Estudio de flujo de carga en sistema aislado cayo Santa María

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(1)Trabajo de Diploma Título: Estudio de Flujo de Carga en Sistema Aislado Cayo Santa María. Autor: Yandy Marin Santana Tutores: Dra. Marta Elena Bravo De Las Casas MSc. Pedro Vicente Ruíz Sánchez. Santa Clara 2013 “Año 55 de la Revolución”.

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electroenergética. TRABAJO DE DIPLOMA Estudio de Flujo de Carga en Sistema Aislado Cayo Santa María. Autor: Yandy Marin Santana e-mail: [email protected]. Tutores: Dra. Marta Elena Bravo De Las Casas e-mail: [email protected]. MSc. Pedro Vicente Ruiz Sánchez e-mail: Santa Clara 2013 "Año 55 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. Nunca consideres el estudio como una obligación, sino como una oportunidad para penetrar en el bello y maravilloso mundo del saber. Albert Einstein.

(5) ii. Dedicatoria A mis padres, por concebirme y darme todo el amor del mundo y guiarme por los caminos de la vida. A mi hermana por su cariño. A mis abuelos que siempre supieron apoyarme y brindarme todo el amor del mundo. A mi segunda mamá por enseñarme a amar el fruto del trabajo honrado y a mi segundo papá que me enseñó a aprovechar lo bueno de la vida; que dios lo tenga en la gloria. A todos mis tíos y tías y a mis primos y primas por quererme tanto. A mi novia Lili y a toda su familia por apoyarme en mi desarrollo futuro. A todas mis amistades y compañeros de grupo..

(6) iii. Agradecimientos Muchas gracias a todos los que hicieron posible la terminación de mi carrera y la culminación de este trabajo, a todos los que con su pequeño grano de arena posibilitaron la realización de este sueño que no culmina aquí y a todos a los que este trabajo va dedicado, para todos ellos, muchas gracias..

(7) iv. Tareas técnicas.  Revisión bibliográfica sobre sistemas eléctricos aislados.  Recopilación y revisión de toda la información existente sobre el Sistema Aislado Cayo Santamaría en el tema energético.  Actualización y montaje del monolineal del sistema eléctrico del cayo en el ¨Power Sistem Explorer¨  Ajuste de los interruptores en los centros de conmutación y cámaras de transformación  Análisis de las corridas de estabilidad en el sistema, tras la ocurrencia de averías.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(8) v. Resumen. Debido al desarrollo constructivo acelerado experimentado en el polo turístico Cayo Santamaría, en la provincia de Villa Clara y a la inexistencia de un análisis sobre la conexión exacta de los centros construidos a los circuitos de distribución, en la actualidad existe una gran diferencia en la potencia que estos circuitos manejan. Por lo que se hace necesario un análisis que permita repartir estas cargas de manera uniforme para su conexión a los circuitos de distribución. En el presente trabajo se realizó un estudio sobre las posibles variantes de conexión de los grupos de carga de los centros hoteleros a los circuitos de distribución, concluyendo con la variante óptima. Se analizó la respuesta del sistema ante averías en los circuitos de distribución, proponiéndose soluciones para ampliar la estabilidad post-avería de este, mostrando todos los resultados obtenidos del estudio. Se arribó a un grupo de conclusiones que se deben tener en cuenta por los especialistas de la Organización Básica Eléctrica (OBE) de Villa Clara y de la Unión Eléctrica de Cuba. Los resultados obtenidos son un punto de partida en la operación óptima del sistema eléctrico aislado Cayo Santa María..

(9) vi. TABLA DE CONTENIDOS. Pensamiento ............................................................................................................................. i Dedicatoria.............................................................................................................................. ii Agradecimientos ......................................................................................................................iii Tareas técnicas ................................................................................................................. iv Resumen ............................................................................................................................. v Introducción......................................................................................................................... 1 Estructura del informe ........................................................................................................... 4 Capítulo 1. Revisión Bibliográfica......................................................................................... 5 1.1. Reseña Histórica ....................................................................................................... 5. 1.2. Características de los Sistemas Eléctricos de Potencia ............................................... 7. 1.2.1. Generación ........................................................................................................... 7. 1.2.2. Transmisión .......................................................................................................... 8. 1.2.3. Subtransmisión ..................................................................................................... 9. 1.2.4. Distribución .......................................................................................................... 9. 1.3. Los Sistemas Eléctricos Aislados. Generalidades ...................................................... 9. 1.3.1. Supervisión de los Sistemas eléctricos Aislados. ................................................. 12. 1.3.2. Causas que Originan la Salida Forzadas de la Generación ................................... 13. 1.3.3. Estudios de Flujo de Cargas, Contingencias y Cortocircuitos en Sistemas. Eléctricos Aislados ............................................................................................................. 14 1.3.4 1.4 1.4.1. Estudios de Estabilidad ....................................................................................... 15 Características Generales de los Sistemas Soterrados .............................................. 17 Descripción del Cable ......................................................................................... 18.

(10) vii 1.4.2. Configuración del Cable ..................................................................................... 19. 1.4.3. Corrientes Permisibles ........................................................................................ 20. 1.5. Regímenes Anormales de Operación de un Sistema Eléctrico ................................. 20. Capítulo 2. Descripción del Sistema Eléctrico ..................................................................... 22 2.1. Marco geográfico .................................................................................................... 22. 2.2. Polo turístico Cayo Santa María .............................................................................. 23. 2.3. Descripción del Sistema Cayo Santa María ............................................................. 24. 2.3.1. Carga Eléctrica. ...................................................................................................... 24. 2.3.2. Generación.............................................................................................................. 25. 2.4. Redes ...................................................................................................................... 26. 2.4.1. Circuito Dunas Punta Madruguilla .......................................................................... 29. 2.4.2. Circuito Sur-Oeste .................................................................................................. 30. 2.4.3. Circuito Base de Apoyo .......................................................................................... 31. 2.4.4. Circuito Este ........................................................................................................... 32. 2.5. Subestación Principal .............................................................................................. 34. 2.6. Demanda eléctrica................................................................................................... 36. Capítulo 3. Resultados de los estudios de los flujos de carga y estabilidad ........................... 37 3.1. Introducción ............................................................................................................... 37. 3.2. Reporte General de Flujo de Carga ............................................................................. 38. 3.2.1 Circuito Base De Apoyo. ............................................................................................ 38 3.2.2 Circuito Este............................................................................................................... 39 3.2.3 Circuito Dunas Punta Madruguilla .............................................................................. 43 3.2.4 Circuito Sur-Oeste ...................................................................................................... 43 3.3. Análisis de Estabilidad ............................................................................................... 44.

(11) viii 3.3.1 Falla en circuito Base de Apoyo ................................................................................. 45 3.3.2 Falla en Circuito Este ................................................................................................. 45 3.3.3 Comparación entre la Falla en Base de Apoyo y Este ................................................. 47 3.3.4 Falla en Circuito Dunas Punta Madruguilla ................................................................ 47 3.3.5 Falla en circuito Sur-Oeste ......................................................................................... 47 3.4. Propuestas para aumentar la estabilidad ...................................................................... 48. 3.4.1 Disminución del tiempo de respuesta de la protección ................................................ 48 3.4.2 Disparo transferido de generación .............................................................................. 49 3.4.2.1 Disparo transferido en circuito Este ....................................................................... 50 3.4.2.2 Disparo transferido en circuito Dunas Punta Madruguilla ...................................... 51 3.4.3 Construcción de líneas ................................................................................................ 52 3.4.4 Construcción de un pozo de descarga ......................................................................... 52 3.4.5 Conexión con el Sistema Eléctrico Nacional ............................................................... 53 3.5. Pérdida de generación................................................................................................. 54. 3.5.1 DAF por pérdida de generación .................................................................................. 55 CONCLUSIONES ............................................................................................................. 57 RECOMENDACIONES .................................................................................................... 58 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................... 59 Anexos .................................................................................................................................. 62.

