Universidad Nacional del Centro del Perú

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Universidad Nacional del Centro del Perú

Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Propuestas para mejorar la calidad de energía del sistema eléctrico en media tensión de la ciudad de Huancayo,

Departamento de Junín

Huayta Paucar, Jhonatan Michael

Huancayo 2019

Esta obra está bajo licencia https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

TESIS

“PROPUESTAS PARA MEJORAR LA CALIDAD DE ENERGÍA DEL SISTEMA ELÉCTRICO EN

MEDIA TENSIÓN DE LA CIUDAD DE HUANCAYO, DEPARTAMENTO DE JUNÍN “

Código CTI: 0402 0001 Desarrollo de tecnologías para la mejora de la

Código UNESCO: 3306.09

eficiencia en el trabajo y el aprendizaje Transmisión y distribución

TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:

INGENIERO ELECTRICISTA PRESENTADO POR:

Bach. JHONATAN MICHAEL HUAYTA PAUCAR

HUANCAYO - PERÚ

2019

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MSc. Efraín Mauro De la Cruz Montes

ASESOR

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DEDICATORIA

A mi madre MERY PAUCAR ALIAGA por estar siempre a mi lado en los momentos más difíciles.

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AGRADECIEMIENTOS

A los catedráticos de la Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la UNCP por sus enseñanzas y por los años de aprendizaje.

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INDICE

RESUMEN ix

ABSTRACT x

INTRODUCCIÓN 1

CAPITULO I 3

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 3

1.1. Caracterización del problema 3

1.2. Formulación del problema 7

1.2.1. Problema General 7

1.2.2. Problemas Específicos 7

1.3. Objetivos de investigación 7

1.3.1. Objetivo General 7

1.3.2. Objetivos Específicos 8

1.3.3. Justificación Teórica 8

1.3.4. Justificación Metodológica 8

1.4. Limitaciones del estudio 8

CAPITULO II 10

2. MARCO TEÓRICO 10

2.1. Antecedentes 10

2.2. Bases teóricas 14

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2.2.1. Calidad de la Energía 14

2.2.2. Perturbaciones Eléctricas 14

2.2.3. Caída máxima de tensión 15

2.2.4. Corregibilidad de Líneas y Transformadores 16

2.2.5. Proyecciones a futuro 16

2.3. Conceptos básicos 16

2.3.1. Carga en un sistema de distribución 16

2.3.2. Norma Técnica de Calidad de Servicios Eléctricos - Titulo Quinto,

Calidad de Producto 17

2.4. Hipótesis 18

2.4.1. Hipótesis General 18

2.4.2. Hipótesis Especificas 18

2.5. Variables 18

2.6. Operacionalización de variables 19

CAPITULO III 20

3. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 20

3.1. Tipo de Investigación 20

3.2. Nivel de investigación 20

3.3. Métodos de investigación 20

3.3.1. Método General 20

3.3.2. Método Especifico 21

3.4. Población y muestra 21

(8)

3.4.1. Población 21

3.4.2. Muestra 21

3.5. Instrumentos de recopilación de datos 21

3.6. Procedimientos de recopilación de datos 22

3.7. Procedimientos de análisis de resultados 22

CAPITULO IV 23

4. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN 23

4.1. Presentación de datos y resultados 23

4.1.1. Diagnostico Actual del Sistema Eléctrico de Huancayo 23 4.1.1.1. Ubicación del Sistema Eléctrico de Huancayo 23 4.1.1.2. Configuración Existente del Sistema Eléctrico en Estudio 25 4.1.1.3. Operación Actual del Sistema en Estudio 32 4.1.2. Evaluación del Desempeño del Sistema Eléctrico de Huancayo 35 4.1.2.1. Proyección de la Máxima Demanda del Sistema Eléctrico 35 4.1.2.2. Operación del Sistema en Estudio en el Año 2020 37 4.1.2.3. Operación del Sistema en Estudio en el Año 2022 40 4.1.2.4. Operación del Sistema en Estudio en el Año 2024 42 4.1.2.5. Operación del Sistema en Estudio en el Año 2026 46 4.1.3. Alternativas para Mejorar el Sistema Eléctrico en Estudio 48 4.1.3.1. Solución del Sistema Eléctrico en el Año 2020 49 4.1.3.2. Solución del Sistema Eléctrico en el Año 2022 50 4.1.3.3. Solución del Sistema eléctrico en el Año 2024 52

(9)

4.1.3.4. Solución del Sistema eléctrico en el Año 2026 54

4.2. Pruebas de Hipótesis 57

4.3. Discusión de resultados 58

CONCLUSIONES 60

RECOMENDACIONES 61

BIBLIOGRAFÍA 62

ANEXOS 64

(10)

RESUMEN

Estamos en una época en que el progreso científico y tecnológico ocurren aceleradamente al pasar los años de una manera orientada a resolver los problemas que la sociedad presenta. De la misma forma, las industrias y empresas del sector eléctrico buscan mejorar los procesos de generación, transmisión y utilización de la energía eléctrica y, en este caso, buscamos el mejoramiento de la calidad de servicio eléctrico La calidad de servicio eléctrico, se entiende como la prestación de suministro de electricidad con parámetros de tensión, frecuencia y continuidad adecuados para el funcionamiento de los aparatos electrodomésticos.

Este trabajo tiene como fin principal plantear alternativas para mejorar los indicadores de calidad de energía eléctrica en las redes del sistema eléctrico de la ciudad de Huancayo, para ello se elaboró el diagnóstico de calidad de energía en el sistema eléctrico de valle del Mantaro conforme a la Norma Técnica de Calidad de los Servicios Eléctricos NTCSE y, posteriormente, se realizó la evaluación del sistema eléctrico de este sistema eléctrico con proyecciones de máxima demanda en los años 2020, 2022, 2024 y 2026 de acuerdo al crecimiento de la demanda eléctrica y a la estimación hecha por el COES utilizando el software Digsilent Power Factory.

Esta investigación llegó a la siguiente conclusión luego de ejecutar el análisis de flujo de potencia al modelo del sistema eléctrico de la ciudad de Huancayo proyectado al año 2026, que la máxima caída de tensión del alimentador A4244 de la subestación Huancayo Este se estima que superará el límite permitido con 5.1%. Además, conectando bancos de condensadores de 1Mvar en las barras de media tensión de las subestaciones Huancayo este, Salesianos, Parque industrial, se observa que se reducen la cargabilidad de los transformadores.

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ABSTRACT

We are at a time when scientific and technological progress occur rapidly as the years go by in a way oriented to solve the problems that society presents. In the same way, the industries and companies of the electricity sector seek to improve the processes of generation, transmission and utilization of electrical energy and, in this case, we seek to improve the quality of electrical service The quality of electrical service is understood as the provision of electricity supply with voltage, frequency and continuity parameters suitable for the operation of household appliances.

The main purpose of this work is to propose alternatives to improve the indicators of electrical energy quality in the networks of the electrical system of the city of Huancayo, for this purpose the diagnosis of energy quality in the electrical system of the Mantaro valley was prepared according to the Technical Standard of Quality of the Electrical Services NTCSE and, later, the evaluation of the electrical system of this electrical system was carried out with projections of maximum demand in the years 2020, 2022, 2024 and 2026 according to the growth of the electrical demand and the estimation made by COES using the Digsilent Power Factory software.

