DISE

1
DISEÑO DEL SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN PRIMARIO DE LA
SUBESTACIÓN SALINAS DE LA EMPRESA ELÉCTRICA
PENÍNSULA DE SANTA ELENA S.A. BASADO EN LA
CALIDAD DE SERVICIO

• Presentada por
• Francisco X. Rodríguez Véliz
• Christian A. Solano Villao
• Luis X. Solano Villao

2
INTRODUCCIÓN

• En la actualidad, las empresas de distribución
  eléctrica deben encargarse no solo de llevar
  energía hasta sus clientes, sino también, de
  ofrecer un nivel aceptable de calidad de dicha
  energía.
• Esto se da porque cada vez existen más aparatos
  eléctricos que son sensibles a los disturbios,
  pero en especial, porque los entes de control
  exigen que se cumplan parámetros de calidad
  establecidos por medio de regulaciones.

3
OBJETIVO

• La interrupción del servicio eléctrico a causa de
  fallas en el sistema de distribución es uno de
  los acontecimientos más problemáticos y comunes
  que se presentan y que influyen directamente en
  la calidad del servicio. Disminuir este problema,
  un beneficio tanto para la empresa como para los
  clientes, es lo que se busca conseguir con el
  desarrollo de este proyecto.

4
CONSIDERACIONES

• El diseño se lo hará teniendo en cuenta dos
  aspectos fundamentales que son reducir el número
  de interrupciones y reducir los efectos de los
  disturbios que se presenten en el sistema, de tal
  forma que tanto el abonado como la empresa tengan
  beneficios.

5
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO

• El área de servicio del sistema eléctrico de la
  Península de Santa Elena abarca aproximadamente
  6774 Km². Este sistema se lo divide en dos
  sistemas de subtransmisión que son
• - El sistema Playas.
• - El sistema Península.

6
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO

• El sistema eléctrico de la Península de Santa
  Elena se encuentra formado por 14 subestaciones
  de distribución. Siendo objeto de nuestro estudio
  la subestación Salinas la cual consta de 5
  alimentadoras.

7
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO
FIGURA 1.1 AREA DE INFLUENCIA DE LA SUBESTACIÓN.
8
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO
9
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO

• La subestación Salinas posee 5 alimentadoras las
  cuales están conectadas a la barra de 13.8 KV y
  son las siguientes
• - Alimentador Rubira (1)
• - Alimentador Dobronsky (2)
• - Alimentador Bases Militares (3)
• - Alimentador Interconexión (4)
• - Alimentador La dunas (5)

10
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO
FIGURA 1.2 CONFIGURACIÓN TRIFÁSICA 1.
FIGURA 1.3 CONFIGURACIÓN TRIFÁSICA 2.
FIGURA 1.4 CONFIGURACIÓN TRIFÁSICA 3.
FIGURA 1.5 CONFIGURACIÓN DE LAS DERIVACIONES
BIFÁSICAS.
FIGURA 1.6 CONFIGURACIÓN DE LAS DERIVACIONES
MONOFÁSICAS.
11
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO
TABLA 1.1 PARÁMETROS PARA EL CALCULO DE LA
CAPACIDAD TÉRMICA DE LOS CONDUCTORES
TABLA 1.2 CAPACIDAD TÉRMICA DE LOS CONDUCTORES
12
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO
TABLA 1.3 LONGITUD ALIMENTADORAS
13
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO

• Los transformadores ubicados en el sistema
  eléctrico de distribución son del tipo
  convencional y autoprotegidos (1?) con
  capacidades de 10, 15, 25, 37.5, 50, 75 y 100 MVA
  principalmente de la marca ECUATRAN.

TABLA 1.4 NÚMERO DE TRAFOS POR ALIMENTADORA
14
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO

• La subestación cuenta con una capacidad instalada
  de 12 MVA nominales y sus alimentadoras tienen
  una carga del tipo residencial y comercial. El
  valor de demanda máximo en la subestación Salinas
  se registro el 31 de Diciembre para el año 2005,
  de donde se obtuvieron los siguientes datos de
  voltaje, potencia activa y reactiva.

