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ANALISIS OPERATIVO DE LA RED DE DISTRIBUCION UNIVERSIDAD DE LA
SUBESTACION RIOMAR DE LA CIUDAD DE BARRANQUILLA (ATLANTICO)
JOHN JAIRO GARCIA CARRILLO
JHONNY ALBERTO CABALLERO MARANON
UNIVERSIDAD DE LA COSTA, CUC
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
BARRANQUILLA
2013
ANALISIS OPERATIVO DE LA RED DE DISTRIBUCION UNIVERSIDAD DE LA
SUBESTACION RIOMAR DE LA CIUDAD DE BARRANQUILLA (ATLANTICO)
JOHN JAIRO GARCIA CARRILLO
JHONNY ALBERTO CABALLERO MARANON
Proyecto de grado presentado como requisito para optar al título de Ingeniero
Eléctrico
DIRECTOR
ING. JORGE IVAN SILVA ORTEGA
UNIVERSIDAD DE LA COSTA, CUC
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
BARRANQUILLA
2013
Nota de aceptación:
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Firma del presidente del jurado
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Firma del jurado
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Firma del jurado
Barranquilla, 23 Octubre de 2013
CARTA DE SUSTENTACION
Barranquilla 03 de octubre
Señores: corporación universidad de la costa (CUC)
Atención: Departamento Admisiones y registro y biblioteca
Asunto: Recepción de tesis de grado
El día 03 de octubre de 2013. El estudiante JOHN JAIRO GARCIA CARRILLO
(C.C. 72337660) hizo la entrega de los documentos y monografía de proyecto de
grado junto con los anexos respectivos al programa de ingeniería eléctrica
A continuación se relaciona la información del proyecto de grado.
Título del proyecto: Análisis operativo de la red de distribución UNIVERSIDAD
que opera en la ciudad de Barranquilla (Atlántico)
Decisión del jurado evaluador: aprobado
Calificación: 4,2
Director: Ing. Jorge Iván Silva Ortega
Jurados: Ing. Milen Balbis Morejón
Ing. Adalberto Ospino castro
Atentamente,
Ing. Jorge Iván Silva Ortega
Líder de investigación grupo GIOPEN
Programa de ingeniería eléctrica
Docente tiempo completo
DEDICATORIA
Le doy gracias a Dios porque me dio la vida y la oportunidad de estudiar una
carrera, por la salud y la inteligencia que me ayudo a salir adelante con este
proyecto. A mis padres Alfredo García y Esmeralda carrillo por darme el apoyo
incondicional cuando lo más necesitaba, especialmente mi madre que siempre me
dio las energías para salir de las dificultades en que me encontraba, les doy
gracias a mis familiares y amigos que siempre me dieron aliento para continuar
con esta carrera, a mis compañero que siempre contaron conmigo para trabajar en
grupo para adquirir más conocimientos y cumplir mis metas, a mis profesores que
me ayudaron a orientar, enseñarme ética y profesionalmente para cumplir mis
propósitos, a la iglesia que gracias a ellas he crecido como persona formándome
en la fe cristiana
JOHN JAIRO GARCIA CARRILLO
DEDICATORIA
Dedico este trabajo principalmente a Dios, por haberme dado la vida y permitirme
el haber llegado hasta este momento tan importante de mi formación profesional.
A mis padres y hermanas, por ser los pilares más importantes de mi vida al
demostrarme siempre su cariño y apoyo incondicional sin importar cada momento
y circunstancias vividas durante todo este tiempo. A mis amigos por compartir
momentos significativos conmigo y por siempre estar dispuestos a escucharme y
ayudarme en cualquier momento. Al cuerpo de docentes de la Universidad De La
Costa quienes hicieron posible la obtención de los conocimientos que hoy hacen
de mí un profesional con ética y personalidad al enfrentar las circunstancias de la
vida.
JOHNNY ALBERTO CABALLERO NARANON
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a mi asesor del proyecto de grado el Ingeniero Jorge Iván Silva Ortega
quien me dio su espacio y tiempo para adquirir sus conocimientos y ayudas
necesarias para poder implementarlos en la elaboración del proyecto final.
A los recursos prestador por la Universidad De La Costa como los fueron la
biblioteca y la base de datos, quienes hicieron posible la obtención de
conocimientos e investigaciones para realizar actividades como en este caso el
proyecto final
A los docentes de la Universidad De La Costa, por permitirme adquirir sus
conocimientos y aplicarlos de la mejor manera, que me ayudaron a llegar ser de
mí un profesional con ética y personalidad al enfrentar las circunstancias de la
vida.
Al operador de red Electricaribe S.A. por la información brindada para la
realización del proyecto. Y mi jefe de práctica el ingeniero Roberto Polo por
brindarme la ayuda necesaria para realizar este proyecto
JOHN JAIRO GARCIA CARRILLO
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a Dios por la sabiduría, entendimiento y bendiciones. Por protegerme
durante todo este camino y darme fuerzas para superar obstáculos y dificultades a
lo largo de toda mi vida.
A mis padres Johnny José Caballero Castro y Martha Elena Marañón de la Rosa
por su apoyo incondicional, esfuerzo y dedicación. Quienes con su demostración
de padres ejemplares me ha enseñado a no desfallecer ni rendirme ante nada y
siempre perseverar a través de sus sabios consejos.
A mis hermanas Estefany caballero marañón y Rosnaira caballero marañón por su
apoyo y comprensión.
A mis amigos por acompañarme en el crecimiento como persona y como
profesional.
A mis profesores por compartir sus conocimientos y permitirme el crecimiento
intelectual en mi vida.
JOHNNY ALBERTO CABALLERO NARANON
RESUMEN
A nivel residencial es fundamental el suministro de energía y que esta permanezca
funcionando todo el tiempo, la distribución de la energía eléctrica es de vital
importancia en el proceso que va desde la generación hasta el usuario final. (1) Hay
varios niveles de transformación como lo son alta, media y baja, es el mejor
manera de distribuir y utilizar la energía por parte de los usuarios. El objetivo de
este proyecto está centrado en circuitos de media tensión donde se busca
identificar problemas para mejorar la confiabilidad del sistema, la cual se define
como continuidad del suministro de energía por un tiempo determinado. Este
proyecto se basa en un enfoque de análisis operativo en el cual se buscará la
mejor solución al problema por el cual se busca que el circuito presente menores 1
fallas posibles verificando que las normas se cumplan estrictamente en el sistema.
(1)
El circuito universidad parte de la subestación Riomar en la ciudad de
Barranquilla (Atlántico), este circuito presenta varios problemas en la cual se
presenta sobrecargas ocasionando fallas en los conductores sobretodo en los
sectores más lejanos del circuito, (2) el circuito universidad siempre y cuando no se
haga transferencia con circuito puerta de oro 2 presentan estos problemas
mencionado anteriormente. El circuito universidad se están desarrollando grandes
proyectos inmobiliarios y grandes proyectos comerciales y de la salud como lo es
la clínica porto azul, hoteles, etc. Este desarrollo de la ciudad ha provocado un
incremento de la carga de forma exponencial.
El circuito universidad presenta gran demanda en el barrio villa campestre y villa
santo, donde sería un gran objetivo de análisis para mejorar esos sectores donde
se aplique la normativa de la regulación de tensión, la función es laborar grandes
proyectos para optimizar la red. El comportamiento del circuito universidad es de
esta manera: realiza transferencia con el circuito puerta de oro 2 de la
subestación puerta de oro en el municipio de puerto Colombia (Atlántico)
restándole carga al circuito universidad y entregándosela a puerta de oro 2 para
suprimir la carga.
(1)
(2)
COLOMBIA, MNISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA. RETIE
BASE DE SATOS DE ELECTRICARIBE.
Esta transferencia es necesaria para que el conductor soporte esta carga de lo
contrario el circuito colapsaría y su tensión no fuera la requerida por sus usuarios.
En el proyecto plantea una posible solución para que este circuito reduzca las
fallas ocasionada por sobrecargas. Para esto se realizó unos estudios del
comportamiento actual del circuito por medio del simulador NEPLAN y se
desarrolló las posibles soluciones aplicando a la normativa vigente NTC 2050 y
RETIE para construcción de líneas aéreas
En el circuito universidad se detectó problemas asociados a caídas de tensiones
sobrecargas y se analizaron las corrientes de cortocircuito trifásicas y monofásicas
en el sistema, por medio de la simulación del software NEPLAN se verificó el
comportamiento del flujo de carga del todo el sistema. A estos problemas se
recomienda hacer una tendida de conductor que soporte la capacidad de la carga
con banco de condensadores, en ciertos puntos donde se eliminen los puntos
críticos de la red,
Palabras claves. NEPLAN, análisis operativo, retie universidad, flujo de carga,
corriente de cortocircuito
ABSTRACT
A residential level is essential to power and that it remains on all the time, the
distribution of electrical power is of vital importance in the process from the
generation to the end user (1). There are several levels of processing such as high,
medium and low, is the best way to distribute and use energy by users. The
objective of this project is focused on medium voltage circuits which seek to
identify problems to improve system reliability, which is defined as energy supply
continuity for a given time. This project is based on an operational analysis
approach in which they seek the best solution to the problem for which it is
intended that the present circuit under possible failures verifying that the rules are
strictly enforced in the system (1). The college circuit Riomar part of the substation
in the city of Barranquilla, this circuit presents several problems in which overload
occurs drivers causing failure especially in the more remote areas of the circuit (2),
the college circuit provided transfer is not done with golden gate circuit 2 have
these problems mentioned above. The college circuit is developing large real
estate projects and large commercial projects and health clinic such as blue Porto,
hotels, etc. This development of the city has resulted in an increase of the load
exponentially.The college circuit has great demand in the country villa and villa
neighborhood saint, which would be a major objective analysis to improve those
areas where regulations apply voltage regulation; the function is large labor
projects to optimize the network. The college circuit behavior is this: performs
transfer circuit 2 Golden Gate Golden Gate substation in the municipality of Puerto
Colombia (Atlántico) load minus the college circuit and giving it to Golden Gate 2 to
delete the load. This transfer is necessary for the driver to support this load
otherwise the circuit and voltage collapse is not required by their users.The project
proposes a possible solution for this circuit reduce failures caused by overloads.
For this we conducted a study of the current behavior of the circuit simulator
through NEPLAN and developed possible solutions to current regulations applying
NTC RETIE 2050 and construction of overhead linesIn the college circuit problems
associated detected voltage falls overload and short circuit currents analyzed three
and single phase in the system by means of software simulation NEPLAN verified
the flow behavior of the entire system load .To these problems we recommend a
driver lying that supports the load capacity capacitor bank at certain points where
the critical points are removed from the network,
Keywords. NEPLAN, operational analysis, college retie, load flow, short circuit
current
TABLA DE CONTENIDO
Pág.
INTRODUCION…………………………………….…….……………..……………19
1
MARCO REFERENCIAL ......................................................................... 20
1.1 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO........................................................... 20
1.2 OBJETIVOS ............................................................................................ 22
1.2.1 Objetivo general. ..................................................................................... 22
1.2.2 Objetivos específicos............................................................................... 22
1.3 JUSTIFICACIÓN ..................................................................................... 23
1.4 ESTADO DEL ARTE ............................................................................... 24
1.4.1 Marco conceptual. ................................................................................... 26
1.4.2 Marco contextual. .................................................................................... 28
1.4.3 Marco legal. ............................................................................................. 29
2
MARCO TEÓRICO .................................................................................. 30
2.1. REPRSENTACION DE LINEAS .............................................................. 30
2.1.1. Línea corta. ............................................................................................. 30
2.1.2. Línea media. ........................................................................................... 31
2.1.3. Línea larga. ............................................................................................. 32
2.2. PARAMETROS DE LINEAS CORTAS ................................................... 33
2.2.1. Resistencia de corriente alterna y corriente directa. ............................... 33
2.3. CONDUCTORES ................................................................................... 38
2.3.1. Conductor AAC. ...................................................................................... 38
2.3.2. Conductor AAAC. .................................................................................... 39
2.3.3. Conductor ACSR. ................................................................................... 39
2.3.4. Conductor ACAR. ................................................................................... 39
2.3.5. Conductor de cobre desnudo. ................................................................. 40
2.4. PORCENTAJE DE REGULACIÓN ......................................................... 41
2.5. FLUJO DE CARGA ................................................................................ 43
2.5.1. Análisis del estado estable. .................................................................... 43
2.5.2. Newton raphson. .................................................................................... 43
2.5.3. Newton Rapshon extendido. .................................................................. 44
2.6.
CORTOCIRCUITOS Y FALLAS ............................................................ 45
2.6.1. Fallas. ..................................................................................................... 45
2.6.2. Cortocircuito. .......................................................................................... 46
2.7.
TOPOLIA DE ESTRUCTURAS ............................................................. 51
2.7.1. Cruceta. .................................................................................................. 51
2.7.2. Estructura de soporte. ............................................................................ 53
2.7.3. Herraje.................................................................................................... 53
2.7.4 . Aisladores. ............................................................................................. 54
2.8.
