TECSUP Virtual eMOOC 2017-I
PRIMER TRABAJO GRUPAL CURSO: SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA ALUMNO: Chipana Tito, Ronald Joel
2017
Pregunta 1 ¿Cuáles son las cinco mayores centrales hidroeléctricas de Perú? Indique su nombre, ubicación, potencia instalada y otros datos técnicos relevantes. Respuesta: En el siguiente cuadro se hace mención de las cinco mayores centrales hidroeléctricas del Perú.
N°
POTENCIA EFECTIVA (MW)
POTENCIA FIRME (MW)
EMPRESA
Prov. Tayacaja Dep. Huancavelica HUANCAVELICA
678.71
678.714
ELECTROPERU
545.09
545.09
CERRO DEL AGUILA S.A.
HUÁNUCO
460.70
454.778
Dep. LIMA
267.83
267.828
Ancash
265.57
265.565
EMP. GEN. HUALLAGA ENEL GENERACIÓN PERU S.A.A. ORAZUL ENERGY
Rio cañete Lima
222.50
222.498
CELEPSA
Prov. Tayacaja Dep. Huancavelica
219.44
219.436
ELECTROPERU
CENTRAL HIDROELÉCTRICA
1
C.H. MANTARO
2 3
C.H. CERRO DEL AGUILA C.H. CHAGLLA
4
C.H. HUINCO
5 6
C.H. CAÑON DEL PATO C.H. EL PLATANAL
7
C.H. RESTITUCIÓN
UBICACIÓN
Cuadro: Centrales Hidroeléctricas Mayores del Perú Fuente: http://www.coes.org.pe/portal/ Pregunta 2 (2 puntos) ¿Cuáles son las cinco mayores centrales térmicas de Perú? Indique su nombre, ubicación, potencia instalada y otros datos técnicos relevantes. Respuesta: En el siguiente cuadro se hace mención de las cinco mayores centrales térmicas del Perú. Empresa
Central
Unidad
C.T. KALLPA
TG1+TG2+TG3+TV
63.5 kilómetros al sur de Lima,
2
KALLPA GENERACION S.A. ENGIE
C.T. CHILCA
TG1+TG2+TG3+TV
3
FENIX
C.T. FENIX
GT11+GT12+TV
4
EDEGEL
C.T. VENTANILLA
TG3+TG4 CCOMB F.DIREC.
5
TERMOCHILCA
C.T. STO. DOMINGO DE LOS OLLEROS
TG1
ChilcaCañete-Lima ChilcaCañete-Lima Distrito Ventanilla, provincia Callao. Lima Cañete Chilca
1
Ubicación
Pot. Efectiva (MW) 865.035
Potencia Firme (MW) 859.867
805.689
798.942
563.068
555.725
479.271
476.009
201.452
200.379
6
KALLPA GENERACION S.A.
C.T. LAS FLORES
TG-1
Lima Cañete Chilca
196.751
194.542
Cuadro: Centrales Térmicas Mayores del Perú Fuente: http://www.coes.org.pe/portal/ Pregunta 3 (2 puntos) ¿Cuáles son las pruebas a las que puede someterse un generador síncrono de potencia? Explique muy brevemente cada una de las pruebas. Las pruebas en vacío y en cortocircuito de un generador síncrono se realizan para determinar los parámetros del circuito equivalente y describir completamente el comportamiento del generador síncrono real. 1. Pruebas en vacío: La prueba en vacío de un generador síncrono tiene por objetivo determinar la tensión interna generada sin carga y la corriente de campo mediante un amperímetro. El ensayo se realiza haciendo girar el generador a su velocidad nominal e induciendo gradualmente la corriente de magnetización y luego medir en los bornes del estator la tensión interna generada ya que esta será igual a la tensión de salida debido que la corriente es igual a cero por encontrarse sin consumo de carga.
Fuente: Tecsup 2. Pruebas en corto circuito: El generador se hace girar a su velocidad nominal, con los terminales del devanado de armadura en cortocircuito e induciendo gradualmente la corriente de campo para luego medir la corriente de línea de cortocircuito en el inducido y la corriente de campo DC.
