análisis de fiabilidad. ..................................................................73 3.6 Análisis técnico del proyecto. .....................................................74 Conclusiones: ....................................................................................76 Recomendaciones: ............................................................................78 Bibliografía: ........................................................................................79 Anexos:...............................................................................................81.

(11) Introducción. Introducción: El ahorro de energía se ha convertido en los últimos tiempos en una prioridad a nivel mundial, lo que se traduce en un mejor aprovechamiento de los recursos disponibles ya sea para la generación de energía eléctrica, como para la distribución de la misma. En Cuba el sector eléctrico ha sufrido restricciones de recursos financieros que no han permitido el adecuado desarrollo en la ampliación y el mantenimiento a la red de distribución eléctrica; esto ha provocado altas pérdidas de energía (del orden del 16%), principalmente por causas técnicas en la red de distribución primaria. La Unión Eléctrica (UNE) ha comenzado desde el año 2000 un programa de reducción de pérdidas con mejoras en las redes, con el objetivo de reducirlas a un 11%. Hasta el año 2007 se habían ejecutado proyectos de este tipo en varias ciudades del país con inversiones limitadas los que han posibilitado una gradual recuperación, para ello se utilizaron los más diversos adelantos de la ciencia y la tecnología incluyendo la aplicación de la computación. Los nuevos conceptos de planeamiento de la distribución están regidos por la concepción de minimizar las afectaciones del servicio al consumidor, lo cual han elevado el grado de participación de los costos de la distribución en relación con los costos totales de la electricidad. Investigaciones realizadas han demostrado que. el grado de participación de los costos de inversiones en el sistema de. distribución ha aumentado de un 15,8 % a un 35,1% respecto a los costos totales de inversión en el sector eléctrico en sólo 10 años. Es por ello que cada vez más se requiere de una cuidadosa planificación en el sistema de distribución de manera que los recursos se inviertan de la manera más eficiente posible. El estudio se realizó en la ciudad de Cienfuegos, donde la red de distribución primaria cuenta en la actualidad con 23 circuitos, de estos 13 operan con un voltaje de 4.16 kV y los restantes a un voltaje de 13.8 kV. Estos circuitos son alimentados desde 10 subestaciones ubicadas en diferentes puntos de la urbe cinco de ellas operan con una regulación de voltaje de 34.5/13.8 kV, y el resto 1.

(12) Introducción trabaja a 34.5/4.16 kV. La energía de estas 10 subestaciones proviene de la barra Carlos Manuel de Céspedes 110/34.5 kV que se encuentra seriamente sobrecargada (96.6 %), además de existir una baja fiabilidad de respaldo entre las barras, pues la mayoría de estas subestaciones están operando actualmente a más de un 70 % de cargabilidad, lo que provocaría que ante algún fallo o emergencia estas no estén en condiciones de brindar respaldo entre sí, como tampoco podrán asimilar nuevas cargas que se prevén surjan en un futuro como parte del desarrollo petrolero en la ciudad. Planteándonos como problema científico: La reconfiguración de la red de distribución primaria en la Ciudad de Cienfuegos, traerá consigo una disminución de las pérdidas y producirá un mayor ahorro de energía a partir del incremento de los niveles de voltajes y la puesta en marcha de nuevas subestaciones 110/13.8 kV. Para el desarrollo del mismo nos propusimos como objetivo general reconfigurar la red de distribución primaria en la ciudad de Cienfuegos la cual se alimentará desde subestaciones 110/13.8 kV. Objetivos específicos: 9 Analizar la red de distribución primaria de la ciudad de Cienfuegos: calibre de conductores, transformadores de distribución primaria y posibles pasos de futuros alimentadores. 9 Actualizar e interpretar los monolineales pertenecientes a la ciudad de Cienfuegos utilizando el Sistema para la Observabilidad de las Redes Eléctricas {SORE} 9 Implementar los datos y las curvas de las cargas para la actualización de la biblioteca del Radial 7.7. 9 Calcular tres barras para la distribución primaria en la ciudad de Cienfuegos para obtener un mejor aprovechamiento de la energía y mayor fiabilidad. 9 Analizar los resultados de la variante estudiada. 9 Valorar técnica y económicamente la viabilidad del proyecto. Como hipótesis nos planteamos que los circuitos de la ciudad quedarán alimentados desde tres subestaciones ubicadas en la periferia de la localidad las cuales operarán con una regulación de voltaje de 110/13.8 kV y presentarán un. 2.

(13) Introducción transformador de 25 MV.A lo que traerá como resultado una disminución de las pérdidas y un mayor ahorro de la energía en la ciudad de Cienfuegos. La realización de este proyecto da un aporte significativo a la población y la empresa, debido al gran ahorro de energía que produce al aumentar el voltaje de operación así como por el hecho de que provoca el cambio de voltaje desde niveles de transmisión a distribución primaria directamente sin pasar por el nivel de subtransmisión con solo dos transformadores (Casas Fernández, 1977); lo cual evita las pérdidas de los numerosos transformadores que implica la transferencia del nivel de transmisión a subtransmisión y de este último al nivel de distribución. Solucionando además, el problema de los dispositivos que componen los sistemas de distribución a 4.16 kV que están desapareciendo del mercado internacional, así como también se podrán instalar nuevas cargas que están previstas y que sin embargo actualmente en nuestra ciudad no se permite su asimilación al nivel de 4.16 kV. El estudio se proyectó para realizar una remodelación en la red de distribución primaria de la ciudad, teniendo como premisa el principio del máximo aprovechamiento de las instalaciones y componentes ya existentes, las que no serán desechadas sino utilizadas como puntos de seccionamientos o reubicadas en otos puntos de la localidad. Por otro lado, la profundidad de los análisis permite ejecutar inversiones teniendo en cuenta un plan general a largo plazo, lo que implica un trabajo más acorde con las exigencias de los tiempos actuales en que debe hacerse cada inversión con máxima eficiencia y mínimo de recursos acogiéndose a la política desarrollada en el país. El contenido de la tesis se estructura de forma tal que en el primer capítulo se realizó un análisis de la situación actual de los circuitos y subestaciones que operan en la localidad. En los mismos se consideraron y apreciaron los calibres de conductores, transformadores de distribución primaria, bancos de capacitores, cantidad y tipos de interrupciones, así como la cargabilidad a la que estos se ven sometidos en sus horarios de mayor demanda, obteniéndose además las curvas de demandas para cada subestación y circuito, permitiendo así lograr una. 3.

(14) Introducción caracterización fiable de los horarios de máxima demanda y posibles pasos de futuros alimentadores. En el segundo capítulo se comienza a partir de los resultados obtenidos en el Capítulo I, teniendo en cuenta las diferentes premisas para la reconfiguración de una red de distribución primaria. Con los datos obtenidos del análisis se estructuró el proyecto por etapas, para la ejecución de este paso se hizo necesario realizar las corridas del Radial 7.7 de todos los circuitos para una hora fija (18 horas), la determinación del ahorro de pérdidas de potencia y energía se realizó mediante la comparación de cada variante respecto a la configuración actual de los circuitos sin convertir. En el tercer capítulo se realiza un análisis técnico-económico a partir de los resultados obtenidos en la reconfiguración realizada en el Capítulo 2, en él se exponen varias premisas para valorar las posibilidades que brinda llevar a cabo una inversión de este tipo, teniendo en cuenta que se pague en un número razonable de años apoyado por el ahorro que significa reducir las pérdidas de energía y potencia, pero el elemento fundamental lo constituye la confiabilidad y fiabilidad que la inversión pueda brindar al sistema.. 4.

