Análisis del estado actual de las pérdidas técnicas en circuitos primarios de la ciudad de Santa Clara

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(1)Titulo: Análisis del estado actual de las Pérdidas Técnicas en Circuitos Primarios de la Ciudad de Santa Clara. Autor: Alexander Estrada Santos. Tutor: Ing. Onelio Delgado Castellanos. Ing. Juan Ramón Ferrer Méndez..

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electroenergética. TRABAJO DE DIPLOMA Titulo: Análisis del estado actual de las Pérdidas Técnicas en Circuitos Primarios de la Ciudad de Santa Clara. Autor: Alexander Estrada Santos. E-Mail: [email protected] Tutores: Ing. Onelio Delgado Castellanos. Ing. Juan Ramón Ferrer Méndez E-mail: [email protected] E-mail: [email protected]. Santa Clara 2012 “AÑO 54 DE LA REVOLUCIÓN.”.

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería Eléctrica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Tutor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. Los simples heredarán necedad; mas los prudentes se coronarán de sabiduría. Proverbios 14:18.

(5) ii. DEDICATORIA. Dedicado a mi Padre Celestial y a mi esposa Ania.

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. A Dios que jamás me ha abandonado ni desamparado sino que siempre ha estado junto a mí, mostrándome su amor y dándome su misericordia, gracia y favor divino por Cristo Jesús. Quiero expresar mi agradecimiento muy especial a mi esposa Ania por haberme sabido comprender en todos los momentos por lo que he transcurrido en el trayecto de mi carrera. A todos los que de una forma u otra han colaborado en la realización de este trabajo; pero entre ellos desearía nombrar de forma explícita a mis compañeros de curso que han transitado junto a mí estos 6 años de fructífera carrera; al ingeniero Juan Ramón y al Dr. Zaid por su colaboración y además a mis hermanos y compañeros de trabajo por su apoyo desinteresado hacia mí para que yo pudiese realizar mi sueño de llegar a ser ingeniero y a todo el personal de la UEB Santa Clara, en general los cuales me apoyaron en todo momento..

(7) iv. TAREA TÉCNICA.  Recorrer y actualizar los circuitos que se tomaron para ser examinados.  Abordar las diferentes vías para el control y determinación de las pérdidas en Distribución.  Obtener los valores de pérdidas técnicas del municipio.  Desarrollar un método estadístico mediante el cual se pueda determinar las pérdidas en distribución primaria.  Estudio de mejoras en los circuitos para las nuevas condiciones de operación.  Actualizar las características de las cargas con la ayuda de las lecturas realizadas con los NULEC.  Emitir recomendaciones sobre los posibles cambios estructurales de los circuitos, basadas en un análisis técnico-económico.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(8) v. RESUMEN. El trabajo surge como una necesidad real en la Empresa Eléctrica de la provincia de Villa Clara, para analizar la determinación del nivel de pérdidas técnicas en distribución primaria en el municipio de Santa Clara. Para esto se determinó a partir del desarrollo de un método estadístico (diseños muestreales), donde inicialmente se realizó un recorrido por el ámbito mundial referente al tema de pérdidas, donde se exponen metodologías aplicadas para la determinación de este factor negativo, dentro de las cuales se muestran dos que se aplican en nuestro país. El estudio realizado tomó como muestra de 22 de los 54 circuitos existentes de la ciudad, lo que es una representación del total de circuitos de distribución. Se conformó un gráfico promedio semanal de los circuitos con NULEC y los demás, se requirieron del criterio de técnicos y especialistas. Se tomaron datos estadísticos y tablas procedentes de la Empresa Eléctrica (Despacho), los cuales intervinieron en los cálculos efectuados a fin de determinar las pérdidas. Se actualizaron sus monolineales. Una vez actualizados todos los datos, se realizó la corrida de los mismos en el programa Radial del CEE de la UCLV y donde también se usaron aplicaciones del Microsoft EXCEL..

(9) vi. TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO ....................................................................................................................1 DEDICATORIA .....................................................................................................................2 AGRADECIMIENTOS ..........................................................................................................3 TAREA TÉCNICA.................................................................................................................4 RESUMEN .............................................................................................................................5 INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................1 CAPÍTULO 1.. VISTA MUNDIAL Y METODOLOGÍA UTILIZADA EN LA. DETERMINACIÓN DE PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN DISTRIBUCIÓN PRIMARIA. ..3 1.1. Sistemas Eléctricos de Potencia (SEP) ....................................................................3. 1.2. Sistemas de Distribución..........................................................................................4. 1.2.1. Principales componentes de los Sistemas de Distribución ...............................5. 1.2.2. Alimentadores Primarios de Distribución.........................................................5. 1.2.3. Transformadores de Distribución .....................................................................5. 1.3. Vista Global. ............................................................................................................6. 1.4. Pérdidas. ...................................................................................................................8. 1.5. Opciones para la evaluación de pérdidas de energía eléctrica. ................................9. 1.5.1. Utilización del Software Radial........................................................................9. 1.5.2. Procedimiento para el Balance de Energía y Cálculo de las Pérdidas de. Distribución en las Empresas Eléctricas Provinciales ..................................................10.

(10) vii 1.5.3. Método de la OLADE (OLADE, (1993))......................................................14. CAPÍTULO 2.. ACTUALIDAD EN NUESTRA PROVINCIA Y UTILIZACIÓN DEL. MÉTODO MUESTREAR. ...................................................................................................20 2.1. Características energéticas de la provincia de Villa Clara.....................................21. 2.2. Circuitos de distribución primaria de Santa Clara .................................................24. 2.3. Aplicación del método evaluador. (Método de Muestreo) ....................................25. 2.4. Obtención de los Tamaños de Muestra a Estudiar .................................................26. CAPÍTULO 3.. ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS ESCOGIDOS....................................30. 3.1. Identificación y rasgos de los circuitos muestreados .............................................31. 3.2. Curvas de demandas de los circuitos analizados....................................................42. 3.3. Estimación de las pérdidas técnicas al pasar los circuitos de 4 kV a 13 kV..........44. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...................................................................45 Conclusiones.....................................................................................................................45 Recomendaciones .............................................................................................................46 ANEXOS ..............................................................................................................................47 Anexo I Anexo II. “Redes de 110 kV (rojo) y Redes de 33 kV (negro)” .............................47 Esquemas Monolineales de los circuitos Estudiados. .................................48. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................58.

(11) INTRODUCCIÓN. 1. 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 15%), principalmente por causas técnicas en la red de distribución primaria. La Unión Nacional 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 10%. Según análisis se ha demostrado que es mejor recuperar un kW de pérdidas haciendo mejoras, que no generarlo a partir de otras fuentes. En la actualidad se acometen innumerables planes para reducir las pérdidas de energía, las cuales son un reflejo fiel del estado tecnológico de cualquier sistema electroenergético. La sociedad actual ha activado organizaciones y fondos con vista a la reducción de este importante indicador de la calidad de la energía. Estas organizaciones les facilitarían créditos a los países interesados en reducir sus pérdidas de energía. La celebración de fórum y eventos internacionales de las organizaciones vanguardias en este tema hacen posible un mejor entendimiento de la panorámica mundial en que nos vemos inmersos cada día más. IEEE, SIEMENS, OLADE entre otros proponen métodos para dar soluciones a las problemáticas referidas al tema. Debido al alto costo de la energía eléctrica en los momentos actuales, se impone cualquier medio que permita ahorrarla y aprovecharla óptimamente, lo que puede traducirse en disminución de pérdidas y mejora del factor de potencia, que requiere la búsqueda de nuevos métodos que sean eficientes y económicamente justificables. Para satisfacer la demanda y como parte de los trabajos de.

(12) INTRODUCCIÓN. 2. rehabilitación de la red de distribución se desea realizar un estudio minucioso de los circuitos encaminado a dar solución a los problemas existentes. Para esto se requiere de parámetros tales como los niveles de demanda, el factor de carga, las características de los consumidores. El desarrollo que ha experimentado nuestra provincia en estos últimos años es fruto del programa energético que se desarrolla en toda la isla. En la actualidad contamos con un número apreciables de grupos Diesel y Fuel Oil, los cuales están conectados al sistema electroenergético nacional mediante las líneas de transmisión. En cuanto al tema que trataremos en este trabajo cabe mencionar la influencia que han jugado los programas energéticos en el ahorro de energía y con ello a la reducción de las pérdidas técnicas de energía. Este aspecto constituye en la actualidad una prioridad de la Empresa Eléctrica de Villa Clara debido al ahorro de energía que se producirá..

