Maracaibo, 04 de Febrero de 2015 SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN EXAMEN N°1

Br. Sección: C.I.

COMPLETE LAS SENTENCIAS USANDO LAS SIGUIENTES CLAVES UNA SOLA VEZ.- [A], [kV], [kVA], [kvar], [kW], A y F, anillo abierto, anillo cerrado, aparente, carga, coincidencia, coincidentes, construcción, crecimiento, D y J, demanda, demanda diversificada, descenso, directa, diversidad, Dmdv, energía, FC, FCn, FD, FDv, FPr, horario, igual, inversa, mayor, medidas, menor, muestreo discreto, muestreo por integración, pérdidas, picos, planeación, radial, subtransmisión, transmisión, valles.

1. Entre dos circuitos de la misma capacidad, uno predominantemente residencial y el otro predominantemente industrial,

FPrresidencial debe ser menor que FPrIndustrial.

2. En la cuadrícula D07 de la ciudad de Maracaibo, dos postes están separados por una distancia de 671 m. Esto quiere decir

que las letras que respectivamente siguen en los postes pueden ser D y J.

3. Un sistema de subtransmisión que interconecta subestaciones de distribución dentro del perímetro urbano,

también puede servir directamente a grandes consumidores de energía eléctrica.

4. La demanda es una cantidad cuya medida depende del caso de estudio: [A] para la selección o reemplazo de

conductores, fusibles, o de interruptores, ajuste de protecciones y balanceo de carga; [kW] para la planeación del sistema,

estudios de energía consumida, energía no vendida, y energía pérdida; [kVA] para la selección de la capacidad de

transformadores y alivio de carga. 5. Una curva de carga es representativa de alguna clase (residencial, comercial, o industrial) cuando las mediciones son de

muestreo por integración y toman en cuenta un aglomerado de clientes del mismo tipo. Antes que su eje vertical

sea normalizado en p.u. -el eje horizontal corresponde al tiempo en horas-, los valores físicos debieron determinarse calculando

la demanda diversificada del aglomerado

6. El cálculo de FC es sensible a la base temporal usada para su determinación; es decir, no da lo mismo si el período de

estudio es de un día que si se trata de una semana.

7. Todos los circuitos de distribución de la ciudad de Maracaibo tienen una estructura de anillo abierto . 8. La mayoría de las compañías de suministro de energía eléctrica dimensionan los equipos de distribución usando curvas de

Dmdv, o bien de FCn . Dichas curvas están basadas en el comportamiento observado, o en supuestos probabilísticos acerca de

la distribución de picos de demanda por cliente y de las cargas no coincidentes.

9. Entre los diferentes factores que caracterizan la carga, el factor de carga permite afirmar que cualquier esquema de

racionamiento eléctrico es una medida que puede reducir el consumo de energía, y sin embargo, no tiene el mismo efecto

sobre la demanda. Esta última va de la mano con el crecimiento natural de la población y sus necesidades básicas.

Además, y para hacer más complicada la efectividad de la medida, con base en el concepto de diversidad de la

demanda se verifica que inmediatamente después de un racionamiento eléctrico la demanda máxima coincidente de todo un

edificio tiende a ser mayor que antes de la interrupción (asumiendo que los ocupantes permanecen en el lugar afectado por

la medida).Cuando el problema de continuidad del servicio eléctrico es porque “la cota en el Guri está en su mínimo y no llueve”

(Energía) eso justifica un “plan” de racionamiento, pero si el problema es capacidad (potencia) de transmisión y distribución de la

red eléctrica, tal medida no es efectiva. La solución sería promover un cambio de horario (régimen) de trabajo en industrias

y comercios para desplazar las horas pico en la búsqueda de aumentar el FDv.

10. El factor de coincidencia de todo un sistema interconectado es menor que el relativo a alguna de sus partes.

DESARROLLO.- 11. Dos líneas de distribución trifásicas tetrafilares 3×Tulip+ 1×Poppy con trayectorias principales de 10 km y de 15 km de longitud en 23.9Y/13.8 kV, ambas predominantemente verticales con 100 cm de separación entre cada par de fases consecutivas, están quedando fuera de servicio durante sus picos de demanda con FCn = 1 (intra e intercircuito). Del levantamiento en campo y análisis preliminar se ha recopilado la siguiente información:

Circuito 1 Circuito 2 Fase kVA conectados FD kVA conectados FD Roja 3077 0.65 6060 0.55

