“UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ”
“FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA”
“ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA”
Tesis
“SIMULACIÓN DE REGULADORES DE TENSIÓN PARA MEJORAR LOS NIVELES DE TENSIÓN DEL CIRCUITO ALIMENTADOR A4216 DE LA
SUBESTACIÓN PARQUE INDUSTRIAL”
Código CTI: Modelamiento y simulación de sistemas energéticos Código UNESCO: 3306 Ingeniería y Tecnologías Eléctricas
3306.09. Transmisión y Distribución
Para optar el título profesional de:
INGENIERO ELECTRICISTA
Presentado por:
Alvaro Marquez Orihuela 2022
Caratula
I Asesor
MSc Joel ColonioLlacua
II Dedicatoria A Dios, a mis adorables padres y hermanos por su apoyo incondicional tenerlos es un privilegio fueron testigos de cada decisión tomada en mi formación profesional y a mis docentes por la enseñanza aportada durante el tiempo de permanencia de estudiante.
III Agradecimiento A Dios por permitirme despertar día a día con buena salud y cumplir con mis objetivos trazados, A mis docentes que ayudaron en mi formación, conocimientos y experiencias, A mi familia por la comprensión, motivación, cariño y apoyo continuo.
IV Índice
Asesor ... I Dedicatoria ... II Agradecimiento ... III Índice... IV Índice tablas ... VIII Índice de figuras ... IX Resumen ... XII Abstract ... XIII
Introducción ... 14
Capítulo I Caracterización del problema ... 16
1.1 Planteamiento del problema ... 16
1.2 Formulación del problema ... 17
1.2.1 Problema general ... 17
1.2.2 Problemas específicos ... 17
1.3 Objetivos ... 18
1.3.1 Objetivo general ... 18
1.3.2 Objetivos específicos ... 18
1.4 Justificación ... 18
1.4.1 Justificación practica ... 18
1.4.2 Justificación metodológica... 19
1.4.3 Justificación social ... 19
V
1.5 Limitación ... 19
Capítulo II Marco teórico... 20
2.1 Antecedentes ... 20
2.1.1 Antecedentes internacionales ... 20
2.1.2 Antecedente nacional ... 25
2.1.3 Antecedentes regionales... 26
2.2 Bases teóricas ... 28
2.2.1 Reguladores de voltaje ... 28
2.2.2 Métodos de regulación de tensión ... 36
2.2.3 Instalación de reguladores... 47
2.2.4 Calidad de tensión eléctrica en el Perú. ... 47
2.3 Definición de términos básicos ... 48
2.4 Hipótesis ... 49
2.4.1 Hipótesis general ... 49
2.4.2 Hipótesis especificas ... 49
2.5 Variables... 49
2.6 Operacionalización de las variables ... 50
Capitulo III Metodología de la investigación ... 51
3.1 Tipo de investigación ... 51
3.2 Nivel de investigación ... 52
3.3 Método de la investigación ... 52
VI
3.4 Diseño de investigación ... 52
3.5 Técnica e instrumento de recolección de datos ... 53
3.5.1 Técnica de recolección de datos ... 53
3.5.2 Instrumento de recolección de datos ... 53
3.6 Población ... 53
3.7 Muestra ... 53
Capítulo IV Resultados ... 54
4.1 Diagrama unifilar general... 54
4.2 Modelamiento... 55
4.2.1 Red equivalente (SEIN) ... 56
4.2.2 Barras ... 56
4.2.3 Transformadores ... 57
4.2.4 Redes ... 58
4.2.5 Cargas ... 59
4.2.6 Regulador ... 63
4.2.7 Red de media tensión del alimentador A4216 ... 65
4.3 Ubicación de los reguladores ... 67
4.4 Instalación de regulador ... 67
4.5 Cálculo de flujo de carga ... 68
4.6 Presentación de resultados del flujo de carga... 70
4.6.1 Flujo de carga actual ... 71
VII
4.6.2 Flujo de carga con el regulador propuesto ... 75
4.7 Resumen de los resultados de la instalación del regulador monofásico. ... 80
4.8 Pruebas de hipótesis ... 81
4.9 Discusión de los resultados ... 83
Conclusiones ... 84
Recomendaciones ... 85
Bibliografía ... 86
Anexo ... 88
VIII Índice tablas
Tabla 1 Operacionalización de variables ... 50 Tabla 2 Resumen de cargas ... 59 Tabla 3 Resumen de la instalación del regulador propuesto ... 80
IX Índice de figuras
Figura 1 Curva de un circuito de distribución ideal. ... 29
Figura 2 Usuarios conectados en zona de ideal de voltaje... 29
Figura 3 Usuarios conectados fuera de la zona de voltaje ideal. ... 30
Figura 4 Regulador de voltaje ANSI tipo A con taps en el devano de carga. ... 31
Figura 5 Esquema básico de un regulador de voltaje de pasos. ... 31
Figura 6 Conexiones de los reguladores de voltaje. ... 33
Figura 7 Tres reguladores de voltaje conectados en Δ para incrementar la regulación en 5%. ... 33
Figura 8 Control de tap del regulador. ... 34
Figura 9 Regulación en la Subestación. ... 37
Figura 10 Regulación de tensión por fase. ... 38
Figura 11 Regulación de Tensión Con Cambiador de Derivación. ... 40
Figura 12 Regulación de tensión en cascada. ... 41
Figura 13 Comportamiento del capacitor. ... 42
Figura 14 Regulación de Tensión con Capacitores... 43
Figura 15 Regulación de Tensión con Capacitores en Subestación. ... 44
Figura 16 Variación de la tensión vectorial al incrementar sección de conductor. ... 46
Figura 17 Diagrama unifilar general de la SE ... 55
Figura 18 Red equivalente ... 56
Figura 19 Representación de una barra ... 57
Figura 20 Transformadores ... 57
Figura 21 Datos de Transformador de 15 MVA ... 58
Figura 22 Representación de las redes de media tensión ... 58
Figura 23 Carga... 59
X
Figura 24 Regulador ... 64
Figura 25 Ingreso de datos del regulador ... 64
Figura 26 Datos del de niveles de tensión y potencia del regulador ... 65
Figura 27 Datos del taps del regulador ... 65
Figura 28 Red de media tensión... 66
Figura 29 Ubicación del regulador ... 67
Figura 30 Conexión del regulador ... 68
Figura 31 Posicionamiento del TAP en el regulador ... 69
Figura 32 •Ubicar el módulo de flujo de carga del software ... 69
Figura 33 Simulación del flujo de carga desbalanceado. ... 70
Figura 34 Resultado de flujo de carga actual en el extremo de la carga E404893 ... 71
Figura 35 Resultado de flujo de carga actual en el extremo de la carga E404447 ... 72
Figura 36 Resultado de flujo de carga actual en el extremo de la carga E404482 ... 72
Figura 37 Resultado de flujo de carga actual en el extremo de la carga E404460 ... 73
Figura 38 Resultado de flujo de carga actual en el extremo de la carga E404687 ... 73
Figura 39 Resultado de flujo de carga actual en el extremo de la carga E404922 ... 74
Figura 40 Resultado de flujo de carga actual en el extremo de la carga E404974 ... 74
Figura 41 Resumen de flujo de potencia actual en el alimentador A4216 ... 75
Figura 42 Flujo de carga en el regulador ... 76
Figura 43 Resultado de flujo de carga propuesta en el extremo de la carga E404893 ... 76
Figura 44 Resultado de flujo de carga propuesta en el extremo de la carga E404447 ... 77
Figura 45 Resultado de flujo de carga propuesta en el extremo de la carga E404882 ... 77
Figura 46 Resultado de flujo de carga propuesta en el extremo de la carga E404460 ... 78
Figura 47 Resultado de flujo de carga propuesta en el extremo de la carga E404460 ... 78
Figura 48 Resultado de flujo de carga propuesta en el extremo de la carga E404867 ... 79
XI Figura 49 Resultado de flujo de carga propuesta en el extremo de la carga E404922 ... 79 Figura 50 Resultado de flujo de carga propuesta en el extremo de la carga E404974 ... 80
XII Resumen
El presente trabajo de investigación tiene por objetivo principal de simular la instalación de los reguladores de tensión para mejorar los niveles de tensión del circuito alimentador A4216 de la subestación parque industrial.