(12) INTRODUCCIÓN. 1. Introducción Los sistemas eléctricos están compuestos por la interacción de muchas partes que garantizan un servicio estable de energía eléctrica a los consumidores que a ellos se encuentran instalados, así como la calidad de la energía que a estos se oferta. Estos juegan un papel fundamental en el desarrollo y el bienestar de las naciones, entre más confiable este sea, mayor será el grado de estabilidad que se tendrá en el servicio prestado. En las islas, islotes y cayos, donde existe una elevada presencia de instalaciones recreativas, en su mayoría turísticas, la necesidad de tener un sistema eléctrico fuerte, es la garantía de que el servicio que se brindará será de calidad, como lo exigen las circunstancias en que este se encuentra. En estos casos existe la desventaja que en algunas ocasiones estos sistemas se encuentran trabajando en régimen aislado, separados de los grandes sistemas de potencia que son capaces de resistir fallas mayores que las que estos pequeños sistemas son capaces de soportar. Por esto, se hace necesario estudiar estos sistemas para garantizar una respuesta adecuada ante las situaciones que se pudieran presentar y garantizar la continuidad de prestación de servicio, con el fin de cumplir nuestro objetivo, llevar la energía donde la necesiten. La cayería Santa María al norte de la provincia Villa Clara que incluye además a los cayos Brujas y Ensenachos, es el principal polo turístico de la provincia, cuenta actualmente con aproximadamente 6 668 habitaciones en 11 complejos hoteleros, brindando 68 servicios de primera categoría. A estas habitaciones se sumarán las pertenecientes a los hoteles Laguna del Este que ya para este 2013 está prevista la entrega del Laguna del Este I y III. que ampliarán estas capacidades en. aproximadamente 1 400 habitaciones. Como parte de un programa de desarrollo turístico se prevé que para el 2017 este complejo hotelero cuente con 13 093 habitaciones. El acceso desde tierra firme se garantiza a través del pedraplén Caibarién-Cayo Santa María que constituye una vía de 45 km y posee 48 obras de fábrica en su trayecto. [1].

(13) INTRODUCCIÓN. 2. El servicio eléctrico de la cayería noreste se genera In Situ, a partir de la construcción de una planta Diesel, localizada en la Base de Apoyo, la que fue ampliada para la localización de grupos electrógenos. Desde la planta de generación en Cayo Santa María se alimentan los polos de Cayo Las Brujas y Ensenachos. Toda la red eléctrica es soterrada en los paseos norte y oeste de los viales principales y secundarios.. [1]. En la actualidad la generación se realiza a través de máquinas de fuel oil y diesel, con tecnología MAN y MTU respectivamente, contando con una capacidad total de generación instalada de 21 MW.[1] Debido al desarrollo en las instalaciones que se vienen construyendo en este sistema tanto en número, como en capacidad de demanda contratada, y atendiendo a la inexistencia de una interconexión con el sistema electroenergético nacional que garantice la autonomía de este sistema, y amplíe la capacidad de respuesta ante fallas internas, se está llevando a cabo una inversión que comprende la instalación de nuevos generadores con tecnología MAN y HYUNDAI que sumados a los ya existentes ampliarán la capacidad de generación del sistema, así como la sustitución de la antigua subestación por otra nueva de tecnología francesa que garantizará una respuesta más eficaz ante la ocurrencia de averías. Situación problemática:  Los circuitos existentes no se explotan de forma adecuada, situación que provoca la sobrecarga de un circuito con respecto a otro, y la inestabilidad del sistema ante la ocurrencia de una falla que sacará de servicio a éste. Por tal motivo se impone la necesidad de garantizar un balanceo óptimo en las cargas que se encuentran conectadas a los circuitos de distribución con el objetivo de ampliar la capacidad de respuesta ante la ocurrencia de fallas, que saquen de servicio dichos circuitos y analizar el efecto que esto tiene sobre este sistema aislado en forma general..

(14) INTRODUCCIÓN. 3. Necesidad de la investigación:  Garantizar un balanceo óptimo en las cargas que se encuentran conectadas a los circuitos de distribución para ampliar la capacidad de respuesta ante la ocurrencia de fallas. Pregunta científica: ¿Será posible lograr un flujo de carga que garantice la operación del sistema tras la ocurrencia de una avería que desconecte un grupo considerable de carga? Por lo que el siguiente trabajo tiene como Objetivo General analizar y balancear el flujo de carga en el Sistema Aislado Cayo Santa María (SEACSM). Para lograr este objetivo se trazaron los siguientes objetivos específicos: 1- Realizar una revisión bibliográfica del tema a estudiar. 2- Recopilar datos y confeccionar el plano del SEACSM en el Power System Explorer (PSX) versión 3.87 3- Confeccionar los regímenes de máxima y de mínima basados en los estados de carga del sistema. 4- Ajustar el estado de los interruptores de los centros de conmutación (CC) y de las cámaras de transformación para lograr un flujo óptimo. 5- Evaluar la respuesta del sistema ante la ocurrencia de fallas y proponer soluciones para asegurar el regreso de este a un estado estable pos avería. Justificación de la investigación: Al lograr un balance en la carga que se suministra a los consumidores de este sistema, optimizando el uso de los circuitos de distribución con que él cuenta, y logrando la transferencia de potencia mínima para un estado de carga dado, se asegura la operación de dicho sistema tras la ocurrencia de alguna avería que provocará la salida repentina de servició de alguno de estos circuitos. Puesto que con la configuración en que se encuentran los interruptores de los centros de conmutación, y de las diversas cámaras de transformadores, existe un circuito que por el exceso de carga que a él se encuentra conectada, se encuentran transfiriendo casi toda la potencia demandada por los consumidores, situación esta que pone en peligro la estabilidad del sistema, pues esta carga en ocasiones representa más del 30% de la generación total..

(15) INTRODUCCIÓN. 4. Estructura del informe El siguiente informe constará de tres capítulos, organizados de la siguiente forma. En el primer capítulo se hará una revisión bibliográfica sobre los sistemas eléctricos y sus características principales, haciendo énfasis en los sistemas aislados. En el segundo capítulo. se describirá el sistema en análisis y se expondrán sus. características fundamentales. Mientras que en el tercer capítulo se llevará a cabo la discusión de los resultados obtenidos y se expondrán soluciones prácticas para el problema principal. Se exponen un conjunto de conclusiones y recomendaciones de valor sobre la problemática tratada..