(13) CAPÍTULO 1. VISTA MUNDIAL Y METODOLOGÍA UTILIZADA EN LA DETERMINACIÓN DE. 3. PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN DISTRIBUCIÓN PRIMARIA. CAPÍTULO 1.VISTA MUNDIAL Y METODOLOGÍA UTILIZADA EN LA DETERMINACIÓN DE PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN DISTRIBUCIÓN PRIMARIA.. Desde que se funda el mundo y es creado el hombre, este percibió cambios que en aquellos momentos no se podían explicar, pero ha sido la energía el motor impulsor del desarrollo del hombre y en conjunto con su necesidad del uso de sus leyes, herramientas invaluables a la hora de explicar fenómenos y crear teorías. Obtenemos así que en el transcurso del tiempo ha sido la energía quien ha llevado a nuestra especie al lugar en que nos encontramos, convirtiéndose cada vez más en algo indispensable para la vida. En este capítulo se abordan temas afines al trabajo y a la actualidad mundial que gira alrededor del panorama energético. 1.1. Sistemas Eléctricos de Potencia (SEP). Las bases de la energía eléctrica fueron cimentadas a medidos del siglo XIX, cuando el científico inglés, Michael Faraday, en el año de 1831, descubrió el fenómeno de la inducción electromagnética que permitió su producción, transportación y una de sus principales aplicaciones: la conversión electromecánica, además de ésta, la energía eléctrica puede también transformarse en energía luminosa o luz, energía térmica, y más recientemente es la base para el funcionamiento de equipos y dispositivos que apoyan y multiplican la capacidad intelectual del hombre. [8, 9, 10].

(14) CAPÍTULO 1. VISTA MUNDIAL Y METODOLOGÍA UTILIZADA EN LA DETERMINACIÓN DE. 4. PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN DISTRIBUCIÓN PRIMARIA. Un Sistema Eléctrico de Potencia (SEP), es el conjunto de centrales generadoras, de líneas de transmisión interconectadas entre sí y de sistemas de distribución esenciales para la producción, el transporte y la distribución de la energía eléctrica. 1.2. Sistemas de Distribución.. Como elemento esencial de los SEP, las redes de distribución primaria son las instalaciones que operan a menos de 34.5 kV y tienen como función entregar la energía eléctrica a los transformadores de distribución asociados a las redes secundarias, que a su vez alimentan a los clientes. Se proyectan para que puedan, de forma fácil, evolucionar de modo que puedan ser ampliados progresivamente, con escasos cambios en las construcciones existentes tomando en cuenta ciertos principios económicos, con el fin de asegurar un servicio adecuado y continuo para la carga presente y futura al mínimo costo de operación. Estas redes constituyen, después de la generación, las que mayores inversiones requieren, y es aquí donde se producen las mayores pérdidas del proceso electroenergético. Las redes radiales son soterradas en las grandes ciudades, y aéreas en el resto de las instalaciones, son las más ampliamente usadas y recuerdan la estructura de un árbol ya que reciben la energía que van “entregando” a lo largo de su recorrido. La figura 1.1 muestra el diagrama monolineal de una red de distribución primaria. [13]. Figura 1.1 Circuito de distribución primaria radial.

(15) CAPÍTULO 1. VISTA MUNDIAL Y METODOLOGÍA UTILIZADA EN LA DETERMINACIÓN DE. 5. PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN DISTRIBUCIÓN PRIMARIA. Cuando se requiere una mayor flexibilidad y continuidad del servicio es posible utilizar configuraciones más elaboradas y así surgen las redes en lazo o en malla, más costosas y menos utilizadas. 1.2.1. Principales componentes de los Sistemas de Distribución. Los principales elementos componentes de un sistema de distribución son:  Equipo de medición.  Alimentadores secundarios.  Alimentadores primarios de distribución.  Acometidas.  Transformadores de distribución. En este trabajo se abordan las componentes involucradas con el sistema de distribución primaria. 1.2.2. Alimentadores Primarios de Distribución.. Son los encargados de llevar la energía eléctrica desde las subestaciones hasta los transformadores de distribución, que pueden ser trifásicos o monofásicos. Los conductores van soportados en postes cuando se trata de instalaciones aéreas y en ductos cuando se trata de instalaciones subterráneas. Su conformación es a través del tronco primario y sus ramales. 1.2.3. Transformadores de Distribución. Los transformadores de distribución son los equipos encargados de cambiar la tensión primaria a un valor menor de escaso riesgo y de fácil manipulación. La capacidad del transformador se selecciona en función de la magnitud de la carga, debiéndose tener especial cuidado en considerar los factores que influyen en ella, tales como el factor de demanda y el factor de coincidencia. El porciento de impedancia de un transformador afecta la regulación de la tensión y el valor de las corrientes de corto circuito que fluyen por los devanados ante fallas en los alimentadores secundarios. El porciento de resistencia indica el porciento de pérdidas de.

(16) CAPÍTULO 1. VISTA MUNDIAL Y METODOLOGÍA UTILIZADA EN LA DETERMINACIÓN DE. 6. PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN DISTRIBUCIÓN PRIMARIA. cobre a plena carga y para las conexiones de los transformadores monofásicos se seleccionan en función de la carga monofásica y trifásica asociadas a ellos. 1.3. Vista Global.. La economía mundial percibió durante el año 2011 un brusco ritmo de decrecimiento respecto a lo observado en años anteriores. Dicho decrecimiento fue el resultado de varios shocks que la han golpeado durante el 2011, lo que se ha traducido en una moderación en el decrecimiento de los tres principales bloques económicos (Estados Unidos, Europa y Japón). A pesar del menor dinamismo en los principales bloques, las principales economías emergentes cerraron el 2011 con elevadas decadencias. Existe una estrecha relación entre el crecimiento de la economía y la producción y consumo de energía, fuertemente influenciado por el precio del petróleo. En la actualidad la producción mundial de energía se manifiesta según la figura 1.2.. Figura 1.2 Producción Mundial de Energía.. La actualidad mundial muestra que con el vertiginoso crecimiento de la demanda de energía, hubo que aumentar la capacidad de generación a fin de abastecer esta demanda creciente según aparece en la figura 1.3..

(17) CAPÍTULO 1. VISTA MUNDIAL Y METODOLOGÍA UTILIZADA EN LA DETERMINACIÓN DE. 7. PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN DISTRIBUCIÓN PRIMARIA. Figura 1.3 Producción y Composición de la Energía producida a nivel Mundial. El crecimiento mundial junto al desarrollo que presenta la industria han originado el aumento del consumo de energía, figura1.4.. Figura 1.4 Crecimiento de la Demanda Mundial Es importante destacar que en nuestro continente existen potenciales por explotar a fin de lograr la integración energética de Latinoamérica y así conformar un bloque compacto en cuanto a generación y consumo. Latinoamérica debe impulsar proyectos hidroeléctricos y complementar con gas natural, ya que hay grandes reservas de éstas dos fuentes energéticas. La integración energética mediante redes eléctricas y gasoductos es un tema decisivo para el abastecimiento y desarrollo del continente..