La investigación que se desarrollo es del tipo aplicada, con un diseño pre experimental, teniendo como muestra y población el circuito eléctrico alimentador de media tensión A4216. La técnica de recolección de datos es la documental mediante el cual se recolectaron los datos de fuente secundarias de informes, estudios y diagnóstico del sistema y el instrumento utilizado en la investigación es la ficha de registro de datos específicamente las fichas bibliográficas.
Se obtuvo como resultados la mejora la tensión eléctrica en todos los nodos y puntos de entrega del suministro de energía eléctrica en el circuito alimentador A4216, esto debido a la instalación de un regulador monofásico.
XIII Abstract
The main objective of this research work is to simulate the installation of voltage regulators to improve the voltage levels of the A4216 feeder circuit of the industrial park substation.
The research that was developed is of the applied type, with a pre-experimental design, having as a sample and population the medium voltage power supply circuit A4216. The data collection technique is the documentary by which the data from secondary sources of reports, studies and diagnosis of the system were collected and the instrument used in the investigation is the data record card, specifically the bibliographic records.
As a result, the improvement of the electrical voltage in all the nodes and delivery points of the electrical energy supply in the A4216 feeder circuit was obtained, due to the installation of a single-phase regulator.
14 Introducción
La presente investigación tiene como tema el mejoramiento de la calidad de voltaje en los sistemas eléctricos de distribución en media tensión, podemos definir como calidad de voltaje la estandarización que nos permite caracterizar y valorar el voltaje eléctrico con respecto a las normas técnicas.
La mala calidad de voltaje se evidencia cuando se sobre pasa los valores mínimos y máximos establecidos en las normas y cuando existe una caída de voltaje en el cualquier punto de entrega de la energía eléctrica. Para analizar la problemática es necesario de mencionar las causas. Una de ellas es la longitud de los circuitos de media tensión, cuando se tiene alimentadores en media tensión demasiados largos se tiene una caída de tensión en los extremos. Otra es el suministro de energía, esto debido a la naturaleza de la energía eléctrica, porque la generación de este tipo de energía es un producto final con variaciones en sus parámetros.
La investigación de esta problemática se realizó por el interés instalar reguladores en los circuitos de media tensión y verificar su operación. Por otra parte, profundizar la indagación del comportamiento los circuitos con la instalación de los reguladores.
La presente investigación presenta cuatro capítulos:
El Capítulo I, en este primer capítulo en donde se realizó la caracterización del problema de la investigación, planteando el problema y luego formulando para posteriormente establecer los objetivos de la investigación.
En el Capítulo II, se presenta los antecedentes de la investigación, el marco teórico básico, la operacionalización de las variables y la definición de términos.
En el Capítulo III, Se presenta el marco metodológico, donde se define el tipo, nivel, método y diseño de la investigación.
15 En el capítulo IV, en donde el cual se presenta los resultados de la investigación, la prueba de hipótesis y la discusión de resultados.
Y finalmente se presenta las conclusiones y recomendaciones.
Capítulo I
Caracterización del problema
1.1 Planteamiento del problema
Los sistemas eléctricos en media tensión de la zona centro de la ciudad de Huancayo se viene presentando ampliaciones en sus redes, esto en función al incremento de demanda eléctrica por expansión demográfica y el desarrollo que presenta la región en el sector industrial, agrícola y económico.
Los circuitos alimentadores de la subestación parque industrial no son ajenos a al incremento de demanda, actualmente por las ampliaciones de las redes de los circuitos alimentadores de Parque industrial viene originando problemas de variaciones
17 y caídas de tensión, en nuestro caso se puede evidenciar esta caída de tensión en el alimentador A4216.
La caída de voltaje y sus variaciones tiene como consecuencia la mala calidad de calidad de tensión que afecta a los usuarios de la zona de influencia del alimentador en estudio, para ello en la presente tesis se planteó como objetivo el simular la instalación de reguladores de tensión para mejorar los niveles de tensión del circuito alimentador A4216 de la subestación parque industrial.
1.2 Formulación del problema
“La formulación del problema de investigación es mediante un enunciado interrogativo” (Tamayo y Tamayo, 2003), para el caso de la investigación tenemos un problema general y dos problemas específicos.
1.2.1 Problema general
¿Cómo simular la instalación de los reguladores de tensión para mejorar los niveles de tensión del circuito alimentador A4216 de la subestación parque industrial?
1.2.2 Problemas específicos
¿Cómo simular la instalación de los reguladores de tensión para mantener los parámetros de tensión máxima y mínima?
¿Cómo simular la instalación de los reguladores de tensión para estabilizar las variaciones de tensión?
18 1.3 Objetivos
A partir de lo formulado en el problema de investigación se plantearon tres objetivos en la presente investigación: uno general y dos específicos.
1.3.1 Objetivo general
Simular la instalación de los reguladores de tensión para mejorar los niveles de tensión del circuito alimentador A4216 de la subestación parque industrial.
1.3.2 Objetivos específicos
Simular la instalación de los reguladores de tensión para mantener los parámetros de tensión máxima y mínima.
Simular la instalación de los reguladores de tensión para estabilizar las variaciones de tensión.
1.4 Justificación
La presente tesis las razones por las cuales el trabajo de investigación es importante para el conocimiento en lo práctico, metodológico y social.
1.4.1 Justificación practica
El presente trabajo de investigación tiene justificación práctica porque se plantea una solución práctica a los problemas de caída de tensión en las redes de media tensión del circuito alimentador A4216.
19 1.4.2 Justificación metodológica
La tesis se justifica en lo metodológico porque se plantea procedimientos para la instalación y simulación de reguladores y poder solucionar el problema de investigación.
1.4.3 Justificación social
El presente trabajo de investigación se justifica en lo social porque al mejorar los niveles de tensión se mejora la calidad de energía eléctrica suministrada, por tanto, esto beneficiará directamente a la población de la zona de influencia del alimentador.
1.5 Limitación
El estudio no presento problemas de limitaciones que afectaron su desarrollo.
