Evaluación del desarrollo del SEP de la provincia de Cienfuegos

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(1)Departamento de Electroenergética. TRABAJO DE DIPLOMA Evaluación del desarrollo del SEP de la provincia de Cienfuegos. Autora: Beatriz Alonso Cuellar Tutores: Dr. Zaid García Sánchez Ing. Dasiel Caraballo Rodríguez. Santa Clara, julio 2018 Copyright©UCLV.

(2) Este documento es Propiedad Patrimonial de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, y se encuentra depositado en los fondos de la Biblioteca Universitaria “Chiqui Gómez Lubian” subordinada a la Dirección de Información Científico Técnica de la mencionada casa de altos estudios. Se autoriza su utilización bajo la licencia siguiente: Atribución- No Comercial- Compartir Igual. Para cualquier información contacte con: Dirección de Información Científico Técnica. Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas. Carretera a Camajuaní. Km 5½. Santa Clara. Villa Clara. Cuba. CP. 54 830 Teléfonos.: +53 01 42281503-1419.

(3) PENSAMIENTO. Pensamiento “Si un hombre es perseverante, aunque sea duro de entendimiento, se hará inteligente; y aunque sea débil se transformara en fuerte.” Leonardo da Vinci.

(4) Resumen. RESUMEN. El proceso de hacer llegar la energía eléctrica desde las fuentes hasta los consumidores, requieren de estructuras cada vez más complejas, denominadas Sistemas de Potencia debido a lo cual se llevó a cabo un análisis de la situación actual y las perspectivas de desarrollo de la red de transmisión y subtransmisión de la provincia de Cienfuegos, para esto se aprovecharon la mayoría de las posibilidades que brindan el software Radial y PSX. Se proponen variantes de solución a las problemáticas fundamentales ya existentes y a las que puedan aparecer en un futuro.; se revisaron algunas cuestiones esenciales sobre los estudios de factibilidad y el planeamiento de las redes eléctricas. Se pronosticó la demanda de la red en cuestión y se ofrecieron propuestas para el mejor desarrollo del sistema. El alcance de los análisis y resultados plasmados en este informe, garantiza que el mismo pueda ser utilizado como material de consulta o guía para el mejoramiento futuro de las condiciones de la red de la provincia. Palabras Clave: perspectiva, red, planeamiento..

(5) Índice. ÍNDICE Pensamiento ......................................................................................................................... 3 RESUMEN 4 ÍNDICE. 5. INTRODUCCIÓN ..................................................................... ¡Error! Marcador no definido. Introducción 1 Organización del informe ........................................................................................................ 2 CAPÍTULO 1. Revisión bibliográfica sobre el planeamiento de los Sistemas Eléctricos de Potencia ........................................................................................................ 3 1.1. Introducción .................................................................................................................... 3 1.2 Planeamiento del sistema eléctrico. .................................................................................. 3 1.2.2. Nuevos conceptos de la Unión Nacional Eléctrica (UNE) en el Planeamiento............... 3 1.3.1 Pronóstico de la demanda ............................................................................................. 5 1.3.2 Métodos de Pronóstico. ................................................................................................. 7 1.3 Estudios de factibilidad de suministro eléctrico ............................................................... 10 CAPÍTULO 2. Descripción de la red eléctrica de la provincia Cienfuegos ..................... 13 Introducción ........................................................................................................................ 13 2.1 Breve descripción de la transmisión en la provincia. .................................................. 13 2.1.1 Esquema de 220 kV y 110 kV de la Provincia. ........................................................ 14 2.1.2 Análisis de la situación actual de la red de subtransmisión en Cienfuegos................... 16 2.1.2.1. Análisis de la situación actual de la barra CMC 110/34,5 kV .................................... 18 2.1.2.2 Análisis de la situación actual de la barra Cruces 110/34,5 kV .................................. 22 2.1.2.3.Análisis de la situación actual de la barra Yaguaramas 110/34,5 kV ......................... 24 2.1.2.4.Análisis de la situación actual de la barra La Moza 110/34,5 kV ............................... 26 2.1.2.5.Análisis de la situación actual de la barra Juraguá 110/34,5 kV ................................ 27 2.2 Capacidad de generación de electricidad con fuentes propias del territorio. ............... 29 2.2.1. Parque Solar Foto Voltaico (PSFV): ....................................................................... 34 2.2.2. Mini hidroeléctricas: .................................................................................................... 34.

(6) ÍNDICE. 2.2.3. Perspectiva de la generación en el territorio ............................................................... 35 2.3. Resumen de la generación de la provincia y su impacto en el medio ambiente......... 36 CAPÍTULO 3. Flujo de Carga con crecimiento vegetativo por años................................ 39 3.1 Introducción .................................................................................................................... 39 3.1.1 Análisis del estado actual de la red. ......................................................................... 39 3.1.2 Análisis de sobrecarga y bajo voltaje en la red ........................................................ 39 3.2 Análisis de sobrecarga por años ..................................................................................... 40 3.3 Propuestas de inversiones para la red de subtransmisión .............................................. 45 3.4 Valoración técnica de las propuestas de inversiones ...................................................... 48 3.5 Análisis de las inversiones hasta el año 2025-2030. ....................................................... 49 3.5.1. 2018 49 3.5.2. Año 2019 .................................................................................................................... 50 3.5.4. Año 2021 .................................................................................................................... 51 3.5.5. Año 2022 .................................................................................................................... 52 3.5.6. Año 2023 .................................................................................................................... 52 3.5.7. Año 2024 .................................................................................................................... 52 3.5.9. Año 2026 .................................................................................................................... 53 3.5.10. Año 2027 .................................................................................................................. 53 3.5.11. Año 2028 .................................................................................................................. 53 3.5.12. Años 2029-2030........................................................................................................ 55 Conclusiones: ..................................................................................................................... 56 RECOMENDACIONES ......................................................................................................... 57 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................... 58 ANEXOS. 59.

(7) Introducción. Introducción El Sistema Eléctrico es el conjunto de todos los eslabones de la cadena de producción, transformación, distribución y utilización de la energía eléctrica. Es decir, el sistema eléctrico se compone no solo de calderas, turbinas, generadores, líneas de transmisión y distribución, transformadores, sino también de motores eléctricos, equipos de iluminación y térmicos, transformadores, rectificadores de corriente y máquinas de herramientas (tornos, bombas, ventiladores, otros) [1]. En Cuba el recurso fundamental de energía es el petróleo. Las instalaciones en donde los recursos energéticos (el petróleo) se transforman en una forma de energía (eléctrica) asequible a su transmisión se llaman plantas eléctricas [2]. Desde el momento que se puso en marcha el primer generador eléctrico industrial, aparece la unión de la turbina, generador, red de transmisión y receptores, que en su primera fase eran fundamentalmente equipos de alumbrado. La primera unión de dos generadores en paralelo provoco una serie de problemas importantes, como son: la distribución de la carga entre los generadores, la regulación de la frecuencia, la regulación de voltaje, la estabilidad del trabajo en paralelo, la sincronización. Todos estos problemas a medida que iban surgiendo se iban resolviendo espontáneamente en cierta manera, y se examinaban fundamentalmente, como cuestiones de operación de los generadores; todavía no se veía el conjunto del sistema en sí [3]. La invención del sistema trifásico de corriente alterna, los motores asincrónicos y los transformadores, llevó a un desarrollo impetuoso de las redes de transmisión; crecía incesantemente el voltaje de transmisión y las distancias entre plantas eléctricas y los consumidores. Así se fueron formando los sistemas eléctricos modernos que unen a decenas de potentes plantas eléctricas entre sí por una mallada red de alta tensión de cientos y miles de kilómetros. En estas condiciones, examinar la operación de un generador aisladamente sin tener en cuenta la operación general del sistema resulta imposible [4]. En Cuba la generación eficiente de energía constituye uno de los motores que impulsan las transformaciones estructurales de la economía que se desarrollan mediante la implementación de los Lineamientos aprobados en el VI Congreso del Partido. Cuba actualmente produce con el empleo del combustible fósil, el 95% de su energía eléctrica [5]. Este dato encuentra una economía muy dependiente de la importación y con elevados costos de generación eléctrica.. 1.