(18) CAPÍTULO 1. VISTA MUNDIAL Y METODOLOGÍA UTILIZADA EN LA DETERMINACIÓN DE. 8. PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN DISTRIBUCIÓN PRIMARIA. Europa consume 2.450 TWh/año de electricidad de los cuales una gran parte se obtienen a partir de combustibles fósiles. Aunque Europa tiene un gran potencial de energías renovables, fundamentalmente viento y sol, cuenta con dos grandes inconvenientes, en primer lugar la elevada densidad de población del continente y por otro la temporalidad de los recursos. Así, con respecto a la energía eólica, las zonas con mayor potencial (Noruega, Dinamarca o Escocia) tienen en verano un indicador muy inferior al disponible en invierno. 1.4. Pérdidas.. Todo proceso es susceptible de ser evaluado desde el punto de vista de la eficiencia, particularmente en los sistemas de distribución de energía eléctrica. Dicho parámetro se evalúa mediante un índice de pérdidas, definido por la Comisión de Regulación de Energía y GAS (CREG) que relaciona la diferencia entre la energía entregada y la energía facturada. Para las CREG las pérdidas están clasificadas en dos grandes grupos: pérdidas técnicas y pérdidas no técnicas. Las pérdidas técnicas: Se deben, en gran parte a la disipación de calor producida por la circulación de corriente en los conductores y transformadores, además existen: la fuga debida a aisladores en mal estado y la vibración en transformadores. Dentro de las pérdidas no técnicas están clasificadas las conexiones ilegales, los fraudes, la no facturación en zonas rojas, las fallas en la administración y las fallas en contadores. Cada uno de los dos grupos anteriores es responsable de cerca de la mitad de las pérdidas reales. Las pérdidas de energía en las redes eléctricas de los países europeos y del primer mundo exhiben valores muy reducidos, siendo Luxemburgo el de menor nivel de perdidas en distribución con un 1.7%, debido a que este pequeño país no requiere de líneas de transmisión al estar interconectado con sus vecinos. Este trabajo pretende enfrentar el problema de la estimación de las pérdidas técnicas en sistemas de distribución primaria radial, usando como estrategia el muestreo de los circuitos de distribución. Cabe mencionar que para el caso de sistemas radiales existen diversos estudios que abordan técnicas robustas y que proporcionan resultados interesantes desde el punto de vista computacional..

(19) CAPÍTULO 1. VISTA MUNDIAL Y METODOLOGÍA UTILIZADA EN LA DETERMINACIÓN DE. 9. PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN DISTRIBUCIÓN PRIMARIA. 1.5. Opciones para la evaluación de pérdidas de energía eléctrica.. En la literatura relacionada con las diferentes metodologías o formas de evaluación de pérdidas técnicas tanto nacionales como internacionales, se destacan cuatro formas de calcular las pérdidas. . El usado en el software RADIAL.. . La aplicada por la Unión Nacional Eléctrica (UNE).. . La recomendada por la OLADE.. Todas estas vías de análisis de una forma u otra, enfocan su objetivo hacia el cálculo de las pérdidas de energía. 1.5.1. Utilización del Software Radial.. El software RADIAL determina tanto las pérdidas de potencia como las de energía a través de un flujo de carga trifásico, para ello requiere: . Modelación de la red. Diagrama monolineal, calibres de los conductores, distancias de los tramos, separación entre fases, transformadores de distribución (pérdidas de hierro y % de resistencia y reactancia), fase a la que se conectan. Características de las cargas: gráficos horarios, composición de carga monofásica y trifásica, transformadores a los que se han conectado. . Corrida del flujo trifásico.. . Con las pérdidas de potencia y las horas equivalentes (ecuación 1) por fase y por tramo se calculan las pérdidas de energía.. Ecuación (1).

(20) CAPÍTULO 1. VISTA MUNDIAL Y METODOLOGÍA UTILIZADA EN LA DETERMINACIÓN DE. 10. PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN DISTRIBUCIÓN PRIMARIA. Donde:. Ecuación (2) Las pérdidas de cobre en los transformadores se calculan de forma análoga, sólo que antes deben determinarse la distribución de la corriente en cada uno de ellos (cuando son dos o más formando un banco). Las pérdidas de hierro son constantes. 1.5.2. Procedimiento para el Balance de Energía y Cálculo de las Pérdidas de Distribución en las Empresas Eléctricas Provinciales. Sus objetivos son: 1.. Establecer un método único para la confección del balance de energía y el cálculo de las Pérdidas de Energía Eléctrica en las Empresas Eléctricas Provinciales.. 2.. Lograr que el Porciento de Pérdidas de Distribución sea representativo del estado de utilización de la energía en cada territorio, que no esté alterado por consumidores exclusivos de la Alta Tensión, sin incidencia en las pérdidas de distribución y valores de transferencias. Por lo que se definirán dos valores de Pérdidas: Pérdidas Totales de Distribución y Pérdidas de Distribución sin clientes de la Alta tensión (tarifas A-1 y A-2).. 3.. Lograr un valor único de Pérdidas para todas las áreas de las Empresas Eléctricas Provinciales (EEP) y la Unión Eléctrica.. Este tiene un Alcance: Se aplica al cálculo de las Pérdidas Totales de Distribución y de las Pérdidas de Distribución sin Consumidores de la Alta Tensión en todas las Empresas Eléctricas provinciales (EEP) de la Unión Eléctrica..

(21) CAPÍTULO 1. VISTA MUNDIAL Y METODOLOGÍA UTILIZADA EN LA DETERMINACIÓN DE. 11. PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN DISTRIBUCIÓN PRIMARIA. Definiciones con relación a la Energía de Entrada Energía Total Consumida (ET): Es la energía consumida en un territorio dado, se obtiene por la suma de las energías siguientes: Energía recibida de transmisión (E1T), Compra a Plantas Industriales (E1P), Energía neta de Sistemas Aislados (E1SA), Energía neta de los grupos electrógenos diesel (E1GED), Energía neta de los grupos electrógenos de fuel oíl (E1GED), la Energía neta de la generación de Hidroenergía (E1H), la Energía neta de la generación Eólica (E1E), Energía de Transferencia recibida en Distribución (T1), menos la Transferencia entregada en Distribución (T2) y la Energía servida en la transmisión (T3). Se certifica en el modelo 105-234 (Balance de Energía). Ecuación (3) Ecuación (3) Donde: o Energía recibida de Transmisión (E1T) o Compra a Plantas Industriales (E1P) o Energía neta de Sistemas Aislados (E1SA) o Energía neta de los grupos electrógenos diesel (E1GED) o Energía neta de los grupos electrógenos de fuel oíl (E1GED) o Energía neta de la generación de Hidroenergía (E1H) o Energía neta de la generación Eólica (E1E) o Transferencia recibida en Distribución (T1) o Transferencia entregada en Distribución (T2) o Energía servida en la transmisión (T3) o Energía consumida en Clientes exclusivos de la Alta Tensión (FTAT) o Energía Total Consumida en la Distribución (ETD) Ecuación (4) Definiciones con relación a la Energía Facturada o Energía Total Facturada (FT): Es la energía facturada en un territorio, se obtiene por la suma del Consumo del sector Residencial (CSR), el Consumo del Sector Estatal Mayor (CSEM) y menor (CSEm) y el Consumo de.

(22) CAPÍTULO 1. VISTA MUNDIAL Y METODOLOGÍA UTILIZADA EN LA DETERMINACIÓN DE. 12. PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN DISTRIBUCIÓN PRIMARIA. Empresa (CE), incluidas las ventas de los sistemas aislados. Se certifica en el modelo 105-560 (resumen de la Facturación de Ventas de Energía). Ecuación (5) Ecuación (5) o Energía Facturada Total de Distribución (FTD): Es la diferencia entre la Energía Total Facturada (FT) y la Energía Facturada en clientes exclusivos de la Alta Tensión a 110 y 220 KV (FTAT), ecuación (6) Ecuación (6) Definiciones con relación a las Pérdidas: o Pérdidas Totales de Distribución (PT): Es la diferencia entre la Energía total consumida (ET) y la Energía total facturada (FT). Se expresa en MW.h con una cifra decimal. Ecuación (7) Ecuación (7) o Porciento de Pérdidas Totales de Distribución (% PT): Se define como la relación entre las Pérdidas Totales (PT) y la Energía Total Consumida (ET) multiplicado por 100. Se expresa en por ciento con una cifra decimal. Mostrado en la ecuación (8). Ecuación (8) o Pérdidas de Distribución sin Consumidores de Alta Tensión (PTSAT): Es la diferencia entre la Energía Total Consumida en la Distribución (ETD) y la Energía Facturada Total de Distribución (FTD). Se expresa en Mwh con una cifra decimal. Ecuación (9) Ecuación (9).