Capítulo II Marco teórico
2.1 Antecedentes
2.1.1 Antecedentes internacionales
(MARTINEZ PAREJA, 2009) En su tesis titulada “SISTEMA DE REGULADOR DE TENSIÓN DE AC MONOFÁSICO UTILIZANDO INTERRUPTORES BIDIRECCIONALES CONMUTADOS A ALTA FRECUENCIA” presenta el resumen siguiente:
“El objetivo principal del trabajo realizado es diseñar un sistema de regulación de tensión AC, proporcionando una tensión de salida constante o dentro de un rango. El circuito de regulación de
21 tensión AC, se diseña con base en una configuración tipo BUCK en donde el voltaje de salida debe ser menor o igual al voltaje de entrada.
Como primer paso se investigó sobre interruptores bidireccionales(funcionamiento, operación y aplicación), los cuales son utilizados para implantar diferentes tipos de topologías de regulación AC/AC, una vez se concluyó la investigación se pasó a la parte de simulación y selección de dispositivos, para así realizar el diseño de las plaquetas, finalmente se diseñan dos tipos de controladores (controlador PI y controlador de adelanto-atraso de fase), se prueba en Matlab y se realizan análisis a estos mismos, para así pasar hacer la interfaz de usuario en la DSPACE. Finalmente, un diseño del regulador de tensión AC de tal forma que pueda implementarse en las diferentes estrategias de control”.
(HOLGUIN & GOMEZ COELLO, 2010) En su tesis titulada
“ANÁLISIS DE CALIDAD DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN EL NUEVO CAMPUS DE LA UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA” nos menciona:
“El objetivo del presente trabajo de calidad de energía eléctrica es 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. El incremento en la productividad con logros en la industria debido a la automatización, ha tenido un gran desarrollo tecnológico, en especial de la electrónica de potencia que ha producido una
22 generación de equipos de alta capacidad, alto rendimiento y bajo costo siendo cargas no lineales altamente sensibles a las variaciones en el suministro eléctrico, siendo perturbado el suministro eléctrico por su propia presencia, lo que conlleva que la empresa Distribuidora del Servicio Eléctrico provea una alimentación confiable, ininterrumpida y totalmente libre de perturbaciones en el servicio eléctrico. Entre los objetivos de la realización de esta Tesis de calidad de Energía Eléctrica es encontrar soluciones efectivas para corregir los disturbios y variaciones de voltaje y proponer conclusiones para corregir las faltas o problemas que se presenten en el sistema eléctrico. El desarrollo de dicho estudio en todo momento se verá enfocado por la Regulación del CONELEC 004/01 vigentes desde marzo del 2001 y varias Normas Internacionales, en base de las diversas mediciones tomadas en los puntos de dicha regulación lo estipula, se planteará las conclusiones necesarias para mantener un buen servicio que evite el deterioro de las señales de tensión y conlleve a interrupciones que culminan en la reducción o parada de procesos que ocasionan perjuicios”.
(CHIMBO CAMPUZANO & MOLINA VÉLEZ, 2018) En su tesis titulada “UBICACIÓN ÓPTIMA DE REGULADORES DE VOLTAJE EN EL SISTEMA DE MEDIO VOLTAJE CORRESPONDIENTE A LA SUBESTACIÓN PORTOVELO, APLICANDO SEGREGACIÓN DE FLUJO DE CARGA AL MÁS CRÍTICO” nos refiere lo siguiente:
“De acuerdo con la regulación CONELEC 004/01, esta establece los límites de los niveles adecuados de voltaje que se les
23 permite a las empresas distribuidoras de energía eléctrica mantener para cumplir con los reglamentos de calidad del servicio y brindarles las condiciones adecuadas a los consumidores. En base a esto y de acuerdo con la situación en la que se encuentra la S/E Portovelo, perteneciente al aérea de concesión de la empresa CNEL EP Unidad de Negocio El Oro, se ha visto la necesidad de realizar la ubicación adecuada y optima de reguladores de voltaje en dos de los alimentadores que presentan la peor condición de voltaje. La selección de los dos alimentadores se realizó con flujos de carga y visualización mediante perfiles de voltaje ubicados a lo largo del ramal troncal. Una vez seleccionados los alimentadores se busca su ubicación a través de un algoritmo de búsqueda iterativa, probando varias ubicaciones óptimas, por ejemplo, en cabecera y luego a lo largo del ramal troncal para así conseguir mejorar y aplanar el perfil de voltaje. Realizada la ubicación de los reguladores de voltaje a través del software CYMDIST, se contrastará este a través de un modelo matemático, mismo que emplea métodos heurísticos para su ubicación. Luego de haber realizado los procesos para la ubicación de los reguladores de voltaje a través de una evaluación de pérdidas técnicas por transporte de energía, el análisis económico de la implantación permitirá la factibilidad de su implementación. Con los datos históricos de la demanda entregados por la distribuidora y su proyección, se observará si es factible mantenerlos o proponer soluciones alternativas buscando con ello estándares de calidad de suministro eléctrico”.
24 (ERAZO PLASENCIO & QUEVEDO MOREIRA, 2018) En su tesis titulada “ANÁLISIS DE CALIDAD DE ENERGÍA Y REDISEÑO DEL SISTEMA ELÉCTRICO EN LA PLANTA INDUSTRIAL CORPORACIÓN DE PROYECTOS MÚLTIPLES MULTIPROYECTOS S.A”. Sostiene lo siguiente:
“El presente trabajo de titulación detalla el análisis de calidad de energía del sistema eléctrico en la industria pesquera MULTIPROYECTOS S.A., cuya principal función es la producción de harina de pescado. Para el cumplimiento de los objetivos se llevará a cabo visitas técnicas que permitan recolectar información de la situación actual y detallar la realidad presente dentro las instalaciones eléctricas existentes, con el propósito de poder implementar diversas soluciones, ya que cuando surgen problemas visibles en equipos o instalaciones, esto influirá de manera directa en cuanto a parámetros relacionados con calidad de energía, perjudicando a la planta industrial en factores económicos y técnicos. Los datos reales y datos de perturbaciones, se obtuvieron con la conexión de un analizador de redes marca FLUKE 435II, con la adquisición de los diferentes datos se tendrá una mejor proyección en cuanto a los componentes de afectan directamente al sistema eléctrico de la planta y con los antecedentes e información obtenida se procedió a realizar un análisis exhaustivo de acuerdo con las normas que se rigen a nivel nacional e internacional.
También se realizó una simulación con el programa ETAP, con el fin de visualizar y comparar parámetros referentes al factor de potencia vigente y el mejoramiento con el banco de capacitores e implementar”.