USO DE NEPLAN ................................................................................. 55
2.8.1.Crear, abrir, guardar e imprimir proyectos. .............................................. 55
3
METODOLOGIA ....................................................................................... 56
3.1 RECOPILACION DE LA INFORMACION ................................................. 56
3.1.1 POBLACIÓN UNIVERSO ......................................................................... 59
3.2 VALIDACION DE LA INFORMACION (REAL) ......................................... 60
3.3 SIMULACION ........................................................................................... 62
3.3.1 Ingreso de información. ............................................................................ 62
3.3.3 Cortocircuito trifásico y monofásico. ......................................................... 67
3.4 RESULTADO DE SIMULACION .............................................................. 69
3.5 ANALISIS DE DATOS .............................................................................. 70
4
ANALISIS DE RESULTADO .................................................................... 71
4.1 CALCULO DE RESISTENCIA Y REACTANCIA ...................................... 72
4.2 ANALISIS DE CARGA .............................................................................. 73
4.3 FLUJO DE CARGA .................................................................................. 74
4.4 CORTOCIRCUITO ................................................................................... 75
4.4.1 Cortocircuito trifásico. ............................................................................... 75
4.4.2 Cortocircuito monofásico. ......................................................................... 76
4.5 ROPUESTA DE MEJORA ........................................................................ 77
4.5.1 Flujo de carga. .......................................................................................... 77
4.5.2 Cortocircuito. ............................................................................................ 78
5
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................... 80
LISTA DE TABLA
Tabla 1. Resistividad de corriente directa………..………………………………..… 34
Tabla 2. Conducto AAC de ejemplo cable de 7 hilos………………………………. 36
Tabla 3. Fallas presentadas en el circuito universidad durante los periodos de
junio 2012 a junio 2013………..............................................................................45
Tabla 4. Característica de los conductores………………….……………………. 72
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Cámara termografía….………………....………………………..…............24
Figura 2. Vista real del interruptor seccionador…………………….………….…..…24
Figura 3. Marco conceptual……………...……………………..……….……...………27
Figura 4. Zona del circuito universidad. ……………………………………..............28
Figura 5. Circuito equivalente de una línea corta……….…..….…….……..……….31
Figura 6. Circuito nominal en π de una línea de transmisión de longitud
Media………………………………………………………………………….…...……..31
Figura 7. Circuito nominal en T de una línea de transmisión de longitud
Media………………………………………………………………………...……..........32
Figura 8. Representación de una línea de transmisión que muestra una fase y el
neutro de regreso………………………………………………………....……............32
Figura 9. Grafica de resistencia de corriente alterna en función de las
temperaturas………………………………………………………………...….……….35
Figura 10. Ciclo de transposición ……………………………………….…......……..37
Figura 11. Fallas presentada en la red de distribución universidad del periodo de
junio 2012 al periodo de junio 2013…………………...……………..…....…………46
Figura 12. Secuencia de una línea a tierra………..….…………….........................48
Figura 13. Diagrama de secuencias de falla línea línea………….........................49
Figura 14. Diagrama de secuencias y su equivalente en thevenin…..……...........50
Figura 15. Cruceta metálica para circuito trifásico sencillo……..…………….…….51
Figura 16. Configuración horizontal………………………….…………………….….52
Figura 17. Ilustración de Excel de las fallas presentadas….………….……..…….56
Figura 18. Ilustración de BDI del circuito universidad………………………............57
Figura 19. Pantallazo de los datos exportados de la BDI a Microsoft Excel del
circuito universidad………………………….…………………………………………..58
Figura 20. Propiedades eléctricas del barraje del circuito universidad exportado del
software VHOR……………………………….……………………..………….............58
Figura 21. Pantallazo de AutoCAD del circuito universidad……..…………..…......60
Figura 22. Estado críticos en algunos sitios del circuito universidad..……….........61
Figura 23. NEPLAN…..………….……………………….…………….…….…...........63
Figura 24. Red en la simulación de NEPLAN………….………………….……........64
Figura 25. Carga en la simulación de NEPLAN…………...…….……...……….…..64
Figura 26. Líneas en la simulación de NEPLAN………………..….………..……….65
Figura 27. Circuito universidad implementado en NEPLAN………………....…......66
Figura 28. Flujo de carga en NEPLAN…………………………………………...……67
Figura 29. Calculo de corriente cortocircuito en NEPLAN…………………..….…..68
Figura 30. Circuito universidad……………….………………………..……….….….73
Figura 31. Caídas de tensiones en los nodos del circuito universidad sin
transferencia………………………………………………………..……….…..……....74
Figura 32. Corriente de cortocircuito trifásica……...........…….……………………. 76
Figura 33. Corriente de cortocircuito monofásica……..……..………...……….. ….76
Figura 34. Caídas de tensiones en los nodos del circuito universidad con
transferencia……………………………………….………….…………………….......77
Figura 35. Análisis de cortocircuito trifásico propuesto……...………………..….... 78
Figura 36. Análisis de cortocircuito monofásico propuesto……………………...... 79
LISTA DE ECUACIONES
Ecuación 1. Resistencia de corriente alterna………….…………….……..……….. 33
Ecuación 2. Resistencia de corriente continúa………………………..……….…… 33
Ecuación 3. Relación de resistencia de corriente alterna diferentes
temperaturas……………………………………………………………………………. 35
Ecuación 4. Constante de temperatura……………………………………..…….…. 35
Ecuación 5. Calculo de radio medio geométrico…………...……………...………..36
Ecuación 6. Inductancia……………………………………………………………….. 37
Ecuación 7. Reactancia inductiva de un conducto……………………………..…. 37
Ecuación 8. Formula de regulación……….…………….…….………….....…….….41
Ecuación 9. Caída de tensión a través del trayecto de línea…………………….... 41
Ecuación 10. Perdida por efecto joule………..……………………………………… 42
Ecuación 11. Calculo de corriente de cortocircuito monofásico…………..…..… 48
Ecuación 12. Calculo de corriente de cortocircuito a tierra…………..………..…. 48
Ecuación 13. Calculo de corriente de cortocircuito bifásico………………..…..… 49
Ecuación 14. Impedancia del tramo de la fase hasta el punto de la falla…..…….49
Ecuación 15. Calculo de corriente de cortocircuito trifásico…...……….............. 50
LISTA DE ANEXOS
Anexo 1. Tabla de conductores de cobre desnudo ................................................. 89
Anexo 2. Tabla de conductores de aluminio desnudo AAC .................................... 90
Anexo 3. Tabla de conductores de aluminio AAAC ................................................ 91
Anexo 4. Tabla de conductores de aluminio ACSR ................................................ 92
INTRODUCCIÓN
En el presente documento se realizó un análisis operativo de la red del circuito
universidad de la ciudad de Barranquilla (Atlántico), este análisis se logró a partir
de un estudio del comportamiento y eventos ocurridos en la red de distribución,
donde las fallas presentadas al sistema se verificarán por medio de la simulación
del software NEPLAN.
El software ofrece la oportunidad de simular un sistema de potencia para
representar su operación normal mediante simulación de flujos de carga al igual
que simular escenarios de cortocircuito. El presente documento busca representar
las condiciones de operación reales bajo las cuales opera un sistema de
distribución y plantear mediante simulación posibles soluciones que mejoren la
operación del sistema. A continuación se presentan los cálculos y procedimientos
desarrollados para llevar a cabo la representación del sistema. Para la simulación
fue necesaria una base de datos suministrada por él operador de red Electricaribe
S.A, para lograr caracterizar correctamente la operación del sistema.
En el primer capítulo se presentan los lineamientos y perspectivas del proyecto de
investigación los cuáles fueron las herramientas que se usaron para facilitar este
documento. Además se presentan los objetivos generales y específicos. Para
terminar en el último ítem del capítulo se explicara el estado del arte en el marco
conceptual, contextual y legal en el análisis operativo del sistema eléctrico
universidad de la ciudad de Barranquilla. En el segundo capítulo se presenta el
marco teórico utilizado para el desarrollo del proyecto en el que se incluyen las
representaciones de líneas y redes de distribución en el sistema de potencia,
también se presentan los lineamientos para selección de conductores, estudio de
flujo de carga, análisis de cortocircuitos y fallas que permitirán el desarrollo del
proyecto al igual que el desarrollo de este implementando la simulación del
sistema en NEPLAN.
En el tercer capítulo se presenta la metodología considerada para el desarrollo de
la investigación al igual que se presentan todos los procedimientos que
permitieron el desarrollo del tema. En el cuarto capítulo se realizó el análisis de los
resultados obtenidos, este capítulo permite definir el análisis operativo del circuito
y plantea una acción de mejora para la operación del mismo. El punto crítico a
evaluar es el porcentaje de regulación por la solidificación que ofrece al circuito y
por las posibles fallas que se puedan presentar. En este capítulo se observará la
información detallada de lo que ocurre en el sistema.
19
1
MARCO REFERENCIAL
En este capítulo se presentan los lineamientos contemplados para la realización
de este proyecto, los cuáles fueron las herramientas que se usaron para facilitar
este documento, y justificando los motivos por los cuales realizó este proyecto.
Además se presentan los objetivos generales y específicos que abarcan la
cobertura del proyecto. Para terminar en el último ítem del capítulo se explicará el
estado del arte en el marco conceptual, contextual y legal del análisis operativo del
sistema eléctrico Universidad de la ciudad de Barranquilla (Atlántico).
1.1
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
El presente proyecto “Análisis Operativo de la red de Distribución Universidad de
la Ciudad de Barranquilla (Atlántico)”, surge de la necesidad operativa de sobre
carga que en estos momento presenta esta red de distribución y que se busca con
el desarrollo del proyecto identificar los aspectos necesarios para que el sistema
mejore su regulación apoyado mediante herramientas de simulación de sistemas
de potencia que permitan verificar que los posibles cambios operativos que se
propongan funcionen correctamente en la red. Esto con el objetivo de mejorar el
comportamiento de la carga a por lo que el proyecto se enfoca en recopilar toda la
información necesarias del circuito la cual es suministrada por el operador de red
para luego ser simulada en el software NEPLAN, dando una respuesta en función
de los análisis de flujo de carga y cortocircuito.
Este proyecto nace debido que la redes de Electricaribe no presentan un
mantenimiento basado en la eficiencia y carecen de una política en la mejora
continua en el proceso de distribución de la energía eléctrica. El operador de red
se debe enfocar en la distribución de energía lo más limpia posibles y la
planificación de proyectos que conlleven a un mejor desempeño en el área que
corresponda. Para solucionar los inconvenientes mencionados anteriormente se
plantearon varias alternativas. Entre las soluciones contempladas dependiendo de
la simulación en NEPLAN se pueden mencionar las siguientes:
Aumento de potencia de la subestación que alimenta el circuito de media
tensión que abastece el circuito: Con esta solución se debería pensar en la
adquisición de un nuevo transformador de potencia para poder ampliar la
capacidad de entrega.
20
Diseño de un nuevo circuito de media tensión que alimente el circuito
universidad donde se recalcule el conductor por posibles carga demandada.
Eliminar gran parte de la carga del circuito universidad y distribuirla a circuitos
aledaños como lo son puerta de oro 2, Tajamares y Solymar, optimizando estos
circuitos para una buena distribución.
21
1.2
1.2.1
OBJETIVOS
Objetivo general.
Caracterizar el estado actual del circuito Universidad de la ciudad de Barranquilla
(Atlántico) teniendo en cuenta la normativa vigente para garantizar la buena
prestación del servicio a los usuarios finales.
1.2.2 Objetivos específicos.
Caracterizar el sistema de distribución diseñado en función de los
parámetros eléctricos requeridos por la normativa vigente.
Simular mediante software de potencia (NEPLAN) la red de distribución de
media tensión del circuito universidad de la ciudad de Barranquilla.
Proponer los elementos y requerimientos del sistema eléctrico de potencia
que garantice la operación confiable del circuito Universidad de la ciudad de
Barranquilla.
22
1.3
JUSTIFICACIÓN
En la ciudad de Barranquilla en el departamento del Atlántico, se encuentra un
circuito que alimenta el noroccidente de la ciudad de Barranquilla hasta llegar al
municipio de puerto Colombia, Este circuito tiene una población aproximada de
treinta mil personas de estratos 4, 5 y 6. En esta zona se encuentra con un alto
desarrollo inmobiliario y comercial, donde se han implementados grandes
proyectos como la zona franca de salud, la Clínica Porto Azul y actualmente este
circuito alimenta el corredor universitario. El estado de las redes de distribución del
circuito universidad que alimentan al norte de la ciudad de Barranquilla presenta
en lugares específicos sobrecarga y en algunos otros presentan puntos calientes,
causando desprendimiento de los conductores. (2)
Este circuito requiere mantenimiento general más detallado y generalizado, para
evitar puntos calientes en puentes aéreos especialmente en los conectores, por
esta razón se evidencia caídas de tensiones y mala prestación del servicio
energético por las fallas presentadas. Las condiciones de este circuito perjudican
la operación normal y normativa de la red, debido a que en periodo de falla los
usuarios se verán afectados. El operador de red requiere realizar de una
redistribución de energía a través de circuitos interconectados en anillo por medio
de interruptor seccionador para alimentar los usuarios finales y minimizar la falla,
de igual forma esta configuración no abarca la problemática para que todos los
usuarios continúen con el servicio de energía. Otra problemática del circuito
universidad son los conductores de aluminio que están expuestos a la salinidad
del ambiente dado a la proximidad con el mar o por su mal estado. El circuito en
cobre representa una puerta mayor confianza en el transporte de energía pero
este periodo se necesita pensar en el beneficio económico energético, este
análisis de operación del circuito lo hace un proyecto confiable y viable debido que
se puede presentar la mejor solución para el sistema. Continuación se describe lo
sucedido constantemente durante la operación e este circuito: EL circuito
universidad realiza transferencia por medio de un Interruptor seccionador con el
circuito puerta de oro 2, donde algunos conectores presentan puntos calientes, lo
cual es causado por sobrecargas o la mala instalación de los conectores por no
usar las debidas herramientas. Esta transferencia se realiza para suministrar la
carga que no soporta el conductor.
Esta información fue suministrada por Electricaribe y en las figura 1 y 2 donde se
observan imágenes tomadas por una cámara termográfica que ilustra los
inconvenientes presentados a la red lo cual suele generar armónicos y posibles
fallas a futuro.
23
Figura 1. Termografía presentada en un punto del circuito Universidad.
Figura 2. Imagen real presentada del interruptor seccionador
Con base a lo anterior se plantea el siguiente interrogante: ¿Cómo se puede
mejorar la operación del circuito universidad y la demanda para garantizar el
suministro de energía en buenas condiciones por parte del operador de red
focalizado en aumentar la confiabilidad, seguridad y flexibilidad del sistema?
2
(2)
BASE DE SATOS DE ELECTRICARIBE.
(3)
IMAGENES SUMINISTRADA POR ELECTRICARIBE
24
1.4
ESTADO DEL ARTE
En Colombia se realizan estudios anuales para evaluar el plan de expansión y
mejora de la calidad del servicio entregado al usuario final, tal entidad es conocida
como UPME (Unidad de Planeación Minero Energética).
Los recursos existentes en la nación se distribuyen de la manera más adecuada
para brindar un óptimo rendimiento al mercado energético nacional e incluso
internacional con los proyectos de ventas de energía a países en Centro América
y Ecuador (4). La distribución nacional abarca grandes inversiones que expanden
continuamente el mercado hacia zonas en las cuales en periodos anteriores no
existía la disponibilidad de fluido eléctrico entregado por el Sistema de
Interconexión Nacional. Hoy se espera el cubrimiento de una mayor demanda
energética debida a la tasa de crecimiento existente en la nación.
En la actualidad se están gestionando normas para mejorar la calidad del servicio
de Energía eléctrica prestada por el operador de red, Electricaribe debe enfocarse
en los usuarios que contaminen la red, ya sea por medio de armónicos o fallas
presentadas al sistema. El circuito universidad alimenta varios sectores de la
ciudad de Barranquilla, en el cual se realizan proyectos de gran magnitud aumento
la carga del sistema. El circuito universidad como otros circuitos no se encentran
balanceado en algunos sitios de la mejor manera, esto debido a transformadores
monofásicos. Electricaribe debe enfocarse en considerar estos casos para que la
red de distribución no sea deteriorada en poco tiempo y optimizar la red para
buenas prestaciones del circuito. La regulación de tensión juega aquí un gran
papel muy importante, es fundamental que el nivel de tensión de su salida de la
subestación RIOMAR no se superior del 5 % hasta el usuario final según
establecido por la norma.