TABLA 1.5 DATOS OBTENIDOS DE LA SUBESTACIÓN
SALINAS (31/12/05)
15
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO
FIGURA 1.8 ENERGÍA CONSUMIDA POR ALIMENTADORA.
FIGURA 1.7 CURVA DE CARGA DIARIA DE LA
SUBESTACIÓN SALINAS.
16
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO
17
ANALISIS DEL SISTEMA ELÉCTRICO ACTUAL

• La configuración del sistema de distribución
  primario de la subestación Salinas es estrella
  multi-aterrizado de 4 hilos siendo el nivel de
  voltaje en las alimentadoras de 13,8 KV para
  voltaje de línea a línea y de 7,69 KV para
  voltaje de línea a neutro

FIGURA 2.1 CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA DE
DISTRIBUCIÓN PRIMARIO
18
ANALISIS DEL SISTEMA ELÉCTRICO ACTUAL

• Los análisis que se realizaron para cada una de
  las alimentadoras fueron
• - CAÍDA DE VOLTAJE
• - BALANCE EN ALIMENTADORAS
• - SISTEMA DE PROTECCIÓN
• - CARGAS/CONSUMIDORES
• - INTERRUPCIONES
• - CONFIABILIDAD
• - CORTOCIRCUITO

19
CÁLCULO DE CAÍDA DE VOLTAJE OBJETIVO E
IMPORTANCIA

• Se busca determinar el voltaje en un punto del
  alimentador en función de la distancia que exista
  entre este punto y la subestación.
• Es importante determinar el perfil de voltaje de
  la alimentadora para cuantificar que tan
  significativa es la caída de voltaje al final de
  la misma.

20
CÁLCULO DE CAÍDA DE VOLTAJE MÉTODOS MATEMÁTICOS
UTILIZADOS

• En al siguiente tabla se hace un resumen de las
  características de los procesos utilizados para
  el cálculo de caída de voltaje

TABLA 2.1 MÉTODOS MATEMÁTICOS UTILIZADOS
21
CÁLCULO DE CAIDA DE VOLTAJE CONSIDERACIONES PARA
SIMPLIFICAR EL MODELO DEL SISTEMA

• Las siguientes consideraciones se han realizado
  para simplificar el sistema
• La impedancia tanto de los transformadores de
  distribución como del circuito secundario
  (voltajes de 110 y 220 V) no se ha considerado.
• Se considera solo el cálculo de voltaje de la
  troncal trifásica más larga de la alimentadora y
  en los puntos en donde existan derivaciones
  monofásicas y bifásicas, se considera una carga
  equivalente de todas las cargas servidas por
  dichas derivaciones.
• Se ha considerado la fase de la alimentadora a la
  que esta conectado cada transformador de
  distribución.

22
CÁLCULO DE CAÍDA DE VOLTAJE PERFILES DE VOLTAJE
OBTENIDOS
23
BALANCE EN ALIMENTADORAS CONSIDERACIONES

• La distribución de la carga servida por cada fase
  de una alimentadora es uno de los factores que
  más afectan al voltaje presente en cada punto de
  la misma. Lo ideal es que esta distribución sea
  igual para cada una de las fases, algo que nunca
  se logra, debido en gran medida a una mala
  planificación de la extensión de las redes de
  distribución y a una mala proyección del
  crecimiento de la demanda del sistema.

24
BALANCE EN ALIMENTADORAS FORMULAS
UTILIZADAS

• En la siguiente tabla se muestran las formulas
  utilizadas para el cálculo de balance en
  alimentadores

TABLA 2.2 FORMULAS PARA CÁLCULO DE BALANCE EN
ALIMENTADORAS
25
SISTEMAS DE PROTECCIONES

• La protección de las alimentadoras de la
  Subestación Salinas se realiza a través del
  interruptor de vacío y de fusibles. En distintos
  puntos de las alimentadoras se han colocado cajas
  fusibles con el propósito de proteger a las
  secciones y aislarlas de la troncal en caso de
  fallas.
• El sistema actual de protección contra rayos que
  utiliza EMEPE esta basado en la colocación de
  pararrayos para transformadores convencionales,
  debido a que la zona no presenta un alto nivel
  isoceraúnico.