(23) CAPÍTULO 1. VISTA MUNDIAL Y METODOLOGÍA UTILIZADA EN LA DETERMINACIÓN DE. 13. PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN DISTRIBUCIÓN PRIMARIA. o Porciento de Pérdidas de Distribución sin Consumidores exclusivos de la Alta Tensión alimentados a 110 ó 220 KV (% PTST): Se define como la relación entre las Pérdidas Totales de Distribución sin Consumidores exclusivos de la Alta Tensión, alimentados a 110 ó 220 KV (PTSAT) y la Energía Total Consumida en la Distribución (ETD), multiplicada por 100. Se expresa en por ciento con una cifra decimal. Ecuación (10). Ecuación (10) o Pérdidas de Sistemas Aislados (PSA): Es la diferencia entre la Energía Total Consumida en los Sistemas aislados (E1SA) y la Energía Facturada Total de los Sistemas Aislados (FSA). Se expresa en Mwh con una cifra decimal. Mostrado en la ecuación (11) Ecuación (11) o Porciento de Pérdidas de Sistemas aislados (% PSA): Se define como la relación entre las Pérdidas Totales de los Sistemas Aislados (PSA) y la Energía Total Consumida en los Sistemas Aislados (E1SA), multiplicada por 100. Se expresa en porciento con una cifra decimal. Ecuación (12). Ecuación (12) o Pérdidas de Distribución sin Sistemas Aislados (PSA): Es la diferencia entre la Energía Total Consumida en distribución (ETD) y la Energía Facturada Total de Distribución (FTD). Se expresa en Mwh con una cifra decimal. Ecuación (13) Ecuación (13) o Porciento de Pérdidas de Distribución sin Sistemas Aislados (% PTST): Se define como la relación entre las Pérdidas Totales de Distribución sin.

(24) CAPÍTULO 1. VISTA MUNDIAL Y METODOLOGÍA UTILIZADA EN LA DETERMINACIÓN DE. 14. PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN DISTRIBUCIÓN PRIMARIA. Sistemas aislados (PSSA) y la diferencia entre la Energía Total Consumida en la Distribución (ETD) y la Energía consumida en los Sistemas Aislados, multiplicada por 100. Se expresa en porciento con una cifra decimal. Mostrado en la ecuación (14).. Ecuación (14) Esta metodología es la usada en la actualidad por las OBE de cada provincia y mediante la misma se realizan los reportes mensuales y anuales de cada territorio. 1.5.3. Método de la OLADE (OLADE, (1993)). Para los subsistemas de distribución las pérdidas se pueden evaluar a partir del valor de pérdidas en la demanda máxima, y del factor de pérdidas del sistema ecuación (15), así: Ecuación (15) Donde:. Demostrándose que el factor de pérdidas se encuentra acotado entre los siguientes valores, ecuación (16). Ecuación (16) Donde:. Por lo general, la potencia que suministra la subestación y el valor de su tensión se conocen, pero a medida que los puntos considerados se alejan de ella el valor de la tensión disminuye. Para calcular la corriente en cada punto de carga, se necesita el valor de la.

(25) CAPÍTULO 1. VISTA MUNDIAL Y METODOLOGÍA UTILIZADA EN LA DETERMINACIÓN DE. 15. PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN DISTRIBUCIÓN PRIMARIA. tensión, el cual no se conoce. De aquí que la determinación de las corrientes y tensiones sea un proceso reiterado, en el cual se estiman ciertos valores de tensión y de acuerdo con los resultados obtenidos, se corrigen para obtener un mejor resultado. Una vez encontrados los valores de tensión (magnitud y ángulo) en todos los puntos del sistema, se pueden estimar las pérdidas de potencia. Para realizar un estudio de pérdidas en los subsistemas de distribución se consideran los tres niveles siguientes: a) Pérdidas en los circuitos primarios. b) Pérdidas en los transformadores de distribución. c) Pérdidas en los circuitos secundarios. La metodología que se presenta para evaluar las pérdidas en cada caso requiere de la estimación previa de la demanda. Estimación de la demanda: En caso de no disponer de la información necesaria de demanda se pueden utilizar una serie de medidas que se efectúan en los diferentes puntos del sistema, y datos comúnmente conocidos, como son: . Energía consumida.. . Capacidad nominal instalada.. . Corrientes máximas.. . Clase de usuario.. Mediante un estudio estadístico se pueden obtener modelos que correlacionen la potencia demandada en los diferentes puntos del sistema con estos factores. Ecuación (17). Ecuación (17) Donde:.

(26) CAPÍTULO 1. VISTA MUNDIAL Y METODOLOGÍA UTILIZADA EN LA DETERMINACIÓN DE. 16. PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN DISTRIBUCIÓN PRIMARIA. Funciones utilizadas para la estimación de la demanda: . Utilizando la de energía facturada (Ei).Ecuación (18) Ecuación (18). Siendo:. Constantes que dependen del número y clase de usuario . Para cada clase de usuario, encontrar la relación entre la energía facturada. y la demanda máxima. Ecuación (19) Ecuación (19) Donde:. . De acuerdo con la cantidad de usuarios asociados al transformador, y. mediante la utilización del factor de coincidencia, se calcula la demanda máxima, ecuación (20) así:. Ecuación (20) Donde:. . En función de la Energía consumida por los usuarios de acuerdo a las. siguientes ecuaciones: (21,22,23).

(27) CAPÍTULO 1. VISTA MUNDIAL Y METODOLOGÍA UTILIZADA EN LA DETERMINACIÓN DE. 17. PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN DISTRIBUCIÓN PRIMARIA. Ecuación (21) Ecuación (22) Ecuación (23) Donde:. Estimación de pérdidas en los circuitos primarios: En esta metodología se considera que se conoce el valor de la demanda máxima de la subestación o por alimentador (lo que es muy frecuente). Las demandas máximas de los diferentes puntos se estiman de acuerdo con lo mencionado en el párrafo anterior. Debido a que las demandas máximas en los diferentes puntos del sistema no se presentan simultáneamente entonces su suma, más el valor de las pérdidas, no será igual a la potencia máxima suministrada por la subestación. En este caso el error se reparte modificando proporcionalmente los valores de demanda máxima de los diferentes puntos del sistema, hasta reducir suficientemente el error. Los siguientes pasos muestran cómo se pueden estimar las pérdidas: 1. Realizar un levantamiento de información sobre el sistema que se va a estudiar. La información mínima corresponde a: . Información sobre las líneas (resistencia y reactancia).. . Fases del sistema.. . Transformadores (pérdidas de hierro, % de resistencia y % de reactancia).. . Capacitores conectados.. 2. Obtener las demandas de potencias activas y reactivas para cada alimentador en la subestación en el instante de demanda máxima. 3. Calcular las demandas en los diferentes puntos del sistema de acuerdo con la ecuación..

(28) CAPÍTULO 1. VISTA MUNDIAL Y METODOLOGÍA UTILIZADA EN LA DETERMINACIÓN DE. 18. PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN DISTRIBUCIÓN PRIMARIA. (Definida anteriormente en la Ecuación 17) 4. Efectuar el flujo de carga para encontrar las tensiones y las pérdidas del sistema. 5. Si la suma de las demandas de los diferentes puntos del sistema, más las perdidas del sistema, es igual a la demanda de cada alimentador (dentro de cierto margen de error), entonces ir al paso (6), en caso contrario, modificar la demanda en cada punto proporcionalmente al error y volver al paso (3) 6. El valor de la pérdida de energía está dado por la ecuación (Definida anteriormente en la Ecuación 15) Pérdidas en los transformadores: Para estimar de estas pérdidas se puede utilizar la energía facturada a cada consumidor de la siguiente forma: 1. Cada usuario se asocia al transformador que le suministra el servicio. 2. La energía total suministrada por cada transformador durante un período de tiempo se obtiene a partir del consumo de los usuarios. 3. La demanda del transformador se obtiene de acuerdo con la energía consumida, el número y clase de usuarios. Ecuación (24) Ecuación (24) Donde:. 4. Conocido el valor de demanda máxima y el valor de las pérdidas del cobre a potencia nominal, ecuación (25), se tiene:. Ecuación (25) Donde:. 5. Cálculo de pérdidas de energía de acuerdo con factor de pérdidas del transformador. Ecuación (26).

(29) CAPÍTULO 1. VISTA MUNDIAL Y METODOLOGÍA UTILIZADA EN LA DETERMINACIÓN DE PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN DISTRIBUCIÓN PRIMARIA. Ecuación (26) Donde:. 19.

