SISTEMA EQUIVALENTE EN BARRA “SAN GREGORIO- PORTOVIEJO” AL 202 5
SERGIO OMAR MENDOZA ECHEVERRIA ROBERT ROSENDO ROCAFUERTE ALVARADO JOEL EFREN VERA CATUTE
ING. JOSE LAYANA CHANCAY
ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL
OBJETIVOS .................................................................................................... ..................................................................................................................................... ................................. 3 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. 4 SISTEMA EQUIVALENTE ACTUAL (2015) EN 230 2 30 KV ...................................................................... ...................................................................... 6 LINEAS DE TRANSMISIÓN ......................................................................... .......................................................................................................... ................................. 6 GENERACIÓN EQUIVALENTE POR BARRA ................................................................................. 7 CARGA EQUIVALENTE POR BARRA ........................................................... .......................................................................................... ............................... 10 GENERADORES EQUIVALENTES POR BARRA ..................................................................... ........................................................................... ...... 11 TRANSFORMADORES EQUIVALENTES POR BARRA ................................................................. 12 OPERACIÓN ACTUAL DEL SISTEMA ......................................................................................... 14 VOLTAJES EN LAS BARRAS DE 230 KV K V ................................................................................. ................................................................................. 14 VOLTAJES EN LAS BARRAS DE 69 KV ............................................................... ................................................................................... .................... 15 CARGA EQUIVALENTE............................................................... .......................................................................................................... ........................................... 16 GENERACION EQUIVALENTE ............................................................................................... ............................................................................................... 17 MODELO DEL SISTEMA DE POTENCIA PARA FALLAS TRIFÁSICAS ........................................... 18 FORMACIÓN DE LA MATRIZ IMPEDANCIA .......................................................................... .......................................................................... 18 CONCLUCIONES ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... 26
1 SISTEMAS DE POTENCIA II
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Ilustración 1. Conexión de las 13 barras a 230KV ....................................... 5 Ilustración 2.Matriz Impedancia ............................................................... 19 Ilustración 3.Flujo de carga del Sistema nacional interconectado a nivel de voltaje (utilizando el software Power World) ....................................... .... 24 Ilustración 4.Diagrama esquemático del sistema nacional interconectado a nivel de voltaje de 230KV ......................................................................... 25
Tabla 1.Barras a nivel de tensión de 230KV ................................................ 5 Tabla 2.Datos de las líneas de transmisión del sistema nacional interconectado ........................................................................................... 6 Tabla 3.Datos de la generación del sistema nacional interconectado ........ 9 Tabla 4.Datos de la carga del sistema nacional interconectado................ 10 Tabla 5.Datos de los generadores por barra ............................................. 11 Tabla 6.Datos de los transformadores por barra ................................ ...... 13 Tabla 7.Datos de los voltajes de las barras de 230 KV .............................. 14 Tabla 8.Datos de los voltajes en las barras de 69 KV ................................ 15 Tabla 9.Datos de la carga equivalente ...................................................... 16 Tabla 10.Datos de la generación en las barras de 69 KV ........................... 17 Tabla 11.Simulaciones de MULTISIM ............ ¡Error! Marcador no definido. Tabla 12.Voltajes en las barras cuando ocurre la falla en la barra San Gregorio ................................................................................................... 21 Tabla 13.Corriente de barra a barra cuando ocurre una falla en la barra San Gregorio ............................................................................................ 23
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Realizar un estudio a futuro de una red equivalente del sistema nacional interconectado de 18 barras a un nivel de tensión de 230 KV para el año 2025. Obtener datos en cuanto a las líneas de transmisión, generación y carga total por barra, y subestaciones. Realizar el análisis de falla en una de las barras del sistema de potencia equivalente. Barra San Gregorio(Portoviejo) Calcular la corriente de falla y voltajes presentes en las 12 barras restantes. Calcular las corrientes presentes en las líneas de transmisión cuando se presenta la falla. Usar herramientas virtuales para simular las fallas, el estado de operación del sistema, y determinar los parámetros del sistema.
3 SISTEMAS DE POTENCIA II
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El sistema Nacional Interconectado equivalente actual (2015) cuenta con un total de 13 barras a un nivel de tensión de 230 KV. Se realizara el análisis de la proyección del SNI al 2025. Según el plan estratégico de expansión de las líneas de transmisión del Ecuador se implementaran líneas a un nivel de tensión de 500 KV. Se considerarán las barras de Coca-Codo, El Inga, Chorrillo, Sopladora, Machala 500, a un nivel de tensión de 500 KV. No
BARRA
Nivel de voltaje (KV)
1
San Gregorio(Portoviejo.)