26
SISTEMAS DE PROTECCIONES
27
COORDINACIÓN DE PROTECCIONES

• El criterio de coordinación seguido por EMEPE es
  que el elemento que este colocado aguas arribas,
  cercano al punto donde se produjo la falla, opere
  antes que el elemento que este colocado aguas
  abajo cercano a la fuente.
• Para lograr este objetivo la empresa utiliza el
  criterio de colocar fusibles de mayor capacidad
  para las derivaciones 3Ø (200 A) y de menor
  capacidad para las derivaciones y subderivaciones
  1Ø y 2Ø (100 A)

28
COORDINACIÓN DE PROTECCIONES
PROBLEMA
CONSECUENCIA
Una falla en una subderivación 2Ø o 1Ø , hace
que el fusible de respaldo opere antes que el
fusible protector, aumentando la zona afectada
por la falla y por lo tanto haciendo al sistema
menos selectivo.
En algunas derivaciones 3 se han colocado
fusibles de 100 A por motivo de falta de stock de
fusibles 200 A.
Los relés de sobrecorrientes asociados al
interruptor de vacío están desconectados por lo
que la protección de las troncales 3Ø de las
alimentadoras esta dada por el interruptor de
vacío
Una falla en cualquiera de las troncales 3Ø de
las alimentadoras, desconecta a todas las
alimentadoras, aumentando la zona afectada por la
falla. Por lo que disminuye la selectividad del
sistema y aumenta la frecuencia de las
interrupciones.
29
CARGAS/CONSUMIDORESOBJETIVO E IMPORTANCIA

• Con el fin de medir el alcance del servicio de
  las alimentadoras que conforman el sistema de
  distribución primario de la Subestación, es
  necesario calcular ciertos parámetros de densidad
  (consumidores por área de servicio). Estos
  parámetros indican que tipo de área es
  abastecido.

30
CARGAS/CONSUMIDORES FORMULAS UTILIZADAS

• En la siguiente tabla se muestran las formulas
  utilizadas para el cálculo de parámetros de
  densidad y dispersión

TABLA 2.3 FORMULAS PARA CÁLCULO DE DENSIDAD Y
DISPERSIÓN DE CARGAS
31
CAIDA DE VOLTAJE, BALANCE Y CARGATABLA DE
RESULTADOS
TABLA 2.5 PARÁMETROS DE CARGA PARA LA
ALIMENTADORA DOBRONSKY
TABLA 2.4 PARÁMETROS DE CARGA PARA LA
ALIMENTADORA RUBIRA
TABLA 2.6 PARÁMETROS DE CARGA PARA LA
ALIMENTADORA BASES MILITARES
32
CAIDA DE VOLTAJE, BALANCE Y CARGATABLA DE
RESULTADOS
TABLA 2.7 PARÁMETROS DE CARGA PARA LA
ALIMENTADORA INTERCONEXIÓN
TABLA 2.8 PARÁMETROS DE CARGA PARA LA
ALIMENTADORA LAS DUNAS
33
INFORMACIÓN ESTADÍSTICA DE LAS INTERRUPCIONES

• Con el propósito de evaluar la calidad de
  servicio desde el punto de vista técnico que
  recibe el usuario de parte de la Empresa
  Eléctrica Península de Santa Elena (EMEPE) en la
  ciudad de Salinas, procedemos a realizar un
  análisis estadístico de las interrupciones que se
  presentaron en el sistema de distribución de la
  Subestación Salinas en los años 2004, 2005 y
  2006.
• Para realizar este estudio se procede a
  clasificar las interrupciones según las normas
  vigentes del CONELEC dadas en la regulación
  004/01.