(30) CAPÍTULO 2. ACTUALIDAD EN NUESTRA PROVINCIA Y UTILIZACIÓN DEL MÉTODO MUESTREAL. 20. CAPÍTULO 2.ACTUALIDAD EN NUESTRA PROVINCIA Y UTILIZACIÓN DEL MÉTODO MUESTREAR.. La energía eléctrica, como medio más eficiente de transmisión y consumo energético ocupa una tercera parte de las inversiones totales anuales de un país. En nuestro país, en la actualidad se invierte en recursos en la construcción y modernización de las Centrales Eléctricas, lo cual unido al Programa de Ahorro de Electricidad en Cuba (PAEC) ha permitido estabilizar y minimizar los consumos de energía eléctrica. También nuestro país se encuentra en una etapa de rehabilitación total en el sector energético, lo que comprende una serie de mejoras a fin de reducir el número de interrupciones del servicio a la población y elevar la calidad de nuestra energía, tales como:  Aumento del número de plantas generadoras de emergencia (Grupos Electrógenos).  Creación de parques eólicos con fin de aprovechar la energía renovable.  Rediseño de los circuitos primarios y mejoras de los mismos a fin de la eliminación de las zonas de bajo voltaje y la reducción de sus pérdidas de energía.  Adquisición de conductores de diversos calibres con fin a la transmisión, subtransmisión, distribución primaria y secundaria. En la tabla 2.1 se aprecian las pérdidas en la distribución por provincias en el mes de mayo, del presente año (2012), donde de pueden apreciar las variaciones que han experimentado en el transcurso de los años. Es significativo destacar el nivel de pérdidas que lleva hoy nuestra provincia, pues su media no supera el 13 %, que es un valor relativamente bajo respecto a las demás regiones del país, como es lógico estos valores son función del estado de la red de cada región, la extensión en Km. y la cantidad de consumidores asociado a cada zona. [1].

(31) CAPÍTULO 2. ACTUALIDAD EN NUESTRA PROVINCIA Y UTILIZACIÓN DEL MÉTODO MUESTREAL. 21. Tabla 2.1 Pérdidas en las redes de distribución por provincias.. 2.1. Características energéticas de la provincia de Villa Clara.. La energía eléctrica de la provincia Villa Clara proviene del Sistema Electro Energético Nacional y de los emplazamientos de diesel y fuel oíl existentes. Existe una subestación de 220 kV y 14 de 110 kV Además, por su posición geográfica se transfiere energía a las provincias vecinas de Sancti Spíritus y Cienfuegos y recibe energía de: Matanzas, Sancti Spíritus y Cienfuegos, según se muestra en el Anexo 1, donde se distribuye esta energía a través de 30 líneas de subtransmisión (33 kV) con una longitud de 753.79 km. Finalmente, por las redes secundarias; circula el 69.86 % de la energía de la provincia. Los gráficos que ilustran el comportamiento electroenergético de la provincia se muestran en las figuras 2.1 y 2.2. Los mismos fueron tomados en el pasado año y principios de este año en el laborioso trabajo que se realiza por parte del Despacho de Carga. [1].

(32) CAPÍTULO 2. ACTUALIDAD EN NUESTRA PROVINCIA Y UTILIZACIÓN DEL MÉTODO MUESTREAL. 22. Figura 2.1 Comportamiento de la Demanda.. Figura 2.2 Comportamiento del consumo anual.. En la figura 2.1 representa la demanda horaria de la provincia durante los últimos cinco años. Donde se observa el gran peso lo posee el sector residencial, influyendo en gran manera en la característica de demanda de la provincia. En la figura 2.2 se refleja el consumo diario promedio de la provincia en los últimos cinco años. De esta manera se observa un decrecimiento de la demanda al pasar del 2010 al 2011 al cumplidor y continuo.

(33) CAPÍTULO 2. ACTUALIDAD EN NUESTRA PROVINCIA Y UTILIZACIÓN DEL MÉTODO MUESTREAL. 23. plan de ahorro de energía, llevado a cabo por la divulgación de medidas necesarias para el ahorro energético. De esta manera el consumo de energía por sectores juega un papel significativo en el momento del análisis del comportamiento de la demanda de la provincia. De esta forma en las figuras 2.3 y 2.4 se muestra un examen llevado a cabo con respecto a años anteriores, pudiéndose ver los cambios en los consumos de energía.. Figura 2.3 Consumo del sector residencial.. Figura 2.4 Consumo del sector Estatal.. La demanda de la provincia está por encima de su capacidad de generación. En la figura 2.5 se puede observar la contribución de las diferentes fuentes de generación al consumo. [1].

(34) CAPÍTULO 2. ACTUALIDAD EN NUESTRA PROVINCIA Y UTILIZACIÓN DEL MÉTODO MUESTREAL. 24. Figura 2.5 Cubrimiento de la Demanda de la Provincia.. 2.2. Circuitos de distribución primaria de Santa Clara. La ciudad cuenta con un total de 54 circuitos de distribución primaria, conectados a 31 subestaciones de distribución que reducen el voltaje a 4.16 o 13.8 kV alimentando a más de tres mil transformadores de distribución, los mismos suministran la energía a los diversos consumidores. El calibre en el tronco de los circuitos es generalmente AC-150, AAAC-78 y en los ramales abundan el AC-70 y el Cu # 6 AWG.A continuación damos una referencia de estos circuitos en la tabla 2.2. [18].

(35) CAPÍTULO 2. ACTUALIDAD EN NUESTRA PROVINCIA Y UTILIZACIÓN DEL MÉTODO MUESTREAL. 25. Tabla 2.2 Datos generales de los circuitos de distribución primaria.. 2.3. Aplicación del método evaluador. (Método de Muestreo). Las técnicas de muestreo permiten analizar un número determinado de circuitos y extrapolar sus resultados a toda la población. Para la determinación de nuestra muestra a estudiar se siguen los siguientes pasos: 1) Se define el nivel de confianza y el error deseado para obtener una muestra acorde con las exigencias anteriores expuestas. Ecuación (27). 2) Se calcula el valor de. mediante la fórmula (28). Ecuación (28) Donde:. Ecuación (29).

(36) CAPÍTULO 2. ACTUALIDAD EN NUESTRA PROVINCIA Y UTILIZACIÓN DEL MÉTODO MUESTREAL. 26. Donde:. Mediante el empleo de la fracción del estrato, fórmula (30), se determinan los circuitos necesarios a muestrear por cada estrato.. Ecuación (30) Donde:. 2.4. Obtención de los Tamaños de Muestra a Estudiar. Se parte de los datos iniciales para determinar el tamaño de la muestra representativa de circuitos primarios necesarios por cada nivel de tensión. Luego, mediante el método de estratificación, se obtiene por cada estrato su muestra representativa. Los estratos del problema son: . Circuitos Residenciales.. . Circuitos Mixtos.. . Circuitos Industriales.. Sector Residencial: Se caracteriza por una curva de demanda con picos de demanda máximas en horarios determinados, en la figura 2.6 se observa características en los horarios cuando la mayoría de los consumidores se encuentran en sus casas. Este sector tiene una amplia expansión en los circuitos de distribución primaria de nuestro municipio, la provincia y el país. Es aceptado enfatizar que con la entrada de los módulos de cocción en los hogares cubanos los valores de demanda de nuestros circuitos aumentaron. [7].

(37) CAPÍTULO 2. ACTUALIDAD EN NUESTRA PROVINCIA Y UTILIZACIÓN DEL MÉTODO MUESTREAL. 27. Figura 2.6 Gráfico Característico del Sector Residencial, circuito 1 SC.. Sector Industrial: Se caracteriza por una influencia en el tipo de cargas, las que centralizan en su operación en el horario 6:00 o 8:00 de la mañana hasta 4:00 de la tarde, es en este espacio de tiempo donde el peso de su carga es mayor (Figura 2.7). Es significativo destacar el dominio de estos circuitos en los indicadores de eficiencia de cada región, en específico su influencia sobre el factor de potencia en horarios en que la demanda de los circuitos industriales es máxima.. Figura 2.7 Gráfico Característico del Sector Industrial, circuito 13 SC.. Sector Mixto: Este no es más que la mezcla entre el sector residencial y industrial. Esta combinación se define por picos de demanda tanto en el horario laboral como en el horario en que la población se encuentra en sus hogares (figura 2.8)..

