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  • 7/22/2019 Elis Zerpa

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    UNIVERSIDAD DE LOS ANDESFACULTAD DE INGENIERA

    ESCUELA DE INGENIERA ELCTRICA

    IMPACTO EN EL SISTEMA DE TRANSMISIN A 115 KVDEBIDO AL CAMBIO DE LOS TRANSFORMADORES DE

    POTENCIA EN LA SUBESTACIN MRIDA I

    Br. Elis R. Zerpa E.

    Mrida, Marzo, 2013

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    UNIVERSIDAD DE LOS ANDESFACULTAD DE INGENIERA

    ESCUELA DE INGENIERA ELCTRICA

    IMPACTO EN EL SISTEMA DE TRANSMISIN A 115 KVDEBIDO AL CAMBIO DE LOS TRANSFORMADORES DE

    POTENCIA EN LA SUBESTACIN MRIDA ITrabajo de Grado presentado como requisito parcial para optar al Ttulo de Ingeniero

    Electricista.

    Br. Elis R. Zerpa E.

    Tutor(es): Prof. Jess Velazco

    Prof. Marisol Dvila

    Asesor: Ing. Nelson Paredes

    Mrida, Marzo, 2013

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    UNIVERSIDAD DE LOS ANDESFACULTAD DE INGENIERA

    ESCUELA DE INGENIERA ELCTRICA

    IMPACTO EN EL SISTEMA DE TRANSMISIN A 115 KV DEBIDO AL CAMBIODE LOS TRANSFORMADORES DE POTENCIA EN LA SUBESTACIN MRIDA I

    Br. Elis R. Zerpa E.

    Trabajo de Grado, presentado en cumplimiento parcial de los requisitos exigidos para optaral Ttulo de Ingeniero Electricista, aprobado en nombre de la Universidad de Los Andes por elsiguiente jurado:

    _______________________________ ______________________________

    Prof. Marisol Dvila Prof. Jos DuranC.I. 10.107.821 C.I. 16.445.070

    ______________________________

    Prof. Jess VelazcoC.I. 8.088.307

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    DEDICATORIA

    Dedicada a mis padres Dulce Mara y Joaqun Zerpa

    quienes con su apoyo y sacri f ici o han hecho

    posible cumplir esta meta

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    iv

    AGRADECIMIENTOS

    A Dios, por darme la fuerza en los momentos ms difciles de mi carrera.

    A mi Familia, que con su amor, apoyo y compresin me dieron las herramientas para seguir

    adelante.

    A mi novia, muchas gracias por tu ayuda constante, por comprenderme, por llenar mis das de

    alegra y darme animo en todo momento para seguir adelante.

    A CORPOELEC, por haberme dado la oportunidad de realizar las pasantas y la tesis, piezas

    fundamentales en la conclusin de mi pregrado.

    Al Ingeniero Nelson Paredes, por aceptar ser el tutor Industrial de mis pasantas y mi trabajo

    de grado, por ayudarme con su experiencia a solventar las dificultades que se presentaron en el

    desarrollo de la tesis, por su amistad, para Ud, muchas gracias.

    Al profesor Jess Velazco, por acceder a ser mi tutor acadmico, por brindarme su apoyo y

    conocimientos para realizar satisfactoriamente este trabajo de grado.

    A la profesora Marisol Dvila, por estar siempre dispuesta en ayudarme y apoyarme en los

    momentos difciles que se presentaron a lo largo del desarrollo del trabajo de grado.

    Y a todas aquellas personas que directa o indirectamente hicieron posible la realizacin de esta

    investigacin.

    A todos muchas gracias.

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    Elis R. Zerpa E. Impacto en el Sistema de Transmisin a 115 kV Debido al Cambio de losTransformadores de Potencia en la Subestacin Mrida I. Universidad de Los Andes.Tutor(es): Prof. Jess Velazco y Prof. Marisol Dvila. Marzo del 2013.

