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SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

TRABAJO GRUPAL

DOCENTE

: Ruiz Galdos, Ricardo Guillermo

GRUPO

: N° 20

PRESENTADO POR:

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HACHA PUCHO, Efraín ALVAREZ CENTURION, David QUISPE CONDORI, Rubén Alexander ZÚÑIGA RAMOS, Cristian Ricardo PERALES PEREIRA, Augusto Napoleón

2019

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TAREA SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA Pregunta 1 (2 puntos) Mencione cinco líneas de transmisión de 500 kV en Perú. Indique las subestaciones de envío y llegada, ubicación y otros datos técnicos relevantes.

1. línea de transmisión 500 kv mantaro – marcona – socabaya – montalvo (917 km). El proyecto comprendió la construcción de las líneas de transmisión en 500 kV Mantaro (Colcabamba)- Poroma, Poroma-Yarabamba-Montalvo; así como los enlaces en 220 kV Colcabamba-Campo Armiño y Yarabamba -Socabaya de 917 km

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El proyecto constituye el segundo enlace en 500 kV entre las zonas Centro y Sur del SEIN, que permitirá que la energía generada en el Centro sea transferida hacia el Sur para atender el crecimiento previsto de la demanda. El EIA se aprobó el 06.11.2015 con R.D.N°403-2015-MEM/DGAAE. El 21.04.2017 el MINEM, otorgó a CTM la Concesión Definitiva de Transmisión. La L.T. 500 kV Mantaro-Marcona-Socabaya-Montalvo está culminada y en operación.

2. línea de transmisión 500 kv s.e. santo domingo de los olleros – s.e. chilca.

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La L.T. 500 kV S.E. Santo Domingo de los Olleros – S.E. Chilca de 2,0,4 km en una terna, permite la inyección de la energía eléctrica generada por la C.T. Santo Domingo de los Olleros al SEIN. El proyecto comprendió la construcción de la S.E. Santo Domingo de los Olleros (18/500 kV) y la ampliación de la S.E. Chilca 500/220 kV.

3. línea de transmisión 500 kv trujillo-chiclayo

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El proyecto pertenece al Sistema Garantizado de Transmisión y está en el Plan Transitorio de Transmisión (PTT) del Sistema de Transmisión en 500 kV (mediante R.M. Nº 285-2010-MEM/DM se incluyó la L.T. en el PTT, aprobado mediante R.M. N° 552-2006-MEM/DM). El proyecto comprendió la construcción de una L.T. 500 kV, simple terna, 328 km, 657 torres metálicas autosoportadas, cuatro (4) conductores por fase, entre la S.E. Trujillo 500 kV y la S.E. Chiclayo 500 kV, así como la ampliación de la S.E. Trujillo (500 kV), Ampliación S.E. La Niña (220 kV) y la construcción S.E. La Niña-Chiclayo (500 kV).

Pregunta 2 (2 puntos) ¿Cuáles son las cinco mayores centrales hidroeléctricas de América Latina? Indique su nombre, ubicación, potencia instalada y otros datos técnicos relevantes.

1. Central hidroeléctrica de Itaipú. 14.000 MW. Paraguay-Brasil. la represa de Itaipú posee una potencia de generación electrohidráulica instalada de 14000 MW, con 20 turbinas generadoras de 700 MW. En el año 2008 tuvo su récord de producción con 94 685 GWh, generando el 19 % de la energía eléctrica consumida en Brasil.

2. Central hidroeléctrica de Guri. 10.235 MW. Venezuela La primera etapa de la construcción de esta central hidroeléctrica concluyó en 1978, con una potencia instalada de 2.065 megavatios (MW); ese mismo año se iniciaron los trabajos de la etapa final, concluida el 8 de noviembre de 1986, elevándose la potencia instalada a 10.000

` MW. Es fundamental para la actividad industrial y minera de la Guayana venezolana y para el servicio eléctrico del país a través del sistema eléctrico interconectado nacional.

3. Central hidroeléctrica de Tucuruí. 8.370 MW. Brasil La capacidad de generación instalada en la planta es de 8.370 MW, con 24 unidades generadoras, lo que significa la mayor central hidroeléctrica por potencia de origen únicamente brasileño. Tiene 11 kilómetros de largo y alcanza una altura de 78 metros. Se encuentra a 400 km de Belém, en el estado de Pará, municipio de Tucurí.

4. Complejo Hidroeléctrico Paulo Afonso. 4.280 MW. Brasil

Contienen un total de 23 generadores con una capacidad instalada de 4.279.6 MW y es propiedad de la Companhia Hidro-Elétrica do São Francisco ( CHESF).