Mientras esto sucede en el marco empresarial, también se pueden observar los
avances en materia de investigación aportados por la Universidad de la Costa. Los
recursos bibliográficos suministran, Se han realizado numerosas investigaciones
sobre la importancia de mantener un circuito de distribución en óptimas
condiciones, donde el resultado sea la confiabilidad del sistema, un ejemplo claro
es el interés de la facultad de ingeniería de la universidad Tarapacá de chile,
donde se basa en la confiabilidad, la calidad del servicio y las estrictas normas que
lo rigen.
25
La optimización ha sido un sector abandonado por varios sectores en el cual
debemos desempeñarnos en lograr en que la red sea confiable, para que las
empresas eléctricas no se vean afectadas por perdida de mercado o altas multas
económicas
Los eventos que ocurren en las red es una buena base para genera soluciones de
optimización del circuito, la normativa de otros países es fundamental para una
buena calidad de la red de distribución de energía eléctrica, el tema de
optimización de la red trata de eliminar las fluctuaciones de voltaje, por periodos
largos, para así evitar el parpadeo, armónicos y otro. En los proyectos de
optimización de la red trata de la continuidad del servicio eléctrico revisando las
historias de los acontecimientos y realizando un predicción de la confiabilidad, es
fundamental para la empresa de distribución eléctrica llevar un control sobre las
fallas o eventos que ocurren en la red, así como el tiempo de la falla y el número
de suministro afectados y su carga. Los índices de confiabilidad establecidos o
estimados, permiten modelar y comprender el desempeño de la red eléctrica,
evaluar sus componentes (cables, protecciones, aisladores y otro) y servir de base
para decisiones de inversión y automatización.
Unos de los mayores aportadores de la confiabilidad y un buen análisis operativo
es la IEEE (instituto de ingeniería eléctrica y electrónica) y la confiabilidad la define
como la capacidad del sistema para cumplir sin falla su función dentro de un
periodo específico
Observando el material hallado se puede afirmar que este proyecto es pionero en
el análisis operativo de la red de distribución universidad, partiendo de una
optimización verifica por medio del simulador NEPLAN brindando así la posibilidad
de que la Universidad de la Costa (CUC) amplíe sus investigaciones en el campo
de Sistemas de distribución donde sus estudiantes aporten conocimientos a la
universidad del estado de las red de la ciudad3
(4)
UNIDAD DE PLANEACION MINERO ENERGETICA (UPME)
26
1.4.1 Marco conceptual.
Para la correcta utilización de los conceptos de redes y sistemas de potencia el
Reglamento técnico de instalaciones eléctricas (RETIE), en los cuales se
estandariza en este modelo de la simulación NEPLAN, Para la importancia de este
proyecto es determinar si es viable mantener el circuito en transferencia de
universidad con el circuito puerta de oro 2, todo esto basado en el análisis de la
red y en lo económico energético. Donde el primer beneficiado sean los usuarios y
el operador de red. En las figura 3 se observa algunos conceptos desarrollado en
este proyecto
Figura 3. Marco conceptual
27
1.4.2 Marco contextual.
1.4.2.1 Descripción y ubicación.
El circuito universidad se encuentra ubicado en el norte de la ciudad de
Barranquilla (Atlántico) esta ciudad cuenta con una población aproximada de
1”206.946 habitante. El circuito universidad es la red de distribución en que nos
basamos, este pasa por barrios como, Riomar, Altos de Riomar, Aramey, Altos del
Limón, Villa santo, El corredor Universitario, Villa Campestre hasta llegar a el
municipio de puerto Colombia (Atlántico) donde finaliza el circuito. Esta red de
distribución se encuentran usuarios de estratos 4, 5 y 6 con un alto desarrollo
comercial e inmobiliario y con una carga creciente exponencialmente, este circuito
alimenta aproximadamente 3026 usuarios conectados a la red y con una población
de aproximadamente de 30 mil habitantes, la actividad económica de este sector
es comercial e inmobiliario. Se puede observar en la figura 4 vista desde Google
earth lo que alimenta este circuito
Figura 4. Zona del circuito universidad. (5)
4
(5)
GOOGLE, «Google Maps,» 3 octubre 2013. [En línea]. Available: http:maps.google.es/.. [Último acceso: 3 octubre 2013].
28
1.4.3 Marco legal.
Este proyecto está basado en las normas colombianas ya mencionadas: a saber la
Norma Técnica Colombiana, código eléctrico (NTC 2050) primera actualización y
el Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas (RETIE) en su quinta
actualización. (1)
Citando las palabras del código eléctrico en su presentación se puede apreciar la
magnitud del diseño en cualquier ámbito que se lo requiera. Cualquier análisis que
pretenda realizarse en el campo científico y tecnológico, debe obligatoriamente
enmarcarse en los parámetros de la globalización establecidos a nivel mundial.
1.4.3.1 Reglamento Técnico de instalaciones eléctricas.
Requisitos específicos para el proceso de distribución. Para los efectos del
presente Reglamento se calificará como instalación eléctrica de distribución todo
conjunto de aparatos y de circuitos asociados para transporte y transformación de
la energía eléctrica, cuyas tensiones nominales sean iguales o superiores a 110 V
y menores a 57,5 KV. Los requisitos de este Capítulo son de obligatorio
cumplimiento y deben ser tomados como complementarios de los contenidos en
los demás Capítulos del presente Reglamento Técnico. (1) Las disposiciones
contenidas en este Reglamento, son de aplicación en todo el territorio colombiano
y deben ser cumplidas por las empresas de distribución de energía que operen en
el país y demás propietarios de redes eléctricas comprendidas dentro de esta
categoría. Lo ideal que luego de realizar la simulación en NEPLAN me establezca
el comportamiento de la red y si cumple las normas como la regulación de tensión
fundamentalmente.
5
(1)
, Reglamento Tecnico de Instalaciones electrica, Bogota, 2008.
29
2
MARCO TEÓRICO
En el presente capitulo se detallará las representaciones eléctricas de la línea en
el sistema de potencia, donde se enfatizará las caracterización de la línea corta,
media y larga. Cabe resaltar que nuestro objetivo está centrado en la línea corta
por la descripción del proyecto. Este documento se hablará de las características
de los conductores que hacen parte de este proyecto y todos los elementos que lo
componen. Se hablará de flujo de carga, análisis de corriente de cortocircuito y
fallas. Se incluirá los soportes y estructura del circuito al igual del uso del software
NEPLAN.
2.1
REPRSENTACION DE LINEAS
Las líneas de transporte funcionan normalmente con cargas trifásicas equilibradas.
Aunque no estén dispuestas equilibradamente, e incluso sin transposición, la
influencia asimétrica es pequeña y se consideran equilibradas las fases. Las
líneas se clasifican según su longitud, la resistencia, inductancia y capacitancia.
En las líneas largas hay que considerar todos los parámetros en la línea media se
tiene en cuenta pero la capacidad esta agrupadas en cada extremo de la línea.
Por último en las líneas cortas es pequeña la susceptancia capacitiva total, las
líneas se clasifican de esta manera (8):
Líneas cortas de menos de 80 kilómetros de longitud.
Líneas medias entre 80 y 240 kilómetros de longitud.
Líneas largas de más de 240 kilómetros de longitud.
Para fines de este proyecto solo se profundizará en la línea corta debido a que
nuestro proyecto trata de un circuito de media tensión donde su longitud total no
sobrepasa los veinte kilómetros
2.1.1 Línea corta.
Para efecto de este documento por ser línea de distribución solo se tendrá en
cuenta las líneas cortas, Cuando la línea es clasificada como corta, la capacitancia
en derivación es tan pequeña que se puede omitir por completo, con una pérdida
pequeña y solo se requiere considerar la resistencia “R” y la inductancia “L” en
serie para la longitud total de la línea. En la figura 5 se observa el circuito
equivalente de una línea corta. (8)
30
6
Figura 5. Circuito equivalente de una línea corta [8]
2.1.2 Línea media.
Una línea de longitud media se puede representar con suficiente exactitud con R y
L como parámetros concentrados, considerando que para los cálculos de líneas
de transmisión medias por lo general se incluye la capacitancia pura, así, si toda la
admitancia se supone concentrada en el punto medio del circuito que representa a
la línea, se dice que es un circuito T nominal, si la admitancia se supone dividida
en dos partes iguales en los extremos de la línea se dice que el circuito es π
nomina. (8) Para el circuito en T puede deducirse la ecuación correspondiente. En
el cual toda la admitancia pura se supone concentrada en el punto medio del
circuito que representa la línea. En la figura 6 se observa el circuito nominal en π
Figura 6. Circuito nominal en π de una línea de transmisión de longitud media
(8)
W. D. STEVENSON, ANALISIS DE SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA, Mexico: Mc GRAW-HILL, 1985.
31
Figura 7. Circuito nominal en T de una línea de transmisión de longitud media
2.1.3 Línea larga.
Cuando se requiere una mejor representación para una línea de transmisión larga
que la usada en los Circuitos T Nominal y Circuito π Nominal, se requiere de una
solución más sofisticada, debido a que se debe considerar la longitud incremental
de la línea y considerar el efecto exacto de la capacitancia distribuida y su relación
con la impedancia de la línea. Es decir, es preciso tomar teóricamente un número
infinito de segmentos de línea para lo cual requiere de una solución apropiada
para las ecuaciones diferenciales planteadas. (8) En la figura 6 se presenta un
elemento diferencial de línea dx, a una distancia “X” del extremo del receptor,
suponiendo una representación sinusoidal en el estado permanente.
Figura 8. Representación de una línea de transmisión que muestra una fase y el
neutro de regreso
32
2.2
PARAMETROS DE LINEAS CORTAS
2.2.1 Resistencia de corriente alterna y corriente directa.
Las líneas cortas ya sea por modelo π o modelo T. se representa únicamente con
una resistencia y una inductancia por ser tramos cortos. La inductancia Se define
como “la mayor o menor dificultad que presenta un conductor al paso de la
corriente eléctrica” esto dependiendo del conductor que se utilice, Este concepto
es uno de los principales por que se introducirá en el software NEPLAN, y se
verificara los comportamientos nodales del sistema. Esta característica eléctrica
difiere en la corriente de corto circuito y a su vez la caída de tensión. La
resistencia de los conductores es la causa principal de la perdida en las líneas de
transporte
Para el caso de la corriente alterna debe tenerse en cuenta la siguiente ecuación:
Dónde:
Ecuación 1. Resistencia de corriente alterna (8)
Dónde:
Ppérdida: pérdida real de potencia del conductor
| |: Magnitud de la corriente eléctrica que pasa por el conductor
La resistencia en corriente continua (DC) a una temperatura específica puede
calcularse a partir de la siguiente ecuación:
Ecuación 2. Resistencia de corriente continúa. (8)
Dónde:
Rdc: resistividad del conductor a la temperatura T como se observa en la tabla 2
L: longitud del conductor
A: área de la sección transversal del conductor
33
Tabla 1. Resistividad de corriente directa
Material
Plata
Cobre
Oro
Aluminio
Wolframio
Níquel
Hierro
Platino
Estaño
Acero inoxidable
301
Grafito
Resistividad (en
20 °C-25 °C) (Ω·m)
0.058
1,71 x 10-8
2,35 x 10-8
2,82 x 10-8
5,65 x 10-8
6,40 x 10-8
9,71 x 10-8
10,60 x 10-8
11,50 x 10-8
72,00 x 10-8
60,00 x 10-8
El hecho de que la expresión para calcular la resistencia en corriente alterna (AC)
sea diferente de la DC es por la simple razón de que en DC la corriente circula de
manera uniforme por el conductor, mientras que en AC la corriente circula de
manera no uniforme por la superficie del conductor generando un fenómeno
conocido como efecto piel. Cabe decir que a mayores frecuencias la corriente se
retira cada vez más al exterior del conductor disminuyendo así el área por la que
se circula, y por defecto aumenta la resistencia del material.
Otros factores que pueden variar la resistencia de los materiales son la
temperatura y el diseño trenzado o de espiral que poseen los conductores. Este
último porque la longitud real de cada hilo trenzado es mayor a la del conjunto total
del conductor, por lo tanto se puede afirmar que la resistencia real de un conductor
trenzado sea aproximadamente el 2% mayor a la calculada con la ecuación 2, y se
conoce que la temperatura produce una dilatación en el material haciéndolo de
mayor o menor longitud provocando un cambio en la resistencia del mismo. (8)
Por lo general los fabricantes proporcionan el valor resistivo de los conductores
para una temperatura específica. Si se desea conocer el valor de resistencia a una
temperatura específica se puede calcular a partir de la siguiente expresión de la
figura 9.
34
Figura 9. Grafica de resistencia de corriente alterna en función de las
temperaturas. (8)
Ecuación 3. Relación de resistencia de corriente alterna a diferentes temperaturas.
(8)
Dónde: a
R1: Resistividad del conductor a temperatura nominal (75°C)
R2: Resistividad del conductor a la temperatura final
T: constante de temperatura que depende del material del conductor
Dicha constante se ilustra en la ecuación 4
Ecuación 4. Constante de temperatura (8)
Se observa en la tabla suministrada por centelsa, números de hilos del conductor,
el calibre, se especifica el nombre o código del conductor. Se observa el dinámetro
del hilo, cable y el RMG. Como también el peso del conductor, la carga de rotura,
la resistencia de corriente alterna y corriente directa a una temperatura
determinada, valores de corrientes nominales de la capacidad del conductor y la
corriente de corto circuito
35
Tabla 2. Conducto AAC de ejemplo cable de 7 hilos
2.2.2 Inductancia.
La reactancia, al igual que la resistencia es la oposición en un conductor hacia el
paso de la corriente, sin embargo existe una diferencia notable, esta oposición es
generada por inductores y capacitores. Para los casos mencionados se les llama
reactancia inductiva y reactancia capacitiva.
En redes de distribución es fundamental darle importancia la inductancia por
tratarse de conductores que generan campos magnéticos. Por el contrario al no
tener capacitores en una red, se desprecia el valor de la capacitancia que se
pueda generar entre los conductores y la tierra.