Fuente: Tecsup Pregunta 4 (2 puntos) ¿Cuáles son las pruebas a las que puede someterse un transformador de potencia? Explique muy brevemente cada una de las pruebas. Para determinar los valores de los parámetros del circuito equivalente de un transformador se calculan a partir de los datos obtenidos de dos pruebas que se aplican. Pruebas en vacío y pruebas en cortocircuito.
Prueba en vacío: La prueba en vacío se efectúa con el lado secundario del transformador sin carga, se alimenta en el lado primario del transformador con la tensión nominal, tomando mediciones de la corriente del primario y de la potencia que registra en vacío. Debido a que el transformador se encuentra alimentado a tensión nominal y en vacío, la corriente que toma es la corriente de excitación y la potencia que toma es la pérdida del núcleo. Ya que, al ser muy pequeña la corriente y la resistencia del primario, la pérdida del cobre es despreciable.
Nota: La prueba de vacío puede realizarse aplicando la tensión nominal a cualquiera de los dos devanados del transformador. Sin embargo, cuando el transformador maneja altos voltajes, sería peligroso y difícil hacer la prueba de vacío aplicando altas tensiones nominales al primario, por lo que la prueba en estos casos se hace por el lado de baja tensión. Prueba en cortocircuito: En la prueba de cortocircuito, se cortocircuita el lado secundario del transformador y se aplica un voltaje bajo al primario suficiente hasta llegar a su corriente nominal del devanado que se alimenta, se toman lecturas de voltaje aplicado, corriente (que es la nominal), y potencia activa consumida.
Nota: Los transformadores grandes usualmente operan con grandes corrientes en el lado de baja tensión, por lo que es conveniente realizar la prueba de cortocircuito alimentando del lado de alto voltaje, bastando un voltaje pequeño para hacer circular la corriente nominal, ya que el secundario se encuentra en cortocircuito Problema 5 (2 puntos) Mencione las ventajas y desventajas de usar un transformador con gradines, respecto a los transformadores con taps. Uno de los métodos de controlar las tensiones en una red se basa en el empleo de transformadores en los que la relación de espiras puede cambiarse, existen dos métodos para variar la relación de transformación. Por conmutación en vacío sin carga. Por conmutación bajo carga. Desventaja: Una de las desventajas del transformador con gradines es que no se debe regular la tensión ó variar los gradines bajo carga o en operación. Para realizar la regulación de tensión deberá estar sin carga y el transformador desconectado. Sin embargo en un transformador con taps si se puede variar de tap cuando está en operación bajo carga.
Ventaja: Si el transformador tiene regulación de tensión con taps automáticos, entonces los taps están en continua operación causando un mayor desgaste de los mismos, esto no sucede en los transformadores con gradines. Problema 6 (2 puntos) Elabore una lista de al menos seis programas (software) que realicen cálculos de flujo de potencia. 1. DigSILENT PowerFactory. 2. NEPLAN 3. Matlab 4. PowerWorld Simulador 5. PSCAD 6. ASPEN Power Flow
Pregunta 7 (4 puntos)
Dibuje el diagrama unifilar empleando valores por unidad del siguiente esquema, tomando como base la potencia de 100 MVA y la tensión de servicio de 60 kV de la barra D.
Solucion:
𝑈𝑐𝑐% = 𝑍𝑝. 𝑢. 𝑅 ≈ 0 𝐸𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠 𝑋𝑝. 𝑢. = 𝑍𝑝. 𝑢.