(16) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 5. Capítulo 1. Revisión Bibliográfica 1.1 Reseña Histórica A lo largo de la historia de la humanidad el hombre siempre ha buscado disímiles formas para facilitar su supervivencia y mejorar su calidad de vida; esta búsqueda lo ha llevado a transformar rudimentarios instrumentos de trabajo en grandes y eficientes equipos. Dentro de estas incesantes y ambiciosas búsquedas se destaca el descubrimiento de varias leyes como fenómenos físicos las que han servido como fundamento para el uso y aprovechamiento de lo que conocemos hoy como energía eléctrica. La historia de la energía eléctrica nació del estudio y uso humano de la electricidad, al descubrimiento de sus leyes como fenómeno físico y a la invención de artefactos para su uso práctico. Las propiedades eléctricas de ciertos materiales ya eran conocidas por civilizaciones antiguas. En el año 600 AC, Tales de Mileto había comprobado que si se frotaba el ámbar, éste atraía hacia sí a objetos más livianos. Se creía que la electricidad residía en el objeto frotado. De ahí que el término "electricidad" provenga del vocablo griego "elektron", que significa ámbar. En la época del renacimiento comenzaron los primeros estudios metodológicos, en los cuales la electricidad estuvo íntimamente relacionada con el magnetismo. El inglés William Gilbert comprobó que algunas sustancias se comportaban como el ámbar, y cuando eran frotadas atraían objetos livianos, mientras que otras no ejercían ninguna atracción. A las primeras, entre las que ubicó el vidrio, el azufre y la resina, las llamó "eléctricas", mientras que a las otras, como el cobre o la plata, "aneléctricas".[2] Hacia mediados del siglo XVIII se estableció la distinción entre materiales aislantes y conductores. Los aislantes eran aquellos a los que Gilbert había considerado "eléctricos", en tanto que los conductores eran los "aneléctricos". Esto permitió que se construyera el primer almacenador rudimentario: estaba formado por dos placas conductoras que tenían una lámina aislante entre ellas. Fue conocido como botella de Leyden, por la ciudad en que se lo inventó.[3].

(17) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 6. Sobre la base de los descubrimientos de Ampere y sus estudios sobre imanes, Faraday llegó a suponer que una corriente que circulara cerca de un circuito induciría otra corriente en él. El resultado de su experimento fue que esto solo sucedía al comenzar y cesar de fluir la corriente en el primer circuito. Sustituyó la corriente por un imán y encontró que su movimiento en la proximidad del circuito inducía en este una corriente. De este modo pudo comprobar que el trabajo mecánico empleado en mover un imán podía transformarse en corriente eléctrica. Con esto le daría un impulso gigantesco a la creación de los generadores eléctricos.[3] Las redes de corriente continua fueron las que primero se utilizaron para el suministro a los consumidores. Estas tenían la desventaja de no poder transmitir la energía a largas distancias, debido en parte a que no se podían generar niveles de tensión suficientemente elevados, lo cual era una limitante. [4] El siglo XIX y XX trajeron en adelanto significativo en el uso de la electricidad y su generación y posterior distribución a partir del descubrimiento dela corriente alterna y el transformador, lo que posibilitó llevar la energía eléctrica en tensiones cada vez mayores al lugar de su utilización y a la electrificación de poblados, ciudades, países en general. La electrificación no solo fue un proceso técnico, sino un verdadero cambio social de implicaciones extraordinarias, comenzando por el alumbrado y siguiendo por todo tipo de procesos industriales (motor eléctrico, metalurgia, refrigeración...) y de comunicaciones (telefonía, radio). Tras las primeras curiosidades científicas se empezó a avistar el verdadero potencial de la energía eléctrica. Fueron sin duda los acontecimientos sociales del agitado siglo XVIII los que estimularon la capacidad de los científicos de la época para poner en marcha inventos e ideas fundamentales para el desarrollo industrial y el de las revoluciones acontecidas a partir de ese momento y de las que es producto nuestra sociedad actual.[4] En la actualidad la potencialidad económica de un país se mide, entre otros factores, por la capacidad de generar energía eléctrica, ya que es esta la actividad que le sirve de base a todo su desarrollo. El uso de la energía ha multiplicado con creces las fuerzas productivas. La moderna sociedad tal como existe en la actualidad no.

(18) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 7. existiría sin el uso de la energía en general y sin el uso de la energía eléctrica en particular. 1.2 Características de los Sistemas Eléctricos de Potencia ¿QUÉ ES UN SISTEMA ELÉCTRICO? Un sistema eléctrico es el conjunto de elementos que operan de forma coordinada en un determinado territorio para satisfacer la demanda de energía eléctrica de los consumidores.[5] Un sistema se diseña para que pueda proveer energía aun en las más difíciles condiciones de operación, de ahí la importancia de la electricidad en la sociedad moderna actual donde juegan un papel importante la estabilidad y la continuidad del servicio. Los sistemas eléctricos están constituidos básicamente por los siguientes elementos: 1) Los centros o plantas de generación donde se produce la electricidad (centrales nucleares, hidroeléctricas, de ciclo combinado, parques eólicos, etc.), 2) Las líneas de transporte de la energía eléctrica de alta tensión (AT), 3) Las estaciones transformadoras (subestaciones) que reducen la tensión de la línea (Alta tensión/Media tensión, Media tensión/Baja tensión), 4) Las líneas de distribución de media y baja tensión que llevan la electricidad hasta los puntos de consumo, 5) Un centro de control eléctrico desde el que se gestiona y opera el sistema de generación y transporte de energía. La figura 1.1 muestra un esquema de un sistema eléctrico con todos sus elementos. 1.2.1 Generación Uno de los pilares en la generación son las centrales eléctricas. Estas instalaciones emplean una fuente de energía para hacer girar una turbina y así producir energía de corriente alterna sinusoidal a tensiones intermedias, entre 6 000 V y 23 000 V, cifras superiores a esas no son adecuadas por las dificultades que presenta su aislamiento [6]. evitando el riesgo de cortocircuitos y sus consecuencias . Dependiendo del motor primario estas centrales eléctricas pueden ser termoeléctrica, hidroeléctricas, eólicas, fotovoltaicas, etc..

(19) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. Figura 1.1. Esquema Eléctrico Peninsular. 8. [5]. 1.2.2 Transmisión La interconexión de las diferentes plantas generadoras que forman un sistema de energía se realiza por medio de las líneas de transmisión, se deben considerar como tales aquellas de las tensiones más altas de un país. La función más importante de las líneas de transmisión es efectuar el intercambio de potencia o asistencia mutua entre las diferentes regiones del sistema, así como dar servicio a aquellos consumidores que por su gran demanda no pueden ser alimentados con otros niveles de tensiones. [7]. . Como su función es intercambiar energía entre las regiones. que unen, por lo que la transferencia de potencia puede ser en ambos sentidos..

(20) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 9. 1.2.3 Subtransmisión La subtransmisión no está definida por niveles de tensión en específico, sino por la función que realiza. Las tensiones, longitudes y la potencia que manipulan son menores que en el caso anterior. Su alimentación es por un solo extremo. Esta nace en las subestaciones, plantas transformadoras que se encuentran junto a las centrales generadoras y en los alrededores de zonas de consumo de energía eléctrica. La tensión se transforma entre 6,9 kV y 13,8 kV para que sea posible transferir la electricidad al sistema de distribución. En nuestro país estos niveles varían desde los 34,5 kV hasta 110 kV.[8] 1.2.4 Distribución Las redes de distribución son las que alimentan a los consumidores en ciudades y zonas rurales (área geográfica más reducida), las mismas pueden ser aéreas o subterráneas y tienen como función proporcionar electricidad a las viviendas e industrias. Sus tensiones, longitudes y la potencia que manipulan son menores que en el caso que la subtransmisión. Su alimentación es por un solo extremo. La distribución se divide en dos: primaria y secundaria. En Cuba tensiones más usadas en la distribución primaria son 2.4/4.16 kV y 7.6/13.2 kV, tensiones de fase y línea respectivamente, mientras que en la secundaria los niveles son de 120/240 V.[7] 1.3 Los Sistemas Eléctricos Aislados. Generalidades En un sistema eléctrico, la potencia total generada ha de ser en todo momento igual a la potencia total consumida más las pérdidas que se producen para servir la carga Esto se debe a que la energía no es (económicamente) almacenable (Figura 1.2). Si en un momento dado la generación no es igual a la demanda, se produce una variación de la frecuencia del sistema. El sistema responde a dicha variación de frecuencia con la respuesta inercial, la regulación primaria y la regulación secundaria.[9].