(8) INTRODUCCIÓN. Por tal razón, El Consejo de Ministros, el 21 de junio de 2014, aprobó la Política para el Desarrollo Perspectivo de Fuentes Renovables y el uso eficiente de la Energía, elaborada por la Comisión Gubernamental creada con este fin y dirigida a aprovechar al máximo los recursos renovales disponibles en el país [6]. De la justa solución de estos problemas depende el trabajo de todas las ramas de la economía, el trabajo ininterrumpido en las fábricas y talleres de los ferrocarriles electrificados, el suministro de energía a millones de trabajadores, así como la operación económica del sistema eléctrico. Se pueden examinar independientemente los elementos que componen un sistema, pero el funcionamiento de estos elementos en el sistema se debe supeditar a los intereses de garantizarla operación económica del mismo [1]. Objetivo: Analizar el estado actual de las redes eléctricas del SEPs de la provincia de Cienfuegos. De este objetivo general se derivan los objetivos específicos siguientes: 1- Realizar una revisión bibliográfica sobre el planeamiento de los SEPs 2- Organizar la información técnica relacionada con las redes eléctricas de las principales subestaciones de la provincia de Cienfuegos. 3- Valorar el efecto que tienen los futuros problemas en las redes del sistema de Cienfuegos a partir de los resultados obtenidos con el software PSX. Organización del informe En el presente trabajo se desarrollará un estudio sobre el estado actual de las redes de transmisión y substransmisión de la provincia de Cienfuegos. En el Primer Capítulo: Se realiza una descripción y análisis de los conceptos y definiciones básicos relacionados con los planeamientos. En el Segundo Capítulo: Se realiza una caracterización de la red eléctrica del sistema eléctrico de Cienfuegos y se dan a conocer el estado de las principales fuentes de generación propia del territorio y su perspectiva. En el Tercer Capítulo: Se hace referencia al análisis de resultados y valoración. En el mismo se explican los resultados obtenidos de las simulaciones en los programas RADIAL y PSX, se valora el comportamiento de las redes eléctricas de Cienfuegos en un futuro y las variaciones de las mismas.. 2.

(9) CAPÍTULO. 1.. Revisión bibliográfica sobre el planeamiento de los Sistemas Eléctricos de Potencia. CAPÍTULO 1. Revisión bibliográfica sobre el planeamiento de los Sistemas Eléctricos de Potencia 1.1 . Introducción En el presente capítulo se llevará a cabo una reseña sobre los planeamientos de los sistemas Eléctricos de Potencia q servirá de base para los demás capítulos de este documento. 1.2 Planeamiento del sistema eléctrico. Planeamiento: Proceso que permite esquematizar la expansión y el mejoramiento del sistema eléctrico considerando los crecimientos futuros en: 1. Ubicación. 2. Magnitud. 3. Importancia de las Cargas. 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 [7]. 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 [7] 1.2.2. Nuevos conceptos de la Unión Nacional Eléctrica (UNE) en el Planeamiento. Minimizar las afectaciones del servicio al consumidor en lugar de la caída de voltaje o el nivel de pérdidas, sin dejar de atender estos dos últimos factores, es el criterio que debe primar. 3.

(10) CAPÍTULO. 1. Revisión bibliográfica sobre el planeamiento de los Sistemas Eléctricos de Potencia. para el diseño de nuevas redes eléctricas y el mejoramiento de las ya existentes dentro de determinado rango económico según los nuevos conceptos de planeamiento de la UNE; determinándose bajo esta premisa la longitud de las líneas, el valor de las cargas máximas por barra, subestación, alimentador o circuito, las 18 protecciones y posibles enlaces entre circuitos que garanticen la fiabilidad del servicio que se presta así como todos los demás elementos a tener en cuenta en la construcción de una red eléctrica como son el calibre y tipo de estructura a utilizar, la conexión usada en transformadores, la ubicación óptima de las subestaciones, etc. [7]. Como el planeamiento de las redes eléctricas comienza por el consumidor, los niveles de demanda, el factor de carga, las características de los consumidores y el nivel permisible de tiempo de afectación al servicio son los parámetros que dictan el tipo de sistema de subtransmisión que se requiere. Esto significa que el tamaño y ubicación de las subestaciones debe ser determinado a partir del análisis de las cargas desde el nivel transformador servicio exclusivo y/o subestación de distribución hasta llegar a los alimentadores que parten de las barras 110/34,5 como CMC, Juraguá, Cruces, etc. [7]. 1.3 Pronóstico de la Carga y Demanda Eléctrica. Para la confección de los pronósticos se hace uso de las informaciones y fuentes siguientes: . La información estadística recopilada en el punto anterior.. . Plan director o de Desarrollo elaborado por la Dirección Provincial de Planificación Física y aprobado por la Dirección del Gobierno y el Partido en la provincia cuando su magnitud e importancia lo requieran.. . La información recibida del resto de los organismos y entidades de la provincia.. Aspectos que considerar durante dicha etapa: . La estimación de las magnitudes de carga y demanda a servir perspectivamente para la red involucrada en el estudio con la inclusión de nuevas cargas o zonas a servir y el crecimiento de las existentes.. 4.

(11) CAPÍTULO. 1. Revisión bibliográfica sobre el planeamiento de los Sistemas Eléctricos de Potencia. . En dependencia de las dimensiones del área involucrada en el estudio y de la magnitud del incremento en inversiones, el pronóstico puede realizarse por: zonas, barras o subestaciones, alimentadores o circuitos, etc.. Los pronósticos por zonas se hacen con el fin de analizar los balances entre áreas que permiten determinar la necesidad de nuevas barras o subestaciones. Incluyen un período entre los 10 y 15 años. Se ajusta con el pronóstico global por subestaciones y barras. Los pronósticos por barras, subestaciones, alimentadores y circuitos sirven para precisar en detalles los crecimientos dentro de las zonas o áreas. Este pronóstico permite conocer las necesidades de transferencia entre estos elementos o las necesidades de nuevos alimentadores o circuitos y barras o subestaciones. También incluye un período del orden de entre los 5 y 10 años como máximo ya que la predicción para un plazo mayor presenta gran inseguridad. Los pronósticos por zonas para Planes Directores al nivel de municipios y provincia y en coordinación con la Dirección Provincial de Planificación Física pueden elaborarse hasta 15 y 20 años. 1.3.1 Pronóstico de la demanda Pronóstico: Proceso sistemático para definir el futuro con suficiente detalle de carácter cuantitativo que permite la toma de decisiones importantes, con la existencia de cierto grado de riesgo o incertidumbre. Riesgo: Situación en la cual una decisión tiene más de un posible resultado y la probabilidad de cada resultado específico se conoce o se puede estimar. El riesgo es la dispersión de la distribución de probabilidades del elemento en estudio o de los resultados calculados. Incertidumbre: Se presenta en el riesgo cuando las probabilidades no se conocen y se precisa estimarlas o cuantificarlas para conocerlas. Es el grado de falla de confianza al respecto o que la distribución de probabilidades estimada sea correcta.. 5.

(12) CAPÍTULO. 1. Revisión bibliográfica sobre el planeamiento de los Sistemas Eléctricos de Potencia. Pronóstico de la demanda (potencia eléctrica): Proceso sistemático para definir los valores de demanda eléctrica y tomar decisiones en cuanto al suministro o cambios en las redes eléctricas para asimilar de forma satisfactoria los incrementos. Pronóstico de demanda coincidente: Pronóstico de la demanda máxima en las barras del territorio o provincia que coinciden con el Pico del SEN que se ejecuta por las provincias y se envía a la UNE. Pronósticos de demanda no coincidente: Pronóstico de la demanda máxima en las barras del territorio que le son característicos a cada barra en específico y que no necesariamente coinciden con el Pico del SEN que se elaboran y envían a la UNE y para uso en los estudios de las barras de la provincia. Factor de Coincidencia: Valor numérico entre 0 y 1 que sirve para relacionar la demanda máxima eléctrica coincidente y no coincidente de las cargas en una barra. Pronóstico de demanda (energía eléctrica): Proceso sistemático para definir los valores integrados de demanda de energía eléctrica y tomar decisiones en cuanto a la generación y/o los cambios o mejoras en las redes eléctricas para asimilar de la forma más económica posible los incrementos de la misma. Este pronóstico se utiliza al nivel de UNE para la programación de los gastos de combustible y de provincia para los estudios de barras y redes a todos los niveles con el auxilio de los programas de flujo de potencia en explotación y la comparación técnico – económica de variantes técnicas en los estudios de mejoras. 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 (UNE, 2004).. 6.