(15) Capítulo I Capítulo I: Principales aspectos de la red de distribución primaria en la Ciudad de Cienfuegos. El siguiente capítulo se realizó con el propósito de lograr el máximo conocimiento sobre la red de distribución primaria en la Ciudad de Cienfuegos, en esta investigación nos dimos a la tarea de abordar una serie de temas con el objetivo de obtener las principales características de las subestaciones y circuitos de la localidad, siendo este paso fundamental para el posterior estudio de la nueva reconfiguración de las redes de la urbe, los resultados de la investigación fueron empleados en la explotación del software Radial 7.7, herramienta fundamental destinada al cálculo de flujo en redes radiales. La red de la localidad cuenta con 10 subestaciones que alimentan un total de 23 circuitos; en los que conocimos entre otras características el nivel de carga que actualmente presentan los transformadores de distribución y los de las subestaciones, permitiendo establecer una comparación entre la demanda máxima con la capacidad instalada y observar en qué medida estos están trabajando sobrecargados o subcargados (% de cargabilidad), al examinar los circuitos se pudieron conocer los tipos de conductores. y distancias de los. circuitos, las capacidades de cada banco de capacitores y su situación técnica operativa elemento fundamental para la actualización de las bibliotecas del Radial 7.7 y la posterior conversión de los circuitos.. 1.1 Caracterización de la red de distribución primaria en la ciudad de Cienfuegos. La localidad se encuentra alimentada completamente por líneas de 34.5 kV (interruptores 1610, 1615 y 1620) los cuales provienen de la subestación de 110/34.5 kV ubicada en la termoeléctrica Carlos Manuel de Céspedes, esta barra cuenta con 50 MV.A nominales de capacidad instalada en dos transformadores de. 5.

(16) Capítulo I 25 MV.A conectados en paralelos aunque en la práctica los mismos solo pueden llevar 22 MV.A por limitaciones del fabricante, en estos momentos por envejecimiento del aislamiento y otros factores solo aportan 20 MV.A al sistema. La ciudad cuenta con dos baterías ubicadas en la zona de Junco Sur, las cuales entregan 12 MW al sistema, una de ellas tira directamente a la barra de la subestación Junco Sur 34.5/13.8 kV 10 MW que es la demanda asimilada por esta barra, el restante va directamente a la barra CMC 110/34.5 kV. En la actualidad a nivel internacional, los generadores de la central eléctrica suministran voltajes de 26000 voltios; cifras superiores no son adecuadas por las dificultades que presenta su aislamiento evitando el riesgo de cortocircuitos y sus consecuencias. Este voltaje se eleva mediante transformadores a tensiones entre 138000 y 765000 voltios para la línea de transmisión primaria (cuanto más alta es la tensión en la línea, menor es la corriente y menores son las pérdidas, ya que éstas son proporcionales al cuadrado de la intensidad de corriente). En la subestación, el voltaje se transforma en tensiones entre 69000 y 138000 voltios para que sea posible transferir la electricidad al sistema de distribución. La tensión se baja de nuevo con transformadores en cada punto de distribución. La industria trabaja a tensiones entre 380 y 415 voltios, a diferencia de la pesada que opera a 33 kV. En algunos países las viviendas reciben voltajes de 220 y 240 voltios, en otros oscilan entre 110 y 125 voltios, en Cuba se brindan ambos servicios de 115 y 220 voltios.1 Los transformadores de distribución reducen los voltajes de los valores primarios a los valores de utilización. Estos transformadores por lo general son monofásicos con un voltaje por primario de 2.4 kV o 7.6 kV para ser conectados entre una fase y el neutro o tierra; existen también trasformadores con voltaje nominal por primario igual al voltaje de línea de los circuitos primarios, pero son los menos comunes. Los transformadores de distribución tienen capacidades entre 1.5 kV.A y 630 kV.A, son situados en los postes de los circuitos o en una plataforma construida para este fin, cuando por su peso se dificulta su ubicación en el poste.. 1. Cuellar R, Y; Zúñiga P,Y. Estudio integral de la distribución primaria en la ciudad de Sancti Spíritus.P.12.. 6.

(17) Capítulo I Además dos o tres transformadores pueden conectarse en bancos para brindar servicios trifásicos o monofásicos.2 En términos generales las pérdidas de distribución se producen por desbalances y sobrecargas en los circuitos dado el incremento del consumo y las características técnicas de la red. Las soluciones previstas incluyen el incremento de voltaje de distribución primaria y el cambio del calibre de los conductores, teniendo como resultado un incremento en la regulación de voltaje y una disminución sustancial de las pérdidas. Los valores de tensión de cada una de las subestaciones según las normas, deben oscilar en un 10 % de su valor nominal, pero hay que destacar que éstas solo trabajan con esta condición luego de un período de trabajo de aproximadamente 10 a 15 años de explotación; en las subestaciones nuevas este término pierde validez.. 1.1.1 Descripción de las principales características de las subestaciones de la ciudad de Cienfuegos. 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 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 la complejidad y función de los mismos.3 Las subestaciones de distribución son por simplicidad y por el carácter del servicio que prestan fácilmente tipifícables; el mayor número de ellas tiene 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. 2. Fernández, L.C. Sistemas electroenergéticos. Parte I. 1977.. 3. Fernández, L. C.. Sistemas electroenergéticos. Tomo I y Tomo II. P 15. 1991.. 7.

(18) Capítulo I 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.4. Subestación Cienfuegos 4 kV La subestación Cienfuegos 4.16 kV, está ubicada en la parte Centro Sur de la urbe, presentando dos transformadores de 4 MV.A con una barra seccionalizada que permite ante la salida de uno de los transformadores mantener el servicio sin necesidad de que todos los circuitos salgan del mismo; estos transformadores presentan una relación de transformación de 34.5/4.16 kV. La demanda máxima de esta subestación ocurre en el horario pico y es de 5741 kV.A con un nivel de cargabilidad del 71.77 % (ver Anexo #1). Cuenta además con 5 salidas con Celdas Italianas alimentando los circuitos (1, 2, 3, 4 y 5), como detalle significativo se puede enunciar que los circuitos 4 y 5 presentan gráficos atípicos no residenciales los cuales pueden obtenerse mediante un nuevo dispositivo de interrupción y lectura y con el uso del software W.S.O.S, nos permite conocer el consumo de energía, desbalance de las fases, entre otros datos de cada circuito.5. Subestación Junco Sur La subestación Junco Sur haciendo referencia a su nombre está enclavada en el Extremo Sur de la ciudad, tiene como característica fundamental que allí mismo se está construyendo la primera subestación 110/13.8 kV que existirá en la ciudad. La misma cuenta con dos transformadores de 6.3 MV.A 34.5/13.8 kV con una demanda máxima en el horario pico de 9941 kV.A lo que representa una. 4. Ídem. Fernández, E. P, Transformadores de Cienfuegos. 2008. Cienfuegos., D.O., Hoja de lecturas de subestaciones. 2008. Ramos, H.M., Base de datos SIGERE Cienfuegos. 2008.. 5. 8.

(19) Capítulo I cargabilidad de un 78.9 % (ver Anexo #2). En el momento del estudio de esta tesis la subestación 110/13.8 kV estaba fuera de servicio por encontrarse en la etapa de instalación del transformador 25 MV.A y de los Nulec sus respectivas cargas se habían redistribuido a las subestaciones Plaza, Hospital, Circunvalación, y a la antigua subestación Junco Sur 13.8 kV que aún no se había desmantelado. En este estudio se analizan las cargas de esta subestación como si estuviera trabajando normalmente con sus circuitos (17, 18, 19, 69, 76) pues los cambios antes mencionados fueron temporales.6. Subestación Hospital Esta barra es de gran importancia para la localidad pues se encuentra ubicada en la misma subestación Cienfuegos 4.16 kV, cuenta con un transformador de 2.5 MV.A con una relación de voltaje de 34.5/13.8 kV, tiene una sola salida que le brinda un servicio exclusivo al circuito 64 que alimenta al Hospital Provincial de Cienfuegos Gustavo Alderegia Lima y le sirve de respaldo al circuito 20 para alimentar el ramal del Hospital Pediátrico Panchito Gómez Toro la subestación presenta un gráfico atípico y en su horario de máxima demanda tiene 959 kV.A por lo que su cargabilidad es de 38.35 % (ver Anexo #3) y utiliza Celdas Italianas para la interrupción de la corriente. Como se observa ésta subestación en el período de construcción de la nueva subestación 110/13.8 kV está en condiciones de asimilar algunas de las cargas de la subestación Junco Sur 34.5/13.8 kV.7. Subestación Plaza Ubicada en el Sur de la ciudad, su posición geográfica la hace la más idónea para situar o construir una subestación 110/13.8 kV, pero tiene como gran inconveniente que esta zona es muy baja con una gran probabilidad de inundación ante eventos climatológicos duraderos, por eso se decidió ubicar la nueva barra en una zona cercana. Esta subestación cuenta en estos momentos con un transformador de 4 MV.A y una relación de transformación 34.5/13.8 kV, su 6 7. Ídem. Ídem.. 9.