25 2.1.2 Antecedente nacional
(ESCARCENA MENDOZA, 2017). En su tesis titulada “ESTUDIO PARA MEJORAR EL NIVEL DE TENSIÓN APLICANDO REGULADORES DE TENSIÓN MONOFÁSICO AUTOMÁTICO PARA LA LÍNEA 10KV ALIMENTADOR 5006 DEL SISTEMA ELÉCTRICO DE LA CIUDAD DE JULIACA 2016” Argumenta lo siguiente:
“El presente trabajo de investigación se desarrolló con el objetivo realizar un análisis del nivel de tensión en campo para plantear alternativas de solución para mejorar el nivel de tensión en la línea 10 kV alimentador 5006 del sistema eléctrico de la ciudad de Juliaca. La investigación aplicada es del tipo explicativo, debido a que se enfoca en corresponder las causas del nivel de tensión, buscando explicar porque ocurre este fenómeno electromagnético, condiciones en que se producen y plantean soluciones concretas. Siendo el diseño de investigación; observacional transversal, porque se miden este fenómeno electromagnético tal como ocurren y se analiza registros de las variables en el momento de la evaluación. Se realizó el análisis de tensión, tomando como referencia la NTCSE en la línea 10 kV alimentador 5006 del sistema eléctrico de la ciudad de Juliaca. Según los análisis realizados de la situación actual de la línea en la línea 10 kV alimentador 5006 del sistema eléctrico de la ciudad de Juliaca, referente al nivel de tensión podemos mencionar que el nivel de tensión transgrede las normas establecidas por la NTCSE fuera de los rangos
±5 %, en la cola del alimentador se encuentra con una caída de tensión
26 de 10.4% en horas punta y 5% en horas fuera de punta. Se aplicó programa Redcad para determinar la situación actual del nivel de tensión de la línea 10 kV alimentador 5006, dando como resultados que a partir del nodo Jr. Nicolás Jarufe hacia aguas abajo la caída de tensión supera el 5% transgrediendo las tolerancias establecidas por la Norma técnica de calidad de servicio eléctrico (NTCSE), por tal razón se puede afirmar que el 55% del alimentador se encuentra con mala calidad de producto (tensión). La caída de tensión máxima se registra en el punto más alejado del alimentador, ubicado a 9.4 KM de la subestación eléctrica de transformación (SET) Taparachi, registrando 8770 voltios y una caída de 12.3%. Se concluye que la alternativa de solución más accesible a los costos y tiempo de instalación es el regulador de tensión monofásico automático”.
2.1.3 Antecedentes regionales
(MANHUALAYA ONSIHUAY, 2021) En su tesis títulada
“MEJORAMIENTO DE LA CALIDAD DEL VOLTAJE ELÉCTRICO PARA DISMINUIR COMPENSACIONES POR VARIACIONES DE VOLTAJE EN LOS USUARIOS REGULADOS DE AYACUCHO” sostiene lo siguiente:
“La presente tesis tiene como objetivo de mejorar de la calidad de tensión, para reducir las compensaciones por variaciones de tensión en la unidad Ayacucho - Electrocentro S.A. El tipo de investigación es aplicada porque se modelo en un sistema eléctrico real y el nivel es aplicativo y para ello se utilizó el método cuantitativo, porque en nuestra investigación exponemos una nueva solución ante el problema
27 de las subtensiones y sobretensión. Para el modelamiento y simulación del regulador de tensión de 2MW se proyectó la demanda para un buen dimensionamiento, debido a que el alimentador se encuentra alimentando en la actualidad una carga de 4.3MW. En el presente estudio se logró realizar la simulación de implementación del autotransformador en al finalizar la línea 4000359 ubicada en el alimentador A4001 para mejorar el perfil de tensión el alimentador, siendo esta opción la más eficiente. Como se muestra en el capítulo 4 en la verificación de resultados se muestra que la caída de tensión está dentro de los límites permitidos por la norma técnica de calidad”.
(GARCIA RAMIREZ, 2021) En su tesis titulada
“IMPLEMENTACIÓN DE SISTEMAS DE TRANSMISIÓN DE CORRIENTE ALTERNA PARA MEJORAR LA CALIDAD DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN LAS REDES DEL VALLE DE YACUS” enfatiza lo siguiente:
“El objetivo de la presente tesis es implementar un sistema de transmisión de corriente alterna para mejorar la calidad de energía eléctrica en las redes del Valle de Yacus. La investigación que se ha desarrollado tiene como nivel la investigación aplicativa, y teniendo como método de la investigación es el analítico porque modelamos el sistema eléctrico para analizar todas sus partes con la implementación de los sistemas eléctricos de transmisión. La población y la muestra de la investigación es el sistema eléctrico del Valle de Yacus.
28 Los instrumentos para recopilación de los datos fueron las fichas resúmenes de la recopilación de los datos obtenidos por la empresa concesionaria del servicio eléctrico en la zona de estudio, ente reporte del ente regulador del servicio eléctrico, informes y estudios del Comité de Operación Económica del Sistema.
El FACTS mejora la capacidad de transmisión (el flujo de carga) en la línea c de un porcentaje de 61,83% a 60,22%; en la línea (3)_d de 84,55% a 82,47% y en la SE Xauxa de 59,75% a 49,42%.
También logra mejorar de los niveles de tensión en la SE Xauxa y en el punto extremo (SED E412187) de un nivel de tensión de 0,93 p.u a 0,96 p.u. Además, disminuye la presencia de los armónicos de tensión del orden 11,13,23,25,35,37, 47 y 49 en la barra de 13,2 kV”.
2.2 Bases teóricas
2.2.1 Reguladores de voltaje
En la figura 1, “se muestra lo que se considera un sistema de distribución ideal, ya que esta está suministrando a sus consumidores un nivel de voltaje constante indistinto de las variaciones que se pueden presentar de la demanda de la carga. Algo que en condiciones reales no se puede lograr, ya que siempre se presentan problemas de caídas de voltaje en los transformadores, barras, líneas, etc.”
De acuerdo a la figura 2 asumimos que un alimentador, es el mismo que presenta una carga uniformemente distribuida, se puede observar que todos los usuarios están conectados hasta el momento están ubicados dentro de una zona ideal la misma que tiene valores de voltaje entre 125V y 110V.
29
Figura 1 Curva de un circuito de distribución ideal.
Figura 2 Usuarios conectados en zona de ideal de voltaje
La expansión de circuitos de distribución es dinámica y normal que cada vez exista crecimiento de la demanda a lo largo del alimentador, la red se va expandiendo y se van conectando cargas en lugares en los que antes no había,
30 por lo que estos consumidores están alejados de la zona de voltaje ideal, teniendo voltajes cada vez más bajos como se puede apreciar en la figura 3.
Figura 3 Usuarios conectados fuera de la zona de voltaje ideal.
Según (CHIMBO CAMPUZANO & MOLINA VÉLEZ, 2018) refiere que “Es un problema muy típico de los sistemas de distribución su expansión de forma acelerada lo que conlleva a problemas de voltaje en extremo del ramal troncal que suelen ser críticos en los alimentadores de distribución de la S/E Portovelo. El problema de bajo voltaje puede resolverse de varias formas, una de las más sencillas puede ser la de cambio de conductor por una de mayor calibre a lo largo de toda la red para así evitar pérdidas en líneas y disminuir la línea de voltaje, la complejidad en el tiempo de ejecución junto con largas ejecuciones de servicio haría sumamente complejo llevar a cabo el trabajo. Por una solución más factible y más económica, es la instalación y ubicación óptima de reguladores de voltaje. Como ejemplo tenemos en la figura 3 si ubicamos un regulador de voltaje en el nodo 3 del alimentador los voltajes de los consumidores ubicados aguas abajo en los nodos 4 y 5 tendrían que mejorar sus niveles de voltaje para ubicarse dentro de la zona ideal, mejorando su perfil. Los
31 reguladores de voltaje son autotransformadores que poseen un ajuste automático de taps. Generalmente los reguladores brindan un rango que va desde-10% a +10% con 32 pasos. Cada paso de 5/8%, que es 0,75 V en una escala de 120 V.”