230
2
Esmeraldas
230
3
Santo Domingo
230
4
Santa Elena
230
5
Santa Rosa
230
6
Quevedo
230
7
Milagro
230
8
Pascuales
230
9
Machala
230
10
Tulcán
230
11
Totoras
230
12
Molino(Paute)
230
13
Loja
230
14
Coca-Codo
500
15
El Inga
500
16
Chorrillo
500
17
Sopladora
500
18
Zamora
500
19
Machala 500
500
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Tabla 1.Barras a nivel de tensión de 230 KV y 500 KV
Ilustración 1. Conexión de las 13 barras a 230KV
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No
NOMBRE
#
TIPO DE Long. Vnom R + CONDUCTOR Km KV Ohm
R+ p.u
X+ Ohm
X+ p.u
1 L/T San Gregorio-Quevedo
1
1113 MCM
110
230
3,15
0,0059546
25,3
0,0478260
2 L/T Quevedo-Sant. Domingo
2
1113 MCM
104
230
3,05
0,0057655
24,6
0,0465028
3 L/T Sant. Domingo-Esmeraldas
2
397.5 KCM
154,8
230
6,75
0,0127599
12,54
0,0237051
4 L/T Sant. Domingo-Santa Rosa
2
1113 MCM
78,3
230
2,35
0,0044423
19,2
0,0362948
5 L/T Santa Rosa-Tulcán
1
1200 ACAR
199,5
230
15,45
0,0292060
63,45
0,1199432
6 L/T Santa Rosa-Totoras
2
1113 MCM
110
230
3,25
0,0061436
27
0,0510396
7 L/T Totoras-Molino(Paute)
1
1113 MCM
200,2
230
11,9
0,0224952
98,2
0,1856333
8 L/T Molino(Paute)-Loja
2
397.5 KCM
202,1
230
16,3
0,0308128
50,7
0,0958412
9 L/T Molino(Paute)-Milagro
2
1113 MCM
135,7
230
4,05
0,0076559
32,7
0,0618147
10 L/T Milagro-Machala
2
397.5 KCM
133,7
230
5,87
0,0110964
10,92
0,0206427
11 L/T Milagro-Pascuales
2
1113 MCM
52,7
230
0,775
0,0014650
6,22
0,01175803
12 L/T Pascuales-Sant.Elena
1
397.5 KCM
105,6
230
3,52
0,0066540
6,56
0,01240075
13 L/T Pascuales-Quevedo
2
1113 MCM
145,3
230
4,3
0,0040643
14 L/T Coca Codo - El Inga
2
750 ACAR
125
500
1,875
0,00075
15 L/T El Inga- Chorrillo
1
750 ACAR
300
500
9
0,0036
105
0,042
16 L/T Chorrillo - Sopladora L/T Sopladora - Zamora 17 Santiago L/T Zamora Santiago - Machala 18 500
2
750 ACAR
180
500
2,7
0,00108
31,5
0,0126
20
500
0,3
0,00012
3,5
200
500
3
0,0012
35
2 2
750 ACAR 750 ACAR
34,35 0,06493383 21,875 0,00875
0,0014 0,014
Tabla 2.Datos de las líneas de transmisión del sistema nacional interconectado
Según el plan de expansión de transmisión se implementarán nuevas líneas:
Línea San Gregorio-Quevedo de doble circuito a 230 KV Línea de transmisión Milagro-Macha a un nivel de tensión de 230 KV, longitud de 135 Km, dos conductores por fase, tipo de conducto 750 ACAR. Línea de transmisión Milagro-Pascuales, en teoría la línea será construida de Milagro- Las Esclusas, pero se toma en cuenta la barra Pascuales contiene a Las Esclusas, nivel de voltaje de 230 Kv. Línea de transmisión Pascuales-Santa Elena a un nivel de 230 KV. 6
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Línea de transmisión Esmeraldas- Santo domingo a 230 KV, longitud de 155 Km, doble circuito. Línea de transmisión Coca-Codo a El Inga a un nivel de tensión de 500KV, esta línea consta de doble circuito, con conductores de tipo 750 ACAR, tiene una longitud de 125 Km. Línea de transmisión El Inga-Chorrillo a 500 KV, consta de un circuito, con conductor tipo 750 ACAR. Línea de transmisión Chorrillo-Sopladora a 500 KV, consta de doble circuito. Línea de transmisión Sopladora-Zamora Santiago a 500 KV, consta de doble circuito, con conductores pito 750 ACAR. Línea de transmisión Zamora Santiago-Machala 500, a un nivel de tensión de 500 KV.