This investigation reached the following conclusion after executing the power flow analysis to the model of the electrical system of the city of Huancayo projected to the year 2026, that the maximum voltage drop of the A4244 feeder of the Huancayo Este substation is estimated to exceed the Limit allowed with 5.1%. In addition, by connecting 1Mvar capacitor banks in the medium voltage bars of the Huancayo East, Salesianos, Industrial Park substations, it is observed that the transformers' chargeability is reduced.

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INTRODUCCIÓN

La caída de tensión que se produce en las redes de media tensión, es uno de los problemas principales que presentan las empresas de distribución eléctrica debido a que están directamente relacionadas con la magnitud de la carga que alimentan, la cual aumenta durante los años, y la longitud del alimentador que se hace más largo a medida que la ciudad crece.

Este trabajo plantea solucionar los problemas de caída de tensión en los alimentadores del sistema eléctrico de la ciudad de Huancayo elaborando diagnósticos y evaluaciones a los modelos del sistema usando las proyecciones de la demanda máxima hechas por el COES para los años 2020, 2022, 2024 y 2026.

Para lograr estos propósitos, en el planteamiento del problema, se explica los problemas de caída de tensión encontrados en algunos alimentadores del sistema eléctrico del valle del Mantaro, también se plantea los problemas a solucionar, los objetivos y las justificaciones del análisis al sistema eléctrico. Posteriormente, en el capítulo II, describimos detalladamente trabajos previos relacionados con la reducción de la caída de tensión en las redes de media tensión, así mismo, se muestran los conceptos básicos y teóricos del estudio para formular las hipótesis adecuadas y determinar las variables de la investigación.

En el Capítulo III, titulado Metodología de la investigación, describimos aspectos característicos del trabajo realizado como son tipo, nivel y métodos de la investigación, además, se define la población y muestra utilizadas para este trabajo, finalmente, se mencionarán los pasos seguidos para realizar esta investigación correctamente.

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En el Capítulo IV, se presenta los datos obtenidos y los resultados de los distintos análisis de flujos hechos a los modelos estimados por el COES del sistema eléctrico utilizando el software Digsilent Power Factory, luego se mostrarán las pruebas de las hipótesis hechas para entrar en la discusión de los resultados en donde se interpretarán y explicarán los distintos resultados.

Por último, se mostrará las conclusiones y recomendaciones a la que llegó esta investigación.

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CAPITULO I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1.

Caracterización del problema

Actualmente, las empresas e industrias del sector eléctrico de todo el Perú buscan mejorar sus sistemas con el fin de lograr suministrar una excelente calidad de energía a sus usuarios, el cual implica la disminución de la variación de la tensión, corriente, y frecuencia en el sistema eléctrico.

Estas últimas décadas, debido a que se agregaron al sistema más cargas sensibles a la variación de la tensión, corriente o frecuencia, la importancia de la calidad de energía ha ido creciendo. Además, la demanda eléctrica va aumentando con el crecimiento de la población, lo cual causa un incremento de la carga produciendo caídas de tensión fuera del límite permitido por las normas de calidad de energía.

El sistema eléctrico de Valle del Mantaro está ubicado en el Departamento de Junín y provee energía eléctrica a las provincias de Huancayo, Jauja y Concepción, este sistema es abastecido por la Central Hidroeléctrica del Mantaro ubicada en Campo Arminio a través de una línea de transmisión de 76.5 km llegando a la subestación Huayucachi de 220 kV de donde se distribuye la energía hacia las subestaciones de Huayucachi 2 de 10 kV, Huancayo Este,

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Salesianos, Parque Industrial y Concepción de 60 kV, estas últimas subestaciones suministran energía a una tensión de 10 kV a los alimentadores.

El sistema Valle del Mantaro consume una potencia promedio de 53 MW y genera alrededor de 38.5 MW con las centrales de Runatullo II y Runatullo III.

Figura 1. Ubicación geográfica de Subestaciones y Centrales Hidroeléctricas de la zona centro del Sistema Eléctrico Interconectado Nacional. Fuente COES.

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Figura 2. Diagrama Unifilar del Sistema Eléctrico de Distribución Huancayo y Valle del Mantaro. Fuente Osinergmin.

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El constante incremento de demanda, en los últimos años, debido a la expansión o crecimiento demográfico de Huancayo, ha hecho que la densidad de carga en algunas zonas del sistema se incremente lo cual puede ocasionar inconvenientes en corto plazo.

Realizando análisis de flujos de potencia al modelo del sistema eléctrico de Valle del Mantaro del año 2019, se encontró que en el centro de la ciudad de Huancayo, algunas redes que pertenecen a los alimentadores A4201, A4202, A4204 y A4205 de la Subestación Salesianos, tienen una caída de tensión máxima de alrededor de 5%, lo cual, en los próximos 6 años, es probable que dichas caídas de tensión se incrementen a mayor del 7% ya que para el 2026 se espera una aumento del 30% de la carga en el sistema eléctrico de Huancayo.

Tabla 1

Caída de tensión en Alimentadores

Alimentador

Mínima Tensión (PU)

Máxima Caída de

Tensión (%)

A4205 0.940 6.0%

A4204 0.960 4.0%

A4203 0.969 3.1%

A4202 0.969 3.1%

A4201 0.951 4.9%

A4206 0.970 3.0%

A4207 0.977 2.3%

A4211 0.966 3.4%

A4212 0.977 2.3%

A4213 0.961 3.9%

A4216 0.956 4.4%

A4241 0.950 5.0%

A4242 0.964 3.6%

A4243 0.954 4.6%

A4244 0.950 5.0%

La tabla 1 muestra la máxima caída de tensión en Alimentadores del sistema eléctrico de Huancayo.

Fuente Electrocentro.

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Para solucionar el problema de caída de tensión en las redes, resulta necesario determinar las alternativas de solución para implementarlas ya que de estos aspectos dependerá el monto de la inversión que deberá realizarse.

Consecuentemente, es de vital importancia realizar diagnósticos y evaluar las redes en media tensión del sistema para proponer alternativas de solución y dotar de mejor calidad de energía eléctrica al Valle del Mantaro.

1.2.

Formulación del problema

1.2.1. Problema General

¿Qué alternativas se debe proponer para mejorar los indicadores de calidad de energía en las redes del sistema de la Ciudad de Huancayo?

1.2.2. Problemas Específicos

1. ¿Cuál es el diagnóstico de calidad de energía en el sistema eléctrico de la ciudad de Huancayo conforme a la Norma Técnica de Calidad de los Servicios Eléctricos?

2. ¿Cuál es la evaluación del sistema eléctrico de la ciudad de Huancayo proyectada a 6 años de acuerdo al crecimiento de la demanda eléctrica y conforme a la Norma Técnica de Calidad de los Servicios Eléctricos?

1.3.

Objetivos de investigación

1.3.1. Objetivo General

Plantear alternativas para mejorar los indicadores de calidad de energía en las redes del sistema del Valle del Mantaro.

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1.3.2. Objetivos Específicos

1. Elaborar el diagnóstico de calidad de energía en el sistema eléctrico de la ciudad de Huancayo conforme a la Norma Técnica de Calidad de los Servicios Eléctricos.

2. Elaborar la evaluación del sistema eléctrico de la ciudad de Huancayo proyectada a 6 años de acuerdo al crecimiento de la demanda eléctrica y conforme a la Norma Técnica de Calidad de los Servicios Eléctricos.