(13) CAPÍTULO. 1. Revisión bibliográfica sobre el planeamiento de los Sistemas Eléctricos de Potencia. 1.3.2 Métodos de Pronóstico. Series Históricas: Este método consiste en la obtención de un gráfico con datos de períodos precedentes y la determinación de la ecuación matemática a que responde, obteniéndose los valores históricos para así, realizando la extrapolación del gráfico obtenido, determinar el comportamiento futuro de la carga. El método solo tiene en cuenta el período de tiempo escogido sin analizar los factores eventuales que pueden influir en los resultados, aspecto por el cual constituye un método muy ineficaz en nuestros días debido a las constantes fluctuaciones que ha tenido la carga en el país en los últimos años, debido a la situación económica existente a partir de los años de período especial [7]. Zonas Características y Componentes de Carga: Este otro método consiste en pronosticar las demandas futuras en función del tipo de carga predominante, constituye generalmente un método más exacto que su determinación mediante la multiplicación de la carga total por un factor de crecimiento [7]. Cuando es previsible o se ha pronosticado ya un incremento de la carga futura en una zona o área determinada, en el caso de la subtransmisión, el sistema transformador - alimentador debe diseñarse desde un inicio de manera tal que su capacidad pueda ser incrementada posteriormente mediante uno de los siguientes métodos: 1. Sustitución de los transformadores existentes por otros de mayor capacidad o la conexión en paralelo de otros similares a los ya conectados, siempre que los alimentadores estén diseñados para soportar las nuevas corrientes. 2. División de los circuitos alimentados mediante la construcción de nuevas barras y traspaso de carga a las mismas. Cuando la solución prevista para el incremento de capacidad es la sustitución de transformadores existentes por otros de mayor capacidad, o la conexión de otros en paralelo es generalmente recomendable instalar desde un inicio los alimentadores requeridos para la máxima carga esperada. La sustitución de dichos alimentadores existentes por otros de mayor calibre es un procedimiento muy costoso y debe evitarse. Si la solución prevista para posibles incrementos de la carga en el sistema transformador alimentador es la división de los circuitos mediante la instalación de transformadores en. 7.

(14) CAPÍTULO. 1. Revisión bibliográfica sobre el planeamiento de los Sistemas Eléctricos de Potencia. nuevas barras, la configuración original de la red de subtransmisión deberá ser tal que pueda ser dividida en secciones lógicas cuando las nuevas barras sean construidas [7]. Pronóstico actual, a corto, mediano y largo plazo El procedimiento establece las indicaciones para la realización de los estudios de pronóstico de carga y demanda de potencia y energía eléctrica en las redes de subtransmisión y distribución a corto, mediano y largo plazo. Este procedimiento es aplicable a la elaboración de los pronósticos de: demanda coincidente y no coincidente a corto y mediano plazo para las áreas de regímenes y desarrollo; demanda de potencia y energía a mediano plazo para los estudios de mejoras en redes por los técnicos y especialistas de la dirección técnica y los municipios, demanda de potencia y energía a largo plazo para los Diagnósticos y Planes Directores o de Desarrollo de las Provincias por los especialistas de desarrollo de conjunto con las Direcciones Provinciales de Planificación Física. Pronóstico Actual: Se realiza de forma diaria y/o semanal en los Despachos Provinciales por las áreas de Regímenes y comprende las posibilidades o asignación de energía a la provincia y las vías libres, limitaciones de carga, apagones, entradas o salidas de fuentes de cogeneración, entrada o salida de grandes consumidores, etc. y se fundamenta en el método de encuesta. Pronóstico a Corto Plazo: Se confecciona para períodos de 12 a 14 meses en los Despachos Provinciales por el área de Regímenes en coordinación con el área de Desarrollo y comprende una valoración del comportamiento perspectivo de los elementos de la red y necesidad de algunos ligeros cambios en los elementos con limitaciones o cambios de lazos, etc. y se fundamenta en el método de extrapolación matemática por crecimiento histórico. Pronóstico a Mediano Plazo: Generalmente cubre intervalos de 5, 8 o 10 años y se elabora por el área de Desarrollo en las variantes de demanda coincidente y no coincidente para información a la UNE en lo que a generación y transmisión de energía y potencia se refiere y, el análisis casuístico de las Barras de la provincia en sus estudios de Desarrollo, así como la valoración de las mejoras en el cálculo técnico – económico de las mismas. Se fundamenta en los métodos de encuesta a los consumidores y crecimiento histórico o extrapolación matemática. Este pronóstico posee una amplia aplicación actual a todos los niveles de las. 8.

(15) CAPÍTULO. 1. Revisión bibliográfica sobre el planeamiento de los Sistemas Eléctricos de Potencia. redes eléctricas de distribución debido a que la valoración técnico económica de las mejoras se basa en el análisis del comportamiento de la disminución de las pérdidas técnicas para iguales intervalos de tiempo que los establecidos por este (5, 8 y 10 años). Se encuentra instrumentado en los Programas de Flujo de Potencia utilizados para estos fines siendo de gran utilidad para ambos propósitos (pronósticos y valoración técnico - económica). Particularidades del pronóstico de demanda coincidente y no coincidente a mediano plazo por el método de encuestas y extrapolación matemática: . Establecer las particularidades del pronóstico de demanda coincidente y no coincidente a mediano plazo por la importancia e incidencia de las mismas en las valoraciones al nivel superior.. . Tomar por el método de encuesta los valores año tras año de máxima demanda coincidente y no coincidente (relacionados por el factor de coincidencia) de las inversiones más significativas del período.. . Considerar un crecimiento natural o vegetativo de la carga y la demanda expresado en por ciento de la demanda del año anterior. . Determinar por: extrapolación matemática de los datos históricos, la evaluación del grado de desarrollo de la zona en estudio, la existencia o surgimiento de planes de desarrollo industriales, agropecuarios, turísticos, etc.. . La experiencia internacional recomienda crecimientos anuales promedios del 3 por ciento que implican la duplicación de la demanda en un período de diez años.. . Tener en cuenta un factor de pérdidas para cada barra en función del por ciento de pérdidas asociado a los alimentadores de una barra en función del estado, la longitud y calibre de sus alimentadores; magnitud y distribución de las cargas, etc. pudiendo ser variable en el transcurso de los años por cambios en los elementos y configuración de la red.. . Tener en cuenta posibles transferencias desde o hacia otras barras aledañas por cambios en los lazos de las redes existentes, simples traspasos, etc.. 9.

(16) CAPÍTULO. 1. Revisión bibliográfica sobre el planeamiento de los Sistemas Eléctricos de Potencia. . Tomar la máxima demanda actual de la barra y se va sumando año tras año los resultados de los incrementos y transferencias que se suscitan teniendo en cuenta el factor de coincidencia o no, según el caso.. Pronóstico a Largo Plazo: Considera intervalos de tiempo de entre 10, 15 y 20 años, se realiza por el área de Desarrollo para la confección de los Programas de Desarrollo y Diagnóstico de las Provincias en coordinación con las Direcciones Provinciales de Planificación Física y se basa fundamentalmente en el método de encuesta a los consumidores y organismos con el de extrapolación matemática. El resultado del Pronóstico constituye un Registro de Información Permanente para la valoración vigente y futura de los métodos y datos utilizados. 1.3 Estudios de factibilidad de suministro eléctrico Los estudios de factibilidad establecen los requisitos e indicaciones para brindar servicio eléctrico a consumidores y regiones específicas que siempre darán origen a un proyecto. El procedimiento que se sigue enfoca desde el aspecto más general o completo del problema, donde la magnitud o ubicación de la nueva inversión o zona implican un estudio de desarrollo o planeamiento, hasta una simple valoración de la operación de la red bajo las nuevas condiciones impuestas por la carga incorporada. La rigurosidad o profundidad en la aplicación de todos los aspectos planteados está en dependencia de la magnitud y repercusión de la carga o zona sobre la red eléctrica que le dará servicio. Partiendo del análisis de una red existente y la asimilación por la misma de los incrementos impuestos por la nueva carga o zona, con estas premisas las etapas son las siguientes:  . Análisis de la Situación Actual. Pronóstico del incremento de la carga y la demanda eléctrica por crecimiento natural o vegetativo en la red existente y la incorporación de los nuevos consumidores.. . Elaboración de las Variantes Técnicas que satisfagan los incrementos planteados y su presentación en esquemas, diagramas, monolineales, ficheros, etc.. 10.