Amarilla 6060 0.55 6665 0.60 Azul 4445 0.60 7178 0.65

Ambos circuitos han sido debidamente compensados con la instalación de condensadores en bancos trifásicos balanceados para conseguir un factor de potencia global de 0.95‾; sin estos bancos, la potencia reactiva de las fases menos cargadas sería el triple de la obtenida gracias a ellos. Tomando en cuenta todas estas consideraciones:

a) Determine la demanda máxima trifásica y el factor de desbalance de cada circuito. b) Determine los factores de utilización de los conductores que constituyen cada circuito. (Indicación: Use demandas y capacidades en amperios). c) Determine los factores de utilización de cada línea. (Indicación: Use demandas y capacidades trifásicas en kVA). d) Proponga acciones de transferencia de carga entre ambos circuitos de modo que la demanda máxima trifásica de cada uno sea lo más próxima a 10 MVA, y ambos queden balanceados. e) Asumiendo FC = 0.75 por fase en ambos circuitos y que la capacidad de las unidades de condensadores por fase fue estimada considerando la demanda promedio de la fase con menos carga conectada en cada caso, ¿cuántos kvar's trifásicos adicionales deben ser colocados en el circuito que en principio estaba menos cargado, para mantener el mismo factor de potencia? f) Concentrando toda la carga en el extremo terminal de la troncal del circuito, estime las pérdidas de potencia y de energía mensual a causa del efecto Joule en las líneas en las condiciones inicial y final de los circuitos.

Asuma en todo el análisis que las cargas de estas líneas son mixtas pero predominantemente lineales.

HERRAMIENTAS PARA EL ANÁLISIS

mdv mcD nD , i

mimnc DD , mnc

mc

vn D

DFD

FC 1, CC

DFD m,

mDFUCN ,

0

0

11

0

dd

t t

t tprom

m m m

D tD EFC D D D t , 21 FCbFCbFPre ,

N

A B C

IFDsbI I I , (tan tan )inicial finalQ P ,

2 2varVA W , 1mi 1.609344km,

1ft 12in 0.3048m, km0.0754 lnDMGxRMG , 3

ab bc caDMG D D D ,

Diámetro exterior RMG R Clave Calibre Material in ft mi Ampacidad (A)

Poppy 1/0 AWG Al 0.368 0.0111 0.97 247 Tulip 336,4 kcmil Al 0.666 0.021 0.305 513

Maracaibo, 04 de Febrero de 2015 SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN EXAMEN N°1

Br. Sección: C.I.

COMPLETE LAS SENTENCIAS USANDO LAS SIGUIENTES CLAVES UNA SOLA VEZ.- A], [kV], [kVA], [kvar], [kW], A y F, anillo abierto, anillo cerrado, aparente, carga, coincidencia, coincidentes, construcción, crecimiento, D y J, demanda, demanda diversificada, descenso, directa, diversidad, Dmdv, energía, FC, FCn, FD, FDv, FPr, horario, igual, inversa, mayor, medidas, menor, muestreo discreto, muestreo por integración, pérdidas, picos, planeación, radial, subtransmisión, transmisión, valles.

1. El cálculo de FC es sensible a la base temporal usada para su determinación; es decir, no da lo mismo si el período de

estudio es de un día que si se trata de una semana.

2. El factor de coincidencia de todo un sistema interconectado es menor que el relativo a alguna de sus partes.

3. En la cuadrícula D07 de la ciudad de Maracaibo, dos postes están separados por una distancia de 671 m. Esto quiere decir

que las letras que respectivamente siguen en los postes pueden ser D y J.

4. Entre dos circuitos de la misma capacidad, uno predominantemente residencial y el otro predominantemente industrial,

FPrresidencial debe ser menor que FPrIndustrial.

5. Entre los diferentes factores que caracterizan la carga, el factor de carga permite afirmar que cualquier esquema de

racionamiento eléctrico es una medida que puede reducir el consumo de energía, y sin embargo, no tiene el mismo efecto

sobre la demanda. Esta última va de la mano con el crecimiento natural de la población y sus necesidades básicas.

Además, y para hacer más complicada la efectividad de la medida, con base en el concepto de diversidad de la

demanda se verifica que inmediatamente después de un racionamiento eléctrico la demanda máxima coincidente de todo un

edificio tiende a ser mayor que antes de la interrupción (asumiendo que los ocupantes permanecen en el lugar afectado por

la medida). Cuando el problema de continuidad del servicio eléctrico es porque “la cota en el Guri está en su mínimo y no llueve”

(Energía) eso justifica un “plan” de racionamiento, pero si el problema es capacidad (potencia) de transmisión y distribución de la

red eléctrica, tal medida no es efectiva. La solución sería promover un cambio de horario (régimen) de trabajo en industrias

y comercios para desplazar las horas pico en la búsqueda de aumentar el FDv.