1.3.3. Justificación Teórica

Esta investigación contribuye teóricamente con el uso de softwares de modelación y simulación de sistemas de potencia. Además, realiza un pequeño repaso sobre el análisis de flujos de potencias en una red de media tensión.

1.3.4. Justificación Metodológica

Dentro de la evaluación de operación de un sistema de potencia, este trabajo contribuirá a la metodología proponiendo alternativas de solución a la mala calidad de energía, en cuanto a caídas de tensión, en un sistema eléctrico de distribución de media tensión.

1.4.

Limitaciones del estudio

La investigación tuvo los siguientes límites.

1.4.1. Límites geográficos

La limitación geográfica abarcó el área donde opera el sistema eléctrico de la ciudad de Huancayo, es decir a la provincia de Huancayo, región de Junín.

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1.4.2. Límites financieros

La limitación financiera del estudio fue coherente con el presupuesto que se necesitó para el mismo, ascendiendo a S/ 2,100.00.

1.4.3. Límites metodológicos

Los límites metodológicos fueron establecidos en el plan de tesis de la presente investigación, los cuales consistieron, en resumen, realizar una proyección la cual será utilizada para crear modelos que serán analizados con software para simularlo, resultados del mismo y luego fueron procesados para obtener los indicadores que permitieron llegar a las conclusiones.

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CAPITULO II

MARCO TEÓRICO

2.1.

Antecedentes

“Mejoramiento del Sistema Eléctrico de la Ciudad de Puerto Maldonado en Media Tensión”

Tesis presentada por Nathaly Mary Espinoza Surco y Juan José Beltrán Palomino, dirigido para obtener el título profesional de Ingeniero Electricista, en la Escuela profesional de Ingeniería Eléctrica de la facultad de Ingeniería Eléctrica Electrónica Informática y Mecánica de la Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco. En este trabajo, el autor afirma que en estos últimos años la ciudad de Puerto Maldonado, conectado a las redes de Electro Sur Este S.A.A. en un nivel de tensión de 138/10 kV, está recibiendo un incremento considerable de la demanda de energía eléctrica, pero hay problemas en lo que respecta a confiabilidad y suficiencia. Además, el autor reitera que los sistemas eléctricos de Puerto Maldonado han sufrido un cambio cualitativo debido al desarrollo tecnológico y los programas de conservación y uso eficiente de la energía con el incremento de cargas no lineales que perjudican a los sistemas eléctricos con armónicos, produciendo una serie de problemas

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en la calidad de energía eléctrica suministrada (Espinoza y Beltrán, 2016).

“Análisis, Diagnóstico y Propuesta de Mejora de Calidad de Servicio a Causa De Fallas Imprevistas En El Suministro Eléctrico en el Distrito de Macusani-Carabaya”

Tesis presentada por Robles Saul Maque Tinta, dirigido para obtener el título de Ingeniero Mecánico Electricista, en la Escuela profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica de la facultad de Ingeniería Mecánica Eléctrica Electrónica y Sistemas de la Universidad Nacional del Altiplano. En este trabajo, el autor tiene como objetivo analizar, diagnosticar y dar la propuesta de como poder mejor la calidad de servicio a causa de fallas imprevistas en el suministro eléctrico en el distrito de Macusani-Carabaya. Además, en este trabajo se emplea la investigación del tipo no experimental de diseño transversal, para lo cual la información se obtiene a través de encuestas y entrevistas planteadas por única vez a los representantes de Servicios Eléctricos Macusani y a los usuarios del sistema (Maque, 2017).

“Análisis de Calidad de Energía Eléctrica en el Nuevo Campus de la Universidad Politécnica Salesiana”

Tesis presentada por Carlos Holguín y David Gómez Coello, dirigido para obtener el título de Ingeniero Eléctrico, en la carrera de Ingeniería Eléctrica de la facultad de Ingenierías de la Universidad Politécnica Salesiana – Sede Guayaquil. En este trabajo, el autor tiene

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como objetivo es encontrar un medio para que, en la parte técnica, el abonado espere obtener del proveedor (empresa distribuidora) un suministro con tensiones equilibradas, sinusoidales y de amplitudes y frecuencias constantes. Ademas, afirma que el incremento en la productividad con logros en la industria, debido a la automatización, ha tenido un gran desarrollo tecnológico en especial en la electrónica de potencia, el cual ha producido una generación de equipos de alta capacidad, alto rendimiento y bajo costo, siendo cargas no lineales altamente sensibles a las variaciones en el suministro eléctrico, produciéndose una perturbación en el suministro eléctrico; lo que conlleva que la empresa Distribuidora del Servicio Eléctrico provea una alimentación confiable, ininterrumpida y totalmente libre de perturbaciones en el servicio eléctrico (Holguin y Gomez, 2010).

“Factores que Afectan la Calidad de la Energía y su Solución”

Tesis presentada por Daniel Saucedo, José Texis Villagrán y Zoar Flores Carrera, dirigido para obtener el título de Ingeniero Electricista, en la Unidad Profesional Adolfo López Mateos de la Escuela Superior de Ingeniería mecánica Eléctrica del Instituto Politécnico nacional, México.

En este trabajo, los autores llegan a la conclusión que la calidad de la energía eléctrica depende en al menos una docena de características clave de las fuentes de electricidad, incluyendo la frecuencia, la tensión, pero las características más críticas son el contenido armónico y los transitorios por sobretensión. Además, ellos afirman que hay un numero de soluciones que, individuales o combinadas, pueden reducir,

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significativamente el riesgo de problemas con armónicas y otras perturbaciones que degradan la calidad de la energía como son: los supresores de impulso de tensión, las fuentes interrumpibles de energía y los filtros pasivos y activos (Saucedo, Texis y Flores, 2008).

“Mejoramiento y ampliación del sistema de distribución en Baja Tensión 0.38/0.23 Kv, e implementación de subestación de transformación en Media Tensión 13.8 Kv/0.380/0.230 Kv del sistema eléctrico en el Distrito de Cascapara, Para mejorar la calidad de suministro de energía eléctrica”

Tesis presentada por Simón Tadeo Vásquez Bolaños, dirigido para obtener el título de Ingeniero Mecánico Electricista, en la Escuela académica profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Cesar Vallejo, Trujillo. En este trabajo, el autor afirma que esta tesis se basa en el mejoramiento y ampliación de las redes de distribución del distrito de Cascapara, con el fin de mejorar la calidad de suministro eléctrico que perciben los usuarios; estas redes eléctricas son propiedad de la municipalidad, encargándose del mantenimiento y la facturación de los beneficiarios debido a que se encuentra fuera de área de concesión de Hidrandina S.A. Incluido a esto el autor tomó en cuenta los rediseños de dichas redes por encontrarse en mal estado debido a la antigüedad de sus instalaciones, considerándose el cambio de Postes, retenidas, conductores, puestas a tierra, luminarias y conexiones domiciliarias; además, se tomó en cuenta para los cálculos de la máxima demanda de los nuevos usuarios que se encontraban en

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solicitud de suministro (Vasquez, 2018).

2.2.

Bases teóricas

2.2.1. Calidad de la Energía

El término Calidad de Energía Eléctrica, nombrado CEE por sus siglas en español, es utilizado para describir una combinación de características a través de las cuales el producto y el servicio del suministro eléctrico corresponden a las expectativas del cliente. Observando la calidad de energía eléctrica en la parte técnica: el abonado espera obtener del proveedor (empresa distribuidora) un suministro con tensiones equilibradas, sinusoidales y de amplitudes y frecuencias constantes. Esto significa en la práctica, como contar con un servicio de buena calidad, costos viables de un funcionamiento adecuado, seguro y confiable de equipos y procesos sin afectar el ambiente o el bienestar de las personas (Wildi, 2007).

