Curso de Etap 2011 v2

Curso de “Manejo del software para análisis de flujos de carga y corto circuito en sistemas eléctricos de potencia” IEEE Sección Ecuador Guayaquil Ecuador Guayaquil,

Instructor: Luis Ivan Ruiz Flores

Instructor: Ing. Ivan Ruiz E-mail:

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Julio 23, 2011

Objetivo del curso

Al término del curso, el asistente adquirirá l conocimientos los i i t yh habilidades bilid d suficientes fi i t para realizar análisis de flujos de carga y corto t circuito i it en SEP’ SEP’s con ttendencias d i a modernización

Instructor: Ing. Ivan Ruiz e-mail:

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¿Qué aprenderé en esta parte ? En el curso parte inicial aprenderé algunos conceptos básicos que utiliza el Power* Tools. Aprenderé a manejar el Etap (Principiante) Aprenderé el Modulo FC & SC Módulo Sc y Fc 

Librerías: o o o o

Agregar nuevos componentes Editar componentes existentes Elaboración del diagrama unifilar Interacción con el editor de componentes

Análisis de Cortocircuito: o o o o

Falla trifásica Falla a tierra Falla línea-línea Falla línea-línea-tierra

Análisis de Flujos de Carga: o o o

o Instructor: Ing. Ivan Ruiz e-mail:

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Caídas de voltaje Factor de potencia Regulación de tensión mediante cambiadores de derivaciones Compensación de reactivos

Contenido… 1-3

Contenido

Antecedentes Evolución en México de los esquemas eléctricos de los 70’s Problemas actuales en las industrias de gas, refinación y exploración

Conceptualización de los esquemas eléctricos Instalaciones Eléctricas Críticas Bus de sincronización Niveles de tensión Capacidad y potencia interruptiva Aislamiento de tecnología de punta

Normas eléctricas para los análisis Green Book Red Book IEEE/ANSI 141 Buff Book IEEE/ANSI 242 ANCE


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Contenido… 2-3 Esquema general de Etap Barra de herramientas de Etap)) Descripción teórico-práctica de las herramientas mas usuales Topología de la red

Menús de Etap Librerías ANSI / IEC Editor de equipos

Análisis de SEP’s Datos necesarios Análisis del sistema eléctrico actual

Criterios básicos para el análisis de SEP’s Caída í de tensión ó Corto circuito Flujo óptimo de reactivos Sobretensiones Aportación de acometida de CFE Instructor: Ing. Ivan Ruiz e-mail:

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Contenido… 3-3 Análisis de Flujos de Carga y Corto Circuito “Módulo Flujos y Icc Icc” Ejemplo de un Sistema de Potencia Básico

Interpretación de Resultados Comparación con las Normas aplicables Matriz de operación Reporte de análisis

Proyecto para cerrar sesión del taller “Modulo Modulo Flujos y Icc” Icc Ejemplo a desarrollar por el asistente

Comentarios Finales y entrega de la Constancia del curso Concl siones Conclusiones


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Evolución de los esquemas eléctricos Requerimiento típico en 1970 Capacidad instalada de 25 MW con 12.5 MW de carga 3 x 5 MW + 1 x 10 MW @ 4.16 4 16 kV

Refinería Aztcapotzalco


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Problemas actuales en refinerías…

G1

G2

Refinerías modernas 19771977-79 Salina Cruz Tula Cadereyta – Capacidad instalada – 50 MW @ 13.8 kV – 25 MW de carga

2 X 25 MW @ 13.8 kV, doble barra, tableros de 500 MVA Instructor: Ing. Ivan Ruiz e-mail:

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Ejemplo: SEP típico de una refinería CFE 230 KV

CFE 115 KV

115 KV

22.4 MVA

22.4 MVA

26 MVA

44 MVA

13.8 KV

TG1 25 MW

TG3 32 MW

TG2 25 MW

TG4 32 MW

13.8 KV

M

M

M

M

HDR


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M

Problemas actuales en CPG’s Ejemplo: CPG Nuevo Pemex 



Potencia instalada de 100 MW Demanda de 45 MW

Ha permanecido constante desde su puesta en servicio


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Ejemplo: SEP típico de un CPG RED PÚBLICA

115 kV

20 MVA TG-1 TG 1 32 MVA

TG-2 TG 2 32 MVA

TG-3 TG 3 40 MVA

20 MVA

TG-4 TG 4 40 MVA 13.8 kV

13 8 kV 13.8


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TDP 1 13.8 TDP-1 13 8 kV

TDP 2 TDP-2

RX-1

RX-2

13 8 kV 13.8

TDP 3 TDP-3

RX-3

13 8 kV 13.8

TDP 4 TDP-4

RX-4

TDP 5 TDP-5

Antecedentes 1.

