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 EcuadorGuayaquil, Ecuador

Instructor:

Luis Ivan Ruiz Flores

Instructor: Ing. Ivan Ruiz

E-mail: [email protected]


E-mail: [email protected] 23, 2011

Objetivo del cursoObjetivo del curso

Al término del curso, el asistente adquirirá l i i t h bilid d fi i t los conocimientos y habilidades suficientes para realizar análisis de flujos de carga y

t i it SEP’ t d i corto circuito en SEP’s con tendencias a modernización


e-mail: [email protected]



¿Qué aprenderé en esta parte ?¿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 Agregar nuevos componentes

Análisis de Cortocircuito:o Falla trifásica

o Falla a tierrao Editar componentes existentes

o Elaboración del diagrama unifilar

o Interacción con el editor de componentes

o Falla a tierra

o Falla línea-línea

o Falla línea-línea-tierra

Análisis de Flujos de Carga:o Caídas de voltaje

o Factor de potencia

Regulación de tensión mediante





o Regulación de tensión mediante cambiadores de derivaciones

o Compensación de reactivos

ContenidoContenidoContenido… 1-3Contenido… 1-3

AntecedentesEvolución en México de los esquemas eléctricos de los 70’sEvolución en México de los esquemas eléctricos de los 70’sProblemas actuales en las industrias de gas, refinación y exploración

Conceptualización de los esquemas eléctricos Instalaciones Eléctricas CríticasInstalaciones Eléctricas CríticasBus de sincronizaciónNiveles de tensiónCapacidad y potencia interruptivaCapacidad y potencia interruptivaAislamiento de tecnología de punta

Normas eléctricas para los análisisGreen BookGreen BookRed Book IEEE/ANSI 141Buff Book IEEE/ANSI 242ANCE





Contenido… 2-3Contenido… 2-3

Esquema general de EtapBarra de herramientas de Etap))Descripción teórico-práctica de las herramientas mas usuales Topología de la red

Menús de EtapLibrerías ANSI / IECEditor de equipos

Análisis de SEP’sDatos necesariosAnálisis del sistema eléctrico actual

Criterios básicos para el análisis de SEP’sí óCaída de tensión

Corto circuitoFlujo óptimo de reactivosSobretensiones





SobretensionesAportación de acometida de CFE

Contenido… 3-3Contenido… 3-3

Análisis de Flujos de Carga y Corto Circuito “Módulo Flujos y Icc”Icc

Ejemplo de un Sistema de Potencia BásicoInterpretación de Resultados

Comparación con las Normas aplicablesComparación con las Normas aplicablesMatriz de operaciónReporte de análisis

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

Comentarios Finales y entrega de la Constancia del cursoConcl sionesConclusiones





Evolución de los esquemas eléctricosEvolución de los esquemas eléctricos

Requerimiento típico en 1970Capacidad instalada de 25 MW Capacidad instalada de 25 MW con 12.5 MW de carga

3 x 5 MW + 1 x 10 MW @ 4 16 kV3 x 5 MW + 1 x 10 MW @ 4.16 kV

Refinería AztcapotzalcoRefinería Aztcapotzalco





Problemas actuales en refinerías…Problemas actuales en refinerías…

Refinerías modernas Refinerías modernas G1 G2 Refinerías modernas Refinerías modernas 19771977--7979

Salina CruzSalina CruzTulaTulaCadereytaCadereyta

–– Capacidad instaladaCapacidad instalada–– 50 MW @ 13.8 kV50 MW @ 13.8 kV

2 X 25 MW @ 13.8 kV, doble barra, 2 X 25 MW @ 13.8 kV, doble barra, tableros de 500 MVAtableros de 500 MVA

–– 25 MW de carga25 MW de carga





tableros de 500 MVAtableros de 500 MVA

Ejemplo: SEP típico de una refineríaEjemplo: SEP típico de una refinería

CFE230 KV

CFE115 KV

44 MVA

115 KV

26 MVA

22.4 MVA

22.4 MVA

13.8 KV

TG125 MW

TG225 MW

TG3

32 MWTG4

32 MW

13.8 KV

M M M M M





HDR

Problemas actuales en CPG’sProblemas actuales en CPG’s

Ejemplo: CPG Nuevo Ejemplo: CPG Nuevo Pemex Potencia instalada de 100

MW

Demanda de 45 MW

Ha permanecido constante desde su puesta en servicio desde su puesta en servicio





Ejemplo: SEP típico de un CPGEjemplo: SEP típico de un CPG

RED PÚBLICA

TG 1

115 kV

20 MVA 20 MVA

TG 2 TG 3 TG 4TG-132 MVA

TDP 1 13 8 kV

13.8 kV

TDP 5

TG-232 MVA

TG-340 MVA

TG-440 MVA

13 8 kV13 8 kV13 8 kV TDP 2 TDP 3 TDP 4TDP-1 13.8 kV TDP-5

RX-1 RX-2 RX-3 RX-4

13.8 kV13.8 kV13.8 kV TDP-2 TDP-3 TDP-4





AntecedentesAntecedentes

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

N i t f i i t l dN i t f i i t l d No existe refaccionamiento en el mercadoNo existe refaccionamiento en el mercado Operan con notables desventajas tecnológicas contra otros Operan con notables desventajas tecnológicas contra otros