(21) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 10. Figura 1.2. Equilibrio entre generación y demanda[5] Es decir, en el momento dado en que la generación es superior a la demanda, el exceso de energía se almacena en forma de energía cinética en el rotor de los generadores, produciéndose una aceleración de los mismos que determina un aumento de la frecuencia del sistema. Por el contrario, si la demanda es superior a la generación, el déficit de energía se toma de la energía cinética de los rotores, produciéndose una disminución de su velocidad, que determina una disminución de la frecuencia. Para mantener permanentemente la frecuencia en el valor nominal (60 Hz), los generadores deben estar dotados de un regulador denominado regulador carga-velocidad o regulación primaria. Este regulador realiza un seguimiento permanente de la velocidad del rotor. Cuando la velocidad baja, el regulador da una orden de aumento de la potencia suministrada por el generador y por el contrario da la orden de disminución, cuando sube la frecuencia por encima de la nominal. Este regulador está instalado en cada generador, los desbalances de potencia son compensados entre todos los generadores. El desbalance entre generación y demanda puede tener su origen en variaciones de la demanda o pérdidas de generación (Figura 1.2). Las variaciones de demanda son generalmente pequeñas y progresivas a lo largo del día. No se producen grandes pérdidas ni adiciones súbitas de carga, porque los grandes centros de consumo suelen estar alimentados por sistemas mallados que toleran fallos, desconectando sólo una pequeña parte de la carga. Sin embargo, las pérdidas súbitas de generación se producen con cierta frecuencia y pueden englobar grandes cantidades de.

(22) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 11. potencia. Las pérdidas de generación pueden ser producidas por el aislamiento de un área generadora al producirse una falla en las líneas de salida. Este aislamiento produce la desconexión automática de generación (DAG) en el área generadora, para prevenir el colapso del sistema por inestabilidad transitoria[10] Al producirse una pérdida de generación, la energía que queda fuera de servicio tiene que ser aportada por el resto de generadores a través de la regulación primaria (los reguladores carga-velocidad). La cantidad total de energía que todos los generadores de un sistema pueden aportar en caso de pérdida de generación, se denomina reserva primaria de generación. Si la reserva primaria no es suficiente para compensar el déficit de generación perdida, los sistemas colindantes interconectados pueden suministrar la energía que falta. Esta situación se mantendrá durante el tiempo suficiente para que el área con déficit arranque más generación o repare el defecto. En los sistemas aislados no existen vecinos que puedan aportar la energía que falla. Por ello, la única forma de equilibrar generación y demanda es mediante el deslastre (desconexión) de carga. Sin embargo, interrumpir el servicio tiene unos costos asociados muy elevados. Por una parte se deja de vender la energía que se corta (se pierde el beneficio), por otra es necesario pagar las indemnizaciones y demandas de los clientes afectados y finalmente se produce un deterioro significativo de la calidad del servicio y la imagen corporativa de la empresa suministradora. En el caso de fallas severas es inevitable el colapso del sistema, llevando a la pérdida total del sistema y la interrupción del suministro a todos los consumidores. Sin embargo, la reposición de todo el sistema y la sincronización de sus generadores resulta relativamente fácil debido a su tamaño pequeño.. [11]. Los sistemas eléctricos aislados son muy sensibles a las variaciones de generación y demanda, esto es debido a que se caracterizan por el reducido número de generadores conectados y su baja inercia. Si se pierde algún grupo generador, a través de la regulación primaria, el resto de los generadores conectados han de aportar la potencia que se deja de suministrar. La cantidad de potencia que se deja sin suministrar puede suponer un porcentaje importante de la potencia total generada en el momento de la pérdida, pudiéndose llegar al caso de que la potencia que.

(23) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 12. pueden aportar el resto de generadores no sea suficiente para compensar la generación perdida. Al igual que si se pierde un grupo importante de carga, el exceso de carga se refleja en una aceleración de las máquinas, que por sus bajas constantes de inercia y sus sistemas de regulación de velocidad son incapaces de estabilizar la frecuencia. Los sistemas eléctricos aislados presentan características tales que la estabilidad es un problema de primer orden. Son sistemas de pequeño tamaño y están equipados total o parcialmente con grupos generadores de baja inercia (por ejemplo accionados por motores diésel). Por ello, las variaciones de frecuencia que se producen en caso de perturbaciones son muy superiores a que las que se experimentan en sistemas fuertemente interconectados. Además, las redes eléctricas de los sistemas aislados están por lo general poco malladas y son de niveles de tensión inferiores a las redes de los sistemas interconectados.. [12]. Además estos sistemas eléctricos aislados carecen de sistemas colindantes que les puedan aportar energía. Todo esto puede generar una disminución o un aumento de frecuencia tal que la única solución para evitar el colapso total del sistema sea la desconexión de cargas o de generación.. [13]. Los esquemas de desconexión de cargas actúan desconectando un conjunto limitado de cargas para restablecer el equilibrio entre generación y demanda mediante relés de baja frecuencia y/o de derivada de frecuencia, siendo vitales para asegurar la estabilidad de sistemas eléctricos aislados cuando ocurre la desconexión de un generador. De igual forma, pero de manera inversa se actúa cuando se pierde la carga, desconectando generadores para mantener el equilibrio. 1.3.1 Supervisión de los Sistemas eléctricos Aislados. Desde el desarrollo de la generación distribuida (GD) los Sistemas Eléctricos de Potencia han implementado su uso por los beneficios que representa para su funcionamiento estable y para los usuarios. Para las compañías eléctricas la GD tiene bastantes aspectos positivos, especialmente los relativos a la limitación de las horas picos de carga en la red de distribución, y para diferir o evitar totalmente el costo en ampliaciones de la infraestructura de distribución. Por otra parte, la GD puede ser incorporada al sistema eléctrico mucho más rápidamente que las.

(24) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 13. soluciones convencionales, presentando, además, la notable ventaja de su capacidad de ser implantada por escalones suficientemente pequeños de forma que puede ajustarse estrictamente al crecimiento de la demanda. [14] Los clientes abastecidos por los sistemas aislados tienen iguales derechos que los atendidos por el Sistema Eléctrico interconectado, de manera que merecen recibir un servicio eléctrico confiable y de calidad apropiada. En los sistemas aislados, los problemas con la tensión o la frecuencia del suministro eléctrico, la continuidad del servicio constituye el componente más incidente en la calidad del mismo, este es representado por el número de veces y la duración en que el suministro eléctrico es interrumpido intempestivamente. Las salidas forzadas de la generación son las que ocasionan mayor impacto en la prestación del servicio eléctrico, como consecuencia de desperfectos propios de las instalaciones generadoras, de las redes de distribución, fenómenos naturales y actos de terceros. La supervisión se sustenta en el comportamiento de los parámetros más representativos de continuidad y confiabilidad de las fuentes de generación, los mismos que están representados por el número, la duración de las salidas forzadas de la generación, cuyos indicadores poseen límites de tolerancia pre-determinados y el margen de reserva, que representa la diferencia entre la capacidad de generación y la máxima demanda de cada sistema aislado, cuya cobertura debe de estar siempre garantizada. [15] 1.3.2 Causas que Originan la Salida Forzadas de la Generación Las salidas forzadas de la generación que ocasionan interrupciones incorrectas del suministro eléctrico han sido agrupadas por su origen en: fallas por causas propias, fallas en redes, fallas atribuibles a terceros, y fallas ocasionadas por fenómenos naturales o causas de fuerza mayor.[15]  Fallas. por. causas propias.. Deficiencias propias de las instalaciones. generadoras por: averías en los equipos o componentes, errores de operación o fallas del sistema de protección..