6. La demanda es una cantidad cuya medida depende del caso de estudio: [A] para la selección o reemplazo de

conductores, fusibles, o de interruptores, ajuste de protecciones y balanceo de carga; [kW] para la planeación del sistema,

estudios de energía consumida, energía no vendida, y energía pérdida; [kVA] para la selección de la capacidad de

transformadores y alivio de carga. 7. La mayoría de las compañías de suministro de energía eléctrica dimensionan los equipos de distribución usando curvas de

Dmdv, o bien de FCn . Dichas curvas están basadas en el comportamiento observado, o en supuestos probabilísticos acerca de

la distribución de picos de demanda por cliente y de las cargas no coincidentes.

8. Todos los circuitos de distribución de la ciudad de Maracaibo tienen una estructura de anillo abierto .

9. Un sistema de subtransmisión que interconecta subestaciones de distribución dentro del perímetro urbano,

también puede servir directamente a grandes consumidores de energía eléctrica. 10. Una curva de carga es representativa de alguna clase (residencial, comercial, o industrial) cuando las mediciones son de

muestreo por integración y toman en cuenta un aglomerado de clientes del mismo tipo. Antes que su eje vertical

sea normalizado en p.u. -el eje horizontal corresponde al tiempo en horas-, los valores físicos debieron determinarse calculando

la demanda diversificada del aglomerado.

DESARROLLO.- 11. Dos líneas de distribución trifásicas tetrafilares 3×Tulip+ 1×Poppy con trayectorias principales de 10 km y de 15 km de longitud en 23.9Y/13.8 kV, ambas predominantemente verticales con 100 cm de separación entre cada par de fases consecutivas, están quedando fuera de servicio durante sus picos de demanda con FCn = 1 (intra e intercircuito). Del levantamiento en campo y análisis preliminar se ha recopilado la siguiente información:

Circuito 1 Circuito 2 Fase kVA conectados FD kVA conectados FD Roja 3077 0.65 6060 0.55

Amarilla 6060 0.55 6665 0.60 Azul 4445 0.60 7178 0.65

Ambos circuitos han sido debidamente compensados con la instalación de condensadores en bancos trifásicos balanceados para conseguir un factor de potencia global de 0.95‾; sin estos bancos, la potencia reactiva de las fases menos cargadas sería el triple de la obtenida gracias a ellos. Tomando en cuenta todas estas consideraciones:

a) Determine la demanda máxima trifásica y el factor de desbalance de cada circuito. b) Determine los factores de utilización de los conductores que constituyen cada circuito. (Indicación: Use demandas y capacidades en amperios). c) Determine los factores de utilización de cada línea. (Indicación: Use demandas y capacidades trifásicas en kVA). d) Proponga acciones de transferencia de carga entre ambos circuitos de modo que la demanda máxima trifásica de cada uno sea lo más próxima a 10 MVA, y ambos queden balanceados. e) Asumiendo FC = 0.75 por fase en ambos circuitos y que la capacidad de las unidades de condensadores por fase fue estimada considerando la demanda promedio de la fase con menos carga conectada en cada caso, ¿cuántos kvar's trifásicos adicionales deben ser colocados en el circuito que en principio estaba menos cargado, para mantener el mismo factor de potencia? f) Concentrando toda la carga en el extremo terminal de la troncal del circuito, estime las pérdidas de potencia y de energía mensual a causa del efecto Joule en las líneas en las condiciones inicial y final de los circuitos.

Asuma en todo el análisis que las cargas de estas líneas son mixtas pero predominantemente lineales. HERRAMIENTAS PARA EL ANÁLISIS

mdv mcD nD , i

mimnc DD , mnc

mc

vn D

DFD

FC 1, CC

DFD m,

mDFUCN ,

0

0

11

0

dd

t t

t tprom

m m m

D tD EFC D D D t , 21 FCbFCbFPre ,

N

A B C

IFDsbI I I , (tan tan )inicial finalQ P ,

2 2varVA W , 1mi 1.609344km,

1ft 12in 0.3048m, km0.0754 lnDMGxRMG , 3

ab bc caDMG D D D ,

Diámetro exterior RMG R Clave Calibre Material in ft mi Ampacidad (A)

Poppy 1/0 AWG Al 0.368 0.0111 0.97 247 Tulip 336,4 kcmil Al 0.666 0.021 0.305 513