5. Central hidroeléctrica Jirau. 3.750 MW. Brasil La central hidroeléctrica Jirau se construyó en el río Madeira, en el estado de Rondonia, Brasil, y cuenta con 50 turbinas, cada una de 75 MW, con una capacidad instalada total de 3.750 MW, que abastece a más de 10 millones de hogares. FUENTES:

Las 10 mayores centrales hidroeléctricas de Latinoamérica. (2019). Recuperado de https://elperiodicodelaenergia.com/las-10-mayores-centrales-hidroelectricas-delatinoamerica/ Las 5 Hidroeléctricas más grandes de América. (2019). Recuperado de : https://www.taringa.net/+info/las-5-hidroelectricas-mas-grandes-de-america-del-sur_xl9t4 Pregunta 3 (2 puntos) ¿Cuáles son las pruebas a las que puede someterse un transformador de potencia? Explique muy brevemente una de las pruebas. a) Prueba de factor de potencia. Este factor es recomendado para la detección de humedad y es el criterio principal para juzgar el aislamiento de devanados de un transformador. Amperios dispone de una gran gama de equipos relacionados con el mantenimiento de transformadores de potencia. El factor de potencia siempre será la relación entre las perdidas (miliwatts) y la carga (milivoltamperes); y el valor obtenido dependerá únicamente de la humedad y de la temperatura del equipo en las condiciones en que está operando (independiente del espesor o del área del aislamiento). Ya que la temperatura de la unidad bajo prueba, hacen variar los resultados las lecturas, deberán corregirse a una Tº de referencia de 20ºc, por eso esta es una prueba de corriente alterna. Los criterios a seguir para considerar un valor aceptable de factor de potencia, son los siguientes: Un 0.5 % de un transformador nuevo hasta 2.0 % para un transformador contaminado o degradado en su

` aislamiento, siempre referido a 20ºc. Si el valor es superior a 2% se requiere una investigación de la causa del aislamiento débil (por ejemplo, penetración de agua en el aceite aislante). b) Prueba de resistencia de aislamiento. c) Prueba de relación de transformación. d) Prueba de resistencia óhmica a devanados. e) Prueba de alto potencial o rigidez dieléctrica.

Pregunta 4 Explique por qué motivos en una línea de transmisión larga prevalece su comportamiento capacitivo y en otras ocasiones, su comportamiento inductivo. 

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Efectos Capacitivos: Los aislantes se comportan como elementos capacitivos. En efecto, los elementos llamados dieléctricos determinan el grado de separación entre las cargas eléctricas y el posible pasaje de electrones entre las mismas, la cual origina el paso de la corriente eléctrica o la conducción eléctrica del mismo. Se puede establecer que la frecuencia operativa de las señales incide en la resistencia medida en impedancia Z debido a que la corriente eléctrica que fluye por esta es de tipo alternada y, en efecto, las señales eléctricas son alternadas o en todo caso pulsantes y no precisamente continuas. La impedancia se relaciona con la frecuencia, la capacidad o valor de capacitancia del elemento de estudio y de la resistencia pura eléctrica. La resistencia eléctrica es generalmente la que posee el material sobre corrientes continuas y como aislante. Si la frecuencia varía y tiende a aumentar, y la capacidad del material se mantiene constante, la impedancia disminuirá. Efectos Inductivos: Puesto que las líneas de transmisión se componen de elementos metálicos, los conductores, estos presentan fenómenos que se sujetan a la inducción y a los campos magnéticos. Por tanto, también están sujetas a variaciones. Así como vimos con la capacidad, respecto a la inductancia, tenemos un fenómeno similar pero dado a la inversa. Todo circuito eléctrico genera un campo magnético y este responde a los efectos de las fuerzas motrices FEM. Por tanto, los valores inductivos del conductor incidirán en la impedancia también del circuito. Podemos afirmar entonces que la impedancia estará relacionada con la frecuencia y la inductancia aplicada. A medida que la frecuencia vaya aumentando, la impedancia irá aumentando también. Si lo analizamos, notaremos que cuando la impedancia tiende a cero, a tensión constante, la intensidad tiende a aumentar de valor. Ahora, si la frecuencia aumenta, la impedancia también y, en consecuencia, la corriente eléctrica disminuirá. Es por esta razón que los inductores ofrecen mayor resistencia a las altas frecuencias y los capacitores ofrecen mayores resistencias a las frecuencias más bajas.