Existen equipos obsoletos que datan de los años 50’s, 60’s y 70’s:  



2.

Diseños deficientes de los actuales sistemas provocan:   

3.

Caídas de Voltaje Reducción de capacidad de potencia de circuitos principales Exposición a sobretensiones internas y atmosféricas

Se estiman pérdidas de producción en la Industria por $ ¿?’¿¿¿,???.00 en el período 1999 – 2000 por fallas en equipos eléctricos é críticos. í


N existe No i t refaccionamiento f i i t en ell mercado d Operan con notables desventajas tecnológicas contra otros equipos modernos, en especial con CFE (sensibilidad y velocidad). ) Aislamientos y mecanismos envejecidos provocan fallas.

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Sistema eléctrico de potencia Alta Tensión

Media Tensión

Productos y sistemas para transmisión de energía >52 kV en AC y DC diseño

Interruptores y contactores, distribución primaria, secundaria hasta 52 kV

Transformadores Transformadores de poder, de distribución (en aceite o tipo GEAFOL), reactor coils

Control de sistemas de poder C

Medición

Sistemas de control para energía, gas, centrales combinadas de agua y de calefacción, distribución y subestaciones de Empresas eléctricas

Electricidad, sistemas de monitoreo, servicios en general

Protección & Sistemas de control para subestaciones Protección, control de subestaciones, sistemas de calidad de poder Instructor: Ing. Ivan Ruiz e-mail:

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Instalaciones eléctricas críticas Instalaciones Eléctricas Críticas. Críticas. Son aquellas que soportan la capacidad general de energía de la industria industria;; entre estas se encuentran encuentran:: • Subestación de Generación (13. 13.8 KV) • Subestación de enlace con SEN (115/ 115/13. 13.8 KV) • Circuitos principales (13. 13.8 kV kV))


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Contribución de CFE en Isc Acometida de SEN Contribución en MVA en Isc 3 ・: I = kVA/ [・3 * kV] Ej Ejemplo: Ejemplo l : Contribución de CFE línea de 230 kV 26 kA ≈ ?,??? MVA


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Contribución (kV)

Exportación

115 kV

?

230 kV

?

400 kV

?

Instalaciones eléctricas críticas Subestación de generación eléctrica [13.8 kV] TG instalado en 70’s

TG instalado en 00’s Instructor: Ing. Ivan Ruiz e-mail:

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Instalaciones eléctricas críticas Subestación de enlace con SEN [115/13.8 kV kV]]

Subestación en 115/13.8 kV [ANTES ≈ 90’s] Subestación en 115/13.8 kV [DESPUÉS ≈ 00’s] Instructor: Ing. Ivan Ruiz e-mail:

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Instalaciones eléctricas críticas Circuitos principales de distribución [13.8 kV]

70’s

90’s


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00’s

Bus de sincronización CFE

TG--I TG

TG--2 TG BS--I BS

TD TD--1

Se adopta el esquema de bus de sincronización y se interconecta a la SEN


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MW

TD TD--2

MW

Niveles de tensión

G 23/34.5/69/115 kV


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VOLTAJE (kV)

POTENCIA (MW)

4 16 4.16

25

13.8

70

23

85

34.5

120

69

240

115

380

Carga en MW de un SEP típico En Refinerías (6 en el país) Típico p de 100 MW en 13.8 kV En CPG’s (8 en el país) Típico de 55 MW En Plataformas ( > 15 en el país) Típico de 20 MW

SEP típico Generación de 300 MW @ 230 kV y 400 kV SEP típico Generación de 50 MW @ 83 kV Instructor: Ing. Ivan Ruiz e-mail:

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Capacidad y potencia interruptiva Nivel de corto circuito superior a los 750 MVA en los tableros de distribución


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kV

kA

6

???