(17) CAPÍTULO. 1. Revisión bibliográfica sobre el planeamiento de los Sistemas Eléctricos de Potencia. . Evaluación de las condiciones de operación de las Variantes Técnicas elaboradas y determinación de las mejores opciones por flujos de potencia, cálculo de cortocircuito, optimización de esquemas, análisis de reactivo, automática y protecciones.. . Valoración Técnico - Económica de las Variantes elaboradas y escogidas con determinación de las más eficientes y de mayores perspectivas.. . Elaboración del Informe Final de Solución.. . Elaboración y Propuesta del Plan de Inversiones para la Variante Seleccionada.. 1.5 Análisis de la Situación Actual. En esta etapa se deben establecer los datos, procesos e informaciones que se impone conocer en relación con el estado físico y operacional, con el comportamiento estadístico de la red actual o existente constituyendo el punto de partida obligado en relación con el trabajo a realizar. Luego se procede a la recopilación, procesamiento y organización de las siguientes bases informativas: . Plano actualizado y datos de la red involucrada en el estudio que refleje las zonas servidas con sus características y datos físicos:. a) El trazado, voltaje, calibre, estructura predominante, fases, subestaciones y/o bancos de transformadores y capacitores de los alimentadores y/o circuitos que parten de cada subestación y/o barra alimentadora. b) Los datos de capacidad instalada, voltajes, impedancias, elementos o dispositivos de protección eléctrica y otras características de las subestaciones importantes para el estudio. . Condiciones de operación actuales de cada uno de los elementos de la red relacionados con bajo voltaje, quejas de los consumidores, limitaciones de transferencia, sobrecargas en tramos de línea o transformadores, etc.. . Parámetros de operación actuales relacionados con los datos instantáneos e integrados de demandas activas y reactivas (valores actuales del factor de potencia, factor de demanda, factor de utilización, factor de pérdidas, factor de diversidad y tiempo de. 11.

(18) CAPÍTULO. 1. Revisión bibliográfica sobre el planeamiento de los Sistemas Eléctricos de Potencia. utilización de la carga máxima), para la valoración de la red en demanda de potencia y energía. Además, se deben seguir las indicaciones siguientes para un estudio más exacto: . Recopilar información primaria para la valoración de los parámetros y condiciones de operaciones futuras.. . Recopilación del comportamiento pasado, basado en valores estadísticos relacionados con los parámetros de operación de la red en los últimos 10 años o del tiempo que se disponga información representativa de la red actual.. . Mejoras o nuevas inversiones en redes planteadas para la zona o en ejecución.. Relación de los principales consumidores existentes involucrados en la red en estudio clasificado por categorías de acuerdo con el grado de fiabilidad que requieran.. 12.

(19) CAPÍTULO 2 Descripción de la red eléctrica de la provincia Cienfuegos. CAPÍTULO 2. Descripción de la red eléctrica de la provincia Cienfuegos Introducción En este capítulo se describen los datos de la red de la provincia de Cienfuegos, se analiza además el comportamiento de las principales variables del SEP para los estados de máxima y media carga. Estos resultados son la base para la realización de los estudios de estabilidad. 2.1 Breve descripción de la transmisión en la provincia. Al nivel provincial están definidas 4 grandes zonas a desarrollar: Zona Oeste (la zona agroazucarera y potencial industrial), Zona Centro – Norte (agroalimentaria), Zona Este (agraria y de la construcción) y Zona Centro Sur (vinculada al puerto); para lo cual se puede contar con 26 zonas industriales ubicadas en asentamientos y 1 zona industrial que abarca industrias dispersas principalmente de la construcción. Dentro de esta estructura se destacan el Municipio Cienfuegos y la ciudad cabecera provincial Cienfuegos. El primero caracterizado en su actividad industrial por las industrias de materiales de la construcción entre ellas la Fábrica de Cemento. Mientras que en la ciudad de Cienfuegos la actividad industrial está organizada en tres zonas caracterizadas por tipo: alimentaria y de materiales de la construcción, química, energética, de la pesca y alimentaria vinculada al Puerto Nuevo, así como la dedicada en específico a la industria química dentro de la que se destaca la Refinería de Petróleo. Cuenta la Ciudad con 2 zonas portuarias, siendo de ellas la principal el Puerto Nuevo estrechamente vinculado a la Zona Industrial II. Es este puerto de gran importancia a escala nacional con exportaciones entre las que sobresalen el cemento, los áridos, el azúcar a granel, los cítricos y los mariscos (principalmente el camarón); además de la red de almacenes, talleres y pequeñas industrias dispersas dentro de la trama urbana. El desarrollo industrial en la ciudad se encuentra en un proceso de reanimación y reestructuración empresarial favorable dentro de la que se destaca la reciente rehabilitación de la refinería y su expansión prevista, así como las perspectivas para el desarrollo de la industria petroquímica. De las tres zonas industriales de la ciudad es la Zona III (en el Plan General de Ordenamiento Urbano aprobado), la definida para el desarrollo de la industria química por ser la más alejada del sector residencial y favorable en cuanto a los vientos predominantes; es por esto por lo. 13.

(20) CAPÍTULO 2 Descripción de la red eléctrica de la provincia Cienfuegos. que ha sido analizada como una de las alternativas para la localización de las primeras industrias solicitadas como parte del desarrollo petroquímico en el territorio. Existe además en el municipio Cienfuegos la Zona Industrial IV cuyo desarrollo estuvo previsto a partir de la ejecución de la central electro nuclear paralizada en la década del 90 en el pasado siglo (XX), como consecuencia del período especial. Las infraestructuras aún existentes constituyen un potencial aprovechable e importante a considerar como reapertura de este desarrollo ahora en la rama petroquímica, utilizable no sólo para la industria, sino también como parte de las necesidades de infraestructuras de servicio y apoyo al proceso constructivo, ya analizadas por el MICONS con este objetivo. En el resto de la provincia el proceso de reordenamiento de la actividad agro-azucarera que precisó la desactivación de algunos centrales, provocó la depresión de la base económica de municipios como Cruces y Lajas ya que estos constituían su única actividad industrial. Estos municipios presentan una situación compleja en este sentido, ya que se encuentran alejados de las áreas con mayores probabilidades de desarrollo en estos momentos. Los municipios con mayores posibilidades por conectividad con las áreas de desarrollo industrial previstas son la cabecera municipal Palmira y las áreas de Constancia, Juraguá y la cabecera municipal Abreus. No debe olvidarse el asentamiento Castillo de Jagua estrechamente vinculado a las zonas de desarrollo y con potencialidades de áreas e instalaciones aprovechables en el entorno de la antigua central electro nuclear, previsto preliminarmente como asentamiento habitacional permanente de fuerza de trabajo. Por último, no podemos olvidar las potencialidades de las zonas costeras para el desarrollo del Turismo. 2.1.1 Esquema de 220 kV y 110 kV de la Provincia. La Provincia Cienfuegos cuenta con la Empresa Termoeléctrica Carlos Manuel de Céspedes (CMC) que posee en sus terrenos subestaciones y salidas de 220 y 110 kV, estas enlazan con el SE 220/110 kV Cantarrana y, desde ambas, las salidas correspondientes de enlace con el resto del SEN y alimentación a las subestaciones del territorio. Se presenta un esquema general a continuación. 14.

(21) CAPÍTULO 2 Descripción de la red eléctrica de la provincia Cienfuegos. Figura No. 2.1 Esquema de las redes de 220 kV (en rojo) y 110 kV (en azul) de la Provincia Cienfuegos y enlaces. Fuente: Programa de desarrollo eléctrico de Cienfuegos, 2016-2030. Esquema 220 kV. En la Provincia existe una SE 220/110 kV en Cantarrana y la barra de 220 de salida de la generación de CMC de la Máquina 4 con enlace a Cantarrana, el doble enlace con Villa Clara y el enlace con Matanzas (construida en doble circuito). Ver la Figura 2.1 las líneas en rojo o que salen da la barra superior de Cantarrana. Esquema 110 kV. La subestación Cantarrana 220/110 kV, la cual se encuentra emplazada en la parte norte de la Ciudad de Cienfuegos, enlazada por las líneas de 110 KV con CMC, Villa Clara, Trinidad y Matanzas. Las subestaciones de subtransmisión 110/34.5 kV de la provincia se encuentran enlazadas con el resto del SEN, interconectadas a subestación de transmisión 220/110 kV. Por las líneas de 110 kV se enlaza con las subestaciones de CMC, Cruces, Trinidad, Refinería, Juraguá y Yaguaramas.. 15.