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Problema 5 (2 puntos) Mencione las ventajas y desventajas de usar un transformador con gradines, respecto a los transformadores con taps. *Ventajas de un transformador con Gradines: Los transformadores con gradines cuentan con un devanado con distintos puertos para hacer la conexión, con lo que se logrará controlar la relación de transformación de la tensión de entrada con la tensión de salida. Permitiendo una mejor gestión y/o regulación de la misma. Se aplica en los sistemas de transmisión y distribución. *Desventajas de un transformador con Gradines: Es necesario retirar el transformador de la línea eléctrica para realizar el cambio de puerto, también se necesita retirarlo de su carga. *Ventajas de un transformador con taps: Un TAP (Paso en español), una posición en el devanado de un transformador que cambia la relación de transformación de este. Es un dispositivo que está junto con el transformador, es como una perilla 10cm de diámetro approx., que está acoplado a un sistema mecánico instalado en la parte interna del trafo. Existen los cambiadores de tap en caliente o Bajo carga (OLTC) este tipo de cambiador se aprecia casi separado del trafo pero está junto a él. *Desventajas de un transformador con taps: Desgaste de las piezas móviles del tap. En transformadores de distribución eléctrica es necesario para usar el Tap el desenergizado del transformador, puesto que, si se llega a operar energizado, la descarga que produciría en toda la red podría dañar todas las cargas conectadas a la misma. Fuentes:

Transformadores con cambio de tomas — OCW - UC3M. (2019). Recuperado el 12 de Julio de http://ocw.uc3m.es/ingenieria-electrica/operacion-y-control-de-sistemaselectricos/II_OCSE_RT/node15.html Garcia. (2019). Cambio de tap. Recuperado https://es.slideshare.net/EdgardoGarcia5/cambio-de-tap

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Problema 6 (2 puntos) Elabore una lista de al menos seis programas (software) que realicen cálculos de flujo de potencia. Indique los datos relevantes de cada uno de ellos. Los 6 programas más comerciales para el flujo de potencia son: 1. ETAP: es una compañía de software de ingeniería analítica de espectro completo que se especializa en el análisis, simulación, monitoreo, control, optimización y automatización de sistemas de energía eléctrica. 2. Cape: Es un software que ha sido desarrollado por ingenieros responsables de la protección en sistemas de transmisión y distribución de alto voltaje (alta tensión) en empresas de servicio público. 3. CYME: es una serie de aplicaciones que constan de un editor de redes, de módulos de análisis y de bibliotecas de modelos personalizables para el análisis de redes industriales, de transporte o de distribución de energía eléctrica. 4. DIgSILENT: es una compañía de software y consultoría que brinda servicios de ingeniería en el campo de los sistemas de energía eléctrica para plantas de transmisión, distribución, generación e industriales. 5. WINFLU: es un programa para la simulación de flujos de potencia en sistemas eléctricos, desarrollado para su procesamiento bajo el entorno Windows de Microsoft. 6. EasyPower: software eléctrico basado en Windows® para diseñar, analizar y monitorear de manera inteligente los sistemas de energía eléctrica. 7. NEPLAN: es una herramienta para analizar, planear, optimizar y simular redes eléctricas y flujos en sistema de potencia.

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Pregunta 7 (3 puntos) Dibuje el diagrama unifilar empleando valores por unidad del siguiente esquema, tomando como base la potencia de 100 MVA y la tensión de servicio de 60 kV de la barra D.

B

A

C

D

(2+j25) Ohmios G 125 MVA 13,2 kV 25%

150 MVA 13,8 kV /220 kV 12%

150 MVA 220 kV/60 kV 10%

Procedemos a dividir el sistema eléctrico de potencia en 3 partes:

Primera parte

Segunda parte

Tercera Parte

Procedemos a realizar el cuadro de Valores base,tomando Nb: 100VA (VoltAmperio): VALORES/ZONAS Nb (MVA) Vb (KV) Ib (A) Zb (Ω)

Primera Parte 100 13,8 4183,69 1.9044

Segunda Parte 100 220 262,43 484

Tercera Parte 100 60 962,25 36

Procedemos a Hallar la corriente, para lo cual emplearemos la siguiente fórmula: 𝑵 = √𝟑𝑽𝑰 Despejando “I”, obtenemos en las 3 partes: 𝑰𝑩𝑰 =