(20) Capítulo I corriente se interrumpe con fusibles y Celdas Italianas en sus dos salidas que alimentan los circuitos 16 y 20, en el horario pico tiene una máxima demanda de 2566 kV.A en condiciones normales de operación, para un 64.15 % de cargabilidad. Actualmente está llevando el circuito 69 que se alimenta desde la subestación Junco Sur 34.5/13.8 kV con una carga de 4205.3 kV.A lo que representa un 105.3 % (ver Anexo #4). En el estudio actual se consideró que solo estaba alimentando el circuito 20, la misma cuenta además, con un Nulec para las lecturas y la interrupción de las corrientes.8. Subestación Reina Colocada al Suroeste de la ciudad, presenta un transformador de 4 MV.A que opera con una relación de transformación de 34.5/4.16 kV, esta barra alimenta a dos circuitos: el 65 y 66 que recorren una parte del Casco Histórico y presenta interruptores VMD 741 para la interrupción de la corriente. En su horario de máxima demanda alcanza el valor de 2887 kV.A con una cargabilidad de 72.16 % (ver Anexo #5). Es de importancia señalar que esta zona de la ciudad experimenta una baja en el crecimiento futuro con una tendencia a desaparecer sus cargas más significativas, que ya en el momento de esta investigación se habían desmantelado un gran por ciento de las mismas, además la posición geográfica donde está enclava esta zona tiene como limitante que es la más alejada para su alimentación por lo que se hace necesario que se realice mediante otros circuitos conllevando esto a un incremento en las pérdidas y en la regulación del voltaje. 9. Subestación San Lázaro. Está situada en el Centro de la ciudad por lo que su posición geográfica es muy idónea para la ubicación de una tercera barra 110/13.8 kV, presenta como limitante que es una zona muy baja y cercana a Arroyo Inglés, por lo que es un lugar propenso a inundaciones. Esta subestación presenta un transformador de 6,3 MV.A que opera con una relación de transformación de 34.5/4.16 kV, presenta 8. Ídem.. 9. Ídem.. 10.

(21) Capítulo I tres salidas con Celdas Italianas que alimentan los circuitos 79, 80 y 81 en el horario pico muestra una demanda máxima de 4658 kV.A por lo que su por ciento de cargabilidad es de 73.94 % (ver Anexo #6). En el momento del estudio le estaba siendo incorporado un Nulec para la interrupción y medición de los circuitos.10. Subestación Pastorita. Esta barra está ubicada en la parte Noroeste de la localidad, exhibe 2 transformadores de 1,6 MV.A que trabajan con una regulación de voltaje de 34.5/4.16 kV, presenta dos salidas con interruptores VMD 741, que alimentan los circuitos 7 y 67 los cuales en su horario pico demandan 4048 kV.A por lo que su por ciento de cargabilidad es de 126.5 % (ver Anexo #7). En el momento de la investigación se estaban haciendo mediciones para aumentar la capacidad por la incorporación de nuevas cargas en el circuito 7 y se proponían ubicar dos transformadores de 2,5 MV.A.11. Subestación Circunvalación Ubicada en el Centro Norte de la localidad, esta barra cuenta con un transformador de 6.3 MV.A que opera con una regulación de voltaje de 34.5/13.8 kV, presenta tres salidas que alimentan los circuitos 91, 92 y el futuro 93 que será el circuito 13, si se desmontara la Sub Zona Industrial #1. En el estudio actual solo se considera que alimenta los circuitos 91 y 92 los que exhiben cargas importantes como lo son El Poligráfico y Los Almacenes de Tiendas Minoristas de gran importancia para el desarrollo del país. En el horario de máxima demanda esta subestación tiene una demanda de 3286 kV.A por lo que su cargabilidad es de 52.16 % (ver Anexo #8). Además fueron colocados cuatro Nulec uno por alta 34.5 kV y tres por baja 13.8 kV facilitando así la interrupción y obtención de datos de los circuitos.12. 10. Ídem.. 11. Ídem. Ídem.. 12. 11.

(22) Capítulo I Subestación Zona Industrial #1 En el momento en que se realiza la investigación se encontraba en un proceso de desmontaje, pues luego de un período de mediciones se decidió pasarle esta carga a la Subestación Circunvalación, pero en el estudio se consideró que todavía existía. La Zona Industrial contaba solo con una salida con Celdas Italianas que le brindaba servicio al circuito 13, el cual estaba compuesto hasta hace poco tiempo por lo actuales circuitos 91 y 92, además presenta un transformador de 4 MV.A con una regulación de voltaje de 34.5/13.8 kV y en su horario pico demandaba 4010 kV.A con una cargabilidad de 100,2 %. En estos momentos solo presta servicio al circuito 13 presentando una demanda máxima de 1028 kV.A con una cargabilidad de 25.71% (ver Anexo #9).13. Subestación Caunao 4kV. Con el objetivo de realizar mejoras y de esta forma lograr un uso más eficiente de las capacidades instaladas se está realizando una serie de mediciones para poder utilizar el transformador que en estos momentos se encuentra en esta barra en la subestación de Pastorita la cual como se dijo anteriormente presenta problemas de sobrecarga. Esta subestación ha perdido mucha de su carga como parte de las conversiones que poco a poco se vienen realizando en el circuito 8 como parte de las mejoras de la Revolución Energética. Esta subestación cuenta con un transformador de 2.5 MV.A con una sola salida e interruptores de la marca Reyroll y una regulación de voltaje de 34.5/4.16 kV, su demanda máxima es de 1207 kV.A con una cargabilidad de 48.28 % (ver Anexo #10).14. Como se puede observar existen algunas subestaciones que están subcargadas y otras sobrecargadas por lo que se propone una reestructuración de los circuitos y cargas, o realizar cambios de transformadores en las barras que lo necesiten. 13 Ídem.. 14. Ídem.. 12.

(23) Capítulo I como parte de este proyecto, Existiendo de forma general una carga instalada de 53.40 MV.A en la ciudad, el cual demanda en su horario pico 34.384 MV.A por lo que la cargabilidad de la ciudad es de 59.64 % (ver Anexo #34).. 1.1.2 Análisis de las características de cada circuito de la ciudad de Cienfuegos. En el análisis de los circuitos que presenta la ciudad no es posible obtener los datos suficientes, debido a la constante remodelación a la que están siendo sometidos por lo que solo se enfatizará en datos que consideramos sean imprescindibles para el desarrollo del estudio de la red. Esta recopilación se realizó con un celaje por cada circuito especificando las características de sus estructuras, tipo de conductores, banco de transformadores y capacitores. Los voltajes más usados en Cienfuegos para la distribución primaria son 2.4/4.16 kV y 7.6/13.8 kV correspondiendo en cada caso a los voltajes de los secundarios de las subestaciones conectadas en estrellas con el neutro sólidamente aterrado. Las líneas de 34.5 kV se siguen considerando como subtransmisión y solo se han conectado tres bancos en la distribución de dicha red. La distribución primaria recibe la energía de la subestación y en su recorrido la traspasa directamente a los consumidores medianos como lo son talleres, comercios, fábricas, etc, y a los consumidores pequeños como residenciales a través de la distribución secundaria.15 Todos los circuitos analizados presentan una configuración radial, o sea reciben suministro energético desde un solo punto, sus ventajas se basan en su bajo costo de instalación y la simplicidad de su operación. Dicha configuración ha sido elaborada a lo largo de las calles, facilitando el acceso a las estructuras. Las desventajas que presentan los sistemas radiales son: su pobre regulación de voltaje y su poca confiabilidad, ya que al estar alimentado por un solo punto, cualquier falla en la línea deja sin servicio a los consumidores afectados.16. 15 16. Fernández, L.C. Sistemas electroenergéticos. Parte I. 1977. Ídem.. 13.