Relación de transformación: 𝑈𝐼 𝑈𝐵𝐼 = 𝑈𝐼𝐼 𝑈𝐵𝐼𝐼 UBI =
UI ∗ UBII UII
Tensión Base: 𝑈𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑧𝑜𝑛𝑎3 = 60𝑘𝑉 220 ∗ 60 = 220𝑘𝑉 60 13.8 = ∗ 220 = 13.8𝑘𝑉 220
𝑈𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑧𝑜𝑛𝑎2 = 𝑈𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑧𝑜𝑛𝑎1
Para el generador: 𝑋𝑝. 𝑢 = 𝑗0.25 𝑋𝑝. 𝑢. 𝐵𝑎𝑠𝑒 𝑁𝑢𝑒𝑣𝑎 = 𝑗0.25 ∗ (
13.2 2 100 ) ∗ 13.8 125
𝑋𝑝. 𝑢. 𝐵𝑎𝑠𝑒 𝑁𝑢𝑒𝑣𝑎 = 𝑗0.1829
Para el Transformador 1: 𝑍𝑝. 𝑢 = 𝑋𝑝. 𝑢. = 𝑗0.12 𝑋𝑝. 𝑢. 𝐵𝑎𝑠𝑒 𝑁𝑢𝑒𝑣𝑎 = 𝑗0.12 ∗ (
13.8 2 100 ) ∗ 13.8 150
𝑋𝑝. 𝑢. 𝐵𝑎𝑠𝑒 𝑁𝑢𝑒𝑣𝑎 = 𝑗0.08
Para el Transformador 2: 𝑍𝑝. 𝑢 = 𝑋𝑝. 𝑢. = 𝑗0.1 60 2 100 𝑋𝑝. 𝑢. 𝐵𝑎𝑠𝑒 𝑁𝑢𝑒𝑣𝑎 = 𝑗0.1 ∗ ( ) ∗ 60 150 𝑋𝑝. 𝑢. 𝐵𝑎𝑠𝑒 𝑁𝑢𝑒𝑣𝑎 = 𝑗0.067
Para la Línea de Transmisión: 𝑍𝐵𝑎𝑠𝑒 𝐿
𝑈𝐵𝑎𝑠𝑒 𝑧𝑜𝑛𝑎2 2 = 𝑆𝐵𝑎𝑠𝑒
2202 = 484 100 2 + 𝑗25 = = 0.00413 + 𝑗0.0516 484
𝑍𝐵𝑎𝑠𝑒 𝐿 = 𝑍𝐿 𝑝.𝑢.
Diagrama de reactancia con valores por unidad:
RESOLUCIÓN a)
∆𝑃 = 𝑃𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝑃𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑑𝑒𝑚 ∆𝑃 = 50 − 58 ∆𝑷 = −𝟖 𝑴𝑾 B) 𝐾1 =
𝑃𝑛1 20 𝑴𝑾 = = 𝟔. 𝟔𝟕 𝑠1 ×𝑓𝑛 0.05×60 𝑯𝒛
𝐾2 =
𝑃𝑛2 20 𝑴𝑾 = = 𝟖. 𝟑𝟑 𝑠2 ×𝑓𝑛 0.04×60 𝑯𝒛
𝐾1 =
𝑃𝑛 40 𝑴𝑾 = = 𝟐𝟐. 𝟐𝟐 𝑠2 ×𝑓𝑛 0.03×60 𝑯𝒛
C) 𝑅𝑟 = 𝑃𝐶 − 𝑃𝐺 𝑅𝑟 = 78 − 58 𝑹𝒓 = 𝟐𝟎 𝑴𝑾 D) ∆𝑓 = −
∆𝑃 𝐾1 + 𝐾2 + 𝐾3
∆𝑓 = −
15 6.67 + 8.33 + 22.22
∆𝑓 = −0.403 ⇒ 𝑓 ′ = 60 − 0.403 = 𝟓𝟗. 𝟓𝟗𝟕 𝑯𝒛
E) ∆𝑃1 = 𝐾1 ×∆𝑓 = 6.67×0.403 = 2.69 𝑀𝑊 ∆𝑃2 = 𝐾2 ×∆𝑓 = 8.33×0.403 = 3.36 𝑀𝑊 ∆𝑃3 = 𝐾3 ×∆𝑓 = 22.22×0.403 = 8.95 𝑀𝑊