    RESUMEN

    En los sistemas de potencia, al producirse un cortocircuito se tiene un valor alto de corrienteque generan fuerzas de gran magnitud denominados esfuerzos electrodinmicos, as comotambin los esfuerzos trmicos, que pueden producir daos graves en la red. Este trabajo estenfocado en dos estudios, uno de ellos es preliminar y tiene como fin verificar las condicionesactuales de operacin de la subestacin Mrida I a partir de los esfuerzos electrodinmicos ytrmicos; as como de los perfiles de tensin y de cortocircuitos presentes en el sistema detransmisin del estado Mrida. De acuerdo a los resultados, se determino que bajo estascondiciones, la subestacin y el sistema de transmisin cumplen con las normas y parmetrosestablecidos por CADAFE. El otro estudio, pretende determinar el impacto que tendr lasustitucin de los transformadores de potencia en la subestacin Mrida I, as como en elsistema de transmisin. Segn los resultados, se constat que dicha subestacin se verafectada, debido al incremento en los requerimientos de corriente y de cortocircuitos. Por otra

    parte, se determin que el impacto de los nuevos transformadores sobre el sistema detransmisin de Mrida ser mnimo.

    Descriptores: flujos de carga, perfiles de tensin, sistema de transmisin, esfuerzoselectrodinmicos y esfuerzos trmicos, niveles de cortocircuito. .

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    NDICE GENERAL

    APROBACIN. iiDEDICATORIA... iii

    AGRADECIMIENTOS iv

    RESUMEN v

    INTRODUCCIN.... 1

    CAPTULO pp.

    1.PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA... 31.1 Antecedentes.. 3

    1.2 Justificacin... 4

    1.3 Objetivos 5

    1.3.1 General... 5

    1.3.2 Especficos. 5

    1.4 Limitaciones y Alcances 6

    1.5 Metodologa... 6

    2. EL SISTEMA ELCTRICO DE MRIDA... 82.1 Estructura del Sistema Elctrico Nacional 8

    2.2 Sistema Elctrico de Potencia Occidental. 9

    2.3 Sistema Elctrico del Estado Mrida. 10

    2.3.1 Subestaciones Radiales.. 11

    2.3.2 Subestaciones Nodales.. 12

    2.4 Descripcin de la Subestacin Mrida I. 13

    2.4.1 Resea Histrica 13

    2.4.2 Ubicacin Geogrfica 132.4.3 reas Servidas... 14

    2.4.4 Impacto.. 14

    2.4.5 Descripcin General.......... 15

    2.5 Equipos de Potencia de la Subestacin Mrida I.. 15

    2.5.1 Transformador de Potencia 15

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    2.5.2 Transformadores de Corriente y Transformadores de Potencial... 25