(38) CAPÍTULO 2. ACTUALIDAD EN NUESTRA PROVINCIA Y UTILIZACIÓN DEL MÉTODO MUESTREAL. 28. Figura 2.8 Gráfico Característico del Sector Mixto, circuito 3 SC. Se cuenta con 24 circuitos de 4 kV estableciéndose un error del orden del 5%, con un nivel de confianza del 95%. Con estos datos iniciales se determina la cantidad de circuitos que se analizarán. Primeramente se introducen los valores que queremos fijar para así obtener el tamaño de nuestra muestra.. Y como P= 0.95 se obtiene usando la ecuación (29):. Y por medio de la ecuación (28):. Al llevar este resultado a la realidad de los circuitos existentes en el municipio se obtienen la cantidad de circuitos que se deben analizar para este nivel de tensión. Por medio de ecuación (27) se tiene: Se sustituyen los valores obtenidos de ecuación (28) en la (27).

(39) CAPÍTULO 2. ACTUALIDAD EN NUESTRA PROVINCIA Y UTILIZACIÓN DEL MÉTODO MUESTREAL. 29. Donde: N: Es el total de circuitos para este nivel de tensión lo cual es 24 Con la ecuación (30) y sus definiciones se estratifican la cantidad necesaria de circuitos que deben estudiarse por cada estrato. Sustituyendo los valores en (30) se tiene:. Donde: fh: Es la fracción del estrato n: Es el total de circuitos a efectuar el estudio N: Es el total de circuitos de 4.16 kV Esto trae como efecto que se debe estudiar por sectores, los resultados se muestran en las tablas (2.3, 2.4).. Tabla 2.3 Resultados de la selección de los circuitos de 4 kV. Por igual procedimiento se obtiene los circuitos para 13 kV.. Tabla 2.4 Resultados de la selección de los circuitos de 13 kV.

(40) CAPÍTULO 3. ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS ESCOGIDOS. 30. CAPÍTULO 3.ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS ESCOGIDOS.. En este Capítulo se estudian los resultados obtenidos del análisis particular de 22 circuitos de distribución primaria de un total de 54 que existen en el Municipio. La toma de los mismos fue escogida entre los de 4 kV y 13 kV, se escogieron 11 circuitos para cada nivel de voltaje. En la ciudad lo que más prevalecen son circuitos residenciales, por lo que son los de mayor importancia en la realización de este estudio. Estudio de los circuitos examinados El estudio se ha efectuado según el orden que a continuación prosigue: 1. Recorrido del circuito y actualización de su monolineal. 2. Calibre de los diferentes tramos del circuito. 3. Fases a las que están conectados los transformadores de distribución. Tipo de cargas. 4. Análisis y modelación de los datos obtenidos de los NULEC referidos a una semana. 5. Clasificación del circuito según la curva obtenida del NULEC. En la búsqueda de obtención de información la misma se introduce en el software Radial 7.7, programa que ha sido realizado para el cálculo de los circuitos de distribución por el Centro de Estudios Electroenergético (CEE) de la UCLV. Como este software utiliza el gráfico horario de cada carga, se utilizaron curvas de cargas actualizadas obtenidas en estudios recientes, como la residencial de invierno correspondiente al sector residencial y la curva de algunos sectores de zonas comerciales referente a esta rama. [2].

(41) CAPÍTULO 3. ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS ESCOGIDOS. 31. Se eligieron un total de 22 circuitos mostrados en la tabla 3.1 de los cuales hay 16 residenciales, 4 industriales y 2 mixtos.. Tabla 3.1 Circuitos Muestreados. 3.1. Identificación y rasgos de los circuitos muestreados Circuitos 1, 2, 3 y 4. Los circuitos 1, 2, 3, 4 de Santa Clara son de los más antiguos de la provincia, datan del año 1894. Los mismos parten desde la SUB ubicada en la OBE y se extienden a lo largo de 1, 5, 4.2 y 7.2 km respectivamente. La subestación de estos circuitos se encuentra el patio de la propia Empresa y se alimenta por la línea de 33 kV del 124. La misma cuenta con tres transformadores, de los cuales, el mayor, con capacidad de 6300 kVA se conecta a los circuitos 1 y 3, mientras que los dos restantes circuitos 2 y 4 se alimentan de dos transformadores de 2500 kVA que están en paralelo. Esta subestación es de relación 34.5/4.16 kV y cuenta con cuatro NULEC y según las curvas de demanda de los NULEC se clasifican en: Residencial y Residencial Mixto respectivamente. Existe un banco de capacitores en los circuitos 2, 3 y 4 los mismos se encuentran funcionando con una capacidad de 300 ckvar cada uno. Las demandas máximas y mínimas se indican en la tabla (tabla 3.2), donde el análisis de estos circuitos se realizarán usando el método de potencia constante y solo se usará el método de impedancia constante en circuitos residenciales cuya curva de demanda vista por el NULEC sea semejante a la total de las cargas que posee y no difieran en mas de 150 kW..

(42) CAPÍTULO 3. ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS ESCOGIDOS. 32. Tabla 3.2 Demanda por circuito vista por el NULEC.. Estos circuitos tienen conductores Cu 3/0, Cu 2/0 y Al 150 en sus troncos y poseen una gran diversidad de calibres en sus ramales, entre los cuales se destacan Cu 4, Cu 6, Al 70 y el Al 35. Los resultados más importantes del análisis se exponen en la tabla 3.3.. Tabla 3.3 Resultados obtenidos en el análisis de los circuitos.. Circuito 7 Parte de la subestación Universidad y alimenta el interior de esta a un voltaje de 4.16 kV. Es de corta longitud ya que posee 3 km, la carga es fundamentalmente industrial, es un circuito con consumidores importantes como el politécnico “Lázaro Cárdenas”, la estación de bombeo de agua de la UCLV, el comedor principal y la EPEM, en la tabla 3.4 se indican las cargas máximas y mínimas recogidas por el NULEC.. Tabla 3.4 Demanda por el circuito vista por el NULEC.. El circuito posee en su línea un calibre de Cu # 2/0 AWG y AAAC 3/0 en el tronco y en sus ramales predomina el Cu # 6 AWG. El resultado del análisis se expone en la tabla 3.5.. Tabla 3.5 Resultado obtenido en el análisis del circuito..

(43) CAPÍTULO 3. ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS ESCOGIDOS. 33. Circuitos 29, 10, 41 Los circuitos 29,10 y 41 no son de los más viejos, sin embargo, se encuentran con alto nivel de deterioro en los elementos que lo componen. Su ubicación es a las afueras de la Circunvalación alimentando la zona de Virginia, carretera a Los Caneyes y una porción de la nueva Riviera. Se extienden 5.5, 3.2 y 4.5 km respectivamente. Todos pertenecen a la SUB conocida como Gran Panel, la cual es alimentada por la línea del 129, en ella estos circuitos se alimentan de transformadores de 2000 kVA el cual alimenta al circuito 29 y uno de 1500 kVA que alimenta a los circuitos 10 y 41. La incorporación de los NULEC a los circuitos 10 y 29 ha resultado de gran utilidad para su estudio y mediante las curvas diarias vistas por ellos los podemos clasificar en: Residencial e Industrial. En la actualidad solo el Circuito 29 posee un banco de capacitores de 300 ckvar de capacidad ubicado frente al restaurant “El Mandarín”, los valores máximos y mínimos de demandas de estos circuitos se muestran en la tabla 3.6.. Tabla 3.6 Demandas por circuitos.. Los conductores utilizados en ellos son el Cn2, Cn4, Cn6 y Al 70 con los cuales se realizaron los estudios en el programa radial. Tabla 3.7.. Tabla 3.7 Resultados obtenidos en el análisis de los circuitos..