(24) Capítulo I En los celajes realizados se comprobó que todos los circuitos presentan la alimentación de energía por un solo punto, aunque muchos de ellos están unidos entre si a través de cuchillas e interruptores en aire lo cual le da a cada circuito un respaldo ante cualquier avería en la distribución (ver Anexo #36), así como ante mantenimientos o mejoras de las redes siendo estos ejemplos típicos de circuitos radiales los cuales representan un menor costo en su instalación y una eficaz sencillez de su operación. La ciudad está constituida por un total de 153.53 km de líneas, operando a 13.8 kV, tenemos 76.268 km para un 49.67% y a 4.16 kV 77.262 km para un 50.32%. Es importante destacar que alrededor de un 40% de las estructuras de los circuitos que se encuentran calientes a 4.16 kV están diseñadas para voltajes de 13.8 kV lo cual significa un ahorro sustancial para una conversión futura de estas líneas a 13.8 kV. En cuanto a la capacidad instalada tenemos un total de 1529 transformadores instalados, esto nos arroja un resultado de 67.748 MV.A instalados para alimentar la demanda de la ciudad. De estos bancos 842 operan con un voltaje de 4.16 kV, y 687 operan a 13.8 kV.. Circuito 1 Este circuito es alimentado desde la subestación Cienfuegos 4.16 kV, expandiéndose por 3.338 km de líneas, su tronco está integrado por conductores del tipo cobre #3/0 mayormente y en sus ramales predomina el cobre #2 y cobre #6. En él se observa que la carga predominante es residencial aunque contiene algunas cargas importantes como lo son el Hotel del Ferrocarril y la Piscina Olímpica, sustentado por un total de 43 transformadores que totalizan 1822.5 kV.A instalados, su horario pico ocurre desde las 6:00 PM hasta 8:00 PM con una máxima de 1328.5 kV.A y una cargabilidad de 72.89 % (ver Anexo #11). En cuanto a los problemas de interrupción es uno de los circuitos que menos interrupciones ha tenido (3) y todas por la causa 6 (Falso Contacto: Interrupciones provocadas por falso contacto entre dos elementos sólidamente conectados).17. 17. Base de datos Sigere Cienfuegos. OBE Cfgos. 2008 Cienfuegos., D.O., Hoja de lecturas de subestaciones. 2008. Érice, L.F., Reportes de interrupciones. Dirección técnica. 2007. Érice, L.F., Registros primarios de existencias de redes. 2008.. 14.

(25) Capítulo I Tabla de Transformadores Cto 1 Tipo de Transf.. 5. 10. 15. 25. 37,5. 50. 75. 100. Total. Cantidad. 1. 5. 2. 6. 5. 17. 6. 1. 43. Capacidad kV.A. 5. 50. 30. 150. 187,5. 850. 450. 100. 1822,5. Circuito 2 El circuito 2 se caracteriza por ser uno de los más pequeños que existe en la localidad, con un recorrido de sus líneas de 2.623 km con conductores de cobre #3/0 predominantemente, su carga sobresaliente es residencial aunque presta servicio a instituciones como Etecsa, un Comedor Escolar, dos Dulcerías, una Panadería y varias escuelas la cuales tienen una demanda a considerar. Este circuito está integrado por 30 transformadores lo que representa un 1540 kV.A instalados, que comparando con la máxima demanda de las cargas que ocurre en el horario de 6:00 PM a 8:00 PM y es de 822.8 kV, demostrándose que su cargabilidad es de 53.43 % (ver Anexo #12). En el 2007 ocurrieron solo 2 interrupciones por la causa 3 (Aislamiento: Interrupciones provocadas por fallas en el aislamiento) y 5 (Crucetas y Herrajes: Interrupciones provocadas por daño en las crucetas y herrajes).18 Tabla de Transformadores Cto 2 Tipo de Transf.. 10. 15. 25. 37,5. 50. 75. 100. Total. Cantidad. 1. 2. 3. 6. 11. 2. 5. 30. Capacidad kV.A. 10. 30. 75. 225. 550. 150. 500. 1540. Circuito 3 Suministra la energía eléctrica a la parte Centro Sur de la localidad tiene como principal característica que su carga predominante es residencial y presenta como consumidor más importantes el Estadio 5 de Septiembre, que presentará un problema a la hora de realizar la conversión, pues él mismo tiene un sistema soterrado a 6 kV, por lo que se propone la compra de un transformador especial Fernández, E.P., Transformadores de Cienfuegos. 2008. 18. 19. Ídem.. Ídem. 15.

(26) Capítulo I para el mismo. El circuito cuenta con un total de 43 transformadores con una regulación de voltaje de 4.16 kV esto representa un total de 1595 kV.A instalados y la demanda máxima de las cargas es de 966 kV.A con una cargabilidad de 60.57 % (ver Anexos #13). Esta máxima ocurre en el horario pico de 6:00 PM a 8:00 PM Sus conductores son de cobre #6, cobre #2/0 en el tronco y el los ramales presenta mayormente cobre #6 que recorren un total de 4.979 km de líneas. El año pasado solo se le contabilizaron 5 interrupciones del tipo 6 (Falso Contacto: Interrupciones provocadas por falso contacto entre dos elementos sólidamente conectados) y 4 (Conductor: Interrupciones provocadas por fallas en el conductor).19 Tabla de Transformadores Cto 3 Tipo de Transf.. 5. 10. 15. 25. 37,5. 50. 75. 100. Total. Cantidad. 1. 4. 5. 7. 6. 18. 1. 1. 43. Capacidad kV.A. 5. 40. 75. 175. 225. 900. 75. 100. 1595. Circuito 4 Con un recorrido de 3.922 km de líneas con cobre #2/0 en el tronco y cobre #6 en los ramales fundamentalmente, presentó solo dos afectaciones del servicio en el 2007 por la causa 8 (Fallas en Equipos y accesorios: Interrupciones provocadas por fallas o daños en los equipos u operación inadecuada de estos), cuenta con 40 bancos de transformadores que constituyen 1864.5 kV.A instalados y comparando con la demanda máxima de las cargas de 1307.7 kV.A, que ocurren en los horarios de 6:00 PM a 8:00 PM nos da una cargabilidad de 70.14 % (ver Anexo #14). Este circuito alimenta cargas importantes como la Sala Deportiva Frontón, El Banco de Sangre, La Emisora Radio Ciudad del Mar, y centros recreativos como El Costa Sur, esto afecta sus gráficos pues a pesar de tener carga residencial predominan las cargas antes mencionadas, que también coinciden con la cantidad de alumbrado que contiene. 20. 20. Ídem.. 16.