2.2.2. Perturbaciones Eléctricas

Actualmente, las normas internacionales referentes a la calidad de la energía eléctrica y la contaminación hacia la red eléctrica con corrientes armónicas, han cobrado especial interés debido a las perturbaciones que presenta la onda de tensión que proporciona la red. Idealmente esta onda de tensión debe ser una senoide pura con una frecuencia constante; sin embargo, en la realidad esto no sucede, ya que la onda de tensión presenta perturbaciones como: ruidos en modo diferencial o común, impulsos eléctricos, variaciones rápidas o lentas de tensión, parpadeo (flicker),

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distorsión armónica y variaciones de frecuencia. Si la red eléctrica se encontrara libre de usuarios, ésta presentaría una onda de tensión de buena calidad, la cual se vería perturbada ocasionalmente debido a fallas en los centros de generación, de distribución o debido a descargas atmosféricas, principalmente. Sin embargo, cuando un número muy grande de usuarios está conectado a la red, la someten a un número muy grande de cargas eléctricas que aunque funcionen correctamente pueden alterar la onda de tensión con caídas permanentes o transitorias excesivas e inyección de corrientes armónicas; además, las cargas pueden averiarse y producir consumos anómalos o cortocircuitos, lo cual puede repercutir en otras cargas que se encuentren conectadas en un punto cercano (Sánchez, 2006).

2.2.3. Caída máxima de tensión

La caída de tensión es la variación de potencial que aparece entre los extremos de un conductor, semiconductor o aislante al forzar el paso de corriente a través de ellos. Esta magnitud se calcula en voltios y representa el gasto de fuerza electromotriz que envuelve el paso de la corriente eléctrica por el elemento. Comúnmente, la caída de tensión es dada en porcentaje (%) de la tensión nominal de la fuente de la que se alimenta. Todos los conductores presentan resistencia al paso de la corriente por muy pequeña que sea, por lo cual cualquier elemento presenta una resistencia al paso de la corriente eléctrica, por esto mismo, la caída de tensión aumenta con la longitud del conductor. La caída de tensión de un conductor está relacionada directamente con la resistividad del material que lo compone, la longitud de este, la magnitud de la

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corriente que lo atraviesa y el tipo de tensión que se aplicará a los extremos (Martin, 2009).

2.2.4. Corregibilidad de Líneas y Transformadores

La cargabilidad es la cantidad máxima de potencia aparente que se puede transportar a lo largo de una línea de transmisión o que puede soportar un transformador bajo condiciones de operación estable. En líneas de transmisión, el concepto más aceptado sobre la cargabilidad (o capacidad de transmisión) es el criterio del límite o capacidad térmica del conductor; sin embargo, existen otras medidas restrictivas como la caída de tensión y margen de estabilidad. La capacidad de transmisión de una línea se puede analizar en el ámbito de planificación como de operación de SEP (Montoya, 2008).

2.2.5. Proyecciones a futuro

Es la previsión o estimación de las ventas de un producto durante un determinado periodo futuro. La demanda de mercado de un producto es el volumen total susceptible a ser comprado por un determinado grupo consumidores en un área geográfica concreta en un periodo (Maya, 2014).

2.3.

Conceptos básicos

2.3.1. Carga en un sistema de distribución

El conocimiento de las características eléctricas de un sistema de disminución y la aplicación de los conceptos fundamentales de la teoría de la electricidad son quizá los requisitos más esenciales para diseñar y operar un sistema de esta naturaleza. Por tanto, es necesario que el ingeniero de distribución posea conocimientos claros de las características de la carga del sistema que va a alimentar para diseñarlo y operarlo en forma óptima.

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Desafortunadamente, aunque el ingeniero que planea un sistema de distribución tiene libertad en la selección de muchos factores que intervienen en el diseño del sistema, no la tiene en uno de los más imponentes: la carga, ya que ésta no queda dentro del entorno del sistema de distribución. Siendo definitivamente la más importante y decisiva variable exógena tanto puno el diseño como en la operación del sistema (Espinosa, 1990).

2.3.2. Norma Técnica de Calidad de Servicios Eléctricos - Titulo Quinto, Calidad de Producto

5.0.1 La Calidad de Producto suministrado al Cliente se evalúa por las transgresiones de las tolerancias en los niveles de tensión, frecuencia y perturbaciones en los puntos de entrega. El control de la Calidad de Producto se lleva a cabo en períodos mensuales, denominados

“Períodos de Control”.

5.0.2 De acuerdo a lo especificado en cada caso, con equipos de uso múltiple o individuales, se llevan a cabo mediciones independientes de cada parámetro de la Calidad de Producto. El lapso mínimo de medición de un parámetro es de siete (7) días calendario continuos, con excepción de la frecuencia cuya medición es permanente durante el Período de Control. A estos períodos se les denomina “Períodos de Medición”.

5.0.3 En cada Período de Medición, los valores instantáneos de los parámetros de la Calidad de Producto son medidos y promediados por intervalos de quince (15) minutos para la tensión y frecuencia, y diez (10) minutos para las perturbaciones. Estos períodos se denominan “Intervalos

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de Medición”. En el caso de las variaciones instantáneas de frecuencia los

“Intervalos de Medición” son de un (1) minuto (Direccion General de Electricidad - Ministerio de Energia y Minas, 1997).

2.4.

Hipótesis

2.4.1. Hipótesis General

Para mejorar los indicadores de calidad de energía en las redes del valle del Mantaro se sugiere como alternativa adecuada la instalación de bancos de capacitores y reguladores de tensión.

2.4.2. Hipótesis Especificas

1. El diagnóstico de calidad de energía en el sistema eléctrico de la ciudad de Huancayo conforme a la Norma Técnica de Calidad de los Servicios Eléctricos, es que la caída de tensión en los alimentadores de la subestación Huancayo Este, A4241, A4242, A42433 y A4244;

están cerca del límite permitido de 5%.

2. La evaluación del sistema eléctrico de la ciudad de Huancayo proyectada a 6 años de acuerdo al crecimiento de la demanda eléctrica y conforme a la Norma Técnica de Calidad de los Servicios Eléctricos, es que la caída de tensión en los alimentadores de la subestación Huancayo Este, A4241, A4242, A4243 y A4244; en un horizonte de 6 años, estarán superando el límite de 5%.

2.5.

Variables

Variables dependientes

Y: Calidad de energía eléctrica suministrada por el sistema

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Variables independientes

X: Propuesta de mejoramiento del sistema i

2.6.

Operacionalización de variables

VARIABLE DEFINICIÓN

CONCEPTUAL

DEFINICIÓN OPERATIVA

INDICADOR . Calidad de energía

eléctrica

suministrada por el sistema

Características de la onda de tensión que suministra el sistema eléctrico a los usuarios.

Tensión, frecuencias constantes y forma sinusoidal de la onda/

Caída de tensión (porcentaje)

Variación de frecuencia (%)

Propuestas de mejoramiento del sistema

Implementación de elementos al sistema para mejorar su operación.

Instalación de

capacitores o

reguladores de tensión

Características de los elementos instalados

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CAPITULO III

METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

3.1.