Para poder calcular el valor de la inductancia en un circuito se deben conocer
valores tales como el RMG (Radio Medio Geométrico) que es el radio del
conductor. Además a ello se hace necesaria la distancia equivalente (DMG)
comprendida entre los tres conductores que forman una línea trifásica, y para
calcular dicho valor para una línea trifásica sencilla se utiliza la siguiente expresión
matemática:
Ecuación 5. Calculo de radio medio geométrico (8)
Dónde:
Deq: distancia equivalente entre conductores
D1: distancia entre conductor fase a y fase b
D2: distancia entre conductor fase b y fase c
D3: distancia entre conductor fase a y fase c
36
Cuando los conductores de una línea trifásica no están en disposición equilibrada,
el problema de encontrar la inductancia es más difícil. En ese caso, los enlaces de
flujo y la inductancia de todas las fases no son iguales. Existen inductancias
diferentes en cada fase en un circuito desbalanceado. El balance de las tres fases
puede lograrse intercambiando las posiciones de los conductores a intervalo
regular a lo largo de la línea, de tal forma que cada conductor ocupe la posición
de cada uno de los otros conductores sobre una distancia igual. Este cambio se
llama transposición. El resultado de las transposiciones es que todos los
conductores tienen la misma inductancia media a lo largo del ciclo completo en la
figura 10 se observa el ciclo de transposición.
Figura 10. Ciclo de transposición. (8)
Adicional a lo anterior se debe anexar la expresión matemática que permite el
cálculo de la inductancia por fase de un circuito:
Ecuación 6. Inductancia. (8)
Dónde:
L: inductancia
r’: radio del conductor, para el caso de red trifásica se usa el radio métrico
geométrico
Ecuación 7. Reactancia inductiva de un conductor
Dónde:
f: frecuencia de la red
L: inductancia
37
2.3
CONDUCTORES
Es medio físico por el cual se distribuye la energía eléctrica, básicamente la
función del conductor es transportar la energía de un punto “X” hacia un punto “Y”
manteniendo el nivel de tensión lo más cercano posible en su punto final con
respecto del punto inicial. En el mercado nacional e internacional existe una gama
de conductores para cada clasificación de tensión y según su uso, en donde se
presta importante atención al campo magnético y la resistencia de torsión del
conductor. El conductor puede fabricarse totalmente sólido (alambre) o en una
serie de hilos en forma de espiral (cable); el último se hace favorable cuando se
debe maniobrar un calibre bastante significativo debido a la flexibilidad que ofrece,
mientras el sólido brinda una mayor rigidez a la hora de juzgar la resistencia
mecánica de los conductores.(13)
Entre los conductores de aluminio se destaca uno que ha llegado a ser muy
utilizado en los diseños actuales por su resistencia y bajo costo, este es el ACSR
Un conductor de aluminio reforzado con acero. Duncan ratifica su uso en las
siguientes palabras: “Uno de los tipos más comunes de conductores es el
conductor de aluminio reforzado con acero (ACSR), el cual consta de capas de
hilos de aluminio que rodean un núcleo central de hilos de acero”.
Este cable se refuerza con acero brindado una alta resistencia a posibles
deformaciones causadas por la carga de su propio peso más la corriente eléctrica
soportada. En comparación con el cobre se requiere un área transversal mayor
por los niveles más bajos de conductividad que presenta el aluminio. Este material
es muy utilizado por el simple hecho de su bajo costo y rendimiento aceptable
para distribuir la energía eléctrica. (14)
2.3.1 Conductor AAC.
Conductor de aluminio. Son utilizados en líneas de transmisión y distribución
preferiblemente en vanos cortos. “Los cables tipo AAC, están formados a partir de
aluminio obtenido por refinación electrolítica con pureza de 99,5 % y conductividad
mínima de 61,0 %, de la conductividad del cobre a 20°C.Todos los cables están
formados por hilos de aluminio duro cableados concéntricamente”, Como se
mencionó anteriormente no es recomendable usarse para trayectos de vanos
largos pues no se cuenta con el refuerzo del acero que permite mayor resistencia,
pero por otro lado sí brinda una mejor conductividad al tratarse de aluminio
puro.(10)
38
2.3.2 Conductor AAAC.
El conductor cable de aleación de aluminio. Este conductor permite encontrar un
equilibrio entre una mayor resistencia mecánica que los AAC y una mayor
resistencia ante cualquier corrosión que los ACSR. “El cable de Aleación de
Aluminio es un conductor cableado concéntrico que se compone de una o de
varias capas de alambres de aleación de aluminio 6201-T81”. Se debe mencionar
entonces su gran utilidad en ambientes bastante exigentes por la corrosión. Un
gran beneficio que poseen los cables de aluminio ante los de cobre es su peso; los
mismos pueden pesar aproximadamente la mitad de uno con las mismas
características en su ejemplar de cobre, claro está, estas características se
refieren a la capacidad de corriente que soporta y no exactamente de su sección
transversal. (10)
2.3.3 Conductor ACSR.
Por otro lado se cuenta con los cables conductores de aluminio revestido con
acero. Este conductor está conformado por hilos de aluminio con un centro de
acero recubierto con una aleación de aluminio para brindar una mayor
conductividad que los ACSR sencillos. Teniendo en cuenta lo anterior, el
conductor ACSR/AW ofrece las mismas características que el ACSR con un
adicional, la corriente máxima que puede soportar el cable, es decir, se le da la
posibilidad de soportar mayores corrientes y una mayor resistencia ante la
corrosión por su recubrimiento de aluminio en el núcleo. En las líneas de
transmisión y distribución se prefiere el uso de cables trenzados antes que los
alambres sólidos por su fácil maniobrabilidad a la hora de trabajar con calibres
demasiado grandes por razones de flexibilidad. . (10)
2.3.4 Conductor ACAR.
Los cables ACAR cable de aluminio con alma de liga de aluminio, son cables
formados por hilos de aluminio trenzados con un centro de hilos de aluminio.
Poseen una buena relación entre carga de rotura y peso, permitiendo así utilizarse
para vanos de transmisión y distribución largos. . (10)
39
2.3.5 Conductor de cobre desnudo.
El conductor de cobre desnudo no contiene capa protectora de aislante alguno,
por lo que asegura una refrigeración natural aprovechando la temperatura
ambiente que se mantendrá por debajo de la temperatura en la superficie del
conductor En los conductores de cobre se aprecian dos clases: conductores de
temple suave y conductores de temple duro.
Los conductores de temple suave son utilizados en diseños de sistemas de puesta
a tierra mientras que los de temple duro son implementados en redes aéreas de
distribución y transmisión debido a que requieren una mayor carga de rotura por la
tensión que deben soportar. . (10)
Los beneficios de utilizar conductores de cobre son notorios, su conductividad es
mayor que la del aluminio, y este último solo alcanza un 63% de la apreciada por
el cobre; En el grupo de los conductores de aluminio se percibe una clasificación
dependiendo de la aleación de los materiales componentes o de los elementos
que se añaden para reforzar la resistencia de carga mecánica.
La selección del conductor depende demasiado del ingenio del diseño y las
condiciones con las que se enfrente el proyecto tanto sociales, económicas y
ambientales.
En los anexos 1 al 4 se presentan las tablas de conductores de aluminio desnudo
ofrecidos por la empresa CENTELSA.
7
(13)
J. Grainger y W. Steveson, Analisis de sistemas de potencia, Mexico: MC Graw Hill, 1996.
(10)
CENTELSA, «CENTELSA,» 20BRE04. [En línea]. Available: http://www.centelsa.com.co/index.php?idioma=es. [Último acceso: 3
Octubre 2013].
40
2.4
PORCENTAJE DE REGULACIÓN
La regulación de tensión en una línea se define como el incremento en la tensión
en el extremo receptor, expresado en tanto porciento sobre la tensión a plena
carga para un factor de potencia dado, cuando no existe demanda y se mantiene
constante la tensión en el extremo emisor matemáticamente es:
Ecuación 8. Formula de regulación (8)
Dónde:
VR,NL: Es el módulo de la tensión en el extremo receptor cuando no existe carga
VR,FL:Es la misma tensión a plena carga cuando la tensión es constante
Caída de tensión a través del trayecto de la línea
VR,FL:: tensión entregada en el punto de inicio de la línea
Ahora bien, se hace necesario el cálculo de VR,NL: para llegar al valor requerido de
regulación. La variación de tensión se calcula con la siguiente expresión
Ecuación 9. Caída de tensión a través del trayecto de la línea. (11)
Dónde:
P’’: potencia activa entregada a la carga
Q’’: potencia reactiva entregada a la carga
R: resistencia del conductor
XL: reactancia del conductor
Vout: tensión entregada a la carga
8
(8)
W. D. STEVENSON, ANALISIS DE SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA, Mexico: Mc GRAW-HILL, 1985.
(11)
G. J. D, Sistemas de potencia, Mexico: Thompson, 2004.
41
Como se logra apreciarse en la figura 9, se tiene un valor inicial para la tensión y
la potencia cualquiera sea su estado (activa, reactiva o aparente) y uno distinto en
la barra de salida debido a las pérdidas existentes causadas por la resistencia, la
reactancia del conductor dadas por calentamiento del mismo y particularidades de
la corriente eléctrica tales como la ley de Joule, que dice que las pérdidas en el
conductor se deducen de la ecuación:
Ecuación 10. Perdida por efecto joule
Donde se aprecia claramente que las pérdidas son directamente proporcionales al
valor resistivo del conductor, y por supuesto al nivel de corriente que circule por el
mismo.
42
2.5
FLUJO DE CARGA
Para la solución del problema de estudios de carga, pueden utilizarse, bien la
admitancia mutua y propia que componen la matriz de admitancia de la barra Y, o
bien la impedancias propias y mutuas que componen Z. Es necesario los valores
de las impedancias series y las admitancia en paralelo. También se informar de
las características e impedancias de los transformadores
2.5.1 Análisis del estado estable.
La tendencia de un sistema, o de sus partes componentes, a desarrollar fuerzas
para mantener el sincronismo y el equilibrio, se conoce como estabilidad .(8) Una
definición de estabilidad es considerada como la condición entre maquina
sincrónica en las cuales las posiciones angulares de los rotores de las maquinas
relativas entre sí permanezcan constante cuando no hay perturbaciones o se
hacen constante cuando se presentan una perturbación aperiódica. (13)
El límite de estabilidad es el máximo flujo posible de energía que puede pasar por
un punto particular determinado del sistema, sin causar pérdida de estabilidad. Los
términos de estabilidad y límite de estabilidad se aplican tanto al régimen
permanente como transitorio (8)
2.5.2 Newton raphson.
El método de newton raphson es un algoritmo mejor conocido para encontrar las
raíces de una ecuación, este algoritmo puede resolver ecuaciones no lineales. La
expansión en series de Taylor para una función de dos o más variables es la base
del método newton raphson en la solución de problema de problema de estudio
de carga. Las mayorías de los programas empiezan con iteración de Gauss Seidel
para obtener un buen valor inicial de tensión en la iteración de newton raphson.
Estas tensiones se usan para calcular P en todas las barras, excepto en las barras
oscilantes y Q en todas las barras donde la potencia activa se especifica.
Entonces las diferencias entre los valores especificados y los valores calculados
se emplean para determinar las correcciones en las tensiones de barra. El proceso
se repite hasta que los valores cálculos de P y Q o V en todas las barras difiera de
los valores específicos en menos que el índice de precisión determinada.
43
2.5.3 Newton Raphson extendido.
El método de Newton Raphson extendido es básicamente el mismo Newton
Raphson, con la diferencia que las ecuaciones que modelan los elementos se
formulan de diferente manera. Adicionalmente en este método se tiene en cuenta
todas las características nuevas como control de área/zona. (8)
9
(8)
W. D. STEVENSON, ANALISIS DE SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA, Mexico: Mc GRAW-HILL, 1985.
(13)
J. Grainger y W. Steveson, Analisis de sistemas de potencia, Mexico: MC Graw Hill, 1996.
44
2.6
CORTOCIRCUITOS Y FALLAS
2.6.1 Fallas.
La mayor parte de las fallas en los sistemas de energía son asimétricas y pueden
consistir en cortocircuito asimétrico, fallas asimétricas a través de impedancias, o
conductores abiertos.
Por medio de los datos obtenidos por el operador de red, y lo los recopilación de
información obtenida en terreno podemos observar las siguientes inconvenientes
que presenta este circuito como se observa en la tabla 3.
Tabla 3. Fallas presentadas en el circuito universidad durante los periodos de junio
2012 a junio 2013.
CAUSAS
Falla en cometida de BT,
Falla en Acometida de MT
Fallas ocasionada por particular
Fallas ocasionada por la alta
vegetación
Fallas ocasionada por bajante primario
Falla no identificada
Falla ocasionada por la Contaminación
Falla Cable subterráneo
Falla Cortocircuito
Falla Puente primario
Falla en línea primaria ocasionado por terceros
Falla ocasionada por Línea primaria rota
Fallas ocasionadas por lluvias
Fallas en Pararrayos
Fallas ocasionadas por sobrecarga
Total general
TOTAL
1
1
2
3
1
36
2
1
3
2
1
6
3
1
10
73
Se observa la tabla 3 el total de fallas presenta a esta red es de 73, donde gran
parte de este el circuito deja de funcionar durante un tiempo determinado
45
Fallas ocasionadas por sobrecarga
Fallas en Pararrayos
Fallas ocasionadas por lluvias
Falla ocasionadas por Linea primaria rota
Falla en linea primaria ocasionadas por…
Falla Puente primario
Falla Cortacircuito
Falla Cable subterraneo
Falla ocasionadas por la Contaminacion
Falla no identificada
Fallas acasionadas por bajante primario
Fallas ocasionadas por la alta vegetacion
Fallas ocasionadas por particular
Falla en Acometida de MT
Falla en cometida de BT,
0
10
20
30
40
50
Figura 11. Fallas presentada en la red de distribución universidad del periodo de
junio 2012 al periodo de junio 2013
En la figura 11 se observa una gráfica de barra en forma de cilindro, donde se
especifica las fallas presentadas en valores porcentuales del circuito universidad.
Se observa claramente que el mayor porcentaje en fallar el circuito es de causa
no identificada, seguidamente de fallas ocasionada por sobrecarga y línea primaria
rota.
2.6.2 Cortocircuito.
La planificación, el diseño y la operación de los sistemas eléctricos, requiere de
minuciosos estudios para evaluar su comportamiento, confiabilidad y seguridad.
Estudios típicos que se realizan son los flujos de potencia, estabilidad,
coordinación de protecciones, cálculo de corto circuito.
46
La mayoría de los estudios necesitan de un complejo y detallado modelo que
represente al sistema eléctrico, generalmente establecido en la etapa de proyecto.