34
INFORMACIÓN ESTADÍSTICA DE LAS INTERRUPCIONES
35
EVALUACIÓN DE LA CONFIABILIDAD

• Para el análisis de la confiabilidad se procede
  al cálculo de los parámetros indicados en la
  regulación 004/001 del CONELEC, que desde el
  punto de vista de la calidad del servicio técnico
  se basa en la ocurrencia y tiempo de duración de
  las interrupciones. Los índices a calcular son

36
EVALUACIÓN DE LA CONFIABILIDAD
TABLA 2.9 VALORES LÍMITES PARA FMIK Y TTIK
37
CÁLCULO DE CORTOCIRCUITO OBJETIVO E IMPORTANCIA

• Para diseñar un sistema de protección confiable
  que minimice las interrupciones por fallas de
  sobrecorriente a través del uso de equipos de
  protección, se hace necesario el cálculo de
  corrientes de fallas en diferentes puntos del
  sistema de distribución.
• En cada punto donde se ubique un equipo de
  protección de sobrecorriente, se requiere conocer
  los valores máximos de corrientes de fallas para
  determinar si la capacidad de interrupción del
  equipo es la más adecuada y si el equipo de
  protección en serie coordinará de manera
  apropiada.

38
CÁLCULO DE CORTOCIRCUITO FORMULAS UTILIZADAS

• En la siguiente tabla se muestran las formulas
  utilizadas para el cálculo de cortocircuito

TABLA 2.10 FORMULAS PARA CÁLCULO DE CORTOCIRCUITO
39
CÁLCULO DE CORTOCIRCUITO RESULTADOS OBTENIDOS
40
CÁLCULO DE CORTOCIRCUITO RESULTADOS OBTENIDOS
41
REDISEÑO DEL SISTEMA ELECTRICO DE DISTRIBUCION DE
LA SUBESTACIÓNSALINAS

• - Determinación de Parámetros (Tasas de Falla)
• - Rediseño de la topología del Sistema de Media
  Tensión basado en la calidad de servicio
• - Rediseño del sistema de protecciones basado en
  la calidad de servicio

42
DETERMINACIÓN DE PARAMETROS

• Las redes de distribución radiales de la
  subestación Salinas son sistemas cuyo
  funcionamiento es continuo, que falla
  aleatoriamente y que es reparable. Estas
  características del sistema dan lugar a una serie
  de índices probabilísticos que están relacionados
  con los componentes del sistema y el tiempo de
  reposición del servicio.

43
DETERMINACIÓN DE PARAMETROS

• Los siguientes parámetros pretenden estimar el
  funcionamiento de los componentes que forman la
  red y el tiempo de reparación del mismo estando
  expuesto a un disturbio y son

Indicador que estima la probabilidad de que el
transformador tenga una mala operación cuando se
encuentre expuesto a un disturbio
1. TASA DE FALLA DE TRANSFORMADORES
Indicador que estima la probabilidad que falle el
sistema considerando la longitud o tramo que esta
siendo afectado
2. TASA DE FALLA DE ALIMENTADORAS
Indicador que estima la probabilidad que el
equipo de protección tenga una mala operación
cuando este expuesto a un disturbio.
3. FALLA EQUIPOS DE PROTECCIÓN
Intervalo entre el inicio de la falla y la
reparación o reemplazo del componente dañado.
4. TIEMPO DE RESTAURACIÓN
44
DETERMINACIÓN DE PARAMETROS
FORMULAS PARA CÁLCULO TASA DE FALLA DE
TRANSFORMADORES
TABLA 3.1 Tasa de falla estimada para
transformadores en las alimentadoras
45
DETERMINACIÓN DE PARAMETROS
FORMULAS PARA CÁLCULO TASA DE FALLA DE
ALIMENTADORAS
TABLA 3.2 Factor de escala de las Alimentadoras
46
DETERMINACIÓN DE PARAMETROS
FORMULAS PARA CÁLCULO TASA DE FALLA DE EQUIPOS DE
PROTECCIÓN
TABLA 3.3 Tasa de falla para equipos de
distribución aéreo (IEEE)
47
DETERMINACIÓN DE PARAMETROS
FORMULAS PARA CÁLCULO TIEMPO DE RESTAURACIÓN PARA
ALIMENTADORAS
TABLA 3.4 Tiempo medio de Restauración de las
alimentadoras
48
REDISEÑO DE LA TOPOLOGÍA DEL SISTEMA DE MEDIA
TENSIÓN BASADO EN AL CALIDAD DEL SERVICIO