Tipo de Investigación

Por su finalidad: Aplicada, pues se orienta a resolver problemas de la sociedad y controlar circunstancias prácticas, como son la calidad de servicios Eléctricos.

3.2.

Nivel de investigación

Descriptivo - Correlacional, pues se buscará encontrar la relación que existe entre las variables propuestas.

3.3.

Métodos de investigación

3.3.1. Método General

Esta investigación contará con el método de investigación Analítico – sintético pues descompuso en partes los aspectos del todo estudiado, es decir se identificó los indicadores de las variables. Es sintético porque se trató de entender el fenómeno como un sistema.

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Deductivo: Se considera dentro del método deductivo porque es de inferencia, donde parte de lo general a lo particular (cuando se reconoce que las bases teóricas se aplican al caso de estudio).

Hipotético: puesto que se trata de comprobar una hipótesis planteada a comienzos de la investigación.

3.3.2. Método Especifico

Método Histórico – Comparativo: se considera dentro de este método porque trata de esclarecer la semejanza entre dos situaciones en la línea histórica, infiriendo una conclusión sobre sus semejanzas o diferencias.

Descriptivo - Correlacional, pues se buscará encontrar la relación que existe entre las variables propuestas.

3.4.

Población y muestra

3.4.1. Población

Sistema eléctrico de la ciudad de Huancayo.

3.4.2. Muestra

El muestreo será censal, puesto que se estudiará a toda la población, es decir:

Sistema eléctrico de la ciudad de Huancayo

3.5.

Instrumentos de recopilación de datos

Al realizar el pre experimento mediante simulación, los datos se recogerán en una lista de cotejo y en un cuaderno de observación. Dichos datos son indicadores de las variables de investigación, los cuales tienen valores numerales, porcentuales o graduales.

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3.6.

Procedimientos de recopilación de datos

Con los datos del sistema eléctrico de Huancayo, se procederá a realizar una proyección de la demanda máxima al año 2026 con ayuda de la estimación hecha por el COES, posteriormente, se realizará el diagnóstico del estado actual y la evaluación del desempeño del sistema en estudio proyectado a los años 2020, 2022, 2024 y 2026 usando los datos obtenidos y mediante ejecución de flujos de potencia del modelo en el software Digsilent Power Factory. Estos.

finalmente, para cumplir con los objetivos de esta investigación, se analizará la alternativa para mejorar el desempleo del sistema respecto a las proyecciones realizadas.

3.7.

Procedimientos de análisis de resultados

Después de realizar el diagnóstico del estado actual, las evaluaciones del desempeño y proponer las alternativas de solución del sistema eléctrico de la ciudad de Huancayo, se propondrán las alternativas para mejorar la calidad del servicio eléctrico proyectado al año 2026, de la misma manera, utilizando el software Digsilent Power Factory ejecutando el análisis de Flujo de potencias en cada modelo proyectado implementando bancos de condensadores en las barras de media tensión del sistema en estudio. Este procedimiento se realizará sobre todo para mitigar la sobrecarga en los transformadores y la máxima caída de tensión en los alimentadores.

(34)

CAPITULO IV

RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN

4.1.

Presentación de datos y resultados

4.1.1. Diagnostico Actual del Sistema Eléctrico de Huancayo

En esta sección se describen: la actual situación del Sistema Eléctrico de Huancayo, las tipologías físicas de la red como las líneas y sub estaciones de potencia, también se describe el recorrido de la red existente.

De la misma manera, se analiza el estado actual de operación teniendo en consideración el cumplimiento de Norma Técnica de Calidad del Servicio Eléctrico (NTCSE), el cual reglamenta las tolerancias en que debe operar el sistema eléctrico para la variación de tensión por debajo de su capacidad máxima de transmisión o transporte de electricidad, sin sobrecarga en operación normal y dentro del margen de sobrecarga en condiciones de emergencia.

4.1.1.1. Ubicación del Sistema Eléctrico de Huancayo

Dentro del Sistema Eléctrico Interconectado Nacional, el sistema en estudio está localizado en el área geográfica designada “Zona Centro”, incluido por los departamentos de Junín, Huancavelica,

(35)

La empresa concesionaria del Sistema en estudio, ELECTROCENTRO S.A, lo designa como Sistema Eléctrico Valle del Mantaro la cual abarca las provincias de Jauja, Concepción, Chupaca y Huancayo del Departamento de Junín.

Figura 3. Sistema Eléctrico Interconectado Nacional, 2019 COES.

(36)

4.1.1.2. Configuración Existente del Sistema Eléctrico en Estudio La empresa concesionaria, Electrocentro, se dedica a la distribución de energía eléctrica en los departamentos de Junín, Huancavelica, Huánuco, Ayacucho y Pasco, dentro de su concesión se encuentra el sistema de subtransmisión de Valle del Mantaro, el cual es alimentado por la subestación dé Huayucachi que reduce la tensión y deriva a las subestaciones Huayucachi 2, Salesianos, Huancayo Este, Parque Industrial, Concepción y Jauja, las cuales son las principales subestaciones de este sistema.

El diagrama unifilar del sistema se presenta a continuación:

Figura 4. Diagrama Unifilar del Sistema Eléctrico Valle del Mantaro. Fuente COES.

(37)

4.1.1.2.1. Características Técnicas del Sistema Eléctrico

En esta sección se mostrará las características técnicas, parámetros eléctricos en las que opera el sistema. Estos datos nos ayudaran a entender el comportamiento del sistema para poder evaluar y diagnosticarlo teniendo presente la norma técnica de calidad de servicios eléctricos NTCSE.

Figura 5. Mapa del SEIN, Valle del Mantaro. Fuente COES.

4.1.1.2.2. Principales Subestaciones Eléctricas del Sistema

En esta sección se mostrará las características de las subestaciones principales del sistema en estudio.

Subestación Huayucachi

La subestación reductora de Huayucachi pertenece a la empresa Red de Energía del Perú S.A. (REP), cuenta con dos transformadores de 30 y 50 MVA con 03 Barras de 220, 60 y 10 kV, posee 3 salidas en 60kV: salida a la S.E.

Huancayo Este, mediante la línea L-6632; salida a la S.E.

Salesianos, mediante la línea L-6631B y salida a la S.E.

Parque Industrial, mediante la línea L-6631A.

(38)

Figura 6. Diagrama Unifilar de la SE Huayucachi. Fuente COES.

Subestación Huancayo Este

La subestación Huancayo Este pertenece a la empresa de distribución eléctrica, Electrocentro S.A., cuenta con un transformador de 10 MVA de tres bobinados; tiene 3 Barras de: 60, 22.9 y 10kV. Posee 4 salidas en 10kV, salidas a los alimentadores A4241, A4241, A4243 yA4244.

Figura 7. Diagrama Unifilar de la SE Huancayo Esté. Fuente COES.

Subestación Salesianos

La subestación Salesianos pertenece a la empresa de distribución eléctrica, Electrocentro S.A., cuenta con 02

(39)

transformadores de 17.5 y 11 MVA de dos bobinados; tiene una barra de 60kV y dos de 10kV. Posee 07 salidas a los alimentadores A4201, A4202, A4203, A4204, A4205, A4206 y A4207 en 10kV.

Figura 8. Diagrama Unifilar de la SE Salesianos. Fuente COES.