(44) CAPÍTULO 3. ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS ESCOGIDOS. 34. Circuito 11 Este se alimenta de la subestación que se encuentra cerca de la Fábrica de Hielo con un nivel de voltaje de 4.16 kV. Es un circuito de corta longitud ya que cuenta con 2.1 km de líneas. Su carga es predominantemente industrial sus valores de demanda según estudio se indican en la tabla 3.8.. Tabla 3.8 Demanda por el circuito.. Presenta conductores de calibre AC-35 en el tronco y de Cu # 2 AWG y Cu # 6 AWG en sus ramales. Tiene consumidores importantes como la Fábrica de Hielo, la Fábrica de Barquillas, el Taller de Transporte de Campismo, Talleres TRANSMETRO y la Academia de Boxeo. El resultado del análisis se expone en la tabla 3.9.. Tabla 3.9 Resultado obtenido en el análisis del circuito.. Circuito 36 Es alimentado por la subestación ubicada en la Zona Hospitalaria, es un circuito importante ya que abastece una zona con cargas importantes como el Hospital Infantil, el Hospital Materno, la Clínica de Estomatología y el Policlínico Chiqui Gómez. Es bastante corto de longitud pues solamente tiene 1 km de líneas. Su carga es mixta sus valores de demanda según estudio se indican en la tabla 3.10.. Tabla 3.10 Demanda por el circuito.. Sus calibres en el tronco son de Cu # 2 AWG y sus ramales tienen Cu # 6 AWG. El resultado del análisis se expone en la tabla 3.11.. Tabla 3.11 Resultado obtenido en el análisis del circuito.

(45) CAPÍTULO 3. ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS ESCOGIDOS. 35. Circuito 39 Se alimenta de la subestación Sandino, detrás del cabaret El Bosque, a 4.16 kV. Predomina la carga residencial, aunque posee varias industriales, tiene cargas importantes como el Poder Popular Provincial, Estadística Provincial, el Banco de Sangre, Coppelia, el Hotel Modelo y el Hotel América y posee 4.3 km de líneas. Su carga es mixta y sus valores de demanda según estudios se indican en la tabla 3.12.. Tabla 3.12 Demanda por el circuito.. Los calibres de sus líneas en su tronco son de Cu # 2 AWG y en sus ramales de Cu # 4 AWG y Cu # 6 AWG. El resultado del análisis se expone en la tabla 3.13.. Tabla 3.13 Resultado obtenido en el análisis del circuito. Circuitos 5 y 17 Los circuitos 5 y 17 son de los circuitos más jóvenes en operación del municipio, los mismos parten desde la subestación ubicada dentro de la SUB Santa Clara 110 kV. Los mismos se extienden 2.7 y 1 km respectivamente. Ambos circuitos se alimentan de la línea del 861, cuentan con un transformador de 750 kVA con relación de transformación 34.5/13.8 kV. Estos circuitos operan con NULEC y se clasifican a ambos como Residenciales atendiendo a la curva de demanda vista por el NULEC de cada uno de ellos. La ausencia de bancos de capacitores en estos circuitos se justifica atendiendo a la longitud de los mismos y a mejoras que se les han realizado a sus conductores. El análisis de las demandas máximas y mínimas se muestra en la tabla 3.14.. Tabla 3.14 Demanda por circuitos..

(46) CAPÍTULO 3. ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS ESCOGIDOS. 36. En este momento estos circuitos están conformados en su mayoría por conductores AC 70 y AAAC 3/0 en sus troncos y para el caso especifico del 5, sus ramales tienen Cu #1/0 y AC 70. El circuito 17 se encuentra conformado por Al 35 en todos sus ramales. Realizado el estudio de estos circuitos se obtuvieron los resultados mostrados en la tabla 3.15.. Tabla 3.15 Resultados obtenidos en el análisis de los circuitos. Circuito 27 Parte de la subestación que se encuentra cerca de Circunvalación y Carretera de Maleza con un voltaje de 13.8 kV. Es de mediana longitud ya que posee 4,3 km. Predomina la carga residencial y alimenta también cargas importantes como una Panadería, un Circulo Infantil y parte del Pedagógico. El análisis de las demandas máximas y mínimas se muestra en la tabla 3.16.. Tabla 3.16 Demanda en el circuito vista por el NULEC.. Sus líneas poseen un calibre en el tronco AC-150 y en sus ramales tiene calibre AC-70. Realizado el estudio de este circuito se obtuvieron los resultados mostrados en la tabla 3.17.. Tabla 3.17 Resultado obtenido en el análisis del circuito..

(47) CAPÍTULO 3. ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS ESCOGIDOS. 37. Circuito 28 El circuito 28 o Plaza como también se conoce se ubica en la zona que lo nombra y se extiende por 2.7 km. Su SUB es de relación 33/13.8 kV siendo alimentada por la línea del 129 y cuenta con un transformador de 2500 kVA, el cual tiene instalado NULEC. Según su carga lo clasificamos como Residencial. Este circuito posee un banco de capacitores de valor 300 ckvar, según las mediciones obtenidas de su NULEC, tabla 3.18 se puede apreciar los valores de demanda de este circuito.. Tabla 3.18 Demanda del circuito. El análisis del circuito se realizó considerando la potencia constante debido a la diferencia que existe entre la lectura del NULEC y la carga instalada. Tabla 3.19. Tabla 3.19 Resultado obtenido en el análisis del circuito. Circuito 30 Es alimentado desde la subestación Santa Clara Industrial con un voltaje de 13.8 kV. Es un circuito de gran tamaño y sus líneas recorren 15,1 km. Posee 178 bancos de transformadores de los cuales predominan la carga tipo residencial, tienen cargas importantes como la Academia del MININT, parte de la EIDE, los Camilitos, el Departamento de Seguridad de Estado, el PCC provincial y círculos infantiles. Según las mediciones obtenidas, en la tabla 3.20 se pueden apreciar los valores de demanda de este circuito.. Tabla 3.20 Demanda del circuito.

(48) CAPÍTULO 3. ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS ESCOGIDOS. 38. Con sus conductores con calibre en el tronco de AC-150 y en sus ramales tiene un calibre de AAAC 3/0 y Cu # 6 AWG. Realizado el estudio de este circuito se obtuvieron los resultados mostrados en la tabla 3.21.. Tabla 3.21 Resultado obtenido en el análisis del circuito.. Circuito 31 Pertenece a la misma subestación que el circuito anterior por lo que su voltaje es de 13.8 kV. Es de pequeña longitud ya que posee a 2.8 km de líneas. Este es un circuito donde no existe un predominio de un tipo de carga específica. Cuenta con 23 bancos de transformadores, sus principales consumidores son Ciencias Medicas, el Hospital de Reposo. Según las mediciones obtenidas, en la tabla 3.22 se puede apreciar los valores de demanda de este circuito.. Tabla 3.22 Demanda del circuito. Sus líneas poseen un calibre en el tronco de AC-150 y en sus ramales tiene también calibre AC-35 y Cu # 6 AWG. Realizado el estudio de este circuito se obtuvieron los resultados mostrados en la tabla 3.23.. Tabla 3.23 Resultado obtenido en el análisis del circuito.

(49) CAPÍTULO 3. ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS ESCOGIDOS. 39. Circuito 132 Es energizado por la subestación Santa Clara Industrial y su voltaje nominal es de 13.8 kV. Es un circuito de mediana longitud, sus líneas recorren 6.2 km. Suministran una carga de tipo residencial, con cargas importantes de panaderías, Circulo Infantil y Comercial Vigía. Según las mediciones obtenidas, en la tabla 3.24 se puede apreciar los valores de demanda de este circuito.. Tabla 3.24 Demanda del circuito. Teniendo sus líneas un calibre en el tronco de AC-150 y en sus ramales de AC-70, AC-35 y Cu # 6 AWG. Realizado el estudio de este circuito se obtuvieron los resultados mostrados en la tabla 3.25.. Tabla 3.25 Resultado obtenido en el análisis del circuito. Circuito 162 Es energizado por la subestación Santa Clara Industrial y su voltaje nominal es de 13.8 kV. Es un circuito de mediana longitud y sus líneas recorren 4.9 km. Suministra una carga de tipo residencial, con cargas importantes de panaderías, Circulo Infantil y el Estadio Sandino, estado Mayor y Fajardo. Según las mediciones obtenidas, en la tabla 3.26 se pueden apreciar los valores de demanda de este circuito.. Tabla 3.26 Demanda del circuito.