• En este literal se pretende representar los
  aspectos más importantes de la red de
  distribución de la Subestación Salinas desde el
  punto de vista de la confiabilidad. El modelado
  de la red es un esquema sencillo que toma en
  cuenta la configuración radial simple del
  sistema, considerando que solo existe un camino
  entre la fuente de energía o alimentación y
  cualquier punto de carga

49
REDISEÑO DE LA TOPOLOGÍA DEL SISTEMA DE MEDIA
TENSIÓN BASADO EN AL CALIDAD DEL SERVICIO

• Los elementos que se propone representar para
  modelar el sistema son los tramos de longitudes
  de las alimentadoras, la potencia instalada
  (numero de consumidores) y los equipos de
  protección y seccionamiento

FIGURA 3 Modelado de la red
50
REDISEÑO DE LA TOPOLOGÍA DEL SISTEMA DE MEDIA
TENSIÓN BASADO EN AL CALIDAD DEL SERVICIO

• CALCULO INDICADORES DE CONFIABILIDAD
• Los índices a calcular para la evaluación de la
  confiabilidad están orientados a la carga y al
  consumidor para el sistema.

ÍNDICES ORIENTADOS AL CONSUMIDOR
ÍNDICE DE FRECUENCIA DE INTERRUPCIÓN PROMEDIO DEL
SISTEMA
SAIFI
ÍNDICE DE LA DURACIÓN DE INTERRUPCIÓN PROMEDIO
DEL SISTEMA
SAIDI
51
REDISEÑO DE LA TOPOLOGÍA DEL SISTEMA DE MEDIA
TENSIÓN BASADO EN AL CALIDAD DEL SERVICIO
ÍNDICES ORIENTADOS AL CONSUMIDOR
ÍNDICE DE LA DURACIÓN DE INTERRUPCIÓN PROMEDIO DE
CONSUM.
CAIDI
ÍNDICE DE LA DISPONIBILIDAD PROMEDIO DEL SERVICIO
ASAI
ÍNDICE DE LA INDISPONIBILIDAD PROMEDIO DEL
SERVICIO
ASUI
52
REDISEÑO DE LA TOPOLOGÍA DEL SISTEMA DE MEDIA
TENSIÓN BASADO EN AL CALIDAD DEL SERVICIO
ÍNDICES ORIENTADOS A LA CARGA
ENERGÍA NO SUPLIDA AL SISTEMA
ENS
ENERGIA PROMEDIO NO SUPLIDA DEL SISTEMA
AENS
53
REDISEÑO DEL SISTEMA DE PROTECCIONES BASADO EN LA
CALIDAD DE SERVICIO

• El propósito de realizar un rediseño de este tipo
  es la disminución de las interrupciones, en su
  duración y frecuencia. El problema que se
  presenta al tener una configuración serie (si
  falla un componente del sistema entonces falla
  todo el sistema) puede ser resuelto por el uso de
  equipos de protección y seccionamiento.
• A continuación se exponen 4 modelos con los
  cuales se pretende mejorar los índices de calidad
  del servicio del sistema