Subestación Parque Industrial

La subestación Parque Industrial pertenece a la empresa de distribución eléctrica Electrocentro S.A., cuenta con 03 transformadores: un transformador con tres devanados (60,33 y10kV) de 31MVA, 02 transformadores de dos devanados (60 y 10kV) de 20 y 7MVA, estos dos últimos están fuera de servicio. Esta subestación posee 03 barras de 60 33 y 10kV. con 05 salidas: 04 salidas a los alimentadores A4201, A4202, A4203 y A4204 en 10kV y una salida a la Subestación Chupaca.

(40)

Figura 9. Diagrama Unifilar de la SE Parque Industrial. Fuente COES.

Subestación Concepción

La subestación Concepción pertenece a la empresa de distribución eléctrica Electrocentro S.A., cuenta con un transformador con tres devanados (60, 13.2 y 6kV) de 13MVA. Esta subestación posee 02 barras de 60 y 13.2kV con 06 salidas: Dos salidas, en 60kV, a la central hidroeléctrica de Runatullo y a la subestación de Jauja; 04 salidas, en 13.2kV, al a central hidroeléctrica de Concepción y a los alimentadores A4502, A4503 y A4504.

Figura 10. Diagrama Unifilar de la SE Concepción. Fuente COES

(41)

4.1.1.2.3. Principales Líneas de Subtransmisión del Sistema El sistema eléctrico en estudio es alimentado subestación de Huayucachi que recibe energía desde campo Arminio por la línea de transmisión L-2220 de 76.6km de longitud y a un nivel de tensión de 220kV. A partir de esta subestación, la energía se transporta a un nivel de 60kV.

Línea Huayucachi – Huancayo Este 60kV

Los datos de la línea que va desde la subestación Huayucachi a la subestación Huancayo Este son:

 Código: L-6632

 Tensión nominal: 60kV.

 Material: ACERO.

 Longitud de Línea: 13.3 Km.

 Corriente Máxima: 600 A.

 Potencia Nominal: 36 MVA.

 Impedancia: 4.45Ω

 Frecuencia: 60 Hz.

 Tipo: AAAC.

 Sección: 125 mm2.

 Diámetro Exterior: 14.31 mm

Línea Huayucachi – Salesianos 60Kv

Los datos de la línea que va desde la subestación Huayucachi a la subestación Salesianos son:

 Código: L-6631B

(42)

 Potencia Nominal: 24.6 MVA.

 Tipo: AAAC.

Línea Huayucachi – Parque Industrial 60kV

Los datos de la línea que va desde la subestación Huayucachi a la subestación Parque Industrial son:

 Código: L-6631A

 Tipo: AAAC.

 Sección: 125 mm2

Línea Parque Industrial - Concepción 60kV

Los datos de la línea que va desde la subestación Parque Industrial a la subestación Concepción son:

 Código: L-6078

(43)

 Tipo: AAAC.

 Diámetro Exterior: 14.31 mm.

4.1.1.3. Operación Actual del Sistema en Estudio

Figura 11. Flujo de Potencias en la SE Huayucachi en el año 2019.

Después de realizar el análisis de flujo de potencias al modelo del sistema Eléctrico del Valle del Mantaro actual, sus cargas acumulan 54.2MW, la potencia que el SEIN aporta es de 22.3MW, la tensión en la barra de Huayucachi60 es de 62.26kV, la cargabilidad de los transformadores de potencia de la subestación están a 62.3% y 38.7%,los Taps de los mismos están en -4, la tensión en la barra de Huayucachi10 está a 10.25kV y la tensión en la barra Huancayo60 está en 61.57kV como se muestra en la anterior figura.

(44)

Figura 12. Tensiones en p.u. en las barras principales del Sistema en Estudio en el año 2019.

Figura 13. Flujo de Potencias en la SE Salesianos en el año 2019.

En la anterior figura se observa el flujo de potencias a través de la subestación Salesianos en el año 2019 en donde la cargabilidad de uno de los transformadores está muy cerca del límite permisible con 79%, la tensión en la

(45)

barra de salida tiene una magnitud de 10.1kVy las tensiones en la entrada a los alimentadores varía entre 10.09 a 10.14kV.

Figura 14. Cargabilidad de Transformadores de SE principales en el año 2019.

Tabla 2

Caída de tensión SE Salesianos

Alimentador

Mínima Tensión (kV)

Mínima Tensión

(PU)

Máxima Caída de

Tensión (%)

A4201 9.87 0.987 1.3%

A4202 9.94 0.994 0.6%

A4203 10.02 1.002 -0.2%

A4204 9.86 0.986 1.4%

A4205 9.65 0.965 3.5%

A4206 9.99 0.999 0.1%

A4207 10.06 1.006 -0.6%

La tabla 2 muestra la máxima caída de tensión en alimentadores del SE Salesianos en el año 2019.

Tabla 3

Caída de tensión SE Huancayo Este

Alimentador

Mínima Tensión

(PU)

Máxima Caída de

Tensión (%)

A4241 9.83 0.983 1.7%

A4242 9.87 0.987 1.3%

A4243 9.69 0.969 3.1%

A4244 9.63 0.963 3.7%

La tabla 3 muestra la máxima caída de tensión en alimentadores del SE Huancayo Este en el año 2019.

En las tablas anteriores, observamos que todos los alimentadores tienen caídas máximas de tensión aceptables y están aún lejos del límite máximo

(46)

establecido por la Norma Técnica de Calidad de Servicio Eléctrico (NTCSE).

4.1.2. Evaluación del Desempeño del Sistema Eléctrico de Huancayo

Se Elaboró la evaluación del sistema eléctrico de la ciudad de Huancayo teniendo en cuenta únicamente los alimentadores en Media Tensión para ello se hizo una proyección en un horizonte de 6 años,

En esta sección se ejecutarán los análisis de flujo de potencias en los modelos del sistema eléctrico de Valle del Mantaro utilizando las proyecciones hechas para los años 2020, 2022, 2024 y 2026 con el objetivo de evaluar el desempeño del sistema y proponer soluciones para mejorar la operación de este de acuerdo a Lo indicado de la NTCSE.

4.1.2.1. Proyección de la Máxima Demanda del Sistema Eléctrico Se obtuvo la máxima demanda en un horizonte de 6 años utilizando las proyecciones elaboradas por el COES, dichos datos se encontraron en la Base de Datos en formato del software Digsilent Power Factory (Modelo_del_SEIN 2017-2026.pfd).La él demanda máxima en la subestación de concepción no considera las contribuciones de potencia de las centrales Runatullo II y III mientras que la demanda máxima en la subestación de Parque industrial si considera las contribuciones de potencia de las centrales de Huarisca y El Machu.

Tabla 4

Demanda Máxima para el 2020

Subestación Potencia Activa

Potencia Reactiva

MW Mvar

Huayucachi 10 4.362 1.434

Salesianos 60 22.706 7.463

Parque Industrial 60 16.787 5.518

Concepción 60 6.981 2.534

Huancayo 60 8.302 3.171

(47)

La tabla 4 muestra la demanda máxima en el año 2020 de Subestaciones principales del Sistema Eléctrico de Huancayo. Fuente COES.

Para el año 2020, la máxima demanda en el sistema eléctrico de la ciudad de Huancayo se incrementa en 9.04% respecto al año 2019.