𝟏𝟎𝟎 𝑴𝑽𝑨 √𝟑 𝒙 𝟏𝟑. 𝟖 𝑲𝑽

𝑰𝑩𝑰𝑰 =

= 𝟒𝟏𝟖𝟑. 𝟔𝟗 𝑨

𝟏𝟎𝟎 𝑴𝑽𝑨 √𝟑 𝒙 𝟐𝟐𝟎 𝑲𝑽

𝑰𝑩𝑰𝑰𝑰 =

𝟏𝟎𝟎 𝑴𝑽𝑨 √𝟑 𝒙 𝟔𝟎 𝑲𝑽

= 𝟐𝟔𝟐. 𝟒𝟑 𝑨

= 𝟗𝟔𝟐. 𝟐𝟓 𝑨

` Las impedancias base se obtienen mediante la siguiente formula: 𝒁𝒃 =

𝑽𝒃𝟐 𝑵𝒃

Entonces en las 3 partes, la impedancia base será: 𝒁𝒃𝑰 =

𝟏𝟑. 𝟖 𝑲𝑽𝟐 = 𝟏. 𝟗𝟎𝟒𝟒 𝜴 𝟏𝟎𝟎 𝑴𝑽𝑨

𝒁𝒃𝑰𝑰 =

𝟐𝟐𝟎 𝑲𝑽𝟐 = 𝟒𝟖𝟒 𝜴 𝟏𝟎𝟎 𝑴𝑽𝑨

𝒁𝒃𝑰𝑰 =

𝟔𝟎 𝑲𝑽𝟐 = 𝟑𝟔𝜴 𝟏𝟎𝟎 𝑴𝑽𝑨

Hallando las reactancias pu del generador, y transformadores: 𝑿𝒈 = 𝒋𝟎. 𝟐𝟓 𝒙

𝟏𝟎𝟎 𝟏𝟑. 𝟐 𝟐 𝒙( ) = 𝒋𝟎. 𝟏𝟖𝟐𝟗 𝟏𝟐𝟓 𝟏𝟑. 𝟖

𝑿𝒕𝟏 = 𝒋𝟎. 𝟏𝟐 𝒙

𝟏𝟎𝟎 = 𝒋𝟎. 𝟎𝟖 𝟏𝟓𝟎

𝑿𝒕𝟐 = 𝒋𝟎. 𝟏𝟎 𝒙

𝟏𝟎𝟎 = 𝒋𝟎. 𝟎𝟔𝟔 𝟏𝟓𝟎

Hallando la impedancia de la L.T en pu: Como está en la parte 2, lo dividimos entre la impedancia base. 𝒁𝒑𝒖 =

(𝟐 + 𝒋𝟐𝟓)𝜴 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟒𝟏𝟑 + 𝒋𝟎. 𝟎𝟓𝟏𝟔 𝒑𝒖 𝟒𝟖𝟒 𝜴

Las potencias pu del generador y de los transformadores serían: Ng= 1.25 pu Nt1= 1.5 pu Nt2= 1.5 pu

` Entonces el circuito pu será:

Problema 8 Un sistema eléctrico está compuesto por tres generadores: Potencia nominal (MW) Potencia garantizada (MW) Potencia generada (MW) Estatismo (%) Frecuencia (Hz)

Generador 1 30 20 10 5 60

Generador 2 25 20 10 4 60

(3 puntos) Generador 3 45 38 30 3 60

Si la máxima demanda del sistema es 58 MW se pide lo siguiente: a. Pérdida de potencia en el sistema eléctrico en horas de máxima demanda. b. Energía reguladora de cada generador. c. Reserva de rodante del sistema eléctrico. d. Si al estar operando el sistema en estado normal a 60 Hz se produce un Incremento de 15 MW. ¿Qué valor toma la frecuencia? e. ¿Qué parte de este incremento toma cada generador? Solución: a. De la potencia generada: ΔP= (10+10+30) - (58) = -8 MW De este resultado notamos que debería entrar en acción la reserva rodante del sistema. b. Para cada generador se tiene: P

30 MW

K1 = S n∙f1 = 0,05∙60 Hz = 10 MW/Hz 1 n

25 MW

K 2 = 0,04∙60 Hz = 10,417 MW/Hz 45 MW

K 3 = 0,03∙60 Hz = 25 MW/Hz

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c. La reserva rodante del sistema sería: 𝑅𝑅 = 𝑃𝐶 − 𝑃𝐺 = (20 + 20 + 38) − (10 + 10 + 30) = 28 MW d. Para el sistema se tiene: ∆𝑃

𝐾𝑠𝑖𝑠𝑡 = − ∆𝑓 → ∆𝑓 =

−15 𝑀𝑊 (10+10.417+25)𝑀𝑊 𝐻𝑧

= −0,3303 𝐻𝑧

Luego, la frecuencia luego del incremento de potencia sería: 𝑓 ′ = 60 − 0,3303 = 59,6697 𝐻𝑧 e. Repartición de la carga: 𝐾1 = −

∆𝑃1 ∆𝑓

→ ∆𝑷𝟏 = 𝑲𝟏 ∙ (−∆𝒇)

MW ) × (0,3303 Hz) = 3,30 MW Hz MW (10,417 ) × (0,3303 Hz) = 3,44 MW Hz MW (25 ) × (0,3303 Hz) = 8,26 MW Hz

∆P1 = (10 ∆P2 = ∆P3 =

Fuente: Pablo Ledesma (2019). Regulación de frecuencia y potencia. Recuperado el 10 de julio de: http://ocw.uc3m.es/ingenieria-electrica/operacion-y-control-de-sistemaselectricos/II_OCSE_RFP.pdf