Los estudios de corto circuito son típicos ejemplos de éstos, siendo esencial para
la selección de equipos y el ajuste de sus respectivas protecciones. Un estudio de
corto circuito tiene la finalidad de proporcionar información sobre corrientes y
tensiones en un sistema eléctrico durante condiciones de falla.
Un corto circuito es un fenómeno eléctrico que ocurre cuando dos puntos entre los
cuales existe una diferencia de potencial se ponen en contacto entre sí,
caracterizándose por elevadas corrientes circulantes hasta el punto de falla.
Se puede decir que un corto circuito es también el establecimiento de un flujo de
corriente eléctrica muy alta, debido a una conexión por un circuito de baja
impedancia, que prácticamente siempre ocurren por accidente. La magnitud de
La corriente de corto circuito es mucho mayor que la corriente nominal o de carga
que circula por el mismo. Aún en las instalaciones con las protecciones más
sofisticadas se producen fallas por corto circuito. La corriente de corto circuito
produce efectos destructivos. La magnitud de la corriente que fluye a través de un
corto circuito depende principalmente de dos factores:
Las características y el número de fuentes que alimentan al corto circuito.
La oposición o resistencia que presente el propio circuito de distribución.
En condiciones normales de operación, la carga consume una corriente
proporcional al voltaje aplicado y a la impedancia de la propia carga. Si se
presenta un corto circuito en las terminales de la carga, el voltaje queda aplicado
únicamente a la baja impedancia de los conductores de alimentación y a la
impedancia de la fuente hasta el punto de corto circuito, ya no oponiéndose la
impedancia normal de la carga y generándose una corriente mucho mayor
El objetivo del estudio de corto circuito es calcular el valor máximo de la corriente y
su comportamiento durante el tiempo que permanece el mismo. Esto permite
determinar el valor de la corriente que debe interrumpirse y conocer el esfuerzo al
que son sometidos los equipos durante el tiempo transcurrido desde que se
presenta la falla hasta que se interrumpe la circulación de la corriente.
2.1.1.1.
Cortocircuito monofásico.
Calculo de corriente de corto circuito monofásico: al ponerse en contacto una fase
cualquiera con la tierra del sistema es el cortocircuito más frecuente
47
Ecuación 11. Cálculo de corriente de corto circuito monofásico
Dónde:
Icc: Es la corriente de corto circuito
U: tensión nominal
Zcc: la impedancia del tramo de la fase hasta el punto de la falla
ZLN: impedancia de la fase
Ecuación 12. Calculo de corriente de corto circuito a tierra
Dónde:
Icc: Es la corriente de corto circuito
U: tensión nominal
Zcc: la impedancia del tramo de la fase hasta el punto de la falla
Figura 12. Secuencia de una línea a tierra. (20)
2.1.1.2.
Cortocircuito bifásico.
Calculo de corriente de corto circuito bifásico: entran en contacto dos fases
cualesquiera del sistema
48
Ecuación 13. Cálculo de corriente de corto circuito bifásico:
Dónde:
Icc: Es la corriente de corto circuito
U: tensión nominal
Zcc: la impedancia del tramo de la fase hasta el punto de la falla
Figura 13. Diagrama de secuencias de falla línea línea. (20)
2.1.1.3.
Cortocircuito trifásico.
Calculo de corriente de corto circuito trifásico: se ponen en contacto las tres fases
en un mismo punto del sistema es más severo en la mayoría de los casos. Se
considera normalmente que el defecto trifásico es el que provoca la corriente más
elevada. En los cortocircuitos trifásicos la corriente de cortocircuito presenta una
marcha asimétrica por lo menos en dos fases de las fases, en las siguientes
ecuaciones se observara como hallar la corriente de corto circuito
Ecuación 14. Impedancia del tramo de la fase hasta el punto de la falla
Dónde:
R: es la resistencia
X: es la reactancia inductiva o capacitiva
49
Ecuación 15. Cálculo de corriente de corto circuito trifásico
Dónde:
Icc: Es la corriente de corto circuito
U: tensión nominal
Zcc: la impedancia del tramo de la fase hasta el punto de la falla
Figura 14.Diagrama de secuencias y su equivalente en thevenin. (20)
10
(20)
W. D. STEVENSON, ANALISIS DE SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA, Mexico: Mc GRAW-HILL, 1985. imágenes suministrada en el
cap. 13
50
2.7
TOPOLIA DE ESTRUCTURAS
2.7.1 Cruceta.
Las crucetas son elementos diseñados para instalarse en el extremo superior de la
estructura de soporte con el fin de sostener los aisladores y a su vez los
conductores. Cabe resaltar que bajo ninguna circunstancia el conductor puede
hacer contacto con la cruceta por riesgo de energización del poste causando
grave peligro a la comunidad circundante.
Comercialmente se pueden hallar con dimensiones variables y para usos
múltiples. Estos elementos pueden ser de madera o metálicas. En casos donde la
zona de instalación del poste sea muy próximo al tejado y pared de una casa o
edificio se opta por una cruceta “en bandera”, se le llama de esa forma por su
aspecto, ya que un extremo de la cruceta se sujeta al poste, mientras el otro es
sostenido por una diagonal que a su vez se encuentra asegurada en el poste.
En la mayoría de los casos estas crucetas se encuentran centradas en el poste
para impedir balanceos hacia los lados. Hay diferentes tipos de crucetas desde el
tamaño hasta uso de ella, en las cuales encontramos crucetas para líneas,
monofásica, bifásica y trifásica, existen crucetas horizontales y angulares. Nuestro
caso es fundamentalmente trifásico donde la longitud de ella es de 2,4 m como se
observa en la figura 15. Esta cruceta es un ejemplo clave que se implementara en
este proyecto
En la cruceta es fundamental para hallar el DMG (radio medio Geométrico) y para
luego hallar la reactancia todos los conductores que componen la red de circuito
universidad, para implementarla todo estos parámetros en el software de NEPLAN
y lograr simular con todas sus características.
Figura 15. Cruceta metálica para circuito trifásico sencillo. (12)
51
2.7.1.1 Configuración horizontal.
Se considera configuración horizontal cuando los conductores que conforman
están instalado en un mismo plano horizontal, es decir, a la misma altura sobre el
nivel del suelo y ambos lados del eje longitudinales del poste, visto desde la
perspectiva de un corte transversal en la línea. (21)
Para este tipo de configuración se utiliza cruceta angular metálica auto soportado
con una longitud de 2,4 m para 13,2KV líneas trifásicas y 1,4m para líneas
bifásicas como se observa en la figura 16. Esta configuración es la común en el
circuito universidad donde la cruceta está centrada en el apoyo para equilibrar la
red, donde se tomara como ejemplo para simularlo en NEPLAN y para verificar su
comportamiento en el sistema.
Figura 16. Configuración horizontal
11
(12)
En línea]. Available: http://dspace.epn.edu.ec/bitstream/15000/8899/9/T%2011011%20CAPITULO%203%20.pdf.
(21)
. S. E.S.P., «ELECTRICARIBE,» 1992. [En línea]. Available:
http://www.electricaribe.com/co/inicio/grandes+clientes/distribucion+de+electricidad/1297110326793/normativa.html. [Último
acceso: 3 Octubre 2013]
52
2.7.2 Estructura de soporte.
Las estructuras de soporte o de apoyo son la base mecánica de la red. Estas
pueden ser retículas auto soportadas para los casos de alta tensión, acero tubular,
hierro, madera, concreto o incluso acrílicos. Para la selección del material se debe
realizar un estudio del terreno, el derecho de paso (DDP) permitido, el impacto
visual y ambiental. A través del tiempo se ha notado un creciente rechazo por la
invasión de terrenos privados, por lo que los propietarios de los terrenos por donde
deben instalarse las estructuras solicitan un tipo en particular para evitar un gran
impacto visual y según sus propias palabras “prevención de riesgo por
electrocución” vociferadas en entrevistas personales con los mismos. Esto
contribuye una presión al grupo de diseño pues se enfrentan a un obstáculo
presente y que debe ser solucionado de la mejor manera posible; es por ello que
entra en juego la creatividad para responder a las necesidades básicas del
proyecto. En el ámbito de normativa y cálculos se debe prever que existen límites
de torsión mecánicas que no pueden excederse, y es por ello que el RETIE
enuncia en su literal 32.1 lo siguiente:
“Los postes, torres o torrecillas usados como soportes de redes de distribución
deberán tener una tensión de rotura de al menos 2,5 veces la suma de las
tensiones mecánicas resultantes de la interacción de los diferentes esfuerzos a
que esté sometida la estructura, para lo cual se debe tener en cuenta los
esfuerzos de los cables de la red eléctrica y los demás cables y elementos que
actúen sobre la estructura”
Teniendo en cuenta el calibre del conductor y los elementos mecánicos que debe
soportar la estructura, más las tensiones por ángulos formados en el terreno se
puede obtener un resultado favorable y aprovechar al máximo el diseño
establecido en un número de años en servicio considerable.
2.7.3 Herraje.
Se considera herraje todo accesorio de hierro o acero implementado para sostener
los elementos de la instalación eléctrica. Se puede clasificar en tornillería, pernos,
soportes, grapas, entre otros que mantienen unida la estructura de soporte al
conductor, aislador, y demás componentes. En el mercado puede vérselos de
muchas representaciones físicas y diversas dimensiones y resistencias mecánicas
entre otras especificaciones técnicas.
53
2.7.4 Aisladores.
Llegó el momento de hablar del aislamiento que debe tener un sistema de
distribución. “Los aisladores son piezas de material aislante empleadas para
soportar los conductores eléctricos de las líneas eléctricas de transmisión y
distribución”. Su función primordial es impedir el paso de la corriente eléctrica
desde los conductores hacia la estructura de soporte, así de esta forma puede
apreciarse el objetivo que cada elemento de una red posee para mantener en un
óptimo funcionamiento.
Los aisladores suelen encontrarse de distintos materiales. Existen de porcelana,
fibra de vidrio, cerámicos y poliméricos. Los más utilizados a través de la historia
han sido los de vidrio y porcelana por su resistencia a las cargas mecánicas que
soportan, sin embargo existen inconvenientes con la rigidez propia del material,
pues se hace notorio que una fractura puede ocasionar el daño definitivo del
elemento. Esto puede contraer un inconveniente aún mayor con el aislamiento de
la estructura de soporte: corrientes de fuga. Los arcos pueden producirse por las
distancias cortas que quedan entre el conductor y la cruceta.
Los otros materiales introducidos en los últimos años se han realizado para reducir
el tamaño y los costos de fabricación; además de eso, brindan un aislamiento aún
mejor que los anteriores por las aleaciones utilizadas para formar los poliméricos,
y por supuesto no tienen inconvenientes con la rotura de los mismos pues su
contextura los hace ser muy flexibles. El diseño de estos elementos ofrece
algunas formas en particular. Aisladores de campana o de disco. Se utilizan para
formar cadenas suspendidas entre la estructura y el conductor. La cantidad de
discos a utilizar lo determina el nivel de tensión al cual se opere. Suelen realizarse
de porcelana y vidrio.
Aislador tipo poste (line post). Se utilizan sobre la cruceta y sostiene el conductor
en su parte más elevada. Generalmente se los fabrica de porcelana, cerámica o
poliméricos. El tamaño del aislador depende de la tensión del conductor. Las
variaciones existentes son diseños especiales para un tipo específico de
instalación y de condiciones presentadas. La selección de los aisladores depende
en gran medida de los costos de inversión, el nivel de tensión y la resistencia a
cargas mecánicas, por lo tanto se hacen más flexible la decisión de diseño en
comparación con otros parámetros de diseño.
54
2.8
USO DE NEPLAN
Metwork planning (NEPLAN) Es un sistema de información y planeación de redes
eléctricas, gas y agua. NEPLAN Power System Analysis es un software de
planteamiento, optimización y simulación de redes eléctricas de trasmisión,
distribución e industriales, que incluye 19 módulo de cálculo entre ellos: flujo de
potencia optimo, estabilidad transitoria, estabilidad de voltaje, de pequeña señal,
EMT/RMS, simulación dinámica, confiabilidad, armónicos, contingencia y
cortocircuito.
Para añadir un cuadro de texto se selecciona el símbolo de cuadro de texto “A”
ubicado en la barra de herramientas. Este aparecerá en el área de trabajo. Si se
desea cambiar las propiedades de la escritura es necesario dar doble clic sobre el
cuadro de texto.
Para ingresar encabezados se direcciona al menú “Insertar - Encabezado”. Dar
clic en el diagrama para pegar el encabezado. Si se dirige al menú “Opciones Encabezado” aparece una caja de diálogo con las respectivas líneas de texto del
encabezado, por supuesto se pueden modificar las líneas del proyecto. En el
menú “Opciones – Ajustes del proyecto” se despliega una caja de diálogo donde
se puede modificar la descripción del proyecto
2.8.1 Crear, abrir, guardar e imprimir proyectos.
En el menú “Archivo” existe un submenú con las opciones para crear, abrir,
guardar e imprimir proyectos. Se debe mencionar que en la barra de herramientas
también se pueden encontrar estas opciones con los símbolos respectivos. Para
crear un proyecto se selecciona la opción “Crear” y se otorga un nombre al
proyecto. Para abrir un proyecto se selecciona la opción “Abrir” y se busca la
carpeta en la cual se encuentra el proyecto que se desea abrir. Para guardar por
primera vez un proyecto se selecciona la opción “Guardar como” y se podrá dar el
destino que se desee. Cuando el proyecto se encuentra guardado previamente se
debe seleccionar la opción “Guardar” para que sólo se guarden las modificaciones.
Para imprimir proyectos se selecciona la opción “Imprimir” donde se permitirá
escoger el tipo de hoja y las propiedades de la impresión. Se debe mencionar que
existe una opción llamada “Vista previa” que permite observar el estado en el cual
quedará la impresión del proyecto.