(50) CAPÍTULO 3. ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS ESCOGIDOS. 40. Teniendo sus líneas un calibre en el tronco de AC-150 y en sus ramales de AC-70 y AC-35. Realizado el estudio de este circuito se obtuvieron los resultados mostrados en la tabla 3.27.. Tabla 3.27 Resultado obtenido en el análisis del circuito. Circuito 166 Es energizado por la subestación Gran Panel 110/13 kV y su voltaje nominal es de 13.8 kV. Es un circuito de mediana longitud y sus líneas recorren 2,2 km, suministra una carga de tipo residencial, con cargas importantes de cómo la agrupación 9 del MICANS, camino vegas Nuevas y Condado Sur. Según las mediciones obtenidas, en la tabla 3.28 se pueden apreciar los valores de demanda de este circuito.. Tabla 3.28 Demanda del circuito. Poseen un calibre en sus troncos de AC-150 y en sus ramales de AC-70 y AC-35 en sus líneas. Realizado el estudio de este circuito se obtuvieron los resultados mostrados en la tabla 3.29.. Tabla 3.29 Resultado obtenido en el análisis del circuito. Circuito 168 Es energizado por la subestación Santa Clara Industrial y su voltaje nominal es de 13.8 kV. Es un circuito de mediana longitud y sus líneas recorren 2,6 km, suministran una carga de.

(51) CAPÍTULO 3. ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS ESCOGIDOS. 41. tipo residencial, con cargas importantes de panaderías y Policlínico XX Aniversario. Según las mediciones obtenidas, en la tabla 3.30 se pueden apreciar los valores de demanda de este circuito.. Tabla 3.30 Demanda del circuito. Las líneas en este circuito tienen un calibre en el tronco de AC-150 y en sus ramales de AC-70 y AC-35. Realizado el estudio de este circuito se obtuvieron los resultados mostrados en la tabla 3.31.. Tabla 3.31 Resultado obtenido en el análisis del circuito. Circuito 169 Es energizado por la subestación Santa Clara Industrial y su voltaje nominal es de 13.8 kV. Es un circuito de larga longitud y sus líneas recorren 4,8 km, suministran una carga de tipo residencial, con cargas importantes de panaderías y Circulo Infantil, Hospital Viejo, Cardiocentro. Según las mediciones obtenidas, en la tabla 3.32 se pueden apreciar los valores de demanda de este circuito.. Tabla 3.32 Demanda del circuito. Las líneas del circuito con un calibre en el tronco de AC-150 y en sus ramales de AC-70 y AC-35. Realizado el estudio de este circuito se obtuvieron los resultados mostrados en la tabla 3.33.. Tabla 3.33 Resultado obtenido en el análisis del circuito.

(52) CAPÍTULO 3. ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS ESCOGIDOS. 42. El valor real de las pérdidas técnicas para calcular es en función de la ecuación (31). El resultado se encuentra acotado entre los términos indicados en la ecuación.. Ecuación (31) Donde: DS: Es la desviación estándar y se obtiene mediante la ecuación (32) N: Total de circuitos de distribución primaria.. Ecuación (32) En la ecuación (32), los valores del error (5%) y el nivel de confianza (1.96) fueron definidos en el capítulo 2. Aplicando (31). El valor real de las pérdidas técnicas en distribución primaria se encuentra acotado entre los intervalos de 4% a 3.76%. La estimación del nivel de pérdidas en distribución para un mes lo determinamos mediante la ecuación (33). Ecuación (33) Este resultado es el valor estimado de las pérdidas mensuales de energía a partir del estudio realizado. 3.2. Curvas de demandas de los circuitos analizados. En la figura 3.1 se muestra el gráfico de demanda resultante para el conjunto de circuitos de 4 kV analizados. Este resultado es fruto de la sumas por horas de los valores de demandas de los 11 circuitos. La curva superior representa el valor de la potencia activa en kW y la curva restante es la resultante de la suma de los circuitos analizados en términos de potencia reactiva expresada en kvar..

(53) CAPÍTULO 3. ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS ESCOGIDOS. 43. Figura 3.1 Gráfico resultante de los circuitos de 4 kV analizados.. La figura 3.2 muestra la curva resultante de los circuitos de 13 kV analizada, se realizó un análisis de igual manera que los de 4 kV.. Figura 3.2 Gráfico resultante de los circuitos de 13 kV analizados. El gráfico resultante es la combinación de los dos grupos de circuitos estudiados, la figura 3.3 muestra la curva resultante del estudio..

(54) CAPÍTULO 3. ESTUDIO DE LOS CIRCUITOS ESCOGIDOS. 44. Figura 3.3 Gráfico de demanda resultante de los circuitos estudiados. 3.3. Estimación de las pérdidas técnicas al pasar los circuitos de 4 kV a 13 kV. En el presente estudio se analizaron un total de 11 circuitos de 4 kV, los cuales exhiben un valor elevado de pérdidas técnicas, cuando los mismos se pasan a 13kV, bajan su porciento de pérdidas (tabla 3.20). Tabla 3.30 Comparación de los circuitos de 4 kV operando a 13 kV.. El hecho de realizar el cambio de tensión reporta un gran ahorro de energía en cuanto al tema de pérdidas se refiere, podemos afirmar que en los 11 circuitos convertidos de 4 a 13 kV se logró un ahorro de 4871 kWh equivalente a 22140.7 de toneladas de Fuel y con un valor de $ 60887.5 (costo de la generación)..

(55) CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 45. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones 1) La actualidad mundial refleja el aumento del consumo de energía como un problema que debe tener una rápida solución. Medidas como el aumento de las capacidades instaladas para una mayor generación no es la solución ante la crisis energética existente, se debe abogar por un empleo de los recursos de forma eficiente y controlada. 2) Un punto vital en todo el análisis anterior expuesto es la minimización de las pérdidas de energía, este indicador negativo es uno de los índices de mayor ineficiencia de los sistemas electroenergético actuales. Se deben fomentar colaboraciones con entidades capaces de invertir recursos a fin de disminuir este indicador negativo. La existencia de organizaciones bancarias que condicionan créditos para estos fines puede valorarse como una posible solución. 3) Dentro de los nuevos proyectos que tiene previsto realizar la Empresa Eléctrica de Santa Clara está la construcción de las tres nuevas subestaciones de 110 kV/13.8 kV. En estos momentos sólo se tiene la ubicación de una de ellas, el resto está por micro localizar (anexo 1). Como primer paso se ha decidido la eliminación de los circuitos primarios que operan a 4 kV, los que se encuentran en un alto grado de deterioro con pérdidas elevadas. La opinión de los especialistas del área técnica del municipio confirma esta medida. Normalmente los circuitos que operan a este nivel de tensión no deben extenderse por más de cinco kilómetros, lo que no se cumple realmente debido a las deficiencias de recursos y al aumento que ha experimentado la población del municipio. 4) Del análisis para la selección de la muestra representativa de la totalidad de los circuitos de la ciudad se nota un predominio del sector residencial a analizar, para ambos niveles de tensión. 5) Se realizó un análisis en cuanto a las lecturas obtenidas por los NULEC, de estas últimas, se tomó una semana completa y se conformó un gráfico resultante. 6) El estudio realizado muestra que el valor de pérdidas técnicas que existe en los circuitos de distribución primaria del municipio es de un 4.74 por ciento. Este valor se determinó en función de la energía que entra a los circuitos primarios, estudiados a partir del método estadístico y del nivel de pérdidas totales que en ellos existen. Este valor de.

(56) CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 46. pérdidas tiende a su reducción a medida que el programa de rehabilitación de redes se vaya complementando en nuestro territorio.. Recomendaciones  Se debe mantener el estudio de pérdidas técnicas del municipio actualizado por año, esto requiere de la incorporación de todo el personal que trabaje en el sector, así como la incorporación de estudiantes de último año de la carrera para que los mismos puedan desarrollar trabajos según el tema. . En próximos estudios sobre el tema conocer más a profundidad cómo al realizar cambios esto afecte, al no tener una base de dato actualizada, facilitando de esta manera el desarrollo del mismo.. . Desarrollar el cambio de nivel de voltaje de los circuitos de 4 kV a 13 kV ya que el mismo justificaría la inversión.. . La implementación y activación de las diversas funciones en el software Radial es de vital importancia para la realización de un estudio con profundidad y calidad..

(57) ANEXOS. ANEXOS. Anexo I. “Redes de 110 kV (rojo) y Redes de 33 kV (negro)”. 47.

(58) ANEXOS. Anexo II. Esquemas Monolineales de los circuitos Estudiados.. 48.

(59) ANEXOS. 49.

(60) ANEXOS. 50.

(61) ANEXOS. 51.

(62) ANEXOS. 52.

(63) ANEXOS. 53.

(64) ANEXOS. 54.

(65) ANEXOS. 55.

(66) ANEXOS. 56.

(67) ANEXOS. 57.