13.8 kV

???

35 kV

31.5

115 kV

31.5

Circuitos de fuerza Circuitos de fuerza en 13.8 kV

En charolas


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En ductos

Calibre

A (100%)

A (60%)

350 kCM

500

350

500 kCM

600

400

750 kCM

800

600

Aislamiento de acometidas En aire Al intemperie Expuesto a ambientes salinos Mantenimiento bi bianual l Seguridad dependiente al clima En aire


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Aislamiento de acometidas De tecnología de punta Espacio mínimo Independencia del ambiente Largo periodo sin mantenimiento t i i t Mayor confiabilidad y seguridad Aislamiento en SF6


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Green Book 

Estandar 142 “Norma para aterrizamiento de SEP’s”

Red Book 

Estandar 141 de “Recomendaciones Prácticas en Sistemas de Distribución Eléctrica para Plantas Industriales”

B ff B k Buff Book 

Estandar 242 “????”

ANCE 


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Normas NMX para instalaciones eléctricas en México


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Introducción Ambiente de trabajo 

Etap V7.5 opera bajo el ambiente Windows 95, 98, 2000, NT XP NT, XP, Vista Vista, Seven Seven.



Podemos identificar nuestra herramienta de trabajo (Etap V 7 5) en el ambiente de Windows 7.5), Windo s por medio del icono (símbolo) de Etap 7.5


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Iniciar PTW Dar clic en: Botón Inicio/Programas/Etap7.5/Etap 7.5 –enter-


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Ejecución de Etap Ejecutando Etap V 7.5  Al iniciar nuestro ambiente de trabajo en Etap tiene barras de menús, barra estandar y barras de formato.


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Ejecución de un nuevo proyecto Conociendo el ambiente de Etap [ New ]  

 

Permite iniciar un nuevo proyecto. Permite elegir uno de los ambientes de trabajo que presenta. Escribir el nombre en el fichero Colocar datos de la persona

Al elegir cualquier opción se obtiene la posibilidad de dar de alta cualquier p q proyecto. En ese momento, los elementos (símbolos) de la barra principal de la ventana se activan.


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Nuevo proyecto N Revisión

Presentación Configuración

Editor del proyecto

Diagrama unifilar

Barra de herramientas


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Barras de herramientas B Revisión

Presentación Configuración

Casos de estudio Editor de casos de estudio


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Concepto de proyecto


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Concepto de proyecto


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Abrir un nuevo proyecto Open 

Cuando se utilice esta opción se entiende que ya existen proyectos t en lla b base de d datos. d t P Podremos d elegir l i d de la l li lista t de d proyectos, el proyecto con el que se trabajará.


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Iconos de comandos


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Pantalla de Etap v7.5


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Componentes eléctricos


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Componentes eléctricos


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Conexión de componentes Es importante observar que los estudios en estado d estable y dinámico d á d un sistema eléctrico de é requieren la definición de impedancia entre los puntos señalados en el sistema de energía. Tradicionalmente, ad c o a e te, estos pu puntos tos se señalados a ados se llaman "Buses" y los componentes de la impedancia que conectan los buses son llamados “Ramas” o "Ramificaciones". "Ramificaciones"


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Conexión de componentes p Por otro lado, cada final de una impedancia o ciertas impedancias pueden ser ignoradas (por ejemplo los relevadores, interruptores, etc.) y puede ser conectadas en serie con los dispositivos de la impedancia sin afectar las conexiones de ésta. Algunos ejemplos ayudarán a ilustrar las conexiones permisibles en SKM: · En SKM no se pueden poner dos componentes de impedancia en serie i sin i un “Bus” “B ” o nodo d de d “Buses” “B ” de d interconexión. i t ió Cuando C d se refiere a componentes de impedancia, se habla de los cables,

transformadores de 2 y 3 devanados, líneas de transmisión, impedancias pi, pi motores, motores generadores y las cargas. cargas Si se desea conectar dos componentes de impedancia en serie, SKM insertará automáticamente un “Bus” o “nodo de Bus”.