En la tabla 2 se muestran con detalles las líneas de transmisión.
DATOS DE LA GENERACIÓN DEL SISTEMA NACIONAL INTERCONECTADO No
BARRA
1
San GregorioPortoviejo
2
Esmeraldas
3
Santo Domingo
4
Santa Elena
5
Santa Rosa
6
Quevedo
Central C.T Jaramijo C.H M Laniado C.T Miraflores C.T Manta 2 Otras. C.T Esmeraldas C.T Esmeraldas II Hidrolitoral BaBa C.H Manduriacu C.H Toachi Pilatón C.T Santa Elena 3 C.T Santa Elena 2 Otras. C.T Santa Rosa C.H Guangopolo EEQSA C.H Guangopolo II C.H Chespí C.H Villadora C.H Quijos Energy INT C.H BABA
P( MW) 140 213 40 20 200 132 144 42 60 228 40 90 100 51 30 144 50 167 270 100 100 42
P total( MW)
Fp
S (MVA)
613
0,9
681,11
276
0,9
306,67
330
0,9
366,67
230
0,9
255,56
812
0,9
902,22
167,5
0,9
186,11
7 SISTEMAS DE POTENCIA II
GRUPO 8
ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL C.H Calope C.H La Esperanza
7
Milagro
8
Pascuales
9
Machala
10
Pasto-Tulcán
11
Totoras
12
Molino(Paute)
13
Loja
C.H Cibimbe C.B San Carlos C.B Ecudos C.B Ecoelectric C.T García Electroquil Genecoca CT. G. Zevallo Victoria II Trinitaria CT. A Tinajero CT. A Santos Termoguayas Termogas Machala Termogas Machala 2 C.H Minas de San Francisco C.H La Unión C.T San Miguel C.T Ambi Interconexion-Colombia C.H Illuchi I C.H Illuchi II C.H Pucara C.H Jivino EE.Riobamba C.H San Francisco C.H Agoyán C.H Pisayambo Otras. Hidro-Paute Mazar C. H Ocaña C.H Sopladora C.H Elec Caustro C.T Elec Caustro C.H Abanico C.H EER. Sur C.T EER. Sur C.H Villonaco Interconexion-Perú C.H Delsitanisagua
16,5 9 15 35 29,8 36,5 92 192 34,3 166 150 133 81,5 120 150 130 120 273 80 3 8 300 4.2 7 70 40 15,3 212 156 70 200 1100 160 26 487 38,4 22,6 37,5 2,4 14,1 16,5 100 115
116,3
0,9
129,22
1118,8
0,9
1243,11
603
0,9
670
311
0,9
345,55
774,5
0,9
860,56
1773
0,9
1970
346,5
0,9
385
8 SISTEMAS DE POTENCIA II
GRUPO 8
ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL 14
15
Coca-Codo
C.H Coca-Codo Sinclair
1500
Zamora
C.H Z.San Juan Bosco C.H Z. Salto 1 C.H Z.Salto 2 C.H Z.Salto 3 Otras.