Un regulador monofásico consta de tres bushings, la fuente (S), la carga (L) y la fuente-carga (SL) con el devano serie entre S y L. … en serie según se lo configure hacia adelante o atrás para las conexiones aditiva y sustractiva respectivamente” (pág. 39).
Figura 4 Regulador de voltaje ANSI tipo A con taps en el devano de carga.
Estos reguladores son utilizados en subestaciones con sistemas en estrella o delta.
Figura 5 Esquema básico de un regulador de voltaje de pasos.
32 Es importante señalar que las empresas distribuidoras utilizan unidades monofásicas en sistemas trifásicos para regular el sistema.
Conexiones de los reguladores de voltaje
Según (CHIMBO CAMPUZANO & MOLINA VÉLEZ, 2018) menciona que “Los reguladores de voltaje tienen tres tipos de conexiones que se pueden utilizar, estrella (Y), en delta (Δ) y en delta abierto (∠). El tipo de conexión que se emplee dependerá del voltaje nominal del regulador, del voltaje nominal del alimentador de distribución y del monto de regulación necesitado.
Estrella: Sistemas de 4 hilos, normalmente en circuitos trifásicos tienen tres reguladores monofásicos conectados línea a neutro. La conexión de línea a neutro es apropiada tanto para circuitos monofásicos y bifásicos. Cada regulador controla el voltaje independientemente en cada fase del circuito, para así ayudar al desbalance de voltaje y el voltaje en estado estacionario.
Delta Abierta: Este tipo de conexión necesita dos reguladores monofásicos cada uno conectado fase-fase.
Delta Cerrado: Se requiere conectar tres reguladores fase-fase. Usando esta conexión delta cerrado el límite de regulación se extiende en un 50%, es decir de ±10% a ±15%. Caso que se ilustra en la figura 7.
En las dos conexiones en delta, los reguladores ven un desplazamiento de fase de corriente respecto al voltaje línea-línea. En la conexión principal con factor de potencia unitario de la carga, la corriente a través del regulador adelanta al voltaje de línea-línea por 30°.
33 Como se puede apreciar en la figura 6, se muestra las conexiones de los reguladores de voltaje” (pág. 40).
Figura 6 Conexiones de los reguladores de voltaje.
Figura 7 Tres reguladores de voltaje conectados en Δ para incrementar la regulación en 5%.
Cuando el voltaje mantiene fuera del límite después de un cambio de tap se realiza un ajuste de la toma adicional hasta que el voltaje se mantenga los niveles permitidos.
34
Figura 8 Control de tap del regulador.
Capacidad en kVA de los reguladores de voltaje.
La capacidad en kVA de los reguladores de voltaje, está en función de su porcentaje de regulación. la corriente de la carga circula por la del devanado serie, lo que significa que limita la magnitud de la demanda con que puede cargarse el regulador.
La ecuación para la potencia en kVA de un RV monofásico es:
𝑠
1𝑓−𝑡= (𝑉
𝑁𝑅+ 𝑉
𝑅) ∙ 𝐼 ∗ 10
−3𝑘𝑉𝐴
Si se la divide en sus componentes, tenemos:
𝑆
1𝐹−𝑇= 𝑉
𝑁𝑅∙ 𝐼 ∙ 10
−3+ 𝑉
𝑅∙ 𝐼 ∙ 10
−3𝑘𝑉𝐴
En la ecuación, está compuesta de dos términos, el primero es la potencia que depende de la corriente de la carga y del voltaje del nodo al que está conectado el RV (voltaje no regulado) y el segundo, depende de la misma corriente, pero también, del tap en el cual se encuentra el regulador. Para que el RV trabaje al máximo, se utiliza el porcentaje de regulación máximo (10%),
35 dado esto se tiene las siguientes expresiones para calcular la capacidad de los reguladores de voltaje:
𝑆∆𝑌 =%𝑅𝑒𝑔 100 ∙𝑆3𝐹
3 (𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑡𝑟𝑒𝑠 𝑅𝑉 𝑐𝑜𝑛𝑒𝑐𝑡𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑒𝑛 𝑌 𝑜 ∆) 𝑆< =%𝑅𝑒𝑔
100 ∙𝑆3𝐹
√3(𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑑𝑜𝑠 𝑅𝑉 𝑐𝑜𝑛𝑒𝑐𝑡𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑒𝑛 ∆ 𝑎𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑎)
𝑆1𝐹 = %𝑅𝑒𝑔
100 ∙ 𝑆1𝐹(𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑢𝑛 𝑅𝑉)
Si el RV es trifásico, 𝑆𝑅𝑉 ≤ 𝑆3𝐹 es decir, su capacidad debe ser igual o menos que la de la carga trifásica.
Para determinar la posición del tap de un regulador de voltaje ubicado en un nodo “i”, se utiliza la expresión:
𝑡𝑎𝑝 = 𝐼𝑁𝑇 ( 1
𝑝𝑎𝑠𝑜∙ (𝑉°+ 𝑉𝐷𝑚𝑎𝑥% ∙ 𝑉0
𝑉𝑖(𝜏) − 1))
Donde:
INT: Función que retorna únicamente la parte entera del argumento.
𝑉𝑖(𝜏): Voltaje en el nodo i antes de la instalación de RV bajo condiciones de carga pico. Paso: Paso de cambio de taps de los RV = 0,625%
𝑉°: Voltaje de la fuente
𝑉𝐷𝑚𝑎𝑥%: Caída de voltaje en %.
Conexiones de los reguladores de voltaje
36 Según (ESCARCENA MENDOZA, 2017)la regulación de tensión “es la acción que se realiza para mantener los niveles de tensión del circuito de distribución dentro de los límites permisibles…. En los sistemas de distribución existen una gran cantidad de métodos que pueden ayudar a la regulación de voltaje”(pág. 28).
Los que actúan directamente en el voltaje.
Los que actúan en las causas que provocan la caída del voltaje, este últimos actúan sobre la impedancia de la línea, o la corriente por fase.
2.2.2 Métodos de regulación de tensión
Los métodos de regulación más frecuentemente son:
2.2.2.1 Regulación directamente en el voltaje
La regulación directamente que actúan directamente en el voltaje.
Instalación de reguladores de voltaje tipo subestación.
Instalación de reguladores de voltaje afuera de la subestación.
Uso del Cambiador de derivación bajo carga del transformador de potencia.
Regulación con regulador de tipo subestación
37 Según (ESCARCENA MENDOZA, 2017) se conoce, “las subestaciones de transformación alimentan diferentes tipos de carga:
industrial, comercial, residencial, con ciclos de carga diferentes, longitudes y calibres de conductores diferentes, etc. Cuando esto ocurre es muy difícil proporcionar el nivel adecuado de tensión a cada línea o alimentador usando la regulación de barra”.