    2.5.3 Seccionadores 28

    2.5.4 Cuchilla Monopolares Tipo P y Tripolares Tipo TP. 28

    2.5.5 Interruptores de Potencia... 29

    2.5.6 Descargadores de Sobretensin. 30

    2.6 Anlisis de Flujo de Potencia........ 32

    2.6.1 Mtodo de Newton Raphson para el Anlisis de Flujos de Potencia. 32

    2.6.2 Control de Potencia Reactiva y Voltaje. 32

    2.7 Caractersticas del Programa Power Factory 14.0. 33

    2.7.1 Entorno de Power Factory 14.0.. 33

    3. CONDICIONES ACTUALES DE OPERACIN DE LA SUBESTACIN

    38MRIDA I Y DEL SISTEMA DE TRANSMISIN.3.1 Introduccin.. 38

    3.2 Esfuerzos Trmicos y Electrodinmicos en la Barra de 115 kV... 41

    3.2.1 Corriente Mxima sobre los Conductores de Lnea y del Prtico de 115 kV.. 41

    3.2.2 Seccin Trmica del Conductor.... 41

    3.2.3 Esfuerzo Dinmico.... 43

    3.3 Esfuerzos Trmicos y Electrodinmicos en la Barra de 13,8 kV.. 49

    3.3.1 Corriente Mxima y Corriente de Cortocircuito Requeridas para la Barra... 50

    3.3.2 Seccin Trmica.... 51

    3.3.3 Fuerza Ejercida sobre la Barra.. 52

    3.3.4 Frecuencia Mecnica. 55

    3.4 Verificacin de los Equipos de Medicin, Proteccin y Maniobra.. 56

    3.4.1 Descargadores de Sobretensin 56

    3.4.2 Verificacin de los Transformadores de Potencia. 61

    3.4.3 Clculos de las Corrientes de Cortocircuito para la Verificacin de Equipos... 62

    3.4.4 Verificacin de los Transformadores de Corriente 64

    3.4.5 Verificacin de los Transformadores de Tensin.. 67

    3.4.6 Verificacin de los Interruptores de Potencia 68

    3.4.7 Verificacin de los Seccionadores y Cuchillas. 713.5 Flujo de Potencia y Corrientes de Cortocircuito empleando el Software73Power Factory 14.0...

    3.5.1 Perfiles de Tensin del Sistema de Potencia de Mrida 73

    3.5.2 Parmetros de Cortocircuito del Sistema de Transmisin de Mrida .. 76

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    4. CONDICIONES FUTURAS DE OPERACIN DE LA SUBESTACIN

    79MRIDA I Y DEL SISTEMA DE TRANSMISIN4.1 Introduccin... 79

    4.2 Esfuerzos Electrodinmicos y Trmicos en la Barra de 115 kV.. 80

    4.2.1 Corriente Mxima Requerida para los Conductores de Lneas de Llegada80y del Prtico de 115 kV ...

    4.3 Esfuerzo Trmico y Dinmico en la Barra de 13,8 kV. 81

    4.3.1 Corriente Mxima Requerida ... 81

    4.3.2 Seccin Trmica... 82

    4.3.3 Fuerza Ejercida sobre la Barra.. 83

    4.3.4 Frecuencia Mecnica 83

    4.4 Verificacin de los equipos de Medicin, Proteccin Maniobra... 83

    4.4.1 Descargadores de Sobretensin. 83

    4.4.2 Verificacin de los Transformadores de Potencia. 84

    4.4.3 Calculo de las Corrientes de Cortocircuito para la Verificacin de Equipos. 85

    4.4.4 Verificacin de los Transformadores de Corriente 86

    4.4.5 Verificacin de los Transformadores de Tensin.. 86

    4.4.6 Verificacin de los Interruptores de Potencia 86

    4.4.7 Verificacin de los Seccionadores y Cuchillas.. 87

    4.5 Flujo de Potencia y Corriente de Cortocircuito empleando el Programa Power88Factory 14.0...

    4.5.1 Perfiles de Tensin del Sistema de Potencia de Mrida 88

    4.5.2 Parmetros de Cortocircuito del Sistema de Transmisin. 90

    CONCLUSIONES 93

    RECOMENDACIONES.. 95

    REFERENCIAS 96

    ANEXOS... 98

    GLOSARIO DE TRMINOS. 111

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    NDICE DE FIGURAS

    FIGURA pp.

    2.1 Subestaciones Radiales 112.2 Subestaciones Nodales.. 122.3 Sistema de Transmisin del Estado Mrida. 132.4 Transformadores de la Subestacin Mrida I 162.5 Circuito Equivalente de un Transformador... 182.6 Prueba para Determinaren un Transformador Conectado en Yd o Dy 202.7 Prueba para Determinar.. 202.8 Diagrama Aproximado del Transformador con o sin Tap. 23

    2.9 Modelo del Transformador con o sin Tap.. 252.10 Transformadores de Corriente y de Tensin del Prtico de 115 kV..... 252.11 Seccionadores de Apertura Central Disponibles la Subestacin Mrida I.... 282.12 Cuchilla Monopolar y Tripolar...... 292.13 Interruptor en Vacio y en SF6... 302.14 Disposicin