1028 924 917 1015 1116 TOTAL:
1500
0,9
1666,67
5000
0,9
5555,56
13967,4
0,9
15519,33
Tabla 3.Datos de la generación del sistema nacional interconectado
En la Tabla 3 se presentan los datos en cuanto de la generación del sistema equivalente por cada barra presente. Según Plan de expansión de Generación del Ecuador para el 2025 se estima que entren en operación las siguientes centrales más importantes:
Barra Esmeraldas: Central Térmica Esmeraldas II con una potencia de 144MW. barra Santo Domingo: Central Hidroeléctrica Toachi-Pilatón con una potencia de 228 MW. Barra Santa Rosa: Central Hidroeléctrica Guangopolo II (50 MW), Chespí (167 MW), Villadora (270 MW ), Quijos (100 MW ). Barra Quevedo: Central Hidroeléctrica BABA (42 MW), Calope (16,5 MW), La Esperanza (9 MW). Barra Machala: Central Hidroeléctrica Minas de San Francisco (273 MW), C.H La Unión (80 MW). Barra Molino: C.H Ocaña (26 MW), C.H Sopladora (487 MW). Barra Loja: C.H Desiltanisagua (115 MW). Barra Coca-Codo: C.H Coca Codo Sinclair (1500 MW) Barra Zamora: C.H Sam Juan Bosco (1028 MW), C.H Z.Salto 1 (924 MW), C.H Z. Salto2 (917MW), C.H Z. Salto 3 (1015 MW)
Según los datos, se observa que la mayor potencia generada es de 5000 MW correspondiente a la barra Zamora, potencia que es aportada por la central Zamora-Santiago. La potencia activa total instalada es de 13967,4 MW. 9 SISTEMAS DE POTENCIA II
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El factor de potencia será de 0,9 con lo cual se muestra la potencia en MVA total por barras. La Potencia total generada es de 15519,33 MVA.
DATOS DE LA CARGA DEL SISTEMA NACIONAL INTERCONECTADO
No
BARRA
Empresa Distribuidora
CARGA (MW)2015
Carga Total (MW) 2015
Carga Total (MW) 2025
Fp
Carga MVAR
S (MVA) 2025
CNEL-Manabí
385,1
385,1
997,4
0,95 327,74
1049,89
2
San Gregorio(Portoviejo) Esmeraldas
CNEL-Esmeraldas
100,3
100,3
259,8
0,95
85,37
273,47
3
Santo Domingo
CNEL-S.Domingo
103,5
103,5
268,1
0,95
88,09
282,21
4
Santa Elena
CNEL- S.Elena
102,9
102,9
266,5
0,95
87,56
280,53
5
Santa Rosa
EEGSA
885,6
885,6
2293,7
0,95 753,69
2414,42
6
Quevedo
CNEL-Los Rios
78,9
78,9
204,4
0,95
67,16
215,16
7
Milagro
CNEL-Milagro
138,6
CNEL-Guayas Rios
228,1
366,7
949,8
0,95 312,09
999,79
8
Pascuales
CNEL-Guayaquil
1083,1
CNEL-Guayas Rios
114,1
1197,2
3100,8
0,95 1018,89
3264
9
Machala
CNEL-El Oro
151,3
151,3
391,9
0,95 128,77
412,53
10
Tulcán
EMELNORTE
111,2
111,2
288
0,95
94,63
303,16
E.E Ambato
154,5
CNEL-Bolivar
16,2
EE. Riobamba
67
447,4
1158,8
0,95 380,77
1219,79
CNEL-Sucumbios
121,1
ELEPCOSA
88,6
Azogues
154,5
Molino(Paute) 335,9 interconectado 870 0,95 285,87 Tabla 4.Datos de la carga del sistema nacional
915,79
1
11
12 13
Totoras
EER-Centro Sur
181,4
E.E. Sur
63,7
Loja
TOTAL:
4329,7
63,7
165
0,95
54,22
173,68
11229,94 0,95 3691,1 11820,99
Para el equivalente total de carga por barra se procedió a establecer los datos de las cargas proporcionadas por las empresas distribuidoras al 2015, y se estableció una tasa de crecimiento del 10% anual, en la Tabla 4 se observa en detalle los datos de la carga proyecta al 2025. La potencia 10 SISTEMAS DE POTENCIA II
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activa total al 2025 será de 11229,94 MW además se considera que el factor de potencia de la carga es de 0,95 por lo tanto la Potencia Aparente S=11820,99 MVA. La mayor concentración de carga se encuentra en la Barra Pascuales con un total de 3100,8 MW cuyos datos se obtuvieron de las empresas de distribución CNEL-Guayaquil y CNEL-Guayas Ríos. La Barra que presenta menor Carga es la Barra Loja con un total de 165 MW, cuya empresa distribuidora es E.E. Sur.
DATOS DE LOS GENERADORES POR BARRA
No
NOMBRE
V Capacidad nominal Fp MW KV
V base=230 KV Capacidad MVA
X+ p.u
S base=100 MVA X+ (p.u)
L + (p.u)
1
San Gregorio(Port.)