(27) Capítulo I Tabla de Transformadores Cto 4 Tipo de Transf.. 5. 15. 20. 25. 37,5. 50. 75. 100. 167. Total. Cantidad. 1. 4. 1. 12. 1. 13. 3. 4. 1. 40. Capacidad kV.A. 5. 60. 20. 300. 37,5. 650. 225. 400. 167. 1864,5. Circuito 5 Es de gran importancia pues alimenta la zona del Boulevard, está constituida por grandes tiendas, almacenes, cafeterías, Coopelia; siendo éste un punto de gran movimiento turístico nacional e internacional y por consiguiente se convierte en uno de los circuitos más importantes de la ciudad. Alimentado desde la subestación Cienfuegos 4 kV cuenta con 60 bancos de transformadores que significan una carga instalada de 3681 kV.A y una demanda máxima de 2556 kV.A que ocurre en los horarios de 10:00 AM a 12:00 AM con un por ciento de cargabilidad de 69.44 % (ver Anexo #15). Sus líneas cuentan con conductores de cobre #3/0 y cobre #6 generalmente y un total de 5.069 km las que en el 2007 se vieron cuatro veces afectadas por la causa 4 (Conductor: Interrupciones provocadas por fallas en el conductor).21 Tabla de Transformadores Cto 5 Tipo de Transf.. 10. 15. 25. 37,5. 50. 75. 100. 167. 630. Total. Cantidad. 2. 17. 9. 2. 10. 5. 11. 3. 1. 60. Capacidad kV.A. 20. 255. 225. 75. 500. 375. 1100. 501. 630. 3681. Circuito 7 Este es uno de los circuitos con más problemas pues es uno de los más extensos y que en los últimos años ha experimentado un crecimiento gradual de sus cargas, haciendo que existan varios puntos de bajo voltaje. Este circuito. se alimenta. desde la subestación de Pastorita y presta servicio a las zonas residenciales de Pastorita, Pueblo Grifo Nuevo y O`bourke, presenta 11.982 km de líneas compuestas por aluminio AAAC-158 mm2 en el tronco, y para los ramales cobre #3/0 y cobre #6 generalmente. Su energía se distribuye mediante 144 bancos de 21 12. Ídem Ídem.. 17.

(28) Capítulo I transformadores con una capacidad instalada de 6257.5 kV.A, la demanda máxima de 2310.2 kV.A ocurre en el horario de 9:00 AM a 11:00 AM con un por ciento de cargabilidad de 36.92 % (ver Anexo #16). Presenta además un banco de capacitores de 300 ckvar que se encontraba fuera de servicio por problemas técnicos pero se tuvo en cuenta durante el estudio como si estuviera funcionando. Sus afectaciones de servicio fueron pocas en el 2007 pues la mayoría se debieron a la causa 4 (Conductor: Interrupciones provocadas por fallas en el conductor).22 Tabla de Transformadores Cto 7 Tipo de Transf.. 3. 5. 10. 15. 25. 37,5. 50. 75. 100. 167. 250. Total. Cantidad. 1. 2. 11. 12. 35. 21. 50. 3. 4. 1. 4. 144. Capacidad kV.A. 3. 10. 110. 180. 875. 225. 400. 167. 787,5 2500. 1000 6257,5. Circuito 8 Ubicado al Norte de la localidad, sus gráficos de cargas lo definen como un circuito mayormente residencial, sin dejar de valorar la existencia de cargas importantes como lo son la Fábrica de Barquillos y la Escuela Militar Camilo Cienfuegos. La demanda máxima de 1211.7 kV.A ocurre en los horarios de 11:00 AM a 12:00 PM con una cargabilidad de 59.34 % pues tiene en todo el circuito 65 transformadores ubicados lo que representa un total de 2042 kV.A instalados (ver Anexo #17). Además sus líneas están constituidas de cobre #1/0, cobre #6 y cobre #4 generalmente, y recorren 8.450 km. Como señalamiento importante este circuito fue uno de los que mayores problemas tuvo en la prestación de servicio, contabilizándosele un total de 34 afectaciones lo que se originó fundamentalmente por la causa 4 (Conductor: Interrupciones provocadas por fallas en el conductor), 6 (Falso Contacto: Interrupciones provocadas por falso contacto entre dos elementos sólidamente conectados) y 8 fueron las más comunes.23. 23. Ídem.. 18.

(29) Capítulo I Tabla de Transformadores Cto 8 Tipo de Transf.. 5. 10. 15. 25. 37,5. 50. 167. Total. Cantidad. 1. 10. 13. 7. 20. 13. 1. 65. Capacidad kV.A. 5. 100. 195. 175. 750. 650. 167. 2042. Circuito 13 Este circuito durante el período de investigación conocimos que producto a una serie de estudios realizados anteriormente por especialistas y técnicos de la OBE decidieron dividirlo en tres circuitos; el 91 y 92 que alimentan en estos momentos la zonas de residenciales de Pueblo Grifo y Buena Vista respectivamente y el 93 que en estos momentos es aun el circuito 13 que alimenta la parte norte de la ciudad con cargas importantes como los almacenes de Tiendas Mayoristas y los del Cimex, Poligráfico, Cerámica Roja, Fábrica de Refrescos y otras cargas importantes lo que nos da como resultado un gráfico puramente industrial. El mismo en la actualidad está formado por 6.854 km de líneas con conductores de aluminio 35 mm2 y aluminio de 70 mm2 sus cargas son alimentadas por 65 bancos de transformadores que representan una potencia instalada de 2301 kV.A con una cargabilidad de 45.09 % y una demanda máxima de 1037.6 kV.A que ocurre de 9:00 AM a 11:00 AM (ver Anexo #18). En el 2007 se le contabilizaron la mayor cantidad de interrupciones con un total de 38 las cuales se debieron fundamentalmente por las causas 6 (Falso Contacto: Interrupciones provocadas por falso contacto entre dos elementos sólidamente conectados) y 4 (Conductor: Interrupciones provocadas por fallas en el conductor).24 Tabla de Transformadores Cto 13 Tipo de Transf. Cantidad Capacidad kV.A. 24. 7,5. 10. 15. 25. 37,5. 50. 63. 75. 100. Total. 1. 5. 7. 13. 19. 16. 2. 1. 1. 65. 7,5. 50. 105. 325. 712,5. 800. 126. 75. 100. 2301. Ídem.. 19.

(30) Capítulo I Circuito 17 Caracterizado por una carga residencial es alimentado desde la subestación Junco Sur 34.5/13.8 kV y recorre 4.198 km de líneas con conductores de cobre #3/0 en el tronco y para los ramales conductores de cobre #2 y aluminio AAAC-2/0 fundamentalmente, el mismo se extiende por la zona conocida como Arizona, su demanda máxima ocurre de 6:00 PM a 8:00 PM tomando un valor de 1051.8 kV.A la cual es respaldada por 31 transformadores que representan una carga instalada de 1135 kV.A para una cargabilidad del 92.67 % (ver Anexo # 19). Este es uno de los circuitos donde mayores transformaciones se han llevando a cabo pues a pesar de que está convertido totalmente a 13.8 kV ha experimentado un aumento de las cargas en los últimos años, lo que ha conllevado a tener que realizar cambios de transformadores y calibres. En cuanto a las interrupciones el año pasado se le contabilizaron un total de 12 la mayoría provocadas por la causa 6 (Falso Contacto: Interrupciones provocadas por falso contacto entre dos elementos sólidamente conectados).25 Tabla de Transformadores Cto 17 Tipo de Transf.. 15. 25. 37,5. 50. Total. Cantidad. 4. 7. 8. 12. 31. Capacidad kV.A. 60. 175. 300. 600. 1135. Circuito 18 Es otro de los circuitos que alimentan la zona de la Juanita con 8.896 km de líneas con conductores de cobre #3/0, cobre #6 y cobre #0, presenta cargas importantes como la Fábrica Los Camilitos, La Fábrica de Ron Cienfuegos, Panadería Especial Arizona, pero a pesar de estas cargas su gráfico típico indica que es residencial, su demanda máxima de 2935.8 kV.A ocurre en el horario del pico eléctrico de 6:00 PM a 8:00 PM lo cual está sustentado por 93 transformadores que representan una capacidad instalada de 4229.5 kV.A con una cargabilidad de 69.41 % (ver Anexo #20). Sus interrupciones más frecuentes se debieron a la causas 4 (Conductor: Interrupciones provocadas por fallas en el conductor).26 25 26. Ídem. Ídem.. 20.