(25) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 14.  Fallas en redes eléctricas. Desperfectos en componentes de la red, disturbios operativos que por falta de selectividad en la protección ocasionan salidas de la generación.  Fallas atribuibles a terceros. Daño accidental o intencionado ocasionado por terceras personas ajenas a la empresa, a cualquier componente de. las. instalaciones del sistema eléctrico, robo de conductores contacto accidental de aves u otros animales en las instalaciones.  Fallas por fenómenos naturales o causas de fuerza mayor. Consecuencias de fenómenos naturales o eventos extraordinarios, imprevisibles e irresistibles que afecten cualquier componente de las instalaciones eléctricas en generación, transmisión o distribución. 1.3.3 Estudios de Flujo de Cargas, Contingencias y Cortocircuitos en Sistemas Eléctricos Aislados Los estudios de flujos de cargas determinan el punto de funcionamiento del sistema eléctrico en el escenario bajo estudio. Durante mucho tiempo, el problema de flujo de carga llamó la atención de los ingenieros y los matemáticos dando como resultado una grandísima cantidad de publicaciones técnicas sobre el tema. Los estudios de flujo de cargas proporcionan: • Perfiles de tensiones. • Cargas de líneas y transformadores. • Pérdidas de transporte. El análisis de contingencias determina las variaciones de las tensiones y los flujos de cargas en caso de desconexión de cualquier línea o transformador. El análisis de contingencias por desconexión de un generador se realiza a través de la simulación en el dominio del tiempo y no por un análisis en régimen permanente ya que los problemas relevantes causados por este tipo de contingencias son de carácter dinámico. Los estudios de cortocircuitos determinan las potencias de cortocircuito en las subestaciones tras la incorporación del nuevo grupo de generación. Las nuevas potencias de cortocircuito pueden requerir la sustitución de equipos en algunas subestaciones..

(26) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 15. En condiciones de funcionamiento normal los sistemas aislados pueden exhibir tensiones bajas en subestaciones alejadas de las centrales de producción (típicamente hay una o dos) y cargas elevadas en algunas líneas y transformadores. Estas características se acentúan en caso de contingencias simples. 1.3.4 Estudios de Estabilidad Los estudios de estabilidad comprenden la simulación en el dominio del tiempo de diferentes perturbaciones (cortocircuitos y desconexión de generadores). El objeto de los estudios de estabilidad es múltiple entre los que se encuentran:  Evaluación de tiempos críticos de liberación de la falla en subestaciones de la red eléctrica.  Comportamiento del sistema ante la desconexión intempestiva de generadores.  Evaluación de los esquemas de deslastre de cargas por baja frecuencia.  Amortiguamiento de las oscilaciones de potencia.  Tiempos críticos de liberación de la falla. El cálculo de los tiempos críticos de liberación de fallas en las barras de las subestaciones de la red eléctrica de los sistemas asilados tiene por objeto identificar aquellos elementos de la red que precisan ser equipados con protecciones y redundancias adecuados que aseguren el mantenimiento de la estabilidad del sistema en caso de falla.  Desconexión de unidades de generación. La desconexión de una unidad de generación es una perturbación relevante en los sistemas aislados debido a que puede dar lugar a grandes variaciones de frecuencia. A diferencia de lo que ocurre en los grandes sistemas interconectados, la frecuencia puede alcanzar valores del orden de 47 ó 48 Hz. La reserva rodante limita las desviaciones permanentes de frecuencia tras la desconexión de un grupo generador. Sin embargo, se pueden alcanzar valores transitorios no permitidos de la frecuencia o incluso se puede producir el colapso del sistema si la generación de los grupos con capacidad de reserva no aumenta con suficiente rapidez. [10].

(27) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 16. Los sistemas aislados deben estar dotados de esquemas de deslastre de cargas para asegurar el funcionamiento del sistema en caso de desconexión de grupos generadores.[16] Es preciso resaltar que la desconexión de grupos generadores puede afectar también al balance de potencia reactiva en las zonas del sistema. En efecto, la desconexión de un grupo en una zona no solo determina la pérdida de la generación de potencia reactiva en la zona sino también un aumento de las pérdidas de potencia reactiva en todo el sistema por el aumento del transporte desde otras zonas del sistema. Cuando la red de transporte está cerca de sus límites, se puede producir el colapso de tensión del sistema aun cuando el equilibrio de potencia activa se mantenga por actuación de la regulación primaria y de los esquemas de deslastre de cargas por frecuencia. Estos casos ponen de manifiesto la necesidad de dotar algunos sistemas en algunas zonas de esquemas de deslastre de cargas por tensión.  Esquemas de deslastre de cargas. Los esquemas de deslastre de cargas tienen la misión de desconectar un conjunto limitado de cargas para restablecer el equilibrio entre generación y demanda alterado por la desconexión de un grupo generador. La desconexión de las cargas está activada, normalmente, por protecciones de baja frecuencia, que desconectan escalones de carga en las subestaciones según se alcanzan umbrales de actuación. Los esquemas de deslastre de cargas por baja frecuencia absoluta pueden no ser suficientes para preservar la integridad del sistema cuando la variación de la frecuencia es muy rápida. Existen casos en los que la pendiente de caída de la frecuencia es tal, que cuando se produce la desconexión efectiva de las cargas por orden de las protecciones, el valor de baja frecuencia alcanzado es inadmisible y la desconexión de las cargas demasiado tardía..

(28) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 17.  Amortiguamiento de las oscilaciones de potencia. La ocurrencia de oscilaciones de potencia poco amortiguadas en el margen entre 0.2 y 2 Hz es típica en sistemas eléctricos en los cuales los centros de generación están alejados de los centros de consumo y cuando los generadores están equipados con reguladores de tensión con bajas constantes de tiempo y elevadas ganancias (típicamente reguladores de tensión basados en puentes de tiristores). Las oscilaciones de potencia en las líneas de interconexión son el resultado de las oscilaciones mecánicas en oposición de fase de los rotores de los generadores del área exportadora y de los generadores del área importadora. Si bien las distancias físicas entre los generadores de los sistemas aislados no son grandes, las distancias eléctricas pueden serlo si los generadores están conectados a redes de alta tensión de nivel diferente y si además se produce la no disponibilidad de algún elemento de la red. Para amortiguar las oscilaciones de potencia se conectan en los reguladores de tensión de los generadores controles adicionales denominados estabilizadores del sistema de potencia (Power System Stabilizers, PSSs, en la literatura técnica en inglés). Estos dispositivos añaden una señal adicional al regulador de tensión para conseguir una componente de par eléctrico que esté en fase con las desviaciones de velocidad del rotor del generador. 1.4 Características Generales de los Sistemas Soterrados Los sistemas soterrados están constituidos por transformadores tipo interior o sumergibles, exteriores llamados de Jardín o Padmounted, cajas de conexión, interruptores. de. seccionamiento. y. protección,. cables. aislados,. y. demás. componentes; los que se instalan en locales en interior de edificios o en bóvedas, registros y pozos construidos en banquetas, lo más característico de ellos es que los cables se instalan en conductos soterrados o zanjas como se muestra en la figura 1.3. [17].

