Sistemas Eléctricos de Potencia Tarea Grupal Tecsup

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