(31) Capítulo I Tabla de Transformadores Cto 18 Tipo de Transf.. 5. 10. 15. 25. 37,5. 50. 75. 100. 167. 250. Total. Cantidad. 1. 6. 14. 11. 19. 33. 4. 1. 1. 3. 93. Capacidad kV.A. 5. 60. 210. 275. 300. 100. 167. 750. 4229,5. 712,5 1650. Circuito 19 Alimentado desde la subestación Junco Sur 34.5/13.8 Kv es considerado por los especialistas como uno de los circuitos más problemáticos que existen en la localidad, además es uno de los más extensos con 17.402 km de líneas con conductores de cobre #3/0, aluminio 70 mm2, y cobre #6 fundamentalmente, aunque alimenta cargas como la Escuela de Arte Benny Moré, es una zona predominantemente residencial donde su demanda máxima es de 3952.8 kV.A ocurre en el horario del pico eléctrico y es respaldada por 143 transformadores que equivalen a una carga instalada de 5807.5 kV.A para una cargabilidad del 68.06 % (ver Anexo #21). También presenta dos bancos de capacitores de 375 ckvar los cuales se encontraban en perfecto estado técnico, la causa que más afecto fue el número 9 (Rayos. [No tiene subcausas]) y 10 (Árboles. [No tiene subcausas]).27 Tabla de Transformadores Cto 19 Tipo de Transf.. 10. 15. 25. 37,5. 50. 75. 100. Total. Cantidad. 11. 9. 20. 35. 59. 4. 5. 143. Capacidad kV.A. 110. 135. 500. 300. 500. 5807,5. 1313 2950. Circuito 20 Su fuente de alimentación proviene desde la subestación Plaza tiene como dato curioso que asumió toda la carga que presentaba el circuito 16 dejando en la barra una salida libre para un posible respaldo o alimentación a otros circuitos. Por lo que ahora cuenta con 99 transformadores que significan 6033.5 kV.A instalados y recorren 7.910 km de líneas con cobre #0 y cobre #2 fundamentalmente por toda la parte Sur de la urbe siendo uno de los circuitos priorizados con los que cuenta. 27 23. Ídem. Ídem.. 21.

(32) Capítulo I la localidad, ya que contiene una carga hotelera considerable, lo que hace que se introduzcan variaciones en sus gráficos, a pesar de esto su pico eléctrico ocurre de 6:00 PM a 8:00 PM con una demanda máxima de 2562.4 kV.A lo que representa una cargabilidad del 42.47 % (ver Anexo #22). Además sobresalen las pocas afectaciones del servicio que ocurrieron el año pasado, donde solo se sucedieron 5 interrupciones por las causas 6 (Falso Contacto: Interrupciones provocadas por falso contacto entre dos elementos sólidamente conectados) y 9 (Rayos. [No tiene subcausas]).28 Tabla de Transformadores Cto 20 Tipo de Transf.. 10. 15. 25. 37,5. 50. 63. 75. 100. 333. 630. Total. Cantidad. 9. 11. 22. 21. 17. 1. 8. 3. 6. 1. 99. Capacidad kV.A. 90. 165. 550. 787,5. 850. 63. 600. 300. 1998. 630. 6033,5. Circuito 64 Presenta un recorrido corto de 2.939 km de líneas con conductores de cobre #3/0, aluminio 70 mm2 y cobre #6 generalmente, también presenta 47 transformadores que constituyen 3069 kV.A instalados y una demanda máxima de sus cargas de 961.1 kV.A con una cargabilidad en el horario pico de 9:00 AM a 11:00 AM de 31.33 % (ver Anexo #23). Es uno de lo circuitos priorizados pues su función exclusiva es alimentar el Hospital Provincial Gustavo Aderegia Lima de la ciudad de Cienfuegos, además de ofrecerle respaldo al ramal que alimenta el Pedriático Panchito Gómez Toro. Estas cargas que son las más importantes además presentan grupos electrógenos que no están sincronizados al sistema.29 Tabla de Transformadores Cto 64. 29. Tipo de Transf.. 10. 15. 25. 37,5. 50. 75. 100. 225. 333. Total. Cantidad. 4. 7. 6. 4. 15. 2. 5. 1. 3. 47. Capacidad kV.A. 40. 105. 150. 150. 750. 150. 500. 225. 999. 3069. Ídem. 22.

(33) Capítulo I Circuito 65 Con un recorrido de 3.585 km de líneas con conductores de cobre #3/0 y cobre #6 principalmente, es uno de los circuitos de menor carga que existe en la ciudad alimentando una parte del Casco Histórico, su fuente de alimentación proviene de la barra de Reina y como carga importante solo presenta unos talleres pequeños de Cubalse. En general su energía es suministrada por 41 bancos de transformadores que representan una carga instalada de 1762 kV.A, con una demanda máxima de 737 kV.A en los horarios de 10:00 AM a 12:00 PM para una cargabilidad de 41.83 % (ver Anexo #24). El año pasado solo se le contabilizaron tres afectaciones por la causa 6 (Falso Contacto: Interrupciones provocadas por falso contacto entre dos elementos sólidamente conectados).30 Tabla de Transformadores Cto 65 Tipo de Transf.. 5. 10. 15. 25. 37,5. 50. 75. 100. 167. Total. Cantidad. 1. 5. 6. 5. 4. 14. 1. 4. 1. 41. Capacidad kV.A. 5. 50. 90. 125. 150. 700. 75. 400. 167. 1762. Circuito 66 Con una longitud actual de 6.906 km de líneas está formado por conductores de cobre #3/0, cobre #2 y cobre #6 principalmente, ubicado en la zona conocida como Reina es uno de los circuitos que más carga ha perdido en los últimos tres a cuatro años, pues la posición geográfica y socioeconómica de la zona trajo consigo el desmontaje de fábricas y almacenes que se veían seriamente afectados ante situaciones climatológicas de gran envergadura y en su lugar se construyen viviendas y escuelas, viéndose un cambio en los gráficos de carga. Aunque debe observarse que todavía existen cargas importantes como lo es el Teatro Tomás Terry y varios talleres que son alimentadas por 90 bancos de transformadores que implican una carga instalada de 3859 KVA con una demanda máxima que se origina en los horarios de 6:00 PM a 8:00 PM de 2255.9 kV.A y una cargabilidad de 58.46 % (ver Anexo #25). Cuenta con un banco de capacitores de 300 ckvar que en los momentos del estudio se encontraba fuera de servicio por problemas técnicos, lo cual se tuvo en cuenta para el estudio. Tuvo 30. Ídem.. 23.

(34) Capítulo I unas 8 afectaciones del servicio originadas por las causas 4 (Conductor: Interrupciones provocadas por fallas en el conductor) y 6 (Falso Contacto: Interrupciones provocadas por falso contacto entre dos elementos sólidamente conectados) ocurrieron en el 2007.31 Tabla de Transformadores Cto 66 Tipo de Transf.. 5. 10. 15. 25. 37,5. 50. 75. 100. 167. Total. Cantidad. 3. 7. 11. 14. 12. 30. 5. 6. 2. 90. Capacidad kV.A. 15. 70. 165. 350. 450. 1500. 375. 600. 334. 3859. Circuito 67 Se expande con 14.808 km de conductores de aluminio 70 mm2 y aluminio 35 mm2, suministra energía a los consumidores de la zona Norte de Pastorita donde existen cargas de gran influencia en el grafico típico de este circuito como lo son La Universidad Carlos Rafael Rodríguez, La Fábrica de Espejos Luna Sur, y varios talleres de importancia, esta carga es sustentada por 99 transformadores que tienen 3708.5 kV.A instalados y suplen una demanda máxima en el horario de 9 AM a 11 AM de 1819.4 kV.A lo que nos da una cargabilidad de 49.06 % (ver Anexo #26), además es uno de los circuito que más afectado se vio con 34 afectaciones del servicio las que se originaron por la causas 5 (Crucetas y Herrajes: Interrupciones provocadas por daño en las crucetas y herrajes) y 4 (Conductor: Interrupciones provocadas por fallas en el conductor).32 Tabla de Transformadores Cto 67 Tipo de Transf.. 5. 10. 15. 25. 37,5. 50. 75. 100. 167. Total. Cantidad. 4. 8. 23. 21. 17. 13. 2. 8. 3. 99. Capacidad kV.A. 20. 80. 345. 525. 637,5. 650. 150. 800. 501. 3708,5. Circuito 69 Alimentado desde la barra Junco Sur 34.5/13.8 kV, en el proceso de construcción y montaje de la Subestación Junco 110 kV era alimentado a través del circuito 20 desde la Subestación Plaza. Recorre una parte del reparto Junco Sur mediante 31 32. Ídem Ídem.. 24.