(29) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 18. Figura 1.3. Instalación de conductores y registros. Debido a la confiabilidad del servicio y la limpieza que estas instalaciones proporcionan al paisaje, estos sistemas se construyen en zonas urbanas con alta densidad de carga y fuertes tendencias de crecimiento, sin ignorar que su contribución a la estética del paisaje demanda un incremento en el costo de las instalaciones y en la especialización del personal encargado de construir y operar este tipo de sistema. Los principales factores que se deben analizar al diseñar un sistema. soterrado. son: densidad de carga, costo de la instalación, grado de. confiabilidad, facilidad de operación y seguridad del sistema.[1] 1.4.1 Descripción del Cable Los elementos del cable son los mostrados en la figura 1.4, los mismos están compuestos de la siguiente manera: 1. Conductor: conductor de cobre o aluminio Clase 2 de acuerdo con UNE 21022.[18] 2. Semiconductor interior: formado por una cinta semiconductora opcional de empaquetamiento sobre el conductor para evitar la penetración en el interior de la cuerda del compuesto extruido. Sobre esta cinta, capa de compuesto semiconductor. Esta capa sirve para uniformar el campo eléctrico a nivel de conductor..

(30) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 19. 3. Aislamiento: compuesto de HEPR o XLPE vulcanizado en atmósfera de N2. El compuesto está sometido a un riguroso control de ausencia de contaminaciones. 4. Semiconductor exterior: capa de compuesto semiconductor extruido sobre el aislamiento y adherido al mismo. Proceso de extrusión. La extrusión se hace en un cabezal triple, donde se aplican las tres capas extruidas en el mismo momento. La vulcanización para el HEPR o XLPE se realiza seca en atmósfera de N2, para evitar el contacto con el agua durante la fabricación. 5. Material obturante: incorporación de material absorbente de la humedad para evitar la propagación de agua entre los alambres de la pantalla. Pantalla metálica. Pantalla de alambres de cobre de sección diseñada para soportar la corriente de cortocircuito definida para la instalación. Si es preciso se añade una cinta metálica cuya función es la conexión equipotencial de los alambres. Se incluyen también materiales absorbentes de humedad. Capa metálica de estanqueidad. Capa de aluminio o cobre copolímero, opcional, adherida a la cubierta para garantizar la estanqueidad longitudinal del cable a la penetración de agua. 6. Cubierta exterior: Cubierta exterior de PE opcionalmente grafitada bajo demanda.. Figura 1.4. Señalización de los elementos que componen el cable. [19] 1.4.2 Configuración del Cable Los tres cables en un circuito trifásico pueden colocarse en diferentes tipos de formaciones. Las formaciones típicas incluyen el trébol triangular (trefoil) y las formaciones llanas (flat), tal como se muestra en la figura 1.5. La opción de seleccionar la configuración depende de varios factores como son: el método de.

(31) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 20. vinculación de pantalla, el área del conductor y el espacio disponible para la instalación.[19]. Figura 1.5. Configuraciones típicas de cables. (Formaciones trefoil y flat). 1.4.3 Corrientes Permisibles La capacidad de carga de un cable está limitada por la máxima temperatura a la que va a trabajar el conductor del cable. La intensidad máxima admisible para un cable, depende de la manera como este disipa el calor generado durante su funcionamiento en régimen permanente.. [15]. Como aspectos que influyen en la disipación del calor emitido por el conductor por el efecto Joule están: 1- Influencia medioambiental. 2- Condiciones de instalación. 3- Condiciones de emergencias. 1.5 Regímenes Anormales de Operación de un Sistema Eléctrico El sistema eléctrico está representado por el conjunto de elementos de interacción: los elementos de fuerza (generadores), transformadores, líneas de transmisión y cargas; y los elementos de dirección: reguladores de la excitación de las máquinas sincrónicas, reguladores de frecuencia, protecciones e interruptores, etc. Todos estos elementos están relacionados con los procesos únicos de generación, transferencia, distribución y consumo de la energía eléctrica y de los procesos que surgen con la variación del estado del sistema. Ante cualquier proceso transitorio ocurre una variación del estado electromagnético de los elementos del sistema y una violación del equilibrio entre el momento en el eje de cada máquina rotatoria y el electromagnético. Como resultado de esta violación se origina una variación en la velocidad de la máquina rotatoria, es decir, algunas máquinas se frenan y otras se aceleran. Lo anterior se debe a que el proceso transitorio se caracteriza por la variación electromagnética y mecánica en el sistema..

(32) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 21. En el proceso de explotación de los sistemas eléctricos pueden aparecer fallos y regímenes anormales de en sus distintos elementos, los cuales pueden conducir a averías, que son las consecuentes alteraciones del régimen normal de operación de todo el sistema o sus elementos acompañado de interrupciones del servicio a los consumidores, reducción de la calidad de la energía o daños en el equipamiento. El tipo más frecuente y peligroso de fallo es el cortocircuito, que origina grande incrementos de las corrientes y reducciones de las tensiones en los elementos del sistema, lo que puede dañar equipos por sobrecalentamiento, y afectar por baja tensión la operación normal de los consumidores y el sincronismo de los generadores del sistema. Entre los regímenes anormales, uno de los fundamentales es la sobrecarga, que origina valores de corriente superiores a los nominales, con el consiguiente calentamiento excesivo y posible daño de los equipos.. [20].

(33) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO. 22. Capítulo 2. Descripción del Sistema Eléctrico 2.1 Marco geográfico La provincia de Villa Clara comprende una extensión de 7 919.9 km 2 en tierra firme y 492.5 km2 (5.85% de la extensión provincial) agrupados en diversos cayos que forman parte del Archipiélago Sabana-Camagüey. El mismo se extiende desde la Península de Hicacos hasta la Bahía de Nuevitas, a lo largo de 465 km de la costa norte de Cuba. En él se destacan sitios con importantes valores estéticos, botánicos, faunísticos y paisajísticos. A la provincia de Villa Clara le corresponde de este archipiélago el grupo insular que abarca todo el frente de su costa norte, desde el cayo Bahía de Cádiz hasta el de Caimán Grande. Dentro de los que se incluye el conocido Cayo Santa María que es nuestro principal objeto de estudio, en la figura 2.1 puede apreciarse su ubicación geográfica con respecto a la provincia mientras en la figura 2.2 un acercamiento más detallado de la cayería.[1]. Fig. 2.1. Provincia Villa Clara y ubicación de Cayo Santa María..

(34) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO. 23. . CAYO SANTA MARIA. CAYO FRANCÉS. CAYO ENSENACHOS. CAYO LAS BRUJAS. Figura 2.2. Cayos Santa María, Brujas y Ensenachos. Como se puede observar de la figura 2.2 el polo turístico Cayo Santa María cuenta con tres cayos principales, el propio Cayo Santa María, Las Brujas y Ensenachos. 2.2 Polo turístico Cayo Santa María Es necesario aclarar que los datos que se brindarán a continuación son en su mayoría de años anteriores y que los mismos varían constantemente debido al desarrollo constructivo que aquí se lleva a cabo. En este sistema se lleva a cabo un amplio desarrollo que tiene previsto para el año 2017 tener a disposición del público unas 13 093 habitaciones, con la puesta en servicio de los hoteles que se están culminando y los demás que están en proyectos. Este trabajo se realizó con las 6 668 habitaciones que hay en servicio en este momento y las 1 400 que se pretenden poner en explotación con la entrega de los hoteles Laguna del Este que están en su fase terminal. En la tabla 2.1 se muestran el total de habitaciones por cada uno de los cayos, donde se puede observar que el peso de las instalaciones hoteleras se encuentran en los cayos Santa María y los Ensenachos..