54
REDISEÑO DEL SISTEMA DE PROTECCIONES BASADO EN LA
CALIDAD DE SERVICIO
CASO 2 REDISEÑO UTILIZANDO SECCIONADORES,
RECONECTADORES Y FUSIBLES EN LAS DERIVACIONES DE
LAS ALIMENTADORAS
CASO 1 REDISEÑO UTILIZANDO RECONECTADORES Y
FUSIBLES EN LAS DERIVACIONES DE LAS ALIMENTADORAS
55
REDISEÑO DEL SISTEMA DE PROTECCIONES BASADO EN LA
CALIDAD DE SERVICIO
CASO 4 REDISEÑO UTILIZANDO SECCIONADORES,
RECONECTADORES, FUSIBLES EN LAS DERIVACIONES DE
LAS ALIMENTADORAS Y EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE
CARGA CON RETORNO AUTOMATICO
CASO 3 REDISEÑO UTILIZANDO SECCIONADORES,
RECONECTADORES, FUSIBLES EN LAS DERIVACIONES DE
LAS ALIMENTADORAS Y EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE
CARGA CON RETORNO MANUAL
56
PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

• Para una mejor interpretación de los resultados
  que se obtienen se procede
• - Realizar un benchmark con una empresa modelo de
  similares características.
• - Comparación con los índices referenciales que
  constan en la regulación Argentina.

Para los índices del SAIFI, SAIDI, CAIDI su
análisis se lo realiza considerando lo expresado
en líneas superiores, mientras que para el
análisis de los demás índices se realiza un
estudio comparativo con los índices calculados
para el sistema actual (CASO BASE)
57
PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
TABLA 3.5 Índices de Confiabilidad
TABLA 3.6 Resultados obtenidos para el CASO BASE
58
ANÁLISIS DE RESULTADOS DESDE EL PUNTO DE VISTA DE
LA CONFIABILIDAD
59
ANÁLISIS DE RESULTADOS DESDE EL PUNTO DE VISTA DE
LA CONFIABILIDAD
60
ANÁLISIS DE RESULTADOS DESDE EL PUNTO DE VISTA DE
LA CONFIABILIDAD
61
ANÁLISIS DE RESULTADOS DESDE EL PUNTO DE VISTA DE
LA CONFIABILIDAD
62
ANÁLISIS DEL COSTO DE INVERSIONES PARA LA MEJORA
DE LA CONFIABILIDAD DEL SISTEMA

• El análisis costo-beneficio nos permite elegir la
  alternativa que resulte económicamente
  conveniente para la empresa. Este criterio nos
  permite cuantificar el nivel de beneficio que
  obtendrá la empresa.
• Los costos serán medidos a través de dos
  variables económicas
• - Costo de Interrupción total de la alimentadora.
• - Costo de interrupción por consumidor
• El beneficio será cuantificado a través de la
  mejora de la confiabilidad del sistema

63
ANÁLISIS DEL COSTO DE INVERSIONES PARA LA MEJORA
DE LA CONFIABILIDAD DEL SISTEMA

• El método Costo-Beneficio asocia un costo con la
  carga interrumpida (L) y la energía no suplida
  (E). Su formula es la siguiente

TABLA 3.8 Precios referenciales de los equipos
utilizados
TABLA 3.7 Parámetros para análisis
Costo-Beneficio
64
ANÁLISIS DEL COSTO DE INVERSIONES PARA LA MEJORA
DE LA CONFIABILIDAD DEL SISTEMA
65
ANÁLISIS DEL COSTO DE INVERSIONES PARA LA MEJORA
DE LA CONFIABILIDAD DEL SISTEMA
TABLA 3.9 Alternativa escogida para cada una de
las alimentadoras
66
CONCLUSIONES

• - El análisis de los diferentes casos propuestos
  muestra que se logra reducir los índices de
  confiabilidad hasta ubicarlos en el rango de los
  índices que constan en la regulación argentina y
  los señalados en la empresa modelo.
• - La alternativa escogida para el rediseño del
  sistema de distribución de la Subestación Salinas
  es adicionar fusibles y reconectadores a todas
  las alimentadoras a excepción del alimentador LAS
  DUNAS.

67
RECOMENDACIONES

• - Contar con una base de datos donde se registre
  los eventos causados por las interrupciones.
• - Mantenimientos preventivos
• - Control más estricto en lo que se refiere al
  registro de fallas para poder realizar una mejor
  clasificación y análisis de las interrupciones.

68
GRACIAS