Tabla 5

Potencia Reactiva

MW Mvar

Huancayo 60 9.160 3.499

Salesianos 60 25.052 8.234

Total 65.247 22.198

Tabla 6

Potencia Reactiva

MW Mvar

Huancayo 60 10.010 3.824

Salesianos 60 27.376 8.998

Total 71.301 24.258

La tabla 6 muestra la demanda máxima en el año 2024 de Subestaciones principales del Sistema Eléctrico de Huancayo. Fuente COES

(48)

Tabla 7

Potencia Reactiva

MW Mvar

Huancayo 60 10.938 4.179

Salesianos 60 29.916 9.833

Total 77.917 26.508

4.1.2.2. Operación del Sistema en Estudio en el Año 2020

Figura 15. Flujo de Potencias en la SE Huayucachi en el año 2020

Después de realizar el análisis de flujo de potencias al sistema Eléctrico del Valle del Mantaro ajustado a una demanda de 59.1MW, correspondiente al

(49)

año 2020,observamos que la potencia que el SEIN aporta es de 23.78MW, la tensión en la barra de Huayucachi60 es de 62.13kV, la cargabilidad de los transformadores de potencia de la subestación están a 65.1% y 40.4%,los Taps de los mismos están en -4, la tensión en la barra de Huayucachi10 está a 10.23kV y la tensión en la barra Huancayo60 está en 61.5kV como se muestra en la anterior figura.

Figura 16. Tensiones en p.u. en las barras principales del Sistema en Estudio en el año 2020.

(50)

En la anterior figura se observa el flujo de potencias a través de la subestación Salesianos en el año 2020 en donde la cargabilidad de uno de los transformadores ya superó el límite permisible con 81.9%, la tensión en la barra de salid tiene una magnitud de 10.1kVy las tensiones en la entrada a los alimentadores varía entre 10.05 a 10.1kV.

Figura 18. Cargabilidad de Transformadores de SE principales en el año 2020.

Tabla 8

Caída de tensión SE Salesianos 2020

Alimentador

Mínima Tensión

(PU)

Máxima Caída de

Tensión (%)

A4201 9.83 0.983 1.7%

A4202 9.90 0.990 1.0%

A4203 9.98 0.998 0.2%

A4204 9.81 0.981 1.9%

A4205 9.60 0.960 4.0%

A4206 9.95 0.995 0.5%

A4207 10.03 1.003 -0.3%

La tabla 8 muestra la máxima caída de tensión en Alimentadores del SE Salesianos en el año 2020.

Tabla 9

Caída de tensión SE Huancayo Este 2020

Alimentador

Mínima Tensión

(PU)

Máxima Caída de

Tensión (%)

A4241 9.79 0.979 2.1%

A4242 9.83 0.983 1.7%

A4243 9.64 0.964 3.6%

(51)

A4244 9.58 0.958 4.2%

La tabla 9 muestra la máxima caída de tensión en Alimentadores del SE Huancayo Este en el año 2020.

En la tabla anterior, observamos que los alimentadores A4205 y A4244, tienen caídas máximas de tensión cercanos al límite máximo establecido por la Norma Técnica de Calidad de Servicio Eléctrico (NTCSE).

Después de realizar el análisis de flujo de potencias al sistema Eléctrico del Valle del Mantaro ajustado a una demanda de 65.2MW, correspondiente al año 2022,observamos que la potencia que el SEIN aporta es de 31MW, la tensión en la barra de Huayucachi60 es de 61.4kV, la cargabilidad de los transformadores de potencia de la subestación están a 80.1% y 49.8%, la tensión en la barra de Huayucachi10 está a 10.1kV y la tensión en la barra Huancayo60 está en 60.69kV como se muestra en la anterior figura.

Figura 20. Tensiones en p.u. en las barras principales del Sistema en Estudio en el año 2022.

(52)

En la anterior figura se observa el flujo de potencias a través de la subestación Salesianos en el año 2022 en donde la cargabilidad de uno de los transformadores ya superó el límite permisible, la tensión en la barra de salida tiene una magnitud de 10.02kVy las tensiones en la entrada a los alimentadores varía entre 10.01 a 10.04kV.

Figura 22. Cargabilidad de Transformadores de SE principales en el año 2022.

(53)

Tabla 10

Caída de tensión SE Salesianos 2022

Alimentador

Mínima Tensión

(PU)

Máxima Caída de

Tensión (%)

A4201 9.74 0.974 2.6%

A4202 9.84 0.984 1.6%

A4203 9.94 0.994 0.6%

A4204 9.72 0.972 2.8%

A4205 9.49 0.949 5.1%

A4206 9.88 0.988 1.2%

A4207 9.99 0.999 0.1%

La tabla 10 muestra la máxima caída de tensión en Alimentadores del SE Salesianos en el año 2022.

Tabla 11

Caida de tensión SE Huancayo Este 2022

Alimentador

Mínima Tensión

(PU)

Máxima Caída de

Tensión (%)

A4241 9.78 0.978 2.2%

A4242 9.84 0.984 1.6%

A4243 9.62 0.962 3.8%

A4244 9.56 0.956 4.4%

En la tabla anterior, observamos que el alimentador A4205 tiene una caída máxima de tensión cercana al límite máximo establecido por la Norma Técnica de Calidad de Servicio Eléctrico (NTCSE), mientras que el alimentador A4144 ya superó este límite.

(54)

Después de realizar el análisis de flujo de potencias al sistema Eléctrico del Valle del Mantaro ajustado a una demanda de 71.3MW, correspondiente al año 2024,observamos que la potencia que el SEIN aporta es de 38.3MW, la tensión en la barra de Huayucachi60 es de 60.58kV, la cargabilidad de los transformadores de potencia de la subestación están a 80.1% y 49.8%, la tensión en la barra de Huayucachi10 está a 10.1kV y la tensión en la barra Huancayo60 está en 60.69kV como se muestra en la anterior figura.

Figura 24. Tensiones en p.u. en las barras principales del Sistema en Estudio en el año 2024.

(55)

En la anterior figura se observa el flujo de potencias a través de la subestación Salesianos en el año 2024 en donde la cargabilidad de uno de los transformadores ya superó el límite permisible, las tensiones en las barras de salida tienen una magnitud de 9.95 y 10.13kV, las tensiones en la entrada a los alimentadores varían entre 9.95 a 10.13kV.

Figura 26. Cargabilidad de Transformadores de SE principales en el año 2024.

(56)

Tabla 12

Caida de tensión SE Salesianos 2024

La tabla 12 muestra la máxima caída de tensión en Alimentadores del SE

Tabla 13

Alimentador

Mínima Tensión

(PU)

Máxima Caída de

Tensión (%)

A4241 9.76 0.976 2.4%

A4242 9.81 0.981 1.9%

A4243 9.57 0.957 4.3%

A4244 9.51 0.951 4.9%

En la tabla anterior, observamos que el alimentador A4205, A4243 y A4244 tienen caídas máximas de tensión cercanas al límite máximo establecido por la Norma Técnica de Calidad de Servicio Eléctrico (NTCSE).

Alimentador

Máxima Caída de Tensión

(%)

A4201 9.80 0.980 2.0%

A4202 9.76 0.976 2.4%

A4203 9.86 0.986 1.4%

A4204 9.78 0.978 2.2%

A4205 9.52 0.952 4.8%

A4206 9.95 0.995 0.5%

A4207 9.92 0.992 0.8%

(57)

Figura 27. Flujo de Potencias en la SE Huayucachi en el año 2026

Después de realizar el análisis de flujo de potencias al sistema Eléctrico del Valle del Mantaro ajustado a una demanda de 77.9MW, correspondiente al año 2026, observamos que la potencia que el SEIN aporta es de 40.79MW, la tensión en la barra de Huayucachi60 es de 59.36kV, la cargabilidad de los transformadores de potencia de la subestación están a 109% y 73.9%, la tensión en la barra de Huayucachi10 está a 9.74kV y la tensión en la barra Huancayo60 está en 58.39kV como se muestra en la anterior figura.