55
3
METODOLOGIA
En el presente capitulo se La hablará metodología que se empleó donde se
resume de la siguiente, obtuvieron datos donde se presentaban fallas en la red de
media tensión por parte del operador de red. Estos datos se hizo un análisis
estadístico donde se plasmó tabla y gráficos para poder ser analizado de la mejor
manera, se cuantificaron los resultados de forma numérica para ver la magnitud
del problema y busca una solución exacta a esta problemática. De igual forma se
tuvo presente una documentación cualitativa de la problemática en la descripción
del estado de las redes eléctricas de media tensión en la zona estudiada y el
constante deterioro. Lo cual lo hace una metodología descriptiva y cuantitativa. La
propuesta se compone de las siguientes fases metodológicas:
3.1
RECOPILACION DE LA INFORMACION
Para la realización de este proyecto fue necesario una serie de información
importante, donde la documentación digital la suministro el operador de red
Electricaribe S.A. donde la primera información obtenida fue el análisis de
incidencias del circuito universidad, en la figura 17 se muestra un pantallazo de la
tabla suministrada por el operador
Figura 17. Ilustración en Excel de las fallas presentadas
56
En la figura anterior se observa el número de incidencias, la instalación en este
caso es el circuito universidad, el tiempo en que permaneció la falla y la fecha. El
tipo de causa que presento la falla, el tipo de incidencia, el número de cliente
afectados y potencia sin suministrar. Todos estos valores fueron exportados del
software (SGT)
Para recopilación de la información documental del proyecto fue necesario
consultar la base de datos de instalación (BDI) del operador de red como se
observa en la figura 18
Figura 18 Ilustración en BDI del circuito universidad
Este es un software que está basado en la especialización de distribución y
comercialización de la energía eléctrica donde se detallada las característica
reales de este circuito. Por otro lado este software te permite exportar todas estas
característica como, los transformadores, puentes, subestación, apoyos, pasos de
fallas, seccionador, fusibles, entre otros. En la figura 19 se observa la exportación
de datos a Microsoft Excel
57
Figura 19. Ilustración de los datos exportados de la BDI en Excel del circuito
universidad
Una de las informaciones más importante suministrada por el operador de red, son
los valores máximos y mínimos de corrientes de cortocircuito trifásica,
monofásicas, resistencia, reactancia y la potencia como se observa en la figura
20
Figura 20. Propiedades eléctricas del barraje del circuito universidad exportado del
software VHOR
58
Es esta información es fundamental para la simulación en el software NEPLAN,
donde el componente a llenar es la red
Lo anterior pudo realizarse por ser en su momento funcionario del operador de red
(Electricaribe S.A.), lo que facilitó el trabajo con el hecho de presentar la debida
documentación y carnet demostrando la vinculación con dicha empresa.
3.1.1 POBLACIÓN UNIVERSO
Para esta investigación se manejó una población aproximada de 30 mil habitantes
que a su vez demandan una potencia eléctrica instalada de 40MVA entregada por
parte del operador de red con 256 transformadores de distribución, instalados en
sitios estratégicos en los barrios de la zona norte de Barranquilla.
Se debe mencionar que las siglas CT y MT hacen referencia a matrículas
instaladas en las estructuras de apoyo que poseen los transformadores de
distribución. Donde CT significa Centro de Transformación (placa blanca) y MT
significa Medio de Transformación (placa amarilla). Donde en algunos casos los
transformadores son particulares y adquieren beneficios en la tarifa de la factura
por el simple hecho de pertenecer a particulares llamados activos
59
3.2
VALIDACION DE LA INFORMACION (REAL)
Para validar la información fue necesario del plano del trazado lineal del circuito
universidad, para esta validación fue necesario exportar el plano de la BDI a la
herramienta de software de ingeniería AUTOCAD como se observa en la figura, 21
Figura 21. Ilustración de AutoCAD del circuito universidad
Con el fin de una mayor determinación del recorrido. Luego se decidió constatar
esta información brindada por el operador de red para verificar las condiciones del
circuito y visitar tomando muestra en algunos suministros para corroborar las
interrupciones presentadas en un tiempo determinado y la capacidad instalada de
cada uno de ellos, los transformadores y conductores fueran lo más correctas.
Para luego ser simulado con veracidad la red de distribución. Al observar el estado
de las redes de media tensión que actualmente suministran la energía eléctrica, y
el estado de los transformadores de distribución instalados junto con sus
respectivas protecciones. Se notificó que la información obtenida previamente era
totalmente cierta, así que se pudo seguir con el transcurso natural del proyecto sin
mayores dificultades
60
En el recorrido del circuito se encontraron transformadores de la red de
pertenencia del operador de red donde presentaban fuga de aceite y sin
protecciones, también se observó apoyos en mal estado como se observa en la
figura 22
Figura 22. Estado críticos en algunos sitios del circuito universidad
Con la observación se pudo constatar la deficiencia del sistema en algunos
transformadores, conductores y apoyo. En el caso de los transformadores si no
tiene su debido protecciones mínimas requeridas se presentaran fallas en la red
segundaria de los usuarios finales, en muchos de los casos era notorio la ausencia
del sistema de puesta a tierra (SPT) compuesto por los DPS (descargadores de
sobretensión), el conductor a tierra y el electrodo aterrizado como lo exige la
norma.
La distribución de la red de media tensión del circuito universidad es mayormente
trifásica, sin embargo existen pequeñas secciones o ramales que alimenta
transformadores monofásicos y bifásicos, donde los transformadores monofásicos
si no se encuentra bien protegido representan un problema para los usuarios.
Por los aspectos observados se hace necesaria una mejora de la red, es decir, la
instalación de los elementos de protección de los transformadores de distribución
y una solución directa al inconveniente de sobre cargas en algunos sectores
especialmente en horas pico
61
3.3
SIMULACION
La versión del software NEPLAN 5.3.51 ha sido la seleccionada para realizar la
simulación del circuito universidad, para analizar el comportamiento de la corriente
de cortocircuito y el flujo de carga del sistema, para adentrarse en el programa se
da una breve explicación del uso que se le puede dar a NEPLAN. Con este
programa se hace posible la simulación de cualquier circuito diseñado y a su vez
calcular los parámetros de operación de los mismos. Se busca analizar las
posibles fallas y evitar que estas sucedan en el sistema interconectado cuando
este opere en su capacidad nominal
3.3.1 Ingreso de información.
El usuario posee una interfaz con la cual puede ingresar y verificar los datos y
cálculos que el programa realiza para cada proyecto planteado. La figura 23
muestra un pantallazo general de la interfaz del programa.
De la figura se pueden obtener 8 partes importantes del programa
1. Barra de título: En esta barra se muestra el nombre del proyecto.
2. Barra de opciones de menú: Como su nombre lo indica, en esta barra se
encuentran los distintos menús con los que cuenta el programa.
3. Barra de herramientas: La barra de herramientas proporciona los comandos
que pueden ejecutarse en el diseño y simulación del proyecto.
4. Área de trabajo con diagramas y tablas de datos: En el área de trabajo se
pueden abrir los proyectos en forma de diagrama o de tabla. Igualmente se
puede iniciar el modelamiento del trabajo.
5. Administrador de variantes: Esta sección proporciona la información de los
proyectos abiertos, y los diagramas que se han utilizado.
6. Ventana de símbolos: La ventana de símbolos posee todos los símbolos que
pueden utilizarse en el programa. Además NEPLAN cuenta con una librería
donde se pueden crear o modificar símbolos.
7. Ventana de mensajes: Esta ventana es la comunicación con el usuario, pues
se muestra información acerca de los procesos ejecutados, errores y otra
información.
8. Barra de estado: La barra de estado proporciona la información del estado de
proyecto, es decir, zoom, coordenadas e in formación básica para el usuario
de NEPLAN.
62
FIGURA 23. NEPLAN
3.3.1.1 Inserción de símbolos y datos.
Cuando se desea simular el circuito se debe utilizar la ventana de símbolos, en el
cual dicha ventana se cuenta con los símbolos de los elementos a conectar en el
diseño. Entre los elementos más comunes de un circuito eléctrico se encuentran
los generadores, transformadores, cargas, interruptor seccionador entre otros.
Luego de encontrar el símbolo deseado sólo es necesario arrastrarlo hasta el área
de trabajo para que aparezca en el diseño. Para ingresar los datos de cada
elemento basta con dar doble clic al elemento y ubicar cada dato en la tabla
correspondiente. Para insertar nodos (barrajes) o líneas, se debe identificar sus
respectivos comandos en la barra de herramientas seleccionarlos y dibujarlos en
el área de trabajo. Cabe hacer una aclaración. Cualquier elemento puede ser
insertado en el área de trabajo y conectarlo posteriormente a algún otro elemento
con excepción de las líneas, para el caso de las líneas deben existir en el área de
trabajo los dos puntos que interconectará la línea (dos nodos). Para los demás
elementos sencillamente se los puede unir con “uniones” cuyo símbolo también
puede hallarse en la barra de herramientas. Para determinar una mejor explicación
del software se explicara los elementos utilizados en la red del circuito universidad
A. Unos de los símbolos y elementos más importantes es la equivalente de red,
que sencillamente son los valores generados por el transformador de potencia
desde la salida del circuito de distribución.
63
Donde los valores más importantes son la potencia máxima y la corriente de corto
circuito máxima. El símbolo de la red lo podemos observar en la figura 24
Figura 24. Red en la simulación de NEPLAN
B. La carga es unos de los elementos más importantes usados en la red donde el
valor más importante es la potencia y el factor de potencia. En la figura 25 se
observa el símbolo con los parámetros requeridos
Figura 25. Carga en la simulación de NEPLAN
64
C. La línea es fundamental para determinar la corriente de cortocircuito en el
punto más lejano del sistema al igual que la regulación de tensión, en esta
línea es fundamental conocer los parámetros de resistencia, reactancia
trifásica y monofásica
Figuran 26. Líneas en la simulación de NEPLAN
3.3.2 Flujo de carga.
Cuando ya se ha planteado el circuito se corrobora que todos los elementos estén
interconectados entre sí y se verifica que los datos de entrada estén en su debido
espacio y posteriormente se debe dirigir al menú “Análisis – Flujo de carga
Calcular”. Si en la ventana de mensajes aparece algún error obligatoriamente la
tarea es buscar el error para corregirlo, normalmente estos errores pueden ser por
datos no introducidos en los parámetros en la líneas o en las carga. Para buscar
dicho error se dirige esta vez al menú “Editar - Buscar” y se selecciona para el
caso “ID”, pues la ventana de mensajes muestra un código ID para el error
encontrado.
Luego de seleccionar la opción “Buscar siguiente” el programa muestra la zona
errada en un recuadro. Si se selecciona el comando “Mostrar diálogo” en el cuadro
de diálogo aparecerá la ventana de datos de entrada. Sencillamente se modifican
los datos equivocados y se da clic en Aceptar.
65
Si se desea buscar otro ID ingresamos el nuevo código, por el contrario si ya se
desea salir de la búsqueda se presiona el botón “Finalizar”.
Una vez corregidos los errores el programa realizará los cálculos para el flujo de
carga que mostrará las condiciones de funcionamiento que tiene el circuito
planteado. En la figura 27 se observa el circuito universidad implementado en
NEPLAN donde se analiza el flujo de carga y la corriente de corto circuito trifásica
y monofásica donde se hallaron todas las caídas de tensión en todo los nodos del
circuito.
Figura 27. Circuito universidad implementado en NEPLAN.
En la figura 28 se observa un pantallazo del cálculo del flujo de Carga en
NEPLAN.
66
Figura 28 Flujo de carga en NEPLAN
En los parámetros del flujo de carga, El método emplea es newton raphson o
newton raphson extendido donde los valores a tener en cuenta son las iteraciones
presentada en la simulación
3.3.3 Cortocircuito trifásico y monofásico.
Para el análisis de cortocircuito en NEPLAN fue necesario escoger el tipo de de
fenómeno de cortocircuito como se observa en la figura 29. Es importante saber
que tanto en para el flujo de carga como la corriente de cortocircuito depende de
unas normas internacionales. Para el análisis de corriente de cortocircuito se
escogen las líneas o los nodos correspondientes a colocar en falla, en nuestro
caso se escogieron todo los dos para luego ser graficado y analizado
posteriormente
67
Figura 29 cálculos de corriente cortocircuito en NEPLAN
68
3.4
RESULTADO DE SIMULACION
Teniendo en cuenta la clasificación de conductores, transformadores y todas las
propiedades de la red del circuito universidad, se obtuvieron resultados de esta
manera:
La regulación de tensión no cumple con los parámetros establecido por las
norma, es importante esta información que nos brinda la simulación en NEPLAN,
debido a que se está verificando la problemática de la red de distribución. El
software nos generó los cálculos en los nodos del todo el circuito
69
3.5
ANALISIS DE DATOS
En la selección de una solución adecuada vista por la simulación en NEPLAN
juega un papel muy importante por los cálculos obtenidos por el software, la
disposición de materiales en el mercado y las características de los mismos.
La salida del circuito universidad desde la subestación Riomar hasta el último
tramo del circuito del usuario final, se debe encuentra la regulación en ± 3%, sin
embargo existe un límite máximo de ± 5% para el punto más crítico de la
instalación.
Mantener la tensión dentro de valores permisibles garantiza que el usuario final
pueda utilizar cualquier equipo dependiente de la energía eléctrica con la
seguridad de que ésta no sufrirá daños por mala calidad en el servicio. La
regulación de tensión depende de factores tales como la resistencia por kilómetro
y la reactancia por kilómetro para los casos en que la línea de distribución sea
inferior a los 80 km o como bien es llamada “línea corta”. Para casos mayores
debe tenerse en cuenta factores tales como la conductancia y la capacitancia
Todos estos cálculos se realizan en el software NEPLAN, especialmente en el flujo
de carga donde se calcula la regulación de tensión y las pérdidas ocasionadas en
el sistema, para determinar qué problema presenta el circuito de distribución de la
ciudad de Barranquilla
70
4
ANALISIS DE RESULTADO
El análisis de los resultados obtenidos cumple una etapa importante en todo
proyecto, ya que permite definir si se cumple o no con las normas establecidas. El
punto crítico a evaluar es el porcentaje de regulación por la solidificación que
ofrece al circuito y por las posibles fallas que se puedan presentar. En este
capítulo se observara la información detalladamente de lo que ocurre en el
sistema
Diseñar los elementos y requerimientos del sistema eléctrico de potencia. En esta
etapa se seleccionara los equipos, herramientas de alta calidad y normativas
estrictamente aplicadas para garantizar la operación confiable del circuito
Universidad de la ciudad de Barranquilla.
71
4.1
CALCULO DE RESISTENCIA Y REACTANCIA
En la siguiente tabla, se observa cómo se calculó los parámetros eléctricos de los
conductores del circuito universidad, donde en la primera columna subrayada de
color verde se observa todos los tipos de conductores que conforman el circuito.
Posteriormente se encuentran las distancias línea a línea de los conductores de
un circuito trifásico sencillo en una cruceta de 2,4 metros para luego ser cálculo la
distancia media geométrica, los valores de resistencia se suministraron por las
tablas de centelsa anexadas al final de este proyecto. Para el cálculo de la
reactancia Xl fue necesario la ecuación descrita en el marco teórico, para hallar los
valores de
Tabla 4.Característica de los conductores.