equipos modernos, en especial con CFE (sensibilidad y equipos modernos, en especial con CFE (sensibilidad y velocidad).velocidad).))

Aislamientos y mecanismos envejecidos provocan fallas.Aislamientos y mecanismos envejecidos provocan fallas.

2.2. Diseños deficientes de los actuales sistemas provocan:Diseños deficientes de los actuales sistemas provocan: Caídas de VoltajeCaídas de Voltaje Reducción de capacidad de potencia de circuitos principalesReducción de capacidad de potencia de circuitos principales Exposición a sobretensiones internas y atmosféricasExposición a sobretensiones internas y atmosféricas

3.3. Se estiman pérdidas de producción en la Industria por Se estiman pérdidas de producción en la Industria por $ ¿?’¿¿¿,???.00$ ¿?’¿¿¿,???.00 en el período 1999 en el período 1999 –– 2000 por fallas en 2000 por fallas en

é íé í





equipos eléctricos críticos.equipos eléctricos críticos.

Sistema eléctrico de potenciaSistema eléctrico de potenciaAlta TensiónAlta TensiónProductos y sistemas para transmisión de energía >52 kV en AC y DC diseño

Media TensiónMedia TensiónInterruptores y contactores, distribución primaria, secundaria hasta 52 kV

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

MediciónMediciónControl de sistemas de poderControl de sistemas de poder MediciónMediciónElectricidad, sistemas de monitoreo, servicios en general

Protección & Sistemas de control Protección & Sistemas de control

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





para subestacionespara subestacionesProtección, control de subestaciones, sistemas de calidad de poder

Instalaciones eléctricas críticasInstalaciones eléctricas críticas

InstalacionesInstalaciones EléctricasEléctricas CríticasCríticas..

SonSon aquellasaquellas queque soportansoportan lala capacidadcapacidad generalgeneral dede

energíaenergía dede lala industriaindustria;; entreentre estasestas sese encuentranencuentran::

•• SubestaciónSubestación dede GeneraciónGeneración ((1313..88 KV)KV)

•• SubestaciónSubestación dede enlaceenlace concon SENSEN ((115115//1313..88 KV)KV)

•• CircuitosCircuitos principalesprincipales ((1313..88 kVkV))





Contribución de CFE en IscContribución de CFE en Isc

AcometidaAcometida dede SENSEN

ContribuciónContribución enen MVAMVA enen IscIsc 33 ・・::ContribuciónContribución enen MVAMVA enen IscIsc 33 ・・::

II == kVA/kVA/ [[・・33 ** kV]kV]

Ej lEj lEjemploEjemplo::

ContribuciónContribución dede CFECFE línealínea dede 230230 kVkV

2626 kAkA ≈≈ ?,????,??? MVAMVA

Contribución

(kV)

Exportación

115 kV ?





230 kV ?

400 kV ?


Subestación de generación eléctrica [13.8 kV]

TG instalado en 70’s





TG instalado en 00’s

Instalaciones eléctricas críticasInstalaciones eléctricas críticasSubestación de enlace con Subestación de enlace con SEN SEN [115/13.8 [115/13.8 kVkV]]

Subestación en 115/13.8 kVSubestación en 115/13.8 kV[ANTES ≈ 90’s][ANTES ≈ 90’s]





Subestación en 115/13.8 kVSubestación en 115/13.8 kV[DESPUÉS [DESPUÉS ≈ 00’s≈ 00’s]]


Circuitos principales de distribución [13.8 kV]Circuitos principales de distribución [13.8 kV]

70’s70’s

90’s90’s





00’s00’s

Bus de sincronizaciónBus de sincronización

CFECFE

TGTG--II TGTG--22

BSBS--II

TDTD--22TDTD--11

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

MWMW MWMW





Niveles de tensiónNiveles de tensión

VOLTAJE POTENCIAG

23/34.5/69/115 kV23/34.5/69/115 kV

VOLTAJE

(kV)

POTENCIA

(MW)