(22) CAPÍTULO 2 Descripción de la red eléctrica de la provincia Cienfuegos. Por otra parte, en CMC además de las salidas de 110 kV de enlace con Cantarrana hay otras que dan servicio a Refinería y las SE’s 110/13 kV Cienfuegos Ciudad I y nodos pendientes, de la antigua Planta de Fertilizantes en Cienfuegos que se encuentran caliente a 33 kV). La provincia Cienfuegos cuenta con 5 subestaciones de subtransmisión 110/34.5 kV las cuales son: Yaguaramas, Juraguá, Cruces, CMC y La Moza, esta última ubicada en Santa Clara, pero con los 2/3 de sus cargas en Cienfuegos. Todas las subestaciones se encuentran emplazadas en el lugar que les da nombre, la de CMC se encuentra dentro de los terrenos y pertenece a la termoeléctrica. 2.1.2. Análisis de la situación actual de la red de subtransmisión en Cienfuegos. La red de subtransmisión perteneciente a la provincia de Cienfuegos cuenta en la actualidad, con 18 circuitos de 34,5 kV con una longitud total de 492,814 km de líneas entre los cuales están definidas cuatro grandes zonas de desarrollo: Zona Oeste(la zona agro-azucarera y potencial industrial), Zona Centro-Norte (agroalimentaria), Zona Este (agraria y de la construcción) y Zona Centro Sur (vinculada al puerto), además se debe señalar que existen interconexiones para el potencial turístico de la región en zonas de Rancho LunaPasacaballos, Costa Sur-Montaña y casco histórico del centro de la ciudad. El circuito de 34,5 kV se encuentra distribuido por los ocho municipios existentes y la jurisdicción de la Central Electro Nuclear (CEN), para ello cuenta con cinco subestaciones 110/34,5 kV con una capacidad instalada de 175 MVA; entre estas se incluye la subestación La Moza, la cual no se analizó porque se encuentra localizada en la provincia de Villa Clara, aunque se enfatiza que las dos terceras partes de las cargas que alimenta pertenece a la provincia de Cienfuegos, y en específico al municipio Cumanayagua. Las demás subestaciones o barras 110/34,5 kV pertenecientes a la red las constituyen: Cruces 110/34,5 kV, Yaguaramas 110/34,5 kV, Juraguá 110/34,5 kV y Carlos Manuel de Céspedes (CMC) 110/34,5 kV. Todas las barras mencionadas se localizan en la cercanía de los poblados o municipios a los que deben sus nombres, con la excepción de CMC, la que se encuentra situada en los terrenos de la Central Termoeléctrica Carlos Manuel de Céspedes. Cada barra cuenta con sus respectivos alimentadores los que han tomado el nombre de su interruptor correspondiente a la salida de la subestación y se muestran cada uno en la tabla 2.1.. 16.

(23) CAPÍTULO 2 Descripción de la red eléctrica de la provincia Cienfuegos. Tabla 2.1. Alimentadores por barra Barras. Alimentadores. CMC. 1610,1615,1620,1635,1640,1645. Cruces. 75,76,101,1435. Yaguaramas 1400,1405,1415 La Moza. 331,332,333. Jaragua. 1880,1890. Las líneas de subtransmisión alimentan a 124 subestaciones, de las cuales 59 son propias y 65 de uso exclusivo. Toda la red de subtransmisión está vinculada a llevar el servicio hasta los niveles de voltajes más bajos para cada cliente, por lo que se hacen transformaciones según se requiera. La siguiente tabla muestra los distintos niveles de voltajes que se transforma en Cienfuegos, así como la cantidad de transformadores y la potencia aparente que se transmite. Tabla 2.2. Transformadores Relación de. Transformadores. Transformación. Cantidad. MVA. 34.5/13.8 kV. 45. 96,5. 34.5/6.3 kV. 7. 19. 34.5/4.16 kV. 18. 44,2. 34.5/0.48 kV. 47. 46,8. Conocer por cada barra las pérdidas de potencia y energía contribuye a determinar varios estudios de redes eléctricas con el objetivo de conocer el estado actual de la red y plantear modificaciones para obtener mejores resultados. En la tabla 2.3 se muestran los datos de operación en cada barra que se analizó analizando las corridas de flujo trifásico en el software Radial.. 17.

(24) CAPÍTULO 2 Descripción de la red eléctrica de la provincia Cienfuegos. Tabla 2.3. Demanda por barra y pérdidas totales Barras. Pc(kW). Eac(MW.h) ∆PT(kW). ∆ET(kW.h). CMC. 48014,2. 851,1. 1405,52. 20051,91. Cruces. 19067,3. 329,6. 782,75. 10706,85. Yaguaramas. 20178,2. 319,9. 995,17. 11732,4. Juraguá. 9144,1. 143,4. 330,8. 3850,34. En la actualidad es en la subtransmisión donde, por nivel de voltaje, ocurre el mayor número de interrupciones involuntarias en la provincia, aunque vale la pena señalar que la mayoría son por causas impropias de la red tales como: quema de caña y de potreros, accidentes de tránsito, incidencias climáticas, etc.. 2.1.2.1. Análisis de la situación actual de la barra CMC 110/34,5 kV La barra CMC es la de mayor trascendencia en la red de subtransmisión, ya que alimenta las cargas de mayor importancia de la provincia entre las que se encuentran la ciudad de Cienfuegos y las principales zonas industriales de la provincia, además de estar situada muy cerca del punto de mayor generación en la provincia (Central Termoeléctrica Carlos Manuel de Céspedes). Esta barra cuenta con 50 MVA nominales de capacidad instalada en dos transformadores de 25 MVA conectados en paralelo, aunque en la práctica los mismos solo pueden llevar 22 MVA por limitaciones del fabricante. La subestación CMC posee un interruptor de reserva actualmente para asimilar incrementos por el desarrollo industrial. Además, cuenta con una Batería Diésel acoplada a un alimentador de 33 kV.. 18.

(25) CAPÍTULO 2 Descripción de la red eléctrica de la provincia Cienfuegos. Figura 2. Cargas alimentadas por CMC. La carga específica que alimenta cada uno de los alimentadores, la longitud del tronco, ramales y subramales, así como sus respectivos calibres se muestran en la figura 3, representando por el lazo CMC-La Moza y en la figura 4 con el lazo CMC-Cruces; el cual se mostrará en el análisis de Cruces.. 19.

(26) CAPÍTULO 2 Descripción de la red eléctrica de la provincia Cienfuegos. Figura 3. Lazo CMC-La Moza En los cálculos realizados se observa que la demanda de CMC se concentra principalmente en los alimentadores que sirven la carga residencial de la ciudad de Cienfuegos (1615 y 1610), además presentan un buen factor de potencia debido al tipo de carga que alimentan. La demanda de estos dos alimentadores constituye el 64% de la demanda total de la barra, mientras que las restantes líneas tienen valores más pequeños similares entre ellas. Se obtuvo que las mayores pérdidas de energía ocurren en las líneas del 1615 y 1620, mientras que las menores se dan en las líneas del 1640. Ver tablas 2.4 y 2.5 a continuación.. 20.

(27) CAPÍTULO 2 Descripción de la red eléctrica de la provincia Cienfuegos. Tabla 2.4. Pérdidas por alimentadores Alimentador. Pc(kW). Eac(MW.h). ∆PT(kW). ∆ET(kW.h). 1645. 5312,7. 115852,6. 124,68. 2532,4. 1640. 4031,9. 85326,4. 105,05. 2026,1. 1635. 4907,1. 80829,2. 152,32. 1922,74. 1620. 8043,5. 149448,9. 493,74. 7625,09. 1615. 16386. 276862,9. 329,79. 4342,56. 1610. 9333,3. 142803,4. 196,93. 2201,71. Total. 48014,5. 851123,3. 1402,51. 2000,71. Tabla 2.5. Factor de potencia y demanda por alimentador. Alimentador Longitud(m) Sd(kVA) Pd(kW) Fp. Cargabilidad ∆E (%) (%). Sd (%). 1645. 9275. 5978,2. 5437,4. 0.89 13,59. 12,66 10,95. 1640. 30030. 4440,2. 4137. 0,92 10,09. 10,13 8,13. 1635. 28770. 5631,3. 5059,4. 0,89 12,8. 9,61. 1620. 59124. 9321,1. 8537,2. 0,91 21,18. 38,11 17,07. 1615. 23980. 18350. 16716. 0,9. 41,7. 21,7. 33,61. 1610. 7465. 10517. 9530,2. 0,9. 23,9. 11. 19,26. Total. 158644. 54604. 49417. 0,91 124,1. 10,31. Si se compara la demanda de la barra de los días típicos del año con su capacidad actual (54,6 MVA), se puede apreciar que tiene aproximadamente un 24% de sobrecarga, aspecto que hace reflexionar acerca de la necesidad de aumentar capacidad en esta barra o de pasarle parte de su carga a otras subestaciones. Hay que destacar que estos resultados son sin tener en cuenta la generación distribuida, por tanto, estamos obligados a generar para evitar la sobre carga de los transformadores en el horario pico. Dando como resultado una cargabilidad de un 91%, esto tiene como inconveniente que tenemos que tener una alta disponibilidad en las baterías de generación diésel y por consiguiente depender de la misma en horario de máxima demanda. Las condiciones de voltaje son buenas en todos los alimentadores de la barra, excepto al final del 1615 que constituye el más largo de todos. Por lo que se proponen los cambios de calibre. 21.