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Conexión de componentes


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Conexión de dos buses Para conectar dos Buses cualquiera se debe utilizar por lo menos la impedancia de un dispositivo cualquiera. Esto significa que no se pueden conectar dos Buses con solamente l un dispositivo di i i protector (tal ( l como un fusible f ibl o un interruptor). Una vez que se tenga un dispositivo de impedancia en la conexión, se pueden insertar múltiples dispositivos de protección en la conexión.


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Conexión de dos buses


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Simulación de un interruptor de enlace Para simular un interruptor de enlace, se debe utilizar un dispositivo de impedancia tal como un cable o un componente de impedancia equivalente pi. El equivalente de pii generalmente l trabaja b j mejor: j


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Formación de la red Formar la red con equipos eléctricos


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Formación de la red


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Formación de la red


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Ejercicio de Formación de la red


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Menú/Project/Options


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Grupo de opciones Options Group: te permite aplicar algunas características al para realizar el estudio one line p


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Datos necesarios para realizar la simulación Acometida de red pública 

Isc 3, Isc 1 , kV, X/R, etc.

Generadores: 

X”, X´, X, X/R, Capacidad, FP servicio, Polos, etc.

Transformadores: 

Z%, X/R, Capacidad, Enfriamiento, R, kV, etc.

Buses: 

kV

Cables: 

C id d Calibre, C lib c/f, /f L it d Ni d aislamiento il i t Capacidad, Longitud, Nivell de

Reactores: 

X

Motores ó cargas: 

kW, KVA, kV, FP servicio, etc.

Bancos de capacitores: 

Farads, kVAR’s

Entre otros. Instructor: Ing. Ivan Ruiz e-mail:

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Es importante que tengas el diagrama unifilar mas reciente posible y que contenga características de la mayoría de los equipos. También hay que validarlos en campo


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Proyecto para cerrar sesión del taller CFE    

      









TD 5

TD 6

 

 

TD 1

 

TD 2

 

Carga: 55 MW

Carga: 45 MW

SISTEMA TERMO 2

SISTEMA TERMO 1



TD 3

 

Los sistemas eléctricos se diseñaron para operar aislados Instructor: Ing. Ivan Ruiz e-mail:

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TD 4

 

Matriz de operación

3a. Etapa 2 TG’s, TG3, TG4 y SEN [off]

5 TG’s y SEN en op.

2 TG’s, y SEN [off]

FUENTE

Actual

SEN

1

1

1

1

1

0

0

1

0

TG1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

TG2

1

1

0

0

0

1

1

1

0

271-JM

1

1

0

1

0

1

0

1

0

TG3 [Nuevo]

0

1

1

1

1

1

1

1

0

TG4 [Nuevo]

0

0

1

1

1

0

1

1

1


3 TG TG’s s

3 TG’s, TG3 y SEN [off]

1a. Etap a

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2a. p Etapa

4 TG TG’s s

Alternativas y solución de propuestas En gran medida la flexibilidad, la confiabilidad y la seguridad del SEP, es en resumen lo que debemos proponer como alternativa al realizar la ingeniería conceptual; tanto para la energía eléctrica como para el mejor aprovechamiento de vapor de la refinería. Es contundente romper el paradigma de la resistencia a la integración de equipos eléctricos nuevos en el SEP actual con los mínimos cambios, ya que el mejorar el esquema trae consigo una serie de inversiones que en gran medida repercuten en la decisión del usuario


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Nota importante:

Gran parte de la interpretación depende de t formación tu f ió como IIngeniero i Eléctrico, Elé t i la l experiencia en las instalaciones de la R fi í y ell di Refinería diagnostico ti d dell sistema it es ell correcto siempre y cuando venga respaldado ld d por Normas N y un reporte t técnico. Instructor: Ing. Ivan Ruiz e-mail:

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Fin de la s có presentación

GRACIAS POR SU ATENCIÓN… Ing. Luis Ivan Ruiz Flores [email protected]

Roberto Analco (Support) ([email protected] Hugo C H Castro t (Manager) (M ) [email protected] Instructor: Ing. Ivan Ruiz e-mail:

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