“La regulación individual de líneas de distribución es independiente de las necesidades de las otras líneas alimentadas por la misma barra, lo que permite alimentar desde una misma subestación líneas con diferentes tipos de carga, calibres de conductores, longitudes y distancia al primer consumidor. En la siguiente figura se muestra del como estaría colocado cada regulador individual en la subestación de transformación para cada alimentador en particular”(pág. 29).
Figura 9 Regulación en la Subestación.
Regulación de tensión con regulador por voltaje por fase
(ESCARCENA MENDOZA, 2017) “Los equipos reguladores de tensión, “se conocen como reguladores de tensión de pasos, trabajan
38 igualmente bien en condiciones de alto voltaje o bajo voltaje. Dicho equipo toma la sobretensión o la Sub tensión transformándolo al valor apropiado. En la figura se muestra el diagrama unifilar de un equipo regulador instalado en un alimentador y sus operaciones se muestran a través de los diagramas vectoriales”(pág. 30).
Figura 10 Regulación de tensión por fase.
(ESCARCENA MENDOZA, 2017)“Los reguladores de tensión tienen una gran aceptación, ya que son de simple aplicación, dan
39 la corrección necesitada con tolerancias muy cercanas para ambas condiciones de alto voltaje y bajo voltaje, su aplicación es muy flexible, etc. Son de uso general es indispensable para los ingenieros y operadores de un sistema tener una comprensión básica de su teoría y funcionamiento”(pág. 31).
Regulación de tensión con cambiador de derivación bajo carga Según (ESCARCENA MENDOZA, 2017) “El mecanismo de cambiador de derivación bajo carga (LTC por sus siglas en inglés: Load Tap Changing), es aplicado a transformadores de potencia en la subestación de transformación, para mantener constante el nivel de tensión en el lado del secundario, ante una variación de la tensión en el primario, o tener una tensión de salida constante a lo largo de todo el alimentador, ante variación de la carga”.
“Los cambiadores de derivación bajo carga de los transformadores son en realidad una combinación de un transformador y un regulador de tensión del tipo de pasos (la operación del mecanismo de cambio de derivación, es, por consiguiente, similar al del regulador de tensión de pasos). El cambio de derivación se efectúa por medio de un interruptor en aceite, el cual proporciona la regulación de voltaje +-
40 10%. +- 7.5% y +- 5% son porcentajes de regulación típicos para estos equipos”(pág. 31).
Figura 11 Regulación de Tensión Con Cambiador de Derivación.
Descripción de regulador de tensión monofásico automático de pasos
El regulador de pasos (ESCARCENA MENDOZA, 2017) “es un auto transformador regulador monofásico, provisto de un control electrónico que detecta la necesidad de corrección de tensión, y un cambiador de derivaciones accionado por un pequeño motor que proporciona automáticamente una elevación o disminución del voltaje en pasos discretos de amplitud. Estos reguladores se instalan en cualquier parte del tramo de la línea de distribución eléctrica conforme a las necesidades”(pág. 32).
41
Figura 12 Regulación de tensión en cascada.
Normalmente el uso de los (ESCARCENA MENDOZA, 2017)
“reguladores de tensión trifásicos se limitaba a estaciones transformadoras y el monofásico a líneas de distribución en media tensión. El actual desarrollo de conmutadores bajo carga de mayor capacidad y reducido el tamaño, permite la construcción de reguladores de tensión de mayores prestaciones, aplicando la utilización de estos, inclusive reemplazando los trifásicos en estaciones transformadoras”.(pág. 33).
2.2.2.2 Regulación en las causas que provocan la caída de voltaje
La regulación enfocada en las causas que provocan la caída de voltaje puede ser:
La instalación de capacitores.
42
La instalación de capacitores en la derivación a las líneas de baja tensión.
El balance de cargas en líneas primarias.
El aumento de la sección del conductor
La transferencia de carga entre los circuitos alimentadores.
El aumento del nivel del voltaje primario.
El cambio de las líneas monofásicas a trifásicas.
Capacitores
Según (ESCARCENA MENDOZA, 2017)“La característica eléctrica de los capacitores, no importando que se instalen en serie o derivación, es la de proporcionar y adsorber …, de tal modo que decrece la corriente requerida para una carga dada, reduciendo las perdidas en el circuito. En la siguiente figura se muestra las propiedades eléctricas del capacitor ideal’’ (pág. 35).
Figura 13 Comportamiento del capacitor.
43 Aplicación de capacitores en la derivación afuera de la subestación
Según (ESCARCENA MENDOZA, 2017) “Las líneas eléctricas tienen una impedancia en serie, compuesta de resistencia y reactancia capacitiva e inductiva, distribuida a lo largo. Cuando no hay carga que alimentar en las líneas, el voltaje receptor (VR), al final de la línea es igual al voltaje de envió (VS). … del banco y la subestación de distribución’’(pág. 36).
Figura 14 Regulación de Tensión con Capacitores.
Regulación de voltaje con capacitores en derivación en derivación en la subestación
“Los capacitores en derivación pueden también ser instalados en las barras de baja tensión de las subestaciones de distribución, cuando se instalan en las subestaciones…En la siguiente figura se muestra la conexión de un banco de capacitores en una subestación de distribución.
44
Figura 15 Regulación de Tensión con Capacitores en Subestación.
Regulación de voltaje mediante balance de cargas
Refiere (ESCARCENA MENDOZA, 2017) “Si en la línea de distribución primaria se tiene una regulación de voltaje muy pobre, se debe controlar en primer lugar la carga en cada una de las … muy dificultoso generando la necesidad de utilizar programas computacionales para realizar cálculos de flujo de carga’’(pág. 38).
Regulación de voltaje elevando el nivel de voltaje en lado primario
“Cuando se efectúa un cambio en el nivel de tensión de una línea primaria manteniendo la misma …. Este medo toma en cuenta factores tales como: crecimiento de carga, localización de subestaciones, planes de expansión, etc.
Regulación de voltaje realizando el cambio de líneas monofásicas a trifásicas
45 Las líneas de distribución primaria a veces tienen muchas derivaciones en una sola fase y la caída de tensión también está en función de la trayectoria de retorno. Si en una derivación monofásica se agregan dos conductores y se forman una línea trifásica con 4 hilos, además se divide la carga existente entre las tres fases, entonces, la caída de tensión se reduce a la sexta parte del valor que existía en una sola fase. En el sistema eléctrico, el suministro de energía está sujeto a la inestabilidad de tensión debido a las variaciones en la corriente de carga, en la transmisión y en la generación. Respondiendo a las exigencias del mercado eléctrico en lo que a la calidad de servicio se refiere, las empresas distribuidoras buscan soluciones que les permitan brindar a sus clientes energía eléctrica en óptimas condiciones, ya sea en continuidad como en estabilidad de la tensión suministrada.
Regulación de voltaje aumentando la sección del conductor
Según (ESCARCENA MENDOZA, 2017) ‘’Como se mencionó anteriormente, cuando un alimentador está cargado, la corriente que …, la tensión mecánica en las líneas. En la siguiente figura se muestra el diagrama vectorial que representa el incremento de la sección del conductor’’(pág. 40).
46
Figura 16 Variación de la tensión vectorial al incrementar sección de conductor.