4 16 2523/34.5/69/115 kV23/34.5/69/115 kV 4.16 25

13.8 70

23 85

34.5 120

69 240

115 380





Carga en MW de un SEP típicoCarga en MW de un SEP típico

En Refinerías (6 en el país)Típico de 100 MW en 13.8 kVp

En CPG’s (8 en el país)Típico de 55 MW

En Plataformas ( > 15 en el país)Típico de 20 MW

SEP típicoGeneración de 300 MW @ 230 kV y 400 kV

SEP típicoGeneración de 50 MW @ 83





Generación de 50 MW @ 83 kV

Capacidad y potencia interruptivaCapacidad y potencia interruptiva

Nivel de corto circuito superior a los 750 MVA en los tableros de distribución

kV kA

6 ???

13.8 kV ???

35 kV 31.5

115 kV 31.5





Circuitos de fuerzaCircuitos de fuerza

Circuitos de fuerza en 13.8 kV

En charolasEn charolas En ductosEn ductosEn charolasEn charolas En ductosEn ductosCalibre A (100%) A (60%)

350 kCM 500 350





500 kCM 600 400

750 kCM 800 600

Aislamiento de acometidasAislamiento de acometidas

En aire

Al intemperie

Expuesto a ambientes salinos

Mantenimiento bi lbianual

Seguridad dependiente al climadependiente al clima

En aire





Aislamiento de acometidasAislamiento de acometidas

De tecnología de punta

Espacio mínimo

Independencia del ambiente

Largo periodo sin t i i tmantenimiento

Mayor confiabilidad y seguridady seguridad

Aislamiento en SF6





GreenGreen BookBook EstandarEstandar 142142 “Norma“Norma parapara aterrizamientoaterrizamiento dede SEP’s”SEP’s”

RedRed BookBook EstandarEstandar 141141 dede “Recomendaciones“Recomendaciones PrácticasPrácticas enen SistemasSistemas EstandarEstandar 141141 dede “Recomendaciones“Recomendaciones PrácticasPrácticas enen SistemasSistemas

dede DistribuciónDistribución EléctricaEléctrica parapara PlantasPlantas Industriales”Industriales”

B ffB ff B kB kBuffBuff BookBook EstandarEstandar 242242 “????”“????”

ANCEANCE NormasNormas NMXNMX parapara instalacionesinstalaciones eléctricaseléctricas enen MéxicoMéxico





IntroducciónIntroducción

Ambiente de trabajo

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

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





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





Ejecución de EtapEjecución de EtapEjecutando Etap V

7.5Al iniciar nuestro

ambiente de trabajo en Etap tiene barras de menús, barra estandar y barras de formato.





Ejecución de un nuevo proyectoEjecución de un nuevo proyecto

[ New ] Permite iniciar un

Conociendo el ambiente de Etap

Permite iniciar un nuevo proyecto.

Permite elegir uno de los ambientes 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 qproyecto. En ese momento, los

elementos (símbolos) de la barra principal de la ventana se activan.

Nuevo proyectoNuevo proyectoNN

Editor del proyecto

Revisión Presentación Configuración

Diagrama unifilar

Barra de herramientas





herramientas

Barras de herramientasBarras de herramientasBBRevisión Presentación Configuración

Casos de estudioEditor de casos de

estudio





Concepto de proyectoConcepto de proyecto





Abrir un nuevo proyectoAbrir un nuevo proyectoOpen Cuando se utilice esta opción se entiende que ya existen

t l b d d t P d l i d l li t d proyectos en la base de datos. Podremos elegir de la lista de proyectos, el proyecto con el que se trabajará.





Iconos de comandosIconos de comandos





Pantalla de Etap v7.5Pantalla de Etap v7.5





Componentes eléctricosComponentes eléctricos





Conexión de componentesConexión de componentes

Es importante observar que los estudios end d á d éestado estable y dinámico de un sistema eléctrico

requieren la definición de impedancia entre lospuntos señalados en el sistema de energía.puntos señalados en el sistema de energía.

Tradicionalmente, estos puntos señalados sead c o a e te, estos pu tos se a ados sellaman "Buses" y los componentes de laimpedancia que conectan los buses son llamados“Ramas” o "Ramificaciones"“Ramas” o "Ramificaciones".