69
613
0,9
681,11
0,1
0,014681916
3,8945E-05
2
Esmeraldas
69
276
0,9
306,67
0,1
0,032608341
8,64963E-05
3
Santo Domingo
69
330
0,9
366,67
0,1
0,027272479
7,23425E-05
4
Santa Elena
69
230
0,9
255,56
0,1
0,039129754
0,000103795
5
Santa Rosa
69
812
0,9
902,22
0,1
0,011083771
2,94006E-05
6
Quevedo
69
167,5
0,9
186,11
0,1
0,053731664
0,000142528
7
Milagro
69
116,3
0,9
129,22
0,1
0,077387401
0,000205276
8
Pascuales
69
1118,8
0,9
1243,11
0,1
0,00804434
2,13383E-05
9
Machala
69
603
0,9
670
0,1
0,014925373
3,95908E-05
10
Tulcán
69
311
0,9
345,55
0,1
0,028939372
7,67641E-05
11
Totoras
69
774,5
0,9
860,56
0,1
0,01162034
3,08239E-05
12
Molino(Paute)
69
1773
0,9
1970
0,1
0,005076142
1,34649E-05
13
Loja
69 346,5 de0,9 385 0,1 por 0,025974026 Tabla 5.Datos los generadores barra
6,88982E-05
14
Coca-Codo
500
1500
0,9
1666,67
0,12 0,007199986
1,90986E-05
15
Zamora-Santiago
500
5000
0,9
5555,56
0,12 0,002159998
5,72957E-06
Según el Plan de Expansión de la Generación se estima que para el 2025 se encuentren operando las centrales antes mencionadas por lo cual el valor de la generación equivalente por barra cambiara en ciertos puntos de los cuales se puede destacar lo siguiente:
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La generación en San Gregorio, Esmeraldas, Santo Domingo, Santa Rosa aumentará por lo tanto su reactancia disminuirá, ya que seguimos considerando un Vb=230 KV y Sb=100MVA. Se considera un generador equivalente en la barra Coca-Codo de una potencia de 1500 MW, 500 KV, con factor de potencia de 0,9 y reactancia del 12%. Se considera un generador equivalente en la barra Zamora con una potencia máxima de 5000 MW, a un nivel de tensión de 500 KV, factor de potencia 0,9 y reactancia del 12%.
Para fines de cálculos del sistema de potencia se llevaron las reactancias de los generadores a una base con: Vb=230 KV y Sb=100MVA tal como se muestra, además se calcularon las inductancias en por unidad de las mismas. Los datos en detalle de los generadores tales como Voltaje nominal, Capacidad, reactancias se presentan en la Tabla 5.
DATOS DE LOS TRANSFORMADORES POR BARRA
No
NOMBRE
1 San Gregorio 2 Esmeraldas 3 Santo Domingo 4 Santa Elena 5 Santa Rosa 6 Quevedo 7 Milagro 8 Pascuales 9 Machala 10 Tulcán 11 Totoras 12 Molino(Paute) 13 Loja 14 El Inga-Santa Rosa 15 Chorrillo-Pascuales 16 Sopladora-Molino 17 Machala 500-
Tipo Gen. Gen. Gen. Gen. Gen. Gen. Gen. Gen. Gen. Gen. Gen. Gen. Gen. Trans. Trans. Trans. Trans.
V.nominal V.nominal Primario Secundario KV KV 69 69 69 69 69 69 69 69 69 69 69 69 69 500 500 500 500
230 230 230 230 230 230 230 230 230 230 230 230 230 230 230 230 230
CAP. MVA
X p.u
681,11 306,67 366,67 255,56 902,22 186,11 129,22 1243,11 670 345,55 860,56 1970 385 1800 2250 450 900
0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,08 0,08 0,08 0,08
V base=230 KV S base=100 MVA X+ (p.u) L + (p.u) 0,014681916 3,8945E-05 0,032608341 8,64963E-05 0,027272479 7,23425E-05 0,039129754 0,000103795 0,011083771 2,94006E-05 0,053731664 0,000142528 0,077387401 0,000205276 0,00804434 2,13383E-05 0,014925373 3,95908E-05 0,028939372 7,67641E-05 0,01162034 3,08239E-05 0,005076142 1,34649E-05 0,025974026 6,88982E-05 0,004444444 1,17893E-05 0,003555556 9,4314E-06 0,017777778 4,7157E-05 0,008888889 2,35785E-05 12
SISTEMAS DE POTENCIA II
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Tabla 6.Datos de los transformadores por barra
Debido a la Expansión de la generación y transmisión se tiene la necesidad de construir subestaciones, además de las existentes actualmente (2015) se estima que para el 2025 se encuentre funcionando varias subestaciones alrededor de todo el país. Para este análisis se va a considerar una implementación de cuatro transformadores tal como se detalla:
Transformador para la transmisión ubicado entre las barras El IngaSanta Rosa de 500/230 KV con una capacidad de 1800 MVA y una reactancia del 8%. Transformador para la transmisión conectado entre las barras Chorrillo-Pascuales de 500/230 KV, con una capacidad de 2250 MVA y una reactancia del 8%. Transformador para la transmisión conectado entre las barras Sopladora-Molino de 500/230 KV, con una capacidad de 450 MVA y una reactancia del 8%. Transformador para la transmisión de 500/230 KV conectado entre las barras Machala-Machala 500, con una capacidad de 900 MVA y una reactancia del 8%.