Regulación de voltaje realizando transferencia de carga
Según (ESCARCENA MENDOZA, 2017) “al realizar transferencias de carga a nuevos circuitos o a otros alimentadores, se reducen las cargas en las líneas, lo cual reduciría la corriente, y por tanto, automáticamente al reducirse la corriente se reduciría la caída de tensión, razón por la cual este método de regulación de tensión toma vital importancia debido a que es de aplicación inmediata en cualquier tipo de sistema radial. Para realizar transferencia de carga entre alimentadores o líneas se debe de tener siempre en cuenta que los ajustes del sistema de protección de la línea a transferir sean capaces de tolerar la variación de corriente por el efecto inrush que se generara al transferir carga y que los ajustes de los sistemas de protección también sean capaces de tolerar las variaciones de las nuevas cargas” (pág. 41).
47 2.2.3 Instalación de reguladores
La instalación de los reguladores de tensión tiene como objetivo mantener los niveles de tensión en los niveles adecuados a fin de garantizar una calidad de energía y minimizar las perdidas en el sistema eléctrico en estudio.
Por lo general es importante la ubicación y la cantidad de reguladores en los alimentadores de media tensión.
2.2.4 Calidad de tensión eléctrica en el Perú.
En el Perú la calidad de tensión eléctrica se establece en la NTCSE en el cual se indica que el nivel de tensión debe encontrase en +/- 5% Vn en zonas urbanas.
Se considera de mala calidad la energía eléctrica si la tensión se encuentra fuera de los rangos de tolerancias establecidas.
La calidad de tensión se supervisa y fiscaliza mediante la medición en determinados puntos por parte del ente regulador Osinerming, como indicador se tiene ∆𝑉𝐾(%):
∆𝑉𝐾(%): Indicador
𝑉𝐾: Valor de tensión eficaz 𝑉𝑁: Valor de tensión nominal
48 2.3 Definición de términos básicos
NTCSE
Es la norma técnica de calidad de servicios eléctrico, que nos determina los estándares de calidad del servicio en Perú.
OSINERMING
Es el ente regulador de la energía, minería e hidrocarburos del Perú.
SED
Es el conjunto de elementos de un centro de transformación ya sea en baja tensión o media tensión.
A4216
Es una denominación de un circuito alimentador en media tensión de la subestación parque industrial.
Regulador de tensión
Los reguladores de tensión son equipos eléctricos capaces de regular el nivel de voltaje en sistema eléctrico.
Power Factory Digsilent
Es un software especializado en modelamiento y simulación de sistemas eléctricos.
49 2.4 Hipótesis
Las hipótesis de la investigación son:
2.4.1 Hipótesis general
La simulación de la instalación de los reguladores de tensión mejora los niveles de tensión del circuito alimentador A4216 de la subestación parque industrial.
2.4.2 Hipótesis especificas
La simulación de la instalación de los reguladores de tensión mantiene los parámetros de tensión máxima y mínima.
La simulación de la instalación de los reguladores de tensión estabiliza los parámetros de tensión máxima y mínima.
2.5 Variables
Las variables de la investigación son las variables:
Variable independiente
REGULADORES DE TENSIÓN
Variable dependiente NIVELES DE TENSIÓN.
50 2.6 Operacionalización de las variables
La operacionalización de las variables nos permitirá expresar las variables en dimensiones e indicadores las cuales permiten definir las variables para su medición.
Tabla 1 Operacionalización de variables
Variables Dimensiones Indicadores
Variable independiente REGULADORES DE TENSIÓN
Equipo regulador de tensión de corriente alterna
Modelamiento del regulador de tensión
Variable dependiente
NIVELES DE
TENSIÓN
Niveles de tensión máximos y mínimos.
Variaciones del nivel de tensión
Tensiones +/-5%Vn
Tensión nominal (Vn)
Capitulo III
Metodología de la investigación
3.1 Tipo de investigación
Según (Espinoza Montes, 2014) la investigación aplicada “tiene como propósito aplicar los resultados de la investigación experimental para diseñar tecnologías de aplicación inmediata en la solución de los problemas de la sociedad”. La presente tesis es aplicada por que vamos a proponer una solución técnica a contribuir a la solución del problema de investigación.
52 3.2 Nivel de investigación
El nivel de investigación es experimental porque según (Espinoza Montes, 2014)“el nivel de investigación experimental tiene como propósito manipular las variables que tienen relación causal para transformarlo. Su finalidad es crear conocimientos nuevos para mejorar el objeto de investigación.” (pág. 76). En nuestro caso manipulamos la variable independiente y poder mejorar el objeto de nuestra investigación.
3.3 Método de la investigación
El método de la investigación es la analítica que según (Bernal Torres, 2010)
“Este proceso cognoscitivo consiste en descomponer un objeto de estudio, separando cada una de las partes del todo para estudiarlas en forma individual”.(pág. 60), por lo tanto, en nuestra investigación utilizamos el método analítico porque realizamos un análisis con la simulación de la instalación de reguladores de tensión.
3.4 Diseño de investigación
El diseño de investigación que se planteo es preexperimental porque su grado de control es mínimo.
Esquema del diseño pre experimental de estudio de caso dos mediciones:
O M1 X M2
O: Objeto de estudio (circuito alimentador A4216).
X: Tratamiento, estimulo o variable independiente (reguladores de tensión).
M1, M2: Medición de la variable independiente.
53 3.5 Técnica e instrumento de recolección de datos
3.5.1 Técnica de recolección de datos
La técnica de recolección de datos es la documental mediante el cual se recolectaron los datos de fuente secundarias de informes, estudios y diagnóstico del sistema.
3.5.2 Instrumento de recolección de datos
El instrumento utilizado en la investigación es la ficha de registro de datos específicamente las fichas bibliográficas.
3.6 Población
Según (Castro Márquez, 2003)“si la población es menor a cincuenta (50) individuos, la población es igual a la muestra” (pág. 69). En el caso de nuestra investigación es uno solo que es el circuito alimentador A4216 de la subestación parque industrial.
3.7 Muestra
Por lo tanto, por lo descrito en la población nuestra muestra es el circuito alimentador A4216 de la subestación parque industrial.
Capítulo IV Resultados
En esta sección presentamos los resultados del trabajo de investigación, primeramente, el modelamiento del sistema eléctrico en estudio realizado en el software digsilent, seguidamente la ubicación, la instalación del regulador, luego el procedimiento de la simulación, la presentación de los resultados y un resumen de los resultados. También, se presenta la contrastación de la prueba de hipótesis y la discusión de resultados.
4.1 Diagrama unifilar general
El sistema eléctrico en estudio es el alimentador A4216, para poder simular dicho alimentador fue necesario modelar la subestación de distribución de Parque
55 Industrial, que está conectada al SEIN en una red equivalente en la barra en 60kV, y luego se conecta dos transformadores de potencia entre las barras de 60kV y 10kV.
En la barra de 10kV se encuentran ubicadas cuatro alimentadores como se muestra en el diagrama, uno de estos alimentadores es el A4216.
Figura 17 Diagrama unifilar general de la SE
4.2 Modelamiento
La representación de los elementos del circuito alimentador en media tensión denominado A4216, se realizó en el programa Power Factory digsilent.
A continuación, se presentarán algunos de los principales elementos modelados del sistema.