72
4.2
ANALISIS DE CARGA
Para el análisis de carga fue necesario recorrer el circuito universidad donde la
capacidad instalada del circuito es de 40MVA donde se observan transformadores
de capacidad de 15, 25, 30, 37.5, 45, 50, 75, 100, 112.5, 150, 175, 187.5, 200,
225, 300, 400, 625, 900, 930, 1200KVA verificados, en la figura se observa la
distribución total de la carga del circuito donde el circuito parte de la subestación
Riomar en la carrera 64 con calle 86, este circuito hace su recorrido en los barrios
Riomar, altos de Riomar, altos de Limón, Villa santo, Arwey, corredor universitario
y villa campestre. Para una mayor observación se observa el circuito universidad
en la figura 30
Figura 30. Circuito universidad.
73
4.3
FLUJO DE CARGA
Para el cálculo del flujo de carga se necesitó de un modelo llamado newton
rapshon, donde se verifica los limites apropiados de la conversión automática del
tipo del nodo. Este método tiene la posibilidad de calcular otras variables como
control de flujo, tensiones, balance de carga, sensibilidad de pérdida, variaciones
de carga. Para los errores de convergencia el coeficiente para el cálculo de las
nuevas tensiones en los nodos es normalmente igual a 1, si el error de potencia
crece de un paso a otro, el coeficiente se optimizará de acuerdo a una
interpolación cuadrática y debe estar en un rango entre cero y uno. Si el número
de iteraciones es mayor que tres, el programa chequea en cada paso del proceso
iterativo si la tensión del nodo PQ están dentro el rango máximos y mínimos. El
método empleado en esta simulación fue el de newton raphson, debido a que solo
se utilizan solo para: redes de distribución y transmisión, flujo de carga asimétrico,
balance de carga y control de área/zona restringido. Como resultado final de la
simulación se logra obtener salida automática de resultados, elementos
sobrecargados o tensiones fuera del rango permitido. Para el flujo de carga se
analizó el comportamiento de la regulación de tensión en cada nodo. En la figura
31 se observa el análisis del flujo de carga, donde fue simulado el circuito
universidad a plena carga y se observó que la el porcentaje de regulación de
tensión bajo consideradamente, de esta forma el circuito no cumple con sus
característica indicada como lo indica el retie
PORCENTAJE DE REGULACION
Porcentaje de regulacion
120
100
80
60
40
20
1
23
45
67
89
111
133
155
177
199
221
243
265
287
309
331
353
375
397
419
441
0
Nodos
Figuran 31. Caídas de tensiones en los nodos del circuito universidad sin
transferencia.
74
Al realizar la transferencia del circuito universidad con el circuito puerta de oro 2,
se intentó analizar una nueva situación por medio de la simulación en NEPLAN
dando como resultado una regulación de tensión más aceptable, y mejorando las
condiciones de servicio de la red. Como se detallara más adelante
4.4
CORTOCIRCUITO
4.4.1 Cortocircuito trifásico.
El comportamiento de un sistema de potencia durante un cortocircuito se puede se
puede representar por medio de una red equivalente, formada por una fuente de
voltaje de pre falla y la impedancia de la red para los componentes de secuencia
positiva, negativa y cero en el nodo bajo falla. Los elementos que alimenta las
fallas, tales como la equivalencia de la red, generadores, transformadores, se
modelan mediante una impedancia y su fuente de voltaje. Durante los cálculos,
estos elementos se representan mediante fuentes equivalentes de corriente
Para el método de cálculo en cortocircuito se empleó la norma IEC60909. Para el
cálculo de cortocircuito se usa el método de superposición, debido a que es más
preciso por que se conocen los valores de la pre falla. Es difícil conocer los
voltajes antes del cortocircuito, especialmente en la etapa de planeación, donde
los resultados del flujo de carga solo pueden ser aproximados. Más aun, es difícil
hallar los resultados de flujo de carga que producen las corrientes de cortocircuito
máximas y mínimas en los diferentes punto del sistema funciona de esta manera,
las fuentes internas de tensión se ajustan al 110% entre voltaje terminal y el
voltaje interno para la operación normal Para el método de superposición exacto,
se debe calcular un Flujo de Carga antes de realizar los cálculos de Cortocircuito
Esta figura 32 se observa el comportamiento de la corriente de cortocircuito,
donde a medida que las distancias sea más lejana esta corriente va disminuyendo
hasta llegar un punto sea cero si el circuito está sobrecargado o no cumple con un
buen diseño implementados por las normas. Es importante conocer la corriente de
cortocircuito en un punto determinado para determinar las protecciones necesaria
para la red y de protecciones de transformadores ya sean pertenecientes a
Electricaribe o de particulares. Aunque la corriente de cortocircuito no sea tan
común es importante entender su funcionamiento para un buen diseño eléctrico
para una buena optimación de la red de distribución.
75
CORRIENTE CORTOCIRCUITO
TRIFASICA
NODOS
C.C TRI
25
20
15
10
5
1
19
37
55
73
91
109
127
145
163
181
199
217
235
253
271
289
307
325
343
361
379
397
415
433
0
NODOS
Figura 32. Corriente de cortocircuito trifásica.
4.4.2 Cortocircuito monofásico.
Para el análisis de corriente de cortocircuito monofásico se observó que es muy
similar al cortocircuito trifásico, en la figura 33 se detalla este comportamiento
25
20
15
10
5
0
1
20
39
58
77
96
115
134
153
172
191
210
229
248
267
286
305
324
343
362
381
400
419
438
Corriente de cortocircuito monofasica
Corriente de cortocircuito monofasico
30
Nodos
Figura 33. Corriente de cortocircuito monofásica.
76
4.5
ROPUESTA DE MEJORA
La propuesta de mejora a mediano plazo viéndolo desde el punto de vista
económico, lo ideal sea recortar el circuito universidad y que esa carga sea
alimentada por los circuitos vecinos como puerta de oro2, tajamares, y solymar.
Todo esto para que el circuito universidad opere de la mejor manera, otra
propuesta seria diseñar una nueva subestación en un sitio estratégico para
alimentar con circuitos nuevos esta zona, otra posible solución sería cambiar los
conductores de mayor capacidad e instalando banco de condensadores pero esto
requiere de una inversión grande y no solucionaría el problema a mediano plazo,
4.5.1 Flujo de carga.
Si se elimina gran parte del circuito universidad, exactamente donde opera el
interruptor seccionado donde realiza la transferencia con el circuito puerta de oro 2
el comportamiento del circuito mejora. En la figura 34, se observa una mejor
regulación de tensión donde esta supera los 92%. Se observó claramente la
mejora notoria del circuito, sin Embargo se necesita hacer ajuste al circuito de
distribución como aumentar el calibre de los conductores e instalar banco de
condensadores para una mejor regulación a plena carga.
POCENTAJE DE REGULACION
Porcentaje de regulacion
102
100
98
96
94
92
90
1
10
19
28
37
46
55
64
73
82
91
100
109
118
127
136
145
154
163
172
181
190
88
Nodos
Figuran 34. Caídas de tensiones en los nodos del circuito universidad con
transferencia
77
4.5.2 Cortocircuito.
Para la solución propuesta en el análisis de corriente de cortocircuito, se observa
en la figura 35 que la corriente de cortocircuito es levemente mayor en
comparación con el circuito sin ninguna modificación
Corriente de CC trifasica
25
C.C. TRIFASICA
20
15
10
5
1
9
17
25
33
41
49
57
65
73
81
89
97
105
113
121
129
137
145
153
161
169
177
185
193
0
Nodos
Figura 35. Análisis de cortocircuito trifásico propuesto
Es importante tener claro que si se modifica el circuito, cambia todas las
propiedades de ellas. Por el cual se debe pensar en nuevas protecciones para los
suministros especialmente pensando en la corriente de cortocircuito bajo fallas.
78
En el sistema propuesto se realizó el análisis de corriente de cortocircuito
monofásica como se observa en la figura 36
NODOS
C.C. MONOFASICA
25
20
15
10
5
0
1
9
17
25
33
41
49
57
65
73
81
89
97
105
113
121
129
137
145
153
161
169
177
185
193
CC MONOFASICA
30
NODOS
Figura 36. Análisis de cortocircuito monofásico propuesto
79
5
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Luego de la elaboración de este proyecto, y de recopilar toda la información
necesaria e implementada en el software NEPLAN, se verifico que el circuito
universidad presenta algunos problemas de los cuales tenemos: sobrecargas en la
capacidad nominal, caídas de tensiones no permitidas por la norma, además
necesita de un circuito externo para poder realizar transferencia y quitarle gran
parte de la carga a la red de distribución de universidad. Esta trasferencia funciona
seccionando el interruptor ubicado en la carrera 51B con la circunvalar después
del puente con el interruptor seccionador ubicado en la carrera 51 carretera vieja a
puerto Colombia en villa campestre, donde en un determinado tiempo estos dos
circuito alimenta la misma carga para luego ser solo alimentada por el circuito
puerta de oro 2, estas sobrecarga no soporta el calibre del conductor lo cual fue
necesario una solución.
Como se supone que los interruptores seccionadores son para realizar
transferencia en caso de falla y no para suprimir cargas al sistema, el circuito
universidad en su diseño no consideró que después de varios años esa carga
podría incrementar de una forma exponencial. Por su gran longitud este circuito ha
presentado problema, lo ideal cuando se diseñe un circuito de media tensión no
sea lo más extenso posible, porque puede presentarse el mismo problemas en
algunos sitios como el circuito universidad. El circuito universidad no requiere de
grandes inversiones, pero si un buen mantenimiento por el pobre deterioro de la
red en algunos sectores, el operador de red Electricaribe debe enfocarse a
implementar medidas para mejorar la satisfacción de los usuarios regulados y no
regulados, como implementando banco de condensadores a la red, instalando
pararrayos en las líneas de media tensión, y observar el comportamiento de los
armónicos en la red para bridar un mantenimiento basado en la eficiencia.
Es importante aclarar que este proyecto se enfocó en un análisis operativo de la
red, donde su objetivo era verificar si realmente el circuito presentaba problemas
de regulación y de sobrecargas para así encontrar la mejor solución a esta
problemática.
80
GLOSARIO
AAC: (All aluminium conductor) Son usados en líneas aéreas de transmission y
distribución de energía eléctrica especialmente en tramos o vanos cortos, también
son usados como neutro portante para cable de distribución área tipo multiplex. El
cable de aluminio concéntrico cumple las normas ASTM B321 y NTC 308
AAAC: (All aluminium alloy conductor) Son usados en líneas aéreas de
transmission y distribución de energía eléctrica, también son usados como neutro
portante para cable de distribución área tipo multiplex. Cable de aleación de
aluminio cumples las normas ASTM B399 y NTC 2730 IEC 61089.
ACAR: (All aluminium conductor alloy reinforced) Este conductor se encuentra
distribuido en capas y en combinación con alambres de aluminio, son usados en
líneas aéreas de transmission y distribución de energía eléctrica. Su buena
relación carga rotura-peso, hace que los cables ACAR sean aplicables en
sistemas de transmisión con vanos largos, los cables concéntrico de un núcleo de
aleación de aluminio cumples las normas ASTM B524
ACSR: (Aluminium conductor Steel reinforced) Son usados en líneas aéreas de
transmission y distribución de energía eléctrica, también son usados como neutro
portante para cable de distribución área tipo multiplex. El cable concéntrico
alrededor de un núcleo de acero recubierto de ZINC clase A cumples las normas
ASTM B232 y NTC 309.
ACSR/AW: (Aluminium conductor Steel reinforced/alumoweld) Son usados en
líneas aéreas de transmission y distribución de energía eléctrica, también son
usados como neutro portante para cable de distribución área tipo multiplex. El
cable concéntrico alrededor de un núcleo de acero recubierto con aluminio
cumples las normas ASTM B549 y NTC 2619
ALAMBRE: Hilo o filamento de metal obtenido a partir del estiramiento de los
diferentes metales (trefilado, laminado) para conducir corriente eléctrica
ALAMBRE DURO: Aquel que ha sido trefilado en frío hasta su tamaño final, de
manera que se acerque a la máxima resistencia a la tracción obtenible.
81
ALAMBRE SUAVE O BLANDO: Aquel que ha sido trefilado o laminado hasta su
tamaño final y que luego es recocido para aumentar la elongación.
CALIDAD: La totalidad de las características de un ente que le confieren la aptitud
para satisfacer necesidades explícitas e implícitas. Es un conjunto de cualidades o
atributos, como disponibilidad, precio, confiabilidad, durabilidad, seguridad,
continuidad, consistencia, respaldo y percepción.
CABLE: Conductor compuesto por varios hilos trenzados.
CARGA: La potencia eléctrica requerida para el funcionamiento de uno o varios
equipos eléctricos o la potencia que transporta un circuito.
CARGA INSTALADA: es la sumatoria de las cargas en KVA continuas y no
continuas en un sector específico. Igualmente es la potencia nominal de la red de
distribución.
CAPACIDAD NOMINAL El conjunto de características eléctricas y mecánicas
asignadas a un sistema eléctrico por el diseñador, para definir su funcionamiento
bajo unas condiciones específicas.
CIRCUITO ELÉCTRICO: Lazo cerrado formado por un conjunto de elementos,
dispositivos y equipos eléctricos, alimentados por la misma fuente de energía y
con las mismas protecciones contra sobretensiones y sobre corrientes
CIRCUITO ALIMENTADOR DE MEDIA TENSIÓN: Conjunto de elementos cuyo
objetivo es distribuir la energía eléctrica de una subestación eléctrica a los puntos
de transformación locales.
CONFIABILIDAD: Capacidad de un dispositivo, equipo o sistema para cumplir una
función requerida, en unas condiciones y tiempo dados. Equivale a fiabilidad.
CORTOCIRCUITO: Un corto circuito es un fenómeno eléctrico que ocurre cuando
dos puntos entre los cuales existe una diferencia de potencial se ponen en
contacto entre sí, caracterizándose por elevadas corrientes circulantes hasta el
punto de falla. Se puede decir que un corto circuito es también el establecimiento
de un flujo de corriente eléctrica muy alta, debido a una conexión por un circuito de
baja impedancia
82
CONTAMINACIÓN: Liberación artificial de sustancias o energía hacia el entorno y
que puede causar efectos adversos en el ser humano, otros organismos vivos,
equipos o el medio ambiente.
CONDUCTOR: Material metálico de cobre o aluminio, que ofrece poca resistencia
al paso de la corriente eléctrica a través de él. y se usa para la transmisión de
energía eléctrica.
CORRIENTE: Flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material.