La tabla 6 muestra los trasformadores de las subestaciones, para fines de cálculos del sistema de potencia se llevaron las reactancias de los transformadores a una base con: Vb=230 KV y Sb=100MVA tal como se muestra.
13 SISTEMAS DE POTENCIA II
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Para el análisis de flujo de carga se utiliza el software Power World, tal como se muestra en la ilustración 3, del cual se obtienen los datos en cuanto a voltajes, potencia, etc.
DATOS DE LOS VOLTAJES EN LAS BARRAS DE TRANSMISIÓN N° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Name TULCÁN SANTA ROSA STO. DOMINGO QUEVEDO PASCUALES MILAGRO MOLINO TOTORAS ESMERALDAS SAN GREGORIO STA. ELENA MACHALA LOJA Coca Codo El Inga Chorrillo Sopladora Zamora Machala 500
Nom kV 230 230 230 230 230 230 230 230 230 230 230 230 230 500 500 500 500 500 500
PU Volt 1,0469 0,99893 1,04552 0,98172 0,91014 0,90004 1,01393 0,96585 1,06244 0,96679 0,93175 0,99234 1,06965 1,07183 1,00888 0,91875 0,98982 1 0,98997
Volt (kV) 240,788 229,753 240,469 225,795 209,332 207,009 233,204 222,145 244,362 222,362 214,303 228,238 246,02 535,917 504,441 459,377 494,91 500 494,983
Angle (Deg) 28,1 25,79 24,67 22,06 28,97 32,59 52,63 22,13 24,42 11,22 27,85 43,12 61,6 36,53 29,85 33,61 49,91 51,35 46,32
Tabla 7.Datos de los voltajes de las barras de Transmisión
La tabla muestra los datos de los voltajes en por unidad (p.u), su magnitud y ángulo presentes en las 13 barras de 230 KV y en las 6 Barras de 500 KV, como se observa los valores de voltajes obtenidos están dentro de un rango normal de operación establecidos (±10%). El voltaje mínimo se presenta en la barra Milagro equivalente a = 207,009 < 32,59°
. = 0,90004 . 14
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El nivel máximo de voltaje se presenta en la barra Coca-Codo . 1,07183 . equivalente a = 535,92 < 36,53°
=
DATOS DE LOS VOLTAJES EN LAS BARRAS DE 69 KV 14
Gen. Tucán
69
1,0859
74,927
32,93
15
Gen. Santa Rosa
69
1,03718
71,565
30,77
16
Gen. Sant. Domin
69
1,08247
74,691
29,23
17
Gen. Quevedo
69
1,02057
70,419
27,23
18
Gen. Pacuales
69
0,95102
65,62
34,93
19
Gen. Milagro
69
0,94117
64,941
38,67
20
Gen. Molino
69
1,05176
72,571
57,47
21
Gne. Totoras
69
1
69
27,47
22
Gen. Esmeraldas
69
1,09895
75,827
28,84
23
Gen San Gregorio
69
1
69
16,56
24
Gen Santa Elena
69
0,97198
67,067
33,55
25
Gen. Machala
69
1,03078
71,124
48,17
26
Gen. Loja
69
1,09028
75,229
66,03
Tabla 8.Datos de los voltajes en las barras de 69 KV
Se presentan los voltajes en las barras de 69 KV las cuales representan la generación equivalente, los valores de voltajes se dan en por unidad, magnitud y fase, como se puede apreciar en la Tabla 8 los niveles de tensión están dentro del rango normal de operación. Se puede apreciar que el voltaje mínimo en las barras de 69KV se presenta en la barra Generación Milagro . = 0,94117 . equivalente a = 64,94 < 38,67° . El voltaje máximo se presenta en la barra generación Esmeraldas.