Figura 28. Tensiones en p.u. en las barras principales del Sistema en Estudio en el año 2026.

(58)

En la anterior figura se observa el flujo de potencias a través de la subestación Salesianos en el año 2026 en donde la cargabilidad de uno de los transformadores ya superó el límite permisible, las tensiones en las barras de salida tienen una magnitud de 9.95 y 10.13kV, las tensiones en la entrada a los alimentadores varían entre 9.95 a 10.13kV.

Figura 30. Cargabilidad de Transformadores de SE principales en el año 2026.

(59)

Tabla 14

Caida de tensión SE Salesianos 2026

La tabla 14 muestra máxima caída de tensión en Alimentadores del SE Salesianos en el año 2026.

Tabla 15

Alimentador

Máxima Caída de

Tensión (%)

A4241 9.77 0.977 2.3%

A4242 9.83 0.983 1.7%

A4243 9.56 0.956 4.4%

A4244 9.49 0.949 5.1%

La tabla 15 muestra la máxima caída de tensión en alimentadores del SE Huancayo Este en el año 2026.

En la tabla anterior, observamos que el alimentador A4243 tiene una caída máxima de tensión cercana al límite máximo establecido por la Norma Técnica de Calidad de Servicio Eléctrico (NTCSE), mientras que los Alimentadores A4205 y A4244 superan este límite.

4.1.3. Alternativas para Mejorar el Sistema Eléctrico en Estudio

Para atenuar la carga soportada por los transformadores de potencia del sistema de Valle del Mantaro, se conecta bancos de condensadores de 1.0Mvar para el año 2020 y 2022; de 2Mvar para el año 2024 y 2026 en las barras de 10kv

Alimentador

(%)

A4201 9.75 0.975 2.5%

A4202 9.74 0.974 2.6%

A4203 9.85 0.985 1.5%

A4204 9.73 0.973 2.7%

A4205 9.45 0.945 5.5%

A4206 9.92 0.992 0.8%

A4207 9.91 0.991 0.9%

(60)

de las subestaciones Huancayo Este, Parque Industrial y de 13.2kV de las subestaciones Concepción, Huayucachi. A pesar de estas medidas, la curabilidad de los transformadores de las subestaciones Huancayo Este y Salesianos es mayor a 80%, por lo tanto, se debe conectar trasformadores en paralelo para mitigar la carga soportada. De esta manera se disminuirá la potencia reactiva que generan estas cargas y se mitigará la caída de tensión en los transformadores por sobrecarga.

4.1.3.1. Solución del Sistema Eléctrico en el Año 2020

Luego de ejecutar el análisis de flujo de potencia con las alternativas de mejora requeridas, se obtiene:

Figura 31. Tensión (pu) en Barras de 60kV con implementación de Banco de Condensadores en el año 2020.

Figura 32. Cargabilidad (%) de Transformadores de Potencia con implementación de Bancos de Condensadores en el año 2020.

Los anteriores gráficos, muestran los resultados del análisis de flujo de potencia al modelo del sistema Valle del Mantaro en el año 2020 con las mejoras

(61)

con las tensiones en las barras de 60kv de las principales subestaciones y la cargabilidad de los transformadores de potencia del sistema eléctrico, en donde se observa que dichas barras tienen entre 3% y 5% de sobretensión las cuales cambiaron en 1% respecto al modelo sin las mejoras; también se observa que la cargabilidad de los transformadores ha disminuido notablemente con respecto al modelo sin los bancos de condensadores.

Tabla 16

Banco Condensadores en la SE Salesianos 2020

Alimentador

Mínima Tensión

(PU)

Máxima Caída de

Tensión (%)

A4201 9.93 0.993 0.7%

A4202 9.94 0.994 0.6%

A4203 10.02 1.002 -0.2%

A4204 9.91 0.991 0.9%

A4205 9.71 0.971 2.9%

A4206 10.05 1.005 -0.5%

A4207 10.06 1.006 -0.6%

La tabla 16 muestra la máxima caída de tensión en Alimentadores del SE Salesianos en el año 2020 con Banco de Condensadores.

Tabla 17

Caída de Tensión SE Huancayo Este 2026

Alimentador

Mínima Tensión

(PU)

Máxima Caída de

Tensión (%)

A4241 9.84 0.984 1.6%

A4242 9.89 0.989 1.1%

A4243 9.70 0.970 3.0%

A4244 9.64 0.964 3.6%

La tabla 17 muestra la máxima caída de tensión en Alimentadores del SE Huancayo Este en el año 2026.

Según se muestra en las tablas, las caídas máximas de Tensión en los alimentadores de las subestaciones Salesianos disminuyeron alrededor de 1% y en la subestación de Huancayo Este disminuyó alrededor de 0.5%. con la

(62)

conexión de Bancos de condensadores.

4.1.3.2. Solución del Sistema Eléctrico en el Año 2022

Figura 33. Tensión (pu) en Barras de 60kV con implementación de Banco de Condensadores en el año 2022.

Figura 34. Cargabilidad (%) de Transformadores de Potencia con implementación de Bancos de

Condensadores en el año 2022.

Los anteriores gráficos muestran los resultados del análisis de flujo de potencia al modelo del sistema Valle del Mantaro en el año 2022 con las mejoras requeridas para mejorar la operación del sistema, dichos datos están asociados con las tensiones en las barras de 60kv de las principales subestaciones y la cargabilidad de los transformadores de potencia del sistema eléctrico, en donde se observa que dichas barras tienen entre 2% y 4% de sobretensión las cuales cambiaron de estar dentro del intervalo entre 0.99pu a 1.04pu en el modelo sin las mejoras; también se observa que la cargabilidad de los transformadores ha disminuido notablemente con respecto al modelo sin los bancos de

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Tabla 18

Banco de condensadores en la SE Salesianos 2020

La tabla 18 muestra la máxima caída de tensión en Alimentadores del SE Salesianos en el año 2022 con Banco de Condensadores.

Tabla 19

Banco de condensadores en la SE Huancayo Este 2022

Alimentador

Máxima Caída de

Tensión (%)

A4241 9.78 0.978 2.2%

A4242 9.83 0.983 1.7%

A4243 9.62 0.962 3.8%

A4244 9.56 0.956 4.4%

La tabla 19 muestra la máxima caída de tensión en Alimentadores del SE Huancayo Este en el año 2022 con implementación de Condensadores.

Según se muestra en las tablas, las caídas máximas de Tensión en los alimentadores de la subestación Salesianos disminuyo alrededor de 1.5% y en la subestación de Huancayo Este no hubo cambios notables con la conexión de Bancos de condensadores.

4.1.3.3. Solución del Sistema eléctrico en el Año 2024

Alimentador

(%)

A4201 9.89 0.989 1.1%

A4202 9.90 0.990 1.0%

A4203 9.99 0.999 0.1%

A4204 9.87 0.987 1.3%

A4205 9.64 0.964 3.6%

A4206 10.02 1.002 -0.2%

A4207 10.04 1.004 -0.4%