CRUCETA: Las crucetas son elementos diseñados para instalarse en el extremo
superior de la estructura de soporte con el fin de sostener los aisladores y a su vez
los conductores. Cabe resaltar que bajo ninguna circunstancia el conductor puede
hacer contacto con la cruceta por riesgo de energización del poste causando
grave peligro a la comunidad circundante.
DISEÑO: Proceso previo de configuración mental, “pre-figuración”, en la búsqueda
de una solución en cualquier campo.
RADIO MEDIO GEOMÉTRICO: Es un concepto matemático útil en el cálculo de la
inductancia y se define como el radio de un conductor tabular con un pared de
espesor infinitesimal, que tiene en cuenta tanto el flujo interno como el flujo
externo a una distancia unitaria al centro del conductor
DISPONIBILIDAD: Certeza de que un equipo o sistema sea operable en un tiempo
dado. Cualidad para operar normalmente.
FALLA: Degradación de componentes. Alteración intencional o fortuita de la
capacidad de un sistema, componente o persona, para cumplir una función
requerida.
FASE: Designación de un conductor, un grupo de conductores, un terminal, un
devanado o cualquier otro elemento de un sistema polifásico que va a estar
energizado durante el servicio normal.
FRECUENCIA: Número de períodos por segundo de una onda. Se mide en hertz o
ciclos por segundo.
83
INSTALACIÓN ELÉCTRICA: Conjunto de aparatos eléctricos, conductores y
circuitos asociados, previstos para un fin particular: generación, transmisión,
transformación, conversión, distribución o uso final de la energía eléctrica.
LÍNEA ELÉCTRICA: Conjunto compuesto por conductores, aisladores, estructuras
y accesorios destinados al transporte de energía eléctrica.
MÉTODO: Modo de decir o hacer con orden una cosa. Procedimiento o técnica
para realizar un análisis, un estudio o una actividad.
MODELO: Procedimiento matemático que permite simular la evolución de
variables y propiedades de un sistema, durante el desarrollo de un fenómeno
físico o químico. Representación abstracta de un sistema.
NODO: Parte de un circuito en el cual dos o más elementos tienen una conexión
común.
NOMINAL: Término aplicado a una característica de operación, indica los límites
de diseño de esa característica para los cuales presenta las mejores condiciones
de operación. Los límites siempre están asociados a una norma técnica.
NORMA TÉCNICA: Documento aprobado por una institución reconocida, que
prevé, para un uso común y repetido, reglas, directrices o características para los
productos o los procesos y métodos de producción conexos, servicios o Procesos,
cuya observancia no es obligatoria.
NORMA TÉCNICA INTERNACIONAL: Documento emitido por una organización
internacional de normalización, que se pone a disposición del público.
NO CONFORMIDAD: Incumplimiento de la norma.
NTC: Norma Técnica Colombiana.
OPERADOR DE RED: Empresa de Servicios Públicos encargada de la
planeación, de la expansión y de las inversiones, operación y mantenimiento de
todo o parte de un Sistema de Transmisión Regional o un Sistema de Distribución
Local.
84
PORCENTAJE DE REGULACIÓN DE TENSION: La regulación de tensión
consiste en evitar las variaciones de tensión que se detectan en puntos donde se
suministre a los usuarios finales de un sistema de transmisión o distribución de
energía En una red de distribución interesa mantener la tensión lo más constante
posible.
PUNTO CALIENTE: Punto de conexión que esté trabajando a una temperatura por
encima de la normal, generando pérdidas de energía y a veces, riesgo de
incendio.
DISTANCIA RADIO MEDIO GEOMÉTRICO (DMG): es la medida geométrica de
las distancia de cada hilo de cada fase con cada uno de los hilos de la otra fase
RED: Interconexión eléctrica con el fin de suministrar energía eléctrica a los
consumidores.
REGULACIÓN DE TENSIÓN: Porcentaje máximo permitido de caída de tensión
en un circuito eléctrico.
RETIE: Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas.
SISTEMA: Conjunto de componentes interrelacionados e inter actuantes para
llevar a cabo una misión conjunta. Admite ciertos elementos de entrada y produce
ciertos elementos de salida en un proceso organizado.
SOBRECARGA: Funcionamiento de un elemento excediendo su capacidad
nominal.
SUBESTACIÓN: Conjunto único de instalaciones, equipos eléctricos y obras
complementarias, destinado a la transferencia de energía eléctrica, mediante la
transformación de potencia.
SUMINISTRO: Energía entregada por el comercializador al consumidor.
TENSIÓN: Diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos.
TEMPLE: Tratamiento térmico que consiste en calentar un material como vidrio,
acero, etc. hasta cierta temperatura y enfriarlo luego rápidamente para
endurecerlo.
85
BIBLIOGRAFIA
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eléctrica, Bogotá, 2008.
ELECTRICARIBE, BASE DE DATOS (BDI, SGT, VHOR), Barranquilla, 2013.
MINISTERIO DE MINAS Y ENERGIA, «UNIDAD DE PLANEACION MINERO
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86
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J. J. GARCIA CARRILLO y J. A. CABALLERO MARAÑON, Artists, ANALISIS
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H. INGENIEROS, SUBESTACION DE ALTA Y EXTRA ALTA TENSION,
Impresiones Graficas Ltda., 2003.
S. R. CASTAÑO, Protección de Sistemas Eléctricos, Manizales: Universidad
Nacional de Manizales.
I. D. N. T. COLOMBIANAS, NORMAS DE PRESENTACION PARA TRABAJO DE
GRADO, 2008.
87
ANEXOS
Anexo 1. Tabla de conductores cobre desnudo
Fuente (12)
12
(12)
CENTELSA, «CENTELSA,» 20BRE04. [En línea]. Available: http://www.centelsa.com.co/index.php?idioma=es. [Último acceso: 3
Octubre 2013].
89
Anexo 2. Tabla de conductores aluminio desnudo AAC
Fuente (12)
13
(12)
CENTELSA, «CENTELSA,» 20BRE04. [En línea]. Available: http://www.centelsa.com.co/index.php?idioma=es. [Último acceso: 3
Octubre 2013].
90
Anexo 3. Tabla de conductores aluminio desnudo AAAC
Fuente. (12)
14
(12)
CENTELSA, «CENTELSA,» 20BRE04. [En línea]. Available: http://www.centelsa.com.co/index.php?idioma=es. [Último acceso: 3
Octubre 2013].
91
Anexo 4. Tabla de conductores aluminio desnudo ACSR
Fuente. (12)
15
(12)
CENTELSA, «CENTELSA,» 20BRE04. [En línea]. Available: http://www.centelsa.com.co/index.php?idioma=es. [Último acceso: 3
Octubre 2013].
92
CARTA DE ENTREGA Y AUTORIZACIÓN DEL AUTOR PARA LA CONSULTA,
REPRODUCCIÓN PARCIAL O TOTAL, Y PUBLICACIÓN ELECTRÓNICA DEL
TEXTO COMPLETO DE TESIS Y TRABAJOS DE GRADO
Barranquilla, 23 de octubre de 2013 Trabajo de grado
Yo JOHN JAIRO GARCIA CARRILLO, identificado con C.C. No. 72337660, actuando en
nombre propio y como autor de la tesis y/o trabajo de grado titulado “análisis operativo de
la red de distribución universidad de la subestación Riomar de la ciudad de Barranquilla
(Atlántico)” aprobado en el año 2013 como requisito para optar al título de Ingeniero
Eléctrico; hago entrega del ejemplar respectivo y de sus anexos de ser el caso, en formato
digital o electrónico (DVD) y autorizo a la UNIVERSIDAD DE LA COSTA, CUC, para que en
los términos establecidos en la Ley 23 de 1982, Ley 44 de 1993, Decisión Andina 351 de
1993, Decreto 460 de 1995 y demás normas generales sobre la materia, utilice y use en
todas sus formas, los derechos patrimoniales de reproducción, comunicación pública,
transformación y distribución (alquiler, préstamo público e importación) que me
corresponden como creador de la obra objeto del presente documento.
Y autorizo a la Unidad de información, para que con fines académicos, muestre al mundo la
producción intelectual de la Universidad de la Costa, CUC, a través de la visibilidad de su
contenido de la siguiente manera:
Los usuarios puedan consultar el contenido de este trabajo de grado en la página Web de
la Facultad, de la Unidad de información, en el repositorio institucional y en las redes de
información del país y del exterior, con las cuales tenga convenio la institución y Permita la
consulta, la reproducción, a los usuarios interesados en el contenido de este trabajo, para
todos los usos que tengan finalidad académica, ya sea en formato DVD o digital desde
Internet, Intranet, etc., y en general para cualquier formato conocido o por conocer.
El AUTOR - ESTUDIANTES, manifiesta que la obra objeto de la presente autorización es
original y la realizó sin violar o usurpar derechos de autor de terceros, por lo tanto la obra
es de su exclusiva autoría y detenta la titularidad ante la misma. PARÁGRAFO: En caso de
presentarse cualquier reclamación o acción por parte de un tercero en cuanto a los
derechos de autor sobre la obra en cuestión, EL ESTUDIANTE - AUTOR, asumirá toda la
responsabilidad, y saldrá en defensa de los derechos aquí autorizados; para todos los
efectos, la Universidad actúa como un tercero de buena fe.
Para constancia se firma el presente documento en dos (02) ejemplares del mismo valor y
tenor, en Barranquilla D.E.I.P., a los 23 días del mes de octubre de Dos Mil Trece 2013.
EL AUTOR - ESTUDIANTE.__________________________________
FIRMA
Barranquilla, 23 de octubre de 2013 Trabajo de grado
Yo JHONNY ALBERTO CABALLERO MARANON, identificado con C.C. No. 1143130066,
actuando en nombre propio y como autor de la tesis y/o trabajo de grado titulado “análisis
operativo de la red de distribución universidad de la subestación Riomar de la ciudad de
Barranquilla (Atlántico)” aprobado en el año 2013 como requisito para optar al título de
Ingeniero Eléctrico; hago entrega del ejemplar respectivo y de sus anexos de ser el caso,
en formato digital o electrónico (DVD) y autorizo a la UNIVERSIDAD DE LA COSTA, CUC,
para que en los términos establecidos en la Ley 23 de 1982, Ley 44 de 1993, Decisión
Andina 351 de 1993, Decreto 460 de 1995 y demás normas generales sobre la materia,
utilice y use en todas sus formas, los derechos patrimoniales de reproducción,
comunicación pública, transformación y distribución (alquiler, préstamo público e
importación) que me corresponden como creador de la obra objeto del presente
documento.
Y autorizo a la Unidad de información, para que con fines académicos, muestre al mundo la
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consulta, la reproducción, a los usuarios interesados en el contenido de este trabajo, para
todos los usos que tengan finalidad académica, ya sea en formato DVD o digital desde
Internet, Intranet, etc., y en general para cualquier formato conocido o por conocer.
El AUTOR - ESTUDIANTES, manifiesta que la obra objeto de la presente autorización es
original y la realizó sin violar o usurpar derechos de autor de terceros, por lo tanto la obra
es de su exclusiva autoría y detenta la titularidad ante la misma. PARÁGRAFO: En caso de
presentarse cualquier reclamación o acción por parte de un tercero en cuanto a los
derechos de autor sobre la obra en cuestión, EL ESTUDIANTE - AUTOR, asumirá toda la
responsabilidad, y saldrá en defensa de los derechos aquí autorizados; para todos los
efectos, la Universidad actúa como un tercero de buena fe.
Para constancia se firma el presente documento en dos (02) ejemplares del mismo valor y
tenor, en Barranquilla D.E.I.P., a los 23 días del mes de octubre de Dos Mil Trece 2013.
EL AUTOR - ESTUDIANTE.__________________________________
FIRMA
FORMULARIO DE LA DESCRIPCIÓN DE LA TESIS DEL TRABAJO DE GRADO
TÍTULO COMPLETO DE LA TESIS O TRABAJO DE GRADO:
ANALISIS OPERATIVO DE LA RED DE DISTRIBUCION UNIVERSIDAD DE LA
SUBESTACION RIOMAR DE LA CIUDAD DE BARRANQUILLA (ATLANTICO)
AUTOR AUTORES
Apellidos completos
GARCIA CARRILLO
CABALLERO MARANON,
Nombres completos
JOHN JAIRO
JHONNY ALBERTO
DIRECTOR (ES)
Apellidos completos
SILVA ORTEGA
Nombres completos
JORGE IVÁN
JURADO (S)
Apellidos completos
BALBIS MOJERÓN
TORREGROSA ROSAS
Nombres completos
MILEN
MELISSA
ASESOR (ES) O CODIRECTOR
Apellidos completos
Nombres completos
TRABAJO PARA OPTAR AL TÍTULO DE: INGENIERO ELÉCTRICO
FACULTAD: INGENIERÍA
PROGRAMA: Pregrado
NOMBRE DEL PROGRAMA: INGENIERÍA ELÉCTRICA
CIUDAD: Barranquilla
AÑO DE PRESENTACIÓN DEL TRABAJO DE GRADO: 2013
NÚMERO DE PÁGINAS: 92
TIPO DE ILUSTRACIONES:
Ilustraciones [ ]
Planos [ ]
Láminas [ ]
Mapas [ ]
Retratos [ ]
Fotografías [ ]
Tablas, gráficos y diagramas [ ]
MATERIAL ANEXO (Vídeo, audio, multimedia o producción electrónica):
Duración del audiovisual: ___________ minutos.
Número de casetes de vídeo: ______ Formato: VHS ___ Beta Max ___ ¾ ___
Beta Cam ____
Mini DV ____ DV Cam ____ DVC Pro ____ Vídeo 8 ____ Hi 8 ____
Otro. ¿Cuál? _____
Sistema: Americano NTSC ______ Europeo PAL _____ SECAM ______
Número de casetes de audio: ________________
Número de archivos dentro del DVD (En caso de incluirse un DVD diferente al
trabajo de grado):
________________________________________________________________PR
EMIO O DISTINCIÓN (En caso de ser LAUREADAS o tener una mención especial):
________________________________________________________________
DESCRIPTORES O PALABRAS CLAVES EN ESPAÑOL E INGLÉS: Son los
términos que definen los temas que identifican el contenido. (En caso de duda para
designar estos descriptores, se recomienda consultar con la Unidad de Procesos
Técnicos de la Unidad de información en el correo [email protected], donde se
les orientará).
ESPAÑOL
INGLÉS
_______________________________ ________________________________
_______________________________ ________________________________
_______________________________ ________________________________
RESUMEN DEL CONTENIDO EN ESPAÑOL E INGLÉS:(Máximo 250 palabras1530 caracteres):
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
___________________________________________________________________
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