(28) CAPÍTULO 2 Descripción de la red eléctrica de la provincia Cienfuegos. desde la salida de la barra hasta que empiece el calibre Aluminio-150 con una distancia de 3,2 km y desde el ramal Pepito Tey hasta Arimao con una distancia de 14 km y el traspaso del ramal Arimao-Veguita a Cumanayagua, además de implementar la salida del alimentador 1615 por una línea de 34,5 kV para liberar la línea de 110 kV que alimenta Cienfuegos ciudad. Es necesario señalar que se considera que presentan malas condiciones de voltaje aquellas cargas que se encuentran por debajo de 31,35 kV, que es el mínimo para los transformadores de cinco taps usados en estas redes [8].. 2.1.2.2 Análisis de la situación actual de la barra Cruces 110/34,5 kV La subestación Cruces 110/34,5 kV cuenta con un transformador de 25 MVA que en la actualidad tiene limitada su capacidad a 22 MVA por limitante de los fabricantes, al igual que los dos de CMC. De ella parten cuatro alimentadores, los cuales alimentan cargas fundamentalmente de tipo residencial o relacionado con la industria azucarera pertenecientes a los municipios de Cruces, Palmira y Lajas en la provincia, además de contar con un grupo de motores que se encuentran moviendo granos en zonas de almacenamiento. No se observa en la figura al municipio de Ranchuelo en la vecina provincia de Villa Clara. En las Tablas 2.6 y 2.7 se muestran algunos datos de interés de los alimentadores de Cruces para un día típico y la figura 4 muestra el lazo CMC-Cruces. Tabla 2.6. Pérdidas por alimentadores en Cruces Alimentador 75 76 101 1435 Total. Pc(kW). Eac(MW.h). ∆PT(kW). ∆ET(kW.h). 8581,2 2990,0 2804,7 7054 21429,9. 126199,60 33817,00 42464,00 127103,8 329583,6. 550,17 29,34 60,92 200,95 841,38. 5765,40 202,94 669,39 2946,90 9584,09. Tabla 2.7. Demanda y factor de potencia por alimentador Alimentador 75 76 101 1435 Total. Longitud (m) 22213 10 8000 37520 67743. Sd(kVA). Pd(kW). Fp. 9725,7 3299,0 3284,5 5270,7 21952,4. 9131,4 3019,3 2865,6 4833,1 19849, 4. 0,92 0,91 0,87 0,90 0,91. 22. Cargabilidad (%) 44,21 15,00 14,93 23,96 99,78. ∆E (%). Sd (%). 53,90 1,90 6,26 39,35. 44,30 15,03 14,96 24,01.

(29) CAPÍTULO 2 Descripción de la red eléctrica de la provincia Cienfuegos. Como se demuestra en las tablas anteriores la demanda de la barra está concentrada mayormente en las líneas de los interruptores 75, que alimenta la zona de Ranchuelo, y el 1435 que va hacia Espartaco donde la mayoría de su carga es residencial, pero también tiene peso la industrial y tiene una carga importante de sistemas de bombeos para la agricultura, el cual tiene un comportamiento específico pues su demanda pasa de máxima a mínima y viceversa. Por lo que su incidencia en el alimentador es definitoria, pues en el horario de máxima demanda de la barra no coincide con el del alimentador.. Figura 4. Lazo CMC-Cruces. Se destaca que estas líneas llevan casi el 70% de la misma, sin embargo, si se analizan las pérdidas de potencia y de energía, se ve que son mayores en el alimentador 75 que va hacia Villa Clara lo que se debe fundamentalmente a que no se tiene en cuenta la generación de las. 23.

(30) CAPÍTULO 2 Descripción de la red eléctrica de la provincia Cienfuegos. baterías y a la distancia que este recorre, estando sus cargas más fuertes en las subestaciones que alimentan al municipio de Ranchuelo relativamente al final de la línea. Al comparar la demanda del día típico con la capacidad del transformador antes mencionada, se observa que la barra está a un 99,78% de cargabilidad con respecto a su capacidad nominal, este análisis se ha hecho sin tener en cuenta la generación fuel-oil, diésel y la distribuida en sus alimentadores. Aunque es importante señalar que en la ausencia de los grupos electrógenos esta barra en determinadas ocasiones y en los últimos años ha llegado a sobrecargarse. Si se toma como criterio general que una barra como la que se analiza no debe estar a más del 80 % de cargabilidad por la reserva en capacidad que debiera tener para los casos en que se brinda respaldo a otras barras, se llega a la conclusión de que la misma se encuentra sin posibilidades de realizar esta función. Este problema de la cargabilidad se pudiera resolver de forma eventual mejorando las condiciones de enfriamiento del transformador de la subestación (conectando ventiladores auxiliares), llevándolo hasta su capacidad nominal y de una forma más duradera instalando otro transformador en paralelo con el que ya tiene la barra, pasando carga a subestaciones ya existentes o construyendo una nueva subestación más cercanas a los centros de carga. En el caso de Cruces los alimentadores tienen todos buenos factores de potencia, aunque pudieran tratar de mejorarse en las líneas del 101 por el predominio de la carga residencial entre las cargas que alimenta, valorando la instalación de capacitores en los circuitos de distribución. Si al igual que en CMC se hace un análisis de las condiciones de voltaje en las cargas se puede comprobar que son buenas en las cargas servidas por la barra Cruces 110/34,5 kV.. 2.1.2.3.Análisis de la situación actual de la barra Yaguaramas 110/34,5 kV Esta barra también es de gran importancia en la red de subtransmisión de la provincia por el peso que tienen económicamente muchas de sus cargas en la región, entre las que se encuentran dos grandes productores de azúcar y sus derivados como son los CAI 5 de Septiembre y Antonio Sánchez, además de las extensas zonas agrícolas de Horquita, los planes arroceros del municipio Aguada, el acueducto de Yaguaramas y las zonas urbanas de los municipios de Rodas y Aguada por solo mencionar algunas de las más importantes. Las subestaciones alimentadas en la trayectoria de cada alimentador, además de los calibres y longitudes del tronco, ramales y subramales, se pueden observar en la figura 5 y la figura 6.. 24.

(31) CAPÍTULO 2 Descripción de la red eléctrica de la provincia Cienfuegos. Figura 5 Lazo Yaguaramas-Colón. Al igual que la barra Cruces 110/34,5 kV, la subestación Yaguaramas tiene una capacidad nominal de 25 MVA en un solo transformador conectado, que también tiene limitada su capacidad a 22 MVA por las ya conocidas restricciones de fabricación. Al obtener la demanda de la barra en los días típicos (23,2 MVA) se puede comprobar que son malas sus condiciones de cargabilidad pues está a un 92,88 % con respecto a su capacidad nominal y a un 105,55 % respecto a la real que presenta. En las Tablas 2.8 y 2.9 se muestran los datos de demanda y pérdidas, así como el factor de potencia por alimentador de la barra Yaguaramas. Tabla 2.8. Pérdidas por alimentadores Alimentador 1400 1405 1415 Total. Pc(kW) 2755,9 6350,6 11071,7 20178,2. Eac(MW.h) 58360,4 102020,9 159512,9 319894,2. 25. ∆PT(kW) 62,53 255,83 676,00 994,36. ∆ET(kW.h) 1207,30 3098,31 6851,83 11782,43.