(35) Capítulo I 4.657 km de líneas con conductores mayormente de tipo cobre #3/0 y cobre #2 su gráfico típico es residencial donde la máxima demanda es de 1583.5 kV.A ocurriendo en el horario pico la cual se ve apoyada por 61 transformadores que equivalen a 2243.5 kV.A lo que constituye una cargabilidad del 70.58 % (ver Anexo #27). Además presenta un banco de capacitores de 300 ckvar que en el momento del estudio se encontraba fuera de servicio por problemas técnicos, pero se consideró a la hora de realizar el estudio en el radial. Sus afectaciones más comunes el año pasado se debieron a la causa 4 (Conductor: Interrupciones provocadas por fallas en el conductor).33 Tabla de Transformadores Cto 69 Tipo de Transf.. 10. 15. 25. 37,5. 50. 63. 75. 100. Total. Cantidad. 3. 10. 14. 15. 11. 2. 5. 1. 61. Capacidad kV.A. 30. 150. 350. 562,5. 550. 126. 375. 100. 2243,5. Circuito 76 Este circuito es recorrido por 13.861 km con conductores de cobre #6, aluminio 150 mm2 y aluminio 35 mm2, con un gráfico atípico donde su máxima demanda ocurre en el horario de 8:00 AM a 10:00 AM pues es una zona donde existen, varias oficinas de servicios para la población, tintorerías, bombeo de agua para la ciudad, entre otras cargas significativas, todo esto es respaldado por 46 transformadores que corresponden a 1587.5 kV.A instalados que comparado con la máxima demanda de 877.1 kV.A se obtiene una cargabilidad del 55.25 % (ver Anexo # 28).34 Tabla de Transformadores Cto 76. 33 34. Tipo de Transf.. 5. 7,5. 10. 15. 25. 37,5. 50. 100. Total. Cantidad. 1. 1. 1. 11. 14. 4. 10. 4. 46. Capacidad kV.A. 5. 7,5. 10. 165. 350. 150. 500. 400. 1587,5. Ídem. Ídem.. 25.

(36) Capítulo I Circuito 79 Alimentado desde la barra de San Lázaro presenta 5.710 km de líneas con conductores de cobre #3/0 en el tronco y en los ramales aluminio 120 mm2 y cobre #6, el mismo comprende la zona de la Calzada de Dolores con cargas significativas como lo son los Talleres del Ferrocarril, Fabrica de Hielo, Policlínico Cruz Roja y algunas panaderías y tiendas pero su carga predominante es residencial. Presenta una máxima demanda de 2118.5 kV.A en el horario de 7:00 PM a 8:00 PM lo cual es respaldado por 80 transformadores que representan una carga instalada de 3262.5 kV.A con una cargabilidad de 64.94 % (ver Anexo #29), además cuentan con 2 bancos de capacitores de 225 ckvar cada uno los dos se encontraban técnicamente en perfectas condiciones. Este circuito se le contabilizó un total de 15 afectaciones de diferentes procedencias entre las que sobresalió la causa 6 (Falso Contacto: Interrupciones provocadas por falso contacto entre dos elementos sólidamente conectados).35 Tabla de Transformadores Cto 79 Tipo de Transf.. 5. 10. 15. 25. 37,5. 50. 75. 100. Total. Cantidad. 2. 4. 5. 13. 19. 30. 4. 3. 80. Capacidad kV.A. 10. 40. 75. 325. 300. 300. 3262,5. 712,5 1500. Circuito 80 Alimentando la zona de Punta Cotica toma su energía desde la subestación de San Lázaro y recorre unos 2.899 km de líneas con cobre #3/0 y cobre #6 generalmente, durante el trayecto sustenta cargas como la Fábrica de Fideos con poca actividad en los últimos tiempos, además alimenta escuelas y tiendas de poca demanda. Este circuito cuenta con 2 bancos de capacitores de 300 ckvar y 41 bancos de transformadores que representa una carga instalada de 1901 kV.A, su máxima demanda es de 1168.9 kV.A y se manifiesta en el horario de 6:00 PM a 8:00 PM con una cargabilidad de 61.51 % (ver Anexo #30), produciéndose pocas paralizaciones del servicio que se vieron motivadas por la causas 6 (Falso. 35 36. Ídem. Ídem.. 26.

(37) Capítulo I Contacto: Interrupciones provocadas por falso contacto entre dos elementos sólidamente conectados).36 Tabla de Transformadores Cto 80 Tipo de Transf.. 5. 7,5. 10. 15. 25. 37,5. 50. 63. 75. 100. 160. Total. Cantidad. 1. 1. 2. 3. 8. 2. 17. 1. 1. 4. 1. 41. Capacidad kV.A. 5. 7,5. 20. 45. 200. 75. 850. 63. 75. 400. 160. 1901. Circuito 81 Alimentado desde la barra ubicada en San Lázaro y con una longitud de 2.991 km de líneas, se extiende alimentando cargas residenciales y estatales por todo el centro de la ciudad con conductores de cobre #3/0 y cobre #6 principalmente. Su estudio nos muestra un gráfico de carga comercial, con una demanda máxima que ocurre en el horario de 9:00 AM a 10:00 AM, alcanzando un valor de 1470.6 kV.A que son transferidos desde 66 transformadores que equivalen a 3429 kV.A de potencia instalada y una cargabilidad del 42.89 % (ver Anexo #31). Cuenta con un banco de capacitores de 300 ckvar que están fuera de servicio por problemas técnicos pero se considero en los estudios realizados, sus dificultades en el suministro de energía solo salieron a relucir en dos ocasiones el año pasado por las causas 6 (Falso Contacto: Interrupciones provocadas por falso contacto entre dos. elementos. sólidamente. conectados). y. 4. (Conductor:. Interrupciones. provocadas por fallas en el conductor).37 Tabla de Transformadores Cto 81 Tipo de Transf.. 5. 10. 15. 25. 37,5. 40. 50. 75. 100. 167. Total. Cantidad. 1. 8. 3. 5. 8. 1. 23. 6. 9. 2. 66. Capacidad kV.A. 5. 80. 45. 125. 300. 40. 1150. 450. 900. 334. 3429. Circuito 91 Recientemente separado del anterior circuito 13 toma su energía desde la nueva Subestación Circunvalación 34.5/13.8 kV y se extiende por toda la zona de Buena. 37. Ídem.. 27.

(38) Capítulo I Vista con un recorrido de 6.196 km de conductores de aluminio 70 mm2 en el tronco y cobre #0 para los ramales fundamentalmente, su demanda máxima ocurre en el horario de 6:00 PM a 8:00 PM con un valor de 1677.1 kV, la cual es respaldada por 65 trasformadores que equivalen a 2552.5 kV.A instalados, teniendo una cargabilidad de 65.70 % (ver Anexo #32). Sus interrupciones más comunes en el 2007 se debieron a las cusas 4 (Conductor: Interrupciones provocadas por fallas en el conductor) y 6 (Falso Contacto: Interrupciones provocadas por falso contacto entre dos elementos sólidamente conectados) con un total de dos percápitas.38 Tabla de Transformadores Cto 91 Tipo de Transf.. 10. 15. 25. 37,5. 50. 75. 160. Total. Cantidad. 5. 7. 10. 15. 24. 3. 1. 65. Capacidad kV.A. 50. 105. 250. 225. 160. 2552,5. 562,5 1200. Circuito 92 Con una carga puramente residencial suministra energía a la zona edificada de Pueblo Griffo la cual presenta una demanda máxima en el horario de 6:00 PM a 8:00 PM de 1609.6 kV.A sustentada por 37 transformadores que equivalen a una carga instalada de 2065 kV.A y una cargabilidad de 77.95 % (ver Anexo #33), las líneas están compuestas por conductores de aluminio 70 mm2 para el tronco y cobre #2 para los ramales fundamentalmente estas líneas se expanden a lo largo de 3.355 km y fue un circuito de pocas interrupciones durante el año pasado viéndose afectado el servicio dos veces por la causa 4 (Conductor: Interrupciones provocadas por fallas en el conductor).39 Tabla de Transformadores Cto 92. 38 39. Tipo de Transf.. 15. 25. 37,5. 50. 75. 100. 350. Total. Cantidad. 6. 8. 6. 6. 4. 6. 1. 37. Capacidad kV.A. 90. 200. 225. 300. 300. 600. 350. 2065. Ídem. Ídem.. 28.