Por otro lado, cada final de una impedancia o ciertas impedancias

pp

pueden ser ignoradas (por ejemplo los relevadores, interruptores,etc.) y puede ser conectadas en serie con los dispositivos de laimpedancia sin afectar las conexiones de ésta. Algunos ejemplosayudarán a ilustrar las conexiones permisibles en SKMayudarán a ilustrar las conexiones permisibles en SKM:

· En SKM no se pueden poner dos componentes de impedancia eni i “B ” d d “B ” d i t ió C dserie sin un “Bus” o nodo de “Buses” de interconexión. Cuando se

refiere a componentes de impedancia, se habla de los cables,transformadores de 2 y 3 devanados, líneas de transmisión,impedancias pi motores generadores y las cargas Si se deseaimpedancias pi, motores, generadores y las cargas. Si se deseaconectar dos componentes de impedancia en serie, SKM insertaráautomáticamente un “Bus” o “nodo de Bus”.





Conexión de dos busesConexión de dos buses

Para conectar dos Buses cualquiera se debe utilizar por loPara conectar dos Buses cualquiera se debe utilizar por lomenos la impedancia de un dispositivo cualquiera. Estosignifica que no se pueden conectar dos Buses con

l di i i ( l f iblsolamente un dispositivo protector (tal como un fusible o uninterruptor).

Una vez que se tenga un dispositivo de impedancia en laconexión, se pueden insertar múltiples dispositivos deprotección en la conexión.





Conexión de dos busesConexión de dos buses





Simulación de un interruptorde enlaceSimulación de un interruptorde enlacede enlacede enlace

Para simular un interruptor de enlace, sedebe utilizar un dispositivo de impedancia taldebe utilizar un dispositivo de impedancia talcomo un cable o un componente deimpedancia equivalente pi. El equivalente de

i l b j jpi generalmente trabaja mejor:





Formación de la redFormación de la red

Formar la red con equipos eléctricos





Formación de la redFormación de la red





Ejercicio de Formación de la redEjercicio de Formación de la red





Menú/Project/OptionsMenú/Project/Options





Grupo de opcionesGrupo de opciones

Options Group: te permite aplicar algunas características al one line para realizar el estudiop





Datos necesarios para realizar lasimulaciónDatos necesarios para realizar lasimulaciónsimulaciónsimulación

Acometida de red pública Isc 3, Isc 1 , kV, X/R, etc.

Generadores: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 C lib /f L it d Ni l d i l i t Capacidad, Calibre, c/f, Longitud, Nivel de aislamiento

Reactores: X

Motores ó cargas:

Es importante que tengas el diagrama unifilar mas

reciente posible y que Motores ó cargas: kW, KVA, kV, FP servicio, etc.

Bancos de capacitores: Farads, kVAR’s

reciente posible y que contenga características

de la mayoría de los equipos.

También hay que





Entre otros.También hay que

validarlos en campo

Proyecto para cerrar sesión del tallerProyecto para cerrar sesión del taller

CFE

TD 4TD 1 TD 2 TD 3TD 5 TD 6

Carga: 55 MW Carga: 45 MW





Los sistemas eléctricos se diseñaron para operar aislados

SISTEMA TERMO 2 SISTEMA TERMO 1

Matriz de operaciónMatriz de operación

FUENTE Actual1a.

Etapa

2a. Etapa

3a. Etapa

4 TG’s 3 TG’s

3 TG’s, TG3 y

2 TG’s, TG3, TG4 y

5 TG’s y SEN en

2 TG’s, y SEN a

p 4 TG s 3 TG s SEN [off]

TG4 y SEN [off]

SEN en op.

y SEN [off]

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 TG3 [Nuevo]

0 1 1 1 1 1 1 1 0

TG4 [Nuevo]

0 0 1 1 1 0 1 1 1





Alternativas y solución de propuestasAlternativas y solución de propuestas

En gran medida la flexibilidad, la confiabilidad y la seguridad del SEP, esen resumen lo que debemos proponer como alternativa al realizar laen resumen lo que debemos proponer como alternativa al realizar laingeniería conceptual; tanto para la energía eléctrica como para el mejoraprovechamiento de vapor de la refinería.

Es contundente romper el paradigma de la resistencia a la integración deEs contundente romper el paradigma de la resistencia a la integración deequipos eléctricos nuevos en el SEP actual con los mínimos cambios, yaque el mejorar el esquema trae consigo una serie de inversiones que engran medida repercuten en la decisión del usuariogran medida repercuten en la decisión del usuario





Nota importante:Nota importante:

Gran parte de la interpretación depende de t f ió I i Elé t i l tu formación como Ingeniero Eléctrico, la

experiencia en las instalaciones de la R fi í l di ti d l i t l Refinería y el diagnostico del sistema es el

correcto siempre y cuando venga ld d N t respaldado por Normas y un reporte

técnico.





Fin de la presentación Ing. Luis Ivan Ruiz Flores

GRACIAS POR SU ATENCIÓN…

s c ó[email protected]

Roberto Analco (Support)([email protected]

H C t (M )





Hugo Castro (Manager)[email protected]

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