(32) CAPÍTULO 2 Descripción de la red eléctrica de la provincia Cienfuegos. Tabla 2.9. Demanda y factor de potencia por alimentadores Alimentador 1400 1405 1415 Total. Longitud (m) 10800 37940 65050 113790. Sd(kVA). Pd(kW). Fp. 3030,6 7136,4 12552 23219,9. 2818,4 6606,4 11747,7 21172,6. 0,92 0,94 0,89 0,93. Cargabilidad (%) 13,78 32,44 57,05 105,55. ∆E (%). Sd (%). 10,25 26,30 58,15. 13,05 30,73 54,06. En la tabla 2.9 se ilustra que tanto la demanda como las pérdidas de potencia y energía se concentran, como es de esperar, en los alimentadores1415 y 1405, los cuales sirven las cargas más alejadas y de más peso de la barra, llevando el 1400 solo un 13% aproximadamente de la demanda en cargas muy cercanas a la subestación. También se comprueba en la tabla los buenos factores de potencia que tienen los alimentadores, aunque el del 1415 está ligeramente por debajo de los demás no es un mal factor de potencia. Si analizamos, este alimentador aparte de ser el más largo y no tener un calibre uniforme en el tronco hasta la acumulación principal de cargas, abastece la mayor cantidad de cargas de la barra con más de un50% de demanda, las cuales están en su mayoría al final del circuito lo cual es la causa fundamental de que haya más de un 60% de las pérdidas totales. Con respecto al voltaje actual se puede decir que las cargas de Yaguaramas no tienen problemas en este aspecto.. 2.1.2.4.Análisis de la situación actual de la barra La Moza 110/34,5 kV Aunque esta barra se encuentra situada fuera de la provincia tiene gran importancia para Cienfuegos, puesto que alimenta la zona urbana del municipio de Cumanayagua, el Combinado Lácteo situado en este municipio, la Empresa Pecuaria más grande de la provincia, así como los bombeos Paso Bonito y Cemento de gran interés en la red hidráulica del territorio. La subestación La Moza cuenta con 25 MVA nominales de capacidad instalada en dos transformadores de 12,5 MVA cada uno conectados en paralelo. Por los ajustes de fabricación ya conocidos que están también presentes en estos transformadores, se limita la capacidad de los mismos a 11 MVA, que totalizan 22 MVA. El estudio de la Moza todavía no se ha podido concretar porque no se tienen aún los datos correspondientes a esta barra, aunque si podemos enumerar las medidas que se prevén en función de la situación actual de la misma. La subestación la Moza 110/34,5 kV tiene instalado dos transformadores de 12 MVA y de la misma parten tres alimentadores, dos hacia Cienfuegos y uno a Villa Clara. La cargabilidad de estos alimentadores es entre 6 y 9 MW, estando más cargados los que vienen a la provincia Cienfuegos y en su conjunto pueden sobrecargar las capacidades instaladas en la. 26.

(33) CAPÍTULO 2 Descripción de la red eléctrica de la provincia Cienfuegos. subestación. Por lo que se propone una solución: la división de la barra y la sustitución de uno de los transformadores de 12 por uno de 25 MVA, con lo que se puede ir solucionando la situación en la subestación. En el caso de los alimentadores se propone la rehabilitación de los mismos con cambios de calibre, del 332 a partir de la subestación hasta el Tablón; y del 333, desde el entronque del Abra hasta el 1044, porque las cargas que se podían servir de CMC con los crecimientos no se pueden asimilar desde esta barra. Con las mejoras planteadas se puede resolver las problemáticas de las redes, quedando pendiente la valoración del incremento de la generación distribuida para el aseguramiento de la zona de Cumanayagua, porque esta se alimenta de dos alimentadores que recorren una distancia cercana a los 20 km y cualquier fenómeno climático los pudiera afectar a ambos.. 2.1.2.5.Análisis de la situación actual de la barra Juraguá 110/34,5 kV Esta barra debe su surgimiento a lo que constituyó el proyecto y puesta en marcha de la construcción de la Central Electro Nuclear (CEN) en Juraguá y a todo el desarrollo, tanto industrial como residencial que acarrearía esta planta generadora en la zona. A pesar de la paralización de la CEN, la barra en la actualidad alimenta algunas cargas de interés como la Papelera Damují, las zonas urbanas del municipio Abreus, la CEN y el CAI Guillermo Moncada. En la figura 6 se observa cada uno de los alimentadores que parten de Juraguá con sus respectivos calibres en troncos, ramales y subramales, así como las cargas que alimentan. La capacidad nominal de la barra es de 25 MVA concentrada en un solo transformador que, a diferencia de los transformadores de las demás barras, no tiene problemas de fabricación que limiten su capacidad.. 27.

(34) CAPÍTULO 2 Descripción de la red eléctrica de la provincia Cienfuegos. Figura 6. Lazo CMC – Yaguaramas – Juraguá.. En las Tablas 2.10 y 2.11 a continuación, se muestran los datos de cargabilidad, demanda y factor de potencia en las líneas de Juraguá. Tabla 2.10. Datos de pérdidas por alimentador Alimentador. Pc(kW). Eac(MW.h). ∆PT(kW). ∆ET(kW.h). 1880 1890 Total. 6285,6 3100 9385,6. 108356 35061 143417. 249,77 36,75 286,52. 3400,80 254,15 3654,95. Tabla 2.11. Demanda y factor de potencia por alimentador Alimentador. Longitud(m). Sd(kVA). Pd(kW). Fp. Cargabilidad (%). 1880 1890 Total. 38400 50 38450. 6975,5 3242,3 10291,0. 6338,0 3136,7 9474,7. 0,90 0,96 0,93. 27,90 12,97 41,16. ∆E (%) 32,6 6,60. Sd (%) 67,78 31,51. Si se suma la demanda de cada uno de los alimentadores tabulados se obtiene que la de la barra oscila sobre los 10 MVA, lo que al compararlo con los 25 MVA instalados nos da aproximadamente un 42% de cargabilidad que muestra lo subcargada que está la barra, constituyendo una importante reserva de capacidad para la provincia y una solución muy viable. 28.

(35) CAPÍTULO 2 Descripción de la red eléctrica de la provincia Cienfuegos. a la hora de brindar respaldo a otras barras. Además, la misma será sometida a un incremento de carga dado el desarrollo petroquímico que tendrá lugar en la provincia con la ampliación de la refinería, muy cerca de allí. En el alimentador 1880 las pérdidas de energía son altas, pues representan un 93% aproximadamente de las totales de la barra. Cuando se revisaron las cargas a las que este alimentador les presta servicios, sus curvas características, así como los calibres del tronco y sus ramales, después de hecho esta revisión, se observa que el calibre en el tronco no es adecuado al final donde se encuentran cargas considerables, lo que influye directamente en las altas pérdidas. Además de tener una carga importante de bombeos para la agricultura lo que influye directamente en los resultados. En la tabla 2.12 se muestran los buenos factores de potencia que tienen ambos alimentadores, el del 1880 a pesar de sus altas pérdidas es bueno y el del alimentador 1890 es muy bueno debido a que presta servicio solamente al pueblo CEN, situado a una distancia muy pequeña de la barra. No se aprecian problemas de voltaje en la barra. No se tiene en cuenta la generación distribuida correspondiente, como se ha planteado anteriormente. 2.2 Capacidad de generación de electricidad con fuentes propias del territorio. En la provincia se encuentra la Empresa Termoeléctrica en el Municipio Cabecera con 2 unidades de 158 MW cada una. En el año 2005 la dirección del país decide una nueva estrategia para desarrollar la generación de energía eléctrica llamada Revolución Energética, la cual tiene entre sus lineamientos llevar a cabo una transformación profunda del SEN, aumentando su capacidad de generación con la instalación de eficientes grupos electrógenos, los cuales fueron instalados de forma distribuida por todo el territorio nacional. La provincia tiene 2 unidades de 158 MW en CMC; además cuenta con: . Grupos Electrógenos Aislados ubicados en subestaciones de distribución.. . Baterías de Grupos Electrógenos Diésel asociadas a barras de subestaciones de 110/33 kV y 110/13 kV conectadas por 33 0 13 kV.. . Baterías de Grupos Electrógenos Fuel asociadas a Barras de subestaciones 110/33 kV conectadas por 33 kV.. 29.

(36) CAPÍTULO 2 Descripción de la red eléctrica de la provincia Cienfuegos. Tabla 2.12. Grupos Electrógenos Aislados en la Provincia Subestación Arimao Balboa* Hormiguero C.E.N.(Juraguá) A.Zánchez (Covadonga). Generadores. Trafos por grupos electrógenos. No. 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2. MVA 1150 1150 1150 1150 1150 2360 1150 2360 2360 2360. Trafos 1500 1500 1500 1500 1500 2500 1500 2500 2500 2500. kV(baja) 13,8 13,8 13,8 13,8 13,8 13,8 13,8 13,8 13,8 13,8. Barra. %Z 5,7 5,75 5,72 5,72 5,69 6,47 5,72 6,34 6,04 6,04. CMC Cruces Cruces Juraguá Yaguaramas. *Actualmente Balboa se encuentra fuera de servicio por presentar afectaciones de contaminación acústica. Tabla 2.13. Baterías de Grupos Electrógenos Diésel en la Provincia. Subestación. Generadores. Trafos por grupos electrógenos y trafos por batería. No.. Trafos. 1. MVA 2360. 2500. kV(alta). 13,8. kV. 0,48. 5,83. %Z 20. MVA kV(alta) 34,5. kV. Tap % Z. 13,8. 2. 2360. 2500. 13,8. 0,48. 5,84. 3. 2360. 2500. 13,8. 0,48. 5,95. Junco 33. 4. 2360. 2500. 13,8. 0,48. 5,82. I. 8,09. (Barra CMC). 5. 2360. 2500. 13,8. 0,48. 5,84. III. 8,10. 6. 2360. 2500. 13,8. 0,48. 5,79. IV. 8,21. 7. 2360. 2500. 13,8. 0,48. 6,07. 8. 2360. 2500. 13,8. 0,48. 6,06. 9. 2360. 2500. 13,8. 0,48. 5,73. 10. 2360. 2500. 13,8. 0,48. 5,79. 11. 2360. 2500. 13,8. 0,48. 5,82. Enlazado directamente en la barra de. 12. 2360. 2500. 13,8. 0,48. 5,81. 13 kV en la subestación Junco 110/13. 13. 2360. 2500. 13,8. 0,48. 5,87. kV.. 14. 2360. 2500. 13,8. 0,48. 5,84. 15. 2360. 2500. 13,8. 0,48. 5,98. Junco 13 (barra Junco). 30.

