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: _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________

_____________________________ Firma del presidente del jurado

_____________________________ Firma del jurado

_____________________________ 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

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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

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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.

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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.

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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.

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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.

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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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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].

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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 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

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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