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DATOS DE LA CARGA EQUIVALENTE Bus
Name of Bus
Status
MW
Mvar
MVA
1
TULCÁN
Closed
288
95
303,26
2
SANTA ROSA
Closed
2294
754
2414,74
3
STO. DOMINGO
Closed
268
88
282,08
4
QUEVEDO
Closed
204
67
214,72
5
PASCUALES
Closed
3100
1015
3261,94
6
MILAGRO
Closed
950
312
999,92
7
PAUTE
Closed
870
286
915,8
8
TOTORAS
Closed
1158
380
1218,76
9
ESMERALDAS
Closed
260
85
273,54
10
SAN GREGORIO
Closed
980
327
1033,12
11
STA. ELENA
Closed
266
88
280,18
12
MACHALA
Closed
392
129
412,68
13
LOJA
Closed
165
54
173,61
TOTAL
11195
3680
11784,35
Tabla 9.Datos de la carga equivalente
La tabla 9 muestra los valores de las cargas equivalentes en potencia activa (MW), reactiva (MVAR) y aparente (MVA) de cada una de las barras a un nivel de 230 KV. Según los datos obtenidos mediante el software power world, se tiene una potencia total activa de 11195 MW, una potencia reactiva total de 3680 MVAR, por lo tanto una potencia aparente de 11784,35 MVA.
16 SISTEMAS DE POTENCIA II
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DATOS DE LA GENERACIÓN Bus
Name of Bus
Status
Gen MW
Gen Mvar
14
Gen. Tucán
Closed
331
160,31
15
Gen. Santa Rosa
Closed
812
393,27
16
Gen. Sant. Domin
Closed
330
159,83
17
Gen. Quevedo
Closed
168
81,37
18
Gen. Pacuales
Closed
1118
541,47
19
Gen. Milagro
Closed
116
56,18
20
Gen. Molino
Closed
1773
858,7
21
Gne. Totoras
Closed
774
330,03
22
Gen. Esmeraldas
Closed
276
133,67
23
Gen San Gregorio
Closed
613
254,78
24
Gen Santa Elena
Closed
230
111,39
25
Gen. Machala
Closed
603
292,05
26
Gen. Loja
Closed
347
100
31
Gen.Zamora
Closed
2442,2
638,67
34
Gen. Coca Codo
Closed
1500
726,48
TOTAL:
11433,2
4838,2
Tabla 10.Datos de la generación en las barras de 69 KV
Se presentan los datos de las generaciones equivalentes en cada barra. Obteniendo una potencia activa generada de 11433,2 MW y una potencia reactiva generada de 4838,2 MVAR. Por lo tanto para el cálculo de pérdidas de potencia tenemos:
é = − é = 11433,2 − 11195 é = 238,2 Es decir debido a que se consideró las resistencias en las líneas se va a producir un total de 238,2 MW de pérdidas correspondiente a: 17 SISTEMAS DE POTENCIA II
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% = 2,08%
Para obtener la matriz de impedancias se obtuvo a partir de la inversa de la matriz admitancia.
. . . . . = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . [ ] [ . . ] [ ] . = . . . . . [ ] [ ] Por lo tanto se toman los voltajes en las otras barras:
= Donde:
= Como
= 1 . Entonces:
= Es decir con los voltajes en cada barra se obtendrá los elementos de la columna i de la matriz impedancia. Luego se inyecta corriente de 1 p.u en cada barra y así se obtiene la matriz impedancia del sistema.
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Ilustración 2.Matriz Impedancia 19 SISTEMAS DE POTENCIA II
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Para el siguiente análisis vamos a tomar en cuenta las siguientes consideraciones:
Se despreciara la corriente de carga Los voltajes internos en todas las máquinas Eg, son iguales Todas las maquinas se pueden representar por una máquina equivalente. Se coloca una barra ideal de referencia (0) delante de todas las máquinas de generación.