(39) Capítulo I 1.1.3 Principales problemas que afectan la red de distribución primaria en la localidad. 9 La cargabilidad que presenta la subestación 110/34.5 kV ubicada en la Termoeléctrica Carlos Manuel de Céspedes, que está sobrecargada y no admite más carga. 9 La cargabilidad de las subestaciones de distribución del centro de la ciudad tanto de 4.16 como de 13.8 kV (Subestación Pastorita). 9 La poca existencia de respaldo entre las barras en caso de la existencia de averías. 9 La situación de los circuitos que operan a 4.16 kV en cuanto al deterioro de sus componentes y la poca asimilación de nuevas cargas. 9 La necesidad de conversión de los circuitos para asimilar las nuevas cargas puntuales al voltaje de 13.8 kV. 9 El cambio de aislamiento necesario, destacando la cantidad y tipo de aisladores, así como el tiempo necesario para ejecutarlo. 9 Cambio o restitución del neutro, destacando la cantidad y el tiempo de ejecución. 9 Normalización del sistema de aterramiento confeccionando el perfil de tierra, destacar los recursos necesarios y el tiempo de ejecución. 9 Necesidad de lavado de aisladores de acuerdo al grado de contaminación, periodicidad y tiempo necesario para su ejecución. 9 Necesidades de conectores AMPAC para sellar los puentes, destacar los recursos necesarios y tiempo de ejecución. 9 Eliminación de drop out, destacando el tiempo de ejecución, tener en cuenta la instalación de cuchillas. 9 Eliminación de grampas pelícanos, destacando el tiempo de ejecución. 9 Balanceo de los circuitos, destacando el tiempo de ejecución.. 29.

(40) Capítulo I 1.2 La utilización del software Radial 7.7 como pieza fundamental en el estudio de la ciudad de Cienfuegos. Para poder realizar un uso eficiente del Radial 7.7 fue imprescindible la actualización de sus bibliotecas conociendo detalladamente el estado en que se encontraban las cargas y circuitos localizados en la zona de nuestro estudio, lo que es fundamental en la programación del futuro desarrollo del sistema garantizando estabilidad y fiabilidad, apoyándonos en las lecturas de los interruptores tipo Nulec (nuevos con dispositivos de lecturas) para la obtención de datos como la potencia activa (P), reactiva (Q), aparente (S), factor de potencia (fp), corriente (I) y voltaje (V), obteniendo como resultado las gráficas durante un período determinado ya que el comportamiento de la energía demandada es muy inestable en las diferentes horas del día. Para la puesta en marcha de este software se tuvieron primeramente que realizar varias observaciones como lo fueron: 9 La familiarización con la red de distribución de la ciudad de Cienfuegos, la actualización de calibre de conductores, tipos de transformadores, sus ubicaciones y capacidades demandadas e instaladas. 9 La familiarización, interpretación, y actualización de los monolineales pertenecientes a la ciudad de Cienfuegos utilizando el Sistema para la Observabilidad de las Redes Eléctricas {SORE} programa utilizado por el Despacho de la Empresa Eléctrica de Cienfuegos. 9 Actualización de las características de cargas con la ayuda de las lecturas realizadas a los {Nulec}. 9 Ejecución de las bibliotecas para el Radial 7.7 con los datos obtenidos según las cargas, tipo y distancia de los conductores.. 1.2.1 Método para la obtención de pérdidas en el Radial 7.7 Para un mejor aprovechamiento y fiabilidad en la utilización del software Radial 7.7 se analizaron y modificaron varias aspectos en la metodología planteada en la. 30.

(41) Capítulo I tesis de Vladimir Sousa Santos (2004: p18), pues como es sabido que el radial nos brinda el resultado de las pérdidas de energía en un día, por tanto para obtener las pérdidas en un año en esta investigación se planteó el siguiente método aproximado. Comenzamos realizando un chequeo profundo del comportamiento de las cargas de cada circuito ya que lo ficheros del Radial 7.7 tienen como datos las gráficas de cargas en sus días típicos, pero en la realidad estos son muy cambiantes pues dependen de cómo se desarrolle el consumo de las cargas en sus distintos horarios; por ejemplo una residencia presenta dos gráficos característicos uno es para la semana y otro para el fin de semana, estos solo se diferencian en el pico eléctrico el cual se desplaza un poco hacia el horario del almuerzo. Otras cargas comunes son los centros de trabajo y comercios e industrias los cuales presentan gráficos muy parecidos que varían diariamente según se comporten la fluencia de personal y de público. Por lo tanto, después de un estudio minucioso y observación del comportamiento de las cargas se decidió para obtener las pérdidas en un año multiplicar las mismas por 365 días para así obtener las de un año. Se puede decir que es un método menos preciso, ya que nos brinda una idea un poco sobredimensionada del tamaño de las pérdidas, que como es sabido no se comportan igual todos los días dependiendo de muchos factores.. 1.2.2 Horarios de demanda máxima y tipo de gráficos. Luego de un proceso de estudio y análisis del comportamiento de las cargas se obtuvo una caracterización del tipo de gráfico de cada uno de los circuitos, además con la ayuda de los Nulec y otros métodos de medición se pudieron confeccionar una serie de gráficos característicos de cada circuitos o tipo de carga, que fueron utilizados para la actualización de las bibliotecas del Radial 7.7, ya que cada circuitos en particular tiene una demanda diferente y un horario de máxima demanda que no todos los días se comporta igual. Los estudio de algunos de estos circuitos presentaron serias dificultades a la hora de realizar las. 31.

(42) Capítulo I mediciones ya que no siempre es posible conocer la potencia demanda de cada carga, pues la ausencia de instrumentos de medición en cada banco es clara y justificada, ya que su colocación de forma permanente no seria económico. Con el propósito de definir el comportamiento de la energía demandada por cada tipo de consumidor, la realización de mediciones en un período de tiempo determinado en los alimentadores de cargas típicas, es el método más efectivo para alcanzar una mayor veracidad en la clasificación de las cargas. Tipos de Gráficos y Horarios según estudios actuales. Ctos 1 2 3 4 5 7 67 76 17 18 19 69 20 64 65 66 79 80 81 13 91 92 8. Horarios 6:00 PM 6:00 PM 6:00 PM 6:00 PM 10:00 AM 6:00 PM 9:00 AM 8:00 AM 6:00 PM 6:00 PM 6:00 PM 6:00 PM 6:00 PM 9:00 AM 10:00 AM 6:00 PM 7:00 PM 6:00 PM 6:00 PM 9:00 AM 6:00 PM 6:00 PM 6:00 PM. 8:00 PM 8:00 PM 8:00 PM 8:00 PM 12:00 PM 8:00 PM 11:00 AM 10:00 AM 8:00 PM 8:00 PM 8:00 PM 8:00 PM 8:00 PM 11:00 AM 12:00 PM 8:00 PM 9:00 PM 8:00 PM 8:00 PM 11:00 AM 8:00 PM 8:00 PM 8:00 PM. Tipo de Gráfico Residencial Residencial Residencial Residencial Comercial Industrial-Residencial Universidad Bombeo y servicios Residencial Residencial Residencial Residencial Hoteles y Servicios Zona hospitalaria Servicios Residencial Residencial Residencial Residencial-Comercial Industrial Residencial Residencial Servicio-Residencial. 1.2.3 Estimación del crecimiento vegetativo. El transcurso de un año a otro lleva consigo un crecimiento vegetativo, que para este trabajo se aplicó de la siguiente forma: 1% para las cargas comerciales, 3% para las cargas residenciales y 3% para las cargas mixtas como industrias centros. 32.