56 4.2.1 Red equivalente (SEIN)
La red equivalente es un elemento nos representa el sistema interconectado nacional aguas arriba y es instalado en la barra de 60kV de la Subestación de Parque Industrial.
Figura 18 Red equivalente
Para modelar la red equivalente que representa al SEIN es necesario ingresar los datos a la red equivalente que son: la potencia máxima de corto circuito 800 MVA, la corriente máxima de corto circuito 76,98003 kA y la potencia mínima de corto circuito 308,305 MVA, la corriente mínima de corto circuito 2,966666 kA.
4.2.2 Barras
La barra es un material conductor que actúa como unión que sirve para conexión y recolección de energía. Para el caso de la investigación se representa como se muestra en la siguiente figura.
57
Figura 19 Representación de una barra
4.2.3 Transformadores
En la Subestación de Parque Industrial se cuenta con dos transformadores de dos devanados de 15 MVA y 7 MVA.
Figura 20 Transformadores
Los principales parámetros ingresados son los niveles de tensión, potencia y tensión de cortocircuito.
58
Figura 21 Datos de Transformador de 15 MVA
4.2.4 Redes
Las redes se representaron como líneas las cuales fueron conectadas con puntos de conexión o nodos. Estos nodos nos representan las estructuras de media tensión.
Figura 22 Representación de las redes de media tensión
59 4.2.5 Cargas
Las cargas son resumidas en las SED’s de distribución de media tensión es cual nos representa toda la potencia de los usuarios de una determina zona.
Para modelar necesitamos ingresar los datos de la potencia activa, el factor de potencia.
Figura 23 Carga
En total el circuito alimentador cuenta con 164 SED’s con una potencia activa total de 14898,95kW y un factor de potencia de 0,95.
Tabla 2 Resumen de cargas
60 Cargas
SED's Alimentador Pot.
Activa (kW)
Pot.
Reactiva (kVAR)
Pot.
Aparente (kVA)
Factor de potencia
E404299 A4216 98 32,211 103,1579 0,95 E404300 A4216 156,8 51,5377 165,0526 0,95 E404301 A4216 49 16,1055 51,57895 0,95 E404302 A4216 73,5 24,1583 77,36842 0,95 E404316 A4216 49 16,1055 51,57895 0,95 E404317 A4216 196 64,4221 206,3158 0,95 E404319 A4216 156,8 51,5377 165,0526 0,95 E404320 A4216 98 32,211 103,1579 0,95 E404321 A4216 98 32,211 103,1579 0,95 E404333 A4216 73,5 24,1583 77,36842 0,95 E404334 A4216 49 16,1055 51,57895 0,95 E404343 A4216 49 16,1055 51,57895 0,95 E404345 A4216 49 16,1055 51,57895 0,95 E404374 A4216 49 16,1055 51,57895 0,95 E404375 A4216 63,7 20,9372 67,05264 0,95 E404376 A4216 63,7 20,9372 67,05264 0,95 E404377 A4216 98 32,211 103,1579 0,95 E404380 A4216 98 32,211 103,1579 0,95 E404381 A4216 73,5 24,1583 77,36842 0,95 E404382 A4216 42,14 13,8508 44,35789 0,95 E404386 A4216 78,4 25,7688 82,52632 0,95 E404391 A4216 49 16,1055 51,57895 0,95 E404393 A4216 98 32,211 103,1579 0,95 E404404 A4216 49 16,1055 51,57895 0,95 E404410 A4216 98 32,211 103,1579 0,95 E404414 A4216 24,5 8,05276 25,78947 0,95 E404415 A4216 98 32,211 103,1579 0,95 E404424 A4216 784 257,688 825,2631 0,95 E404426 A4216 49 16,1055 51,57895 0,95 E404429 A4216 156,8 51,5377 165,0526 0,95 E404430 A4216 98 32,211 103,1579 0,95 E404431 A4216 98 32,211 103,1579 0,95 E404432 A4216 98 32,211 103,1579 0,95 E404433 A4216 73,5 24,1583 77,36842 0,95 E404434 A4216 36,75 12,0791 38,68421 0,95 E404435 A4216 98 32,211 103,1579 0,95 E404436 A4216 24,5 8,05276 25,78947 0,95 E404437 A4216 98 32,211 103,1579 0,95 E404438 A4216 36,75 12,0791 38,68421 0,95 E404440 A4216 98 32,211 103,1579 0,95
61 E404442 A4216 49 16,1055 51,57895 0,95 E404443 A4216 36,75 12,0791 38,68421 0,95 E404444 A4216 49 16,1055 51,57895 0,95 E404445 A4216 98 32,211 103,1579 0,95 E404446 A4216 49 16,1055 51,57895 0,95 E404447 A4216 85,75 28,1847 90,26316 0,95 E404448 A4216 980 322,111 1031,579 0,95 E404449 A4216 49 16,1055 51,57895 0,95 E404450 A4216 49 16,1055 51,57895 0,95 E404452 A4216 98 32,211 103,1579 0,95 E404454 A4216 24,5 8,05276 25,78947 0,95 E404455 A4216 36,75 12,0791 38,68421 0,95 E404457 A4216 36,75 12,0791 38,68421 0,95 E404458 A4216 9,8 3,22111 10,31579 0,95 E404460 A4216 49 16,1055 51,57895 0,95 E404461 A4216 490 161,055 515,7895 0,95 E404462 A4216 9,8 3,22111 10,31579 0,95 E404463 A4216 9,8 3,22111 10,31579 0,95 E404464 A4216 24,5 8,05276 25,78947 0,95 E404465 A4216 9,8 3,22111 10,31579 0,95 E404466 A4216 9,8 3,22111 10,31579 0,95 E404467 A4216 4,9 1,61055 5,157895 0,95 E404468 A4216 9,8 3,22111 10,31579 0,95 E404469 A4216 4,9 1,61055 5,157895 0,95 E404470 A4216 9,8 3,22111 10,31579 0,95 E404471 A4216 9,8 3,22111 10,31579 0,95 E404473 A4216 9,8 3,22111 10,31579 0,95 E404474 A4216 9,8 3,22111 10,31579 0,95 E404475 A4216 9,8 3,22111 10,31579 0,95 E404476 A4216 9,8 3,22111 10,31579 0,95 E404479 A4216 98 32,211 103,1579 0,95 E404481 A4216 98 32,211 103,1579 0,95 E404482 A4216 4,9 1,61055 5,157895 0,95 E404488 A4216 73,5 24,1583 77,36842 0,95 E404490 A4216 9,8 3,22111 10,31579 0,95 E404492 A4216 98 32,211 103,1579 0,95 E404493 A4216 49 16,1055 51,57895 0,95 E404494 A4216 14,7 4,83166 15,47368 0,95 E404495 A4216 14,7 4,83166 15,47368 0,95 E404502 A4216 49 16,1055 51,57895 0,95 E404504 A4216 49 16,1055 51,57895 0,95 E404506 A4216 98 32,211 103,1579 0,95 E404512 A4216 24,5 8,05276 25,78947 0,95 E404518 A4216 49 16,1055 51,57895 0,95 E404528 A4216 36,75 12,0791 38,68421 0,95