(35) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO. 24. Tabla 2.1. Total de habitaciones actuales por Cayo Polos Turísticos. Habitaciones en explotación. Cayo Ensenachos. 2806. Cayo Santa María. 3 838. Cayo Las Brujas Total. 24 6 668. 2.3 Descripción del Sistema Cayo Santa María El servicio eléctrico de la cayería se genera In Situ, a partir de la construcción de una Planta Diesel, localizada en la Base de Apoyo (Cayo Santa María). Esta instalación ha sido ampliada a medida de las necesidades crecientes del sistema. La última instalación es una batería de máquinas HYUNDAI que se encuentra en fase terminal. Desde el centro de generación se brinda servicio a los polos Cayo Santa María, Las Brujas y Ensenachos a través de redes soterradas con una tensión de distribución de 13.8 kV. Este sistema se describirá brevemente a continuación. 2.3.1 Carga Eléctrica. La carga en este microsistema está caracterizada por la temporada turística (alta o baja), en dependencia de los meses del año. En el año 2010 la demanda máxima que experimentó este sistema fue del orden de los 10 MW, pero con el transcurso de los años la tendencia de esta ha sido al aumento, debido al desarrollo constructivo que ha tenido lugar, llegando al orden de los 15 MW y con perspectivas a alcanzar los 18 MW cuando se pongan en explotación los hoteles Laguna del Este (I, II, III). La forma que presenta la curva de demanda es bastante llana, debido a la actividad que se realiza. En la figura 2.3 se muestra una curva típica de carga en pu. para un día típico. Se observa que el consumo aumenta sobre las 9:00 am y a partir de las 12 meridiano hasta las 10:00 pm el consumo es casi plano..

(36) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO. 25. Forma de la curva de carga p.u. 1.2. 1. 0.8. 0.6. 0.4. 0.2. 0 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. Figura 2.3. Curva de carga en p.u. del sistema cayo Santa María. 2.3.2 Generación En la actualidad existen instaladas para la generación varios tipos de tecnologías, las que emplean para la generación el fuel oil, representadas por las máquinas MAN y HYUNDAI que se pondrá en servicio próximamente. Las que emplean el Diesel, representadas por las MTU que son las más antiguas. En la tabla 2.2 se muestran los tipos de generadores que hay instalados, su tecnología, la cantidad de máquinas por grupos así como su capacidad. Tabla 2.2. Generación Instalada en Cayo Santa María Generación. Tecnología. Unidades. MW. Fuel. MAN 4.85 MVA. 2. 7.7. HYUNDAY 1.7 MVA. 4. 6.8. Diesel. MTU 2.36 MVA. 8. 15.2. Total. 35.3 MVA. 14. 29.7. Aunque la capacidad instalada es muy superior a la demanda máxima, en un sistema de este tipo, los problemas relacionados con la disponibilidad de la tecnología y su condición de operación en isla, no permiten que la relación entre potencia máxima y.

(37) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO. 26. capacidad de generación sea menor. En la figura 2.4 se pueden observar los grupos de generación MAN al principio, MTU en el medio y HYUNDAI al fondo.. Figura 2.4. Grupo de generación Cayo Santamaría 2.4 Redes Para enlazar la generación y la carga en el microsistema Cayo Santa María se utilizan redes soterradas con dos niveles de aislamiento 34.5 y 13.8 kV aunque en la actualidad todas se operan a 13.8 kV.. [1]. Los conductores soterrados de estas redes son del tipo: Eprotemax H: Cable monoconductor con aislamiento a base de polímeros, etilenopropileno designado con las siglas (EPR). Voltalene: Cable aislado con polietileno reticulado (XLPE) y con cubierta exterior de una mezcla de policloruro de vinilo (PVC). Encontrándose diversos calibres desde los 35 mm2 hasta los 240 mm2. Los parámetros de dichos conductores para posteriores cálculos fueron obtenidos de los manuales y catálogos que brindan los fabricantes.[21],[19],[22] (Tabla I.1, Anexo I)..

(38) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO. 27. Estas redes se componen de nueve circuitos que agrupados en dos circuitos alimentan las zonas Norte, Este, Oeste y Base Apoyo (Los datos de todas las líneas que comprenden estos tres circuitos se pueden apreciar con exactitud en la tabla I.2 del anexo I). De tal manera toda la carga queda alimentada por un esquema doble radial, donde en cada nodo hay un sistema de centros de conmutación (o transformación figura 2.5) (CC) donde se hace el intercambio manual o automático en caso de falta de servicio por el alimentador principal. Este esquema es sin duda mucho más fiable para servir cargas de primera categoría como son los hoteles. [1]. .. Las distancias correspondientes a cada uno de los circuitos, que fueron utilizadas para determinar los valores de X, R y Bc correspondientes a estos, fueron recopiladas de los datos existentes sobre este sistema, así como sus nodos de envío y recibo.. Figura 2.5. Centro de Conmutación o transformación para redes soterradas. EL esquema monolineal de este sistema se puede apreciar en la figura 2.6. Este sistema está compuesto por un gran número de componentes y dispositivos que garantizan su operación. Entre ellos se encuentran los llamados centros de conmutación, desde los cuales se realiza el despacho de potencia hacia los consumidores; las llamadas cámaras de transformación, instalaciones metálicas o de concreto dentro de las cuales se encuentran enclavados los transformadores que pueden ser monofásicos o trifásicos, inmersos en aceite o secos, siendo estos últimos los más usados en las instalaciones recientes..

(39) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO. Figura 2.6. Monolineal del SEACSM.. 28.

(40) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO. 29. 2.4.1 Circuito Dunas Punta Madruguilla En la figura 2.7 se muestra un monolineal del circuito Dunas Punta Madruguilla. Este circuito está compuesto por dos circuitos radiales, los cuales a su vez están integrados por conductores de 35; 70; 95; 120; 150 y 240 mm2 de diámetro respectivamente que pueden ser de cobre o de aluminio. Los circuitos principales, los encargados de la conexión entre los interruptores Q14 y Q15 con el centro de conmutación, están compuestos por conductores de 150 y 240 mm2, mientras que los demás circuitos están compuestos por todos estos valores de diámetro, sobresaliendo el uso de el de 95 mm2. La longitud total de este circuito es de aproximadamente 3.4 km entre la subestación y el consumidor, el Hotel Punta Madruguilla. Cuenta con solamente un centro de conmutación que se encarga de manejar toda la energía de este circuito. La carga que por él se despacha es la que demandan las instalaciones Hotel Punta Madruguilla, La Casa Criolla, El servicio de recreo y las canchas de tenis, El servicio Pueblo Dunas, Hotel Dunas III y IV, el Hotel Sol y el Meliá y los servicios de rebombeo I y la planta de tratamiento de residuales.. Figura 2.7. Circuito Dunas Punta Madruguilla..