(37) CAPÍTULO 2 Descripción de la red eléctrica de la provincia Cienfuegos. Cruces 33 (barra. Diésel. Cruces). 16. 2360. 2500. 13,8. 0,48. 5,86. 1. 2360. 2500. 13,8. 0,48. 6,41. 2. 2360. 2500. 13,8. 0,48. 6,43. 3. 2360. 2500. 13,8. 0,48. 6,38. 4. 2360. 2500. 13,8. 0,48. 6,56. 5. 2360. 2500. 13,8. 0,48. 6,48. 6. 2360. 2500. 13,8. 0,48. 7. 2360. 2500. 13,8. 8. 2360. 2500. 13,8. I. 8,39. II. 8,14. III. 7,94. 6,53. IV. 7,80. 0,48. 6,55. V. 7,71. 0,48. 6,44. 20. 34,5. 13,8. Estas baterías diésel, aunque si requieren de un gran gasto de petróleo en comparación con otras fuentes generadoras, son de vital importancia en la provincia ya que el tiempo de respuesta de estas máquinas es relativamente rápido y por tanto constituyen un respaldo importante para la generación en condiciones meteorológicas desfavorables. Además de prestar servicio mayormente en el horario de máxima demanda del sistema. Los estudios realizados de estas instalaciones demuestran que no se puede abolir su servicio del sistema eléctrico, aunque sea notable el gasto de combustible, debido a sus características de rápida operación. Tabla 2.14. Baterías de Grupos Electrógenos Fuel en la Provincia. Generadores. Trafos por grupos electrógenos. No. kW. Trafos. kV(alta). kV. %Z. MVA. 1. 1700. 2. 1700 8500. 34,5. 4,16. 5,83. 8500. Subestación. Cruces 33 con generadores. 3. kVA.. %Z. 5,83 34,5. 4. 1700. 5. 1700 8500. 6. kV. 1700. con fp=0,8 y 2125. kV(alta). 34,5. 4,16. 1700. 31. 4,16. 8500. 5,83. +. +. 5,83.

(38) CAPÍTULO 2 Descripción de la red eléctrica de la provincia Cienfuegos. Yaguaramas. 7. 1700. 8. 1700. 9. 1700. 10. 1700. 11. 1700. 12. 1700. 1. 1700. 2. 1700. 3. 1700. 4. 1700. 5. 1700. 6. 1700. 8500. 5,83. 5,83. 8500. 34,5. 4,16. 5,83. 8500. 34,5. 4,16. 5,83. 8500. 8500. 34,5. 4,16. 5,83. 8500. 8500. 34,5. 4,16. 5,83. 8500. con generadores con. 7. 1700. 8. 1700. 9. 1700. 10. 1700. 34,5. 4,16. 5,83. fp=0,8 y 2125 kVA.. 11. 1700. 12. 1700. 5,83. Como se muestra en las tablas anteriores (2.14 y 2.15) en el caso específico de la provincia Cienfuegos fueron instaladas varias baterías de grupos electrógenos Diésel, en los emplazamientos del Junco 13 kV y Junco 34,5 kV, Cruces y Yaguaramas, los cuales cuentan. 32.

(39) CAPÍTULO 2 Descripción de la red eléctrica de la provincia Cienfuegos. con 8 máquinas cada una de 2,4 MW cada una; esta generación es inyectada directamente a las barras de 34,5 o 13 kV de dichas subestaciones. Las Fuel cuenta con 12 máquinas de 1,7 MW cada una donde la generación es inyectada directamente a las barras de 33 kV de las respectivas subestaciones. Además de la generación distribuida instalada en forma de baterías en las principales subestaciones, se construyeron una serie de pequeños emplazamientos, los cuales son conocidos como generación aislada y su principal característica es que se encuentran instalados en las subestaciones de distribución, con el objetivo de que la generación sea inyectada directamente en las cargas. En el caso de Cumanayagua en la subestación El Tablón 33/13 kV se encuentra una Batería de Diésel de pequeño formato. La tabla 2.15 representa los datos generales vinculados a la batería diésel de Cumanayagua ubicado en la subestación El Tabloncillo para diferentes grados de cargabilidad (100, 80 y 75 %) con dos de 500 kVA y nueve de 425 kVA. Actualmente El Tablón o La Campanita se encuentran fuera de servicio por afectaciones sonoras en el vecindario. Tabla 2.15. Grupos Electrógenos Diésel Pequeños en la Provincia Datos S(MVAn) P(MWn) Q(Mvarn) Cos fi 80 % P 80 % Q 75 % P 75 % Q. Maq1 0.5 0.47 0.156 0.95 0.38 0.125 0.356 0.117. Maq2 0.5 0.47 0.156 0.95 0.38 0.125 0.356 0.117. Maq3 0.425 0.404 0.133 0.95 0.323 0.106 0.303 0.100. Maq4 0.425 0.404 0.133 0.95 0.323 0.106 0.303 0.100. Maq5 0.425 0.404 0.133 0.95 0.323 0.106 0.303 0.100. Maq6 0.425 0.404 0.133 0.95 0.323 0.106 0.303 0.100. Maq7 0.425 0.404 0.133 0.95 0.323 0.106 0.303 0.100. Maq8 0.425 0.404 0.133 0.95 0.323 0.106 0.303 0.100. Maq9 0.425 0.404 0.133 0.95 0.323 0.106 0.303 0.100. En resumen, en la Provincia se dispone de: . 16,3 MVA de Potencia Generadora Instalada en GEA.. . 56,6 MVA de Potencia Generadora Instalada en Baterías Diésel.. . 51,0 MVA de Potencia Generadora Instalada en Baterías Fuel.. . 4,8 MVA de Potencia Generadora Instalada en Baterías Diésel pequeñas.. . 128,8 MVA de Potencia Generadora Instalada en Generación Distribuida.. 33. Maq10 0.425 0.404 0.133 0.95 0.323 0.106 0.303 0.100. Maq11 0.425 0.404 0.133 0.95 0.323 0.106 0.303 0.100.

(40) CAPÍTULO 2 Descripción de la red eléctrica de la provincia Cienfuegos. 2.2.1. Parque Solar Foto Voltaico (PSFV): En la Provincia se encontraban en funcionamiento cuatro parques PSFV (Cantarrana y Bagacera Cruces), (Cárnico Palmira) y el cuarto (El Pino en Rodas) para el cierre del 2017, es de destacar el adecuado funcionamiento y la entrega al Sistema Electroenergético Nacional(SEN) de estas instalaciones. Para abril del 2018 entro en funcionamiento Yaguaramas con una capacidad instaladas de 5.0 MWp. Logrando una generación de 16.5MWp en la provincia. [10] Tabla 2.16. Generación fotovoltaica. PSFV Cantarana Cruces Palmira El Pino Yaguaramas. Capacidad Instalada (MWp) 2.6 3.1 3.6 2.2 5.0. 2.2.2. Mini hidroeléctricas: La provincia cuenta con varias mini hidroeléctricas, conectadas y no conectadas al SEN. Tabla 2.17 Información de Mini-hidroeléctricas en la provincia Cienfuegos. Fuente: [9]. EMPRESA ELECTRICA CIENFUEGOS Nro Nombre. Cantidad de Viviendas. Mini-hidroeléctricas No conectadas. 1 El Túnel 2 Charco Azul 3 Monforte 4 Hoyo de Padilla 5 Rio Chiquito 6 Yaguanabo Arriba 7 Palmarito 8 Vega del Café 9 Cimarrones 10 Calaña 11 El Mamey 12 El Naranjo Mini-hidroeléctricas Sincronizadas. 5 7 45 49 19 68 4 4 38 14 137 140. 34.