En el momento de la falla las corrientes en todas las barras son cero excepto en la barra i, por lo tanto tenemos que:
= − La corriente de falla trifásica en la barra i es:
1,0 = El voltaje en la barra j con respecto a la barra de referencia cuando la falla es en la barra i :
= = − Por lo tanto, el voltaje en cualquier barra con respecto a tierra es: ∗ = 1 +
∗ = 1 −
20 SISTEMAS DE POTENCIA II
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Voltajes de las barras cuando se produce la falla en la barra San Gregorio j
-(Zij/Zii)
V(p.u)
V(KV)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
-1 -0,012345333 -0,034180037 -0,005196038 -0,003014206 -0,228722879 -0,004751089 -0,008843029 -0,000942892 -0,000306045 -0,001160532 -0,000330921 -3,26757E-05 -0,001214521
0 0,987654667 0,965819963 0,994803962 0,996985794 0,771277121 0,995248911 0,991156971 0,999057108 0,999693955 0,998839468 0,999669079 0,999967324 0,998785479
0 227,16 222,14 228,8 229,31 177,39 228,91 227,97 229,78 229,93 229,73 229,92 229,99 229,72
15
-0,002704923
0,997295077
16 17 18
-0,006943924 -0,001381712 -0,000847662
0,993056076 0,998618288 0,999152338
229,38 228,4 229,68 229,81
Tabla 11.Voltajes en las barras cuando ocurre la falla en la barra San Gregorio
La tabla muestra los valores de los voltajes con respecto a la barra de referencia (.) cuando se presenta la falla en la barra 1 “San Gregorio”, además los voltajes con respecto a tierra ∗ en p.u y valores reales. La corriente de falla trifásica en la barra i es:
1,0 = En nuestro caso:
= Impedancia vista desde la barra San Gregorio (Portoviejo) Por lo tanto: 21 SISTEMAS DE POTENCIA II
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1,0 = 0,023002 = −43,474481 . Como:
=
100000 = 251,02 √ 3 (230)
Entonces: La corriente de falla en la barra San Gregorio:
= −43,474481 (251,02) = 10912,96 < −90°
Para el cálculo de las corrientes que van de barra a barra cuando existe una falla en un abarra i tenemos:
− 1 → = ∗
22 SISTEMAS DE POTENCIA II
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San Gregorio-Quevedo Quevedo-Sant. Domingo Sant. Domingo-Esmeraldas Sant. Domingo-Santa Rosa Santa Rosa-Tulcán Santa Rosa-Totoras Totoras-Molino(Paute) Molino(Paute)-Loja Molino(Paute)-Milagro Milagro-Machala Milagro-Pascuales Pascuales-Sant.Elena Pascuales-Quevedo Coca Codo - El Inga
12 3 10 8 4 9 7 12 13 11 5 2 14
El Inga- Chorrillo Chorrillo - Sopladora Sopladora - Zamora Santiago Zamora Santiago - Machala
15 16 17 18
6
→ → → → → → → → → → → → → → → → → →
I pu
1 11 6 5 6 8 7 8 7 12 5 3 3 15
3,05E-02 3,37E-05 1,55E-02 1,41E-04 3,47E-03 1,35E-04 3,88E-05 8,07E-05 1,35E-04 2,73E-05 2,98E-04 4,75E-03 6,36E-04 6,81E-05
16 17 18 9
4,04E-05 1,77E-04 1,53E-04 2,72E-06
Tabla 12.Corriente de barra a barra cuando ocurre una falla en la barra San Gregorio
En la tabla 13 se presentan las corrientes en por unidad (p.u) de barra a barra durante la falla trifásica en la barra San Gregorio. Se presentan 13 corrientes.
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Ilustración 3.Flujo de carga del Sistema nacional interconectado a nivel de voltaje (utilizando el software Power World)
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Ilustración 4.Diagrama esquemático del sistema nacional interconectado a nivel de voltaje de 230KV
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Se calculó en caso de falla trifásica en la barra San Gregorio las corrientes de fallas y las caídas de tensiones en cada barra. Se representó un sistema equivalente de 19 barras del sistema nacional interconectado con una aproximación al 2025. Para la realización del cálculo de la falla trifásica en la barra san Gregorio se usó software de simulación y así obtuvimos las caídas de tensión en cada barra. Se realizó el flujo de carga del sistemas nacional interconectado mediante el software de simulación Power World.
Análisis de Fallas en Sistemas Eléctricos de Potencia- Ing. José Layana Chancay. Corporación Eléctrica del Ecuador, CELEC EP TRANSELECTRIC. Corporación Cenace – Sistema Nacional Interconectado
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