(41) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO. 30. Las cámaras de transformación de estas instalaciones están compuestas por transformadores trifásicos inmersos en aceite de fabricación española (Imefi) y por un banco trifásico en la plata de rebombeo I. 2.4.2 Circuito Sur-Oeste En la figura 2.8 se muestra un monolineal del circuito Sur-Oeste. Está integrado en su configuración por un circuito doble radial, con conductores de 35; 70; 120; 150 y 240 mm2 de diámetro respectivamente que pueden ser de cobre o de aluminio, al igual que en el caso anterior, que distribuye la carga a las instalaciones Hotel Villa Las Bruja y La Marina, el Servicentro, el Aeropuerto, el Delfinario y el Hotel Ensenachos.. Figura 2.8. Circuito Sur-Oeste. Este circuito tiene la peculiaridad de que desde los interruptores se parte con conductores de 120 mm2 y a los 900 m existe un cambio en el calibre por.

(42) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO. 31. conductores de 150 mm2. Esto solo se puede observar en estos circuitos que conecten dichos interruptores con el centro Ormazabal. [23]. , después de esto los. conductores de los circuitos principales continúan siendo de 150 mm 2 y los de los demás circuitos se reparten entre los 35; 70 y 240 mm2 respectivamente. La distancia entre la subestación y el último consumidor de este circuito (Hotel Villa Las Bruja) es de 13 km aproximadamente. Dicho circuito cuenta solamente con un centro de conmutación y una cabina Ormazabal. Estos dispositivos son los encargados de manejar toda la potencia del circuito y distribuir la conexión de las cargas. Los centros de transformación que lo integran están compuestos por transformadores en aceite de los fabricantes Imefi y Merlin Gerin, así como dos bancos trifásicos, uno para el aeropuerto de tres transformadores chinos y otro para el servicentro de igual número de transformadores pero en este caso Latinos. 2.4.3 Circuito Base de Apoyo La figura 2.9 muestra el monolineal del circuito Base de Apoyo.. Figura 2.9. Circuito Base de Apoyo.

(43) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO. 32. Este es el circuito más pequeño con que cuenta este sistema, y la distancia que lo separa de la subestación es la menor, pues dicha instalación entra dentro de la base de apoyo, ubicada en el Cayo Santa María. La distancia máxima de este circuito es de 1 km total, y está compuesto el igual que los demás por un circuito doble radial integrado por conductores de 35; 70 y 95 mm2. La potencia que se despacha por este circuito es manejada por un centro de conmutación y es la que demandan todas las cámaras de la base de apoyo, la clínica internacional y la policía así como el servicio de rebombeo II (figura 2.9). Las cámaras de transformación están compuestas por transformadores trifásicos en aceite y las que no poseen este tipo de transformadores tienen un banco trifásico. 2.4.4 Circuito Este La figura 2.10 muestra un monolineal del circuito Este. Es el mayor circuito con que cuenta este sistema, y se prevé que su capacidad futura aumente de forma significativa cuando se culmine en el año 2017 el proyecto Lagunas Del Este, del cual hasta el momento solamente se prevé la entrega de los hoteles Laguna del Este I y III. Por la capacidad de carga instalada está compuesto por una configuración triple radial que distribuye la energía consumida por los complejos hoteleros Dunas V, La Estrella I y II, Planta Real, Lagunas del Este, y los servicios Pueblo I y II de las Estrellas, así como los servicios de la Casa de Negocios, las tropas guarda-fronteras y el centro de ETECSA. Para soportar esta demanda los conductores por los que están compuestos estos circuitos son de 240 y 250 mm2 para conectar los centros de conmutación con la subestación y de 95 mm2 para conectar las cámaras de transformación a los centros de conmutación. En su configuración cuenta con nueve centros de conmutación y cuatro casetas de empalmes, siendo de todos estos centros el más importante el centro de conmutación ETECSA, pues desde este se despacha el 99 % de la energía que se consume en este circuito..

(44) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO. 33. Figura 2.10. Circuito Este. La distancia total entre la subestación y el centro más lejano (Hotel Laguna del Este III) es de unos 11 km. Los transformadores que integran las cámaras de transformación, son en su gran mayoría trifásicos, en algunos casos son de fabricación española (Imefy), inmersos en aceite, y en otros casos, como en los hoteles Piedra Movida y Planta Real, son transformadores trifásicos igual pero secos. Lo mismo ocurre con las cámaras de transformación de los hoteles Laguna del Este, en cuyas cámaras los transformadores que existen son trifásicos en seco. Los bancos de transformadores que están montados en este circuito están compuestos por transformadores Latinos en aceite de fabricación nacional..

(45) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO. 34. 2.5 Subestación Principal La subestación principal donde se controlan todas las redes existentes en este momento y la conexión con los generadores, está conformada por celdas en SF6 (Hexafluoruro de Azufre) de tecnología ABB de doble barra, un centro de conmutación con celdas Ormazabal (Celda de distribución de carga) y un grupo de recerradores NULEC. [24]. .. La figura 2.11 muestra un esquema simplificado de esta subestación y la generación del cayo.. Figura 2.11. Esquema simplificado de subestación actual. Se puede observar de la figura 2.11 que los generadores MAN se encuentran despachando directamente a los interruptores NULEC, mientras que los generadores MTU, despachan a la barra de 13.8 kV, y después, mediante el CC #1 se le da salida a esta potencia hacia los consumidores a través de los NULEC. Este esquema.

(46) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO. 35. cuenta con un exceso de interconexiones que debilitan la fiabilidad del sistema y limitan la capacidad de respuesta de este ante las averías. La subestación que se pretende instalar (figura 2.12) para brindar un servicio más confiable está conformada por celdas de SF6, pero a diferencia de la actual con su instalación se eliminará el centro de conmutación número 1 (CC·#1), pues la salida de todos los circuitos será de forma directa desde los interruptores, aumentando la fiabilidad del sistema. Las protecciones con que cuenta esta subestación son capaces de responder a una avería en 0.15 s (relé de 6 ciclos e interruptor de 3) tiempo este importantísimo para este sistema. También cabe mencionar que como parte del desarrollo futuro, en esta subestación convergerán un número mayor de generadores, marcados por el incremento de la carga, lo que la hará más compleja e importante.. Figura 2.12. Esquema simplificado de la subestación futura..

(47) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO. 36. 2.6 Demanda eléctrica La demanda eléctrica en este sistema está estrechamente relacionada con la capacidad de explotación a las que se encuentren los hoteles y las instalaciones que lo componen. No obstante, la demanda contratada por estas instalaciones no está muy lejos de los valores actuales registrados durante la ocurrencia del pico eléctrico, aunque estos valores son relativos, pues en ellos no se incluyen las brigadas de construcción que se encuentran laborando es estos momentos. La demanda contratada para las instalaciones en explotación en estos momentos es de 16.265 MW, mientras que el pico máximo registrado hasta el momento se encuentra por el orden de los 14.5 MW. A estos valores de demanda es necesario agregar las demandas que hasta el momento tienen contratada los hoteles Laguna del Este I, II y III (10 MW entre los tres), si consideramos esto, la demanda del sistema se eleva de forma significativa. Lo que explica el aumento en la capacidad de generación futura. El incremento en la demanda de este sistema está estrechamente relacionado con los niveles de aceptación que tiene este polo turístico en los clientes, y el número de habitaciones que están previstas tener en servicio para los años venideros. De forma tal que se prevé para el año 2016 tener una demanda en el sistema de 26.4 MW. La figura 2.13 muestra un gráfico de barras del crecimiento de la demanda eléctrica hasta el 2016. Demanda (MW) 30.0 26.4 23.9. 25.0 21.4 20.0. 17.8 15.7 13.7. 15.0 11.2 10.0. 8.0. 5.0 0.0 Punto de parti da. 2010. 2011. 2012. 2013. 2014. 2015. Figura 2.13. Aumento de la demanda eléctrica por año.. 2016.