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XXII JORNADAS EN INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

MODELACIÓN Y DISEÑO DIGITAL PARA MICRO CENTRALES DE GENERACIÓN

HIDROELÉCTRICA

Mallitásig Panchi Oscar, Ing.Tapia Luis, Ing.

Escuela Politécnica Nacional

ABSTRACT

A digital program is presented in this project ofdegree, which helps to design small hydropowerplants and select main equipment in its powerstation.Measurements methods are used to determine theflow and the height of design such as it isdescribed in the whole project.A description of hydraulic turbines classificationis realized, as well as the way to calculate thereference dimensions of the turbines and thegenerator characteristics.The procedure to select a hydraulic turbine isdeveloped. “Pequeñas Centrales HidroeléctricasEscuela Politécnica Nacional”, PCHepn wascreated as a basic software in MATLAB platform.It determines the reference dimensions of theturbines and the main equipment of its powerstation.

Moreover, there are the general specifications ofthe main equipment of the power station.

RESUMENEn este artículo se realiza un programa digital quepermite ayudar al diseño de las pequeñas centraleshidroeléctricas y a la selección de los equiposprincipales de la subestación.Se realiza una descripción de la clasificación delas turbinas hidráulicas, y los pasos para calcularlas dimensiones de referencias de las turbinas ylas características del generador.A continuación se desarrolla el procedimientopara seleccionar una turbina hidráulica y sepresenta un programa computacional básico,PCHepn “Pequeñas Centrales HidroeléctricasEscuela Politécnica Nacional” en plataformaMatLab, desarrollado para determinar lasdimensiones de referencia de la turbina y equiposprincipales de la subestación. Se realizan las especificaciones generales de losequipos principales de la subestación.

1. INTRODUCCIÓNLas centrales hidroeléctricas, y dentro de ellas lasmini centrales hidroeléctricas, están muycondicionadas por las peculiaridades ycaracterísticas que presente el lugar donde vayan aser ubicadas. Las centrales se clasifican según eltipo de utilización del agua y según la altura delsalto de agua.

El conocimiento de información de caudales delrío en la zona próxima a la toma de agua esimpredecible para la determinación del caudal dediseño. Las mediciones de los caudales del río serealizan en las estaciones de aforo donde seregistran los caudales instantáneos que circulanpor el tramo del río donde esta ubicado la estacióny a partir de éstos se determinan los caudalesmáximos, medios y mínimos diarioscorrespondientes a un gran número de años.

El salto neto o la altura neta es otro parámetrofundamental para el diseño de una mini centralhidroeléctrica, deberá ser la máxima alturapermitida por la topografía del terreno, teniendoen cuenta los límites que marcan la afección delmedio ambiente y la viabilidad económica de laderivación.

La energía eléctrica de una PCH se obtieneaprovechando la energía cinética que adquiere elcaudal Q al final de una caída H, la cual estransformada por una turbina en energía mecánicay posteriormente en energía eléctrica por elgenerador.

La potencia hidráulica que puede generar unacentral hidroeléctrica, viene dada por la siguienteexpresión:

P=9.8*H*Q (1)

Donde:

P = Es la potencia hidráulica kW

Q = Es el caudal en m³/sH = Es la altura en m

Cuando ya se tiene la energía en los centros degeneración, es necesario transportar la energíahacia los centros de consumo. Debido a que laubicación de las pequeñas centrales


hidroeléctricas no coincide con las cercanías delos principales centros de consumo es necesariocontar con un sistema de transmisión que seacapaz de transportar energía a través de largasdistancias.

El paquete computacional propuesto determina eltipo de turbinas y los parámetros principales delgenerador y la subestación.

2. CARACTERISTICAS DE DISEÑO

Los parámetros de diseño que se debe tenerpresente son los siguientes:

Caudal de diseño Altura neta Eficiencia de la turbina Eficiencia del generador Velocidad sincrónica Número de unidades de generación

2.1 Caudal de diseñoEs importante determinar un caudal de diseño,para definir el equipamiento que será instalado enla central (tipo de turbina), de tal forma que laenergía producida por la turbina sea la máxima enfunción de la hidrología. Las mediciones de loscaudales del río se realizan en las estaciones deaforo, y a partir de estos valores se determina loscaudales máximos, medios, y mínimos diarios [1].

El caudal aprovechable se calcula con lasiguiente ecuación:

)2()*1.0( QmQQt Donde:

Qt = Es el caudal aprovechable en [m3/s].

Q = Es el caudal de diseño en [m3/s].

Qm= Es el caudal medio anual en [m3/s].

Cada tipo de turbina tiene un rango defuncionamiento con un caudal máximo y uncaudal mínimo, si se tiene un caudal por debajodel caudal mínimo, la turbina no funcionará conun rendimiento adecuado.

2.2 Altura NetaLa altura neta (Hn) es igual a la altura bruta menoslas pérdidas de carga. La altura bruta (Hb) es ladiferencia entre el centro de gravedad del volumenútil del embalse y el nivel de restitución del caudalturbinado. Las pérdidas de carga (ΔH), sonocasionadas por pérdidas en la toma, pérdidas en

el canal de desviación y pérdidas en la tuberíaforzada. Las pérdidas de carga se puedenconsiderar en una primera estimación, entre el 5%y el 10% del salto bruto [1].

La altura neta se determina de la siguienterelación:

HHHn B (3)

Donde:

Hn = Altura neta [m]

HB = Altura bruta [m]

ΔH = Pérdidas de carga [m]

Para calcular la pérdida que se produce en latubería forzada se aplica la siguiente ecuación:

4/3

22 ***35.6

d

VLnH (4)

Donde:

ΔH= pérdidas que se produce en latubería en [m]

n = coeficiente de rugosidad

L = longitud de la tubería [m]

V = velocidad en la tubería [m/s]

d= Diámetro de la tubería [m]

El valor de “n” se tomará de 0.013 para túnelescon revestimiento de hormigón, y 0.012 paratuberías de presión.

2.3 Eficiencia de la turbina

El rendimiento se define como la relación entre lapotencia mecánica transmitida al eje de la turbinay la potencia hidráulica correspondiente al caudaly salto nominales. Las turbinas se diseñan paratrabajar con el caudal nominal y un rendimientomáximo.

En la siguiente tabla se describe el rango deeficiencias de turbinas para el 100% del caudalnominal [2].

Tabla 1.1 Eficiencias de turbinas para el 100%del caudal nominal (GILKES HYDROPOWER)

TIPO DETURBINA

EFICIENCIAS[%] η [%] (Diseño)

PELTON 80 - 95 90%

MICHELL 70 - 85 85%

FRANCIS 80 - 97 93%

KAPLAN 80 - 97 90%


2.4 Eficiencia del generadorEl rendimiento del generador esta en un rango del93% al 98.5% para condiciones defuncionamiento normal [2].

Para el diseño de la pequeña central hidroeléctricase asume un rendimiento del 93%.

2.5 Velocidad sincrónicaLa velocidad de giro de la turbina estárelacionada con la caída neta, el caudalaprovechable, y las dimensiones del rodete.Cuando la velocidad de la turbina no coincide conla velocidad sincrónica del generador, se debenemplear sistemas de transmisión, de movimiento ypotencia mecánica por medio de elementosmecánicos que son: bandas, cadenas de rodillo,engranajes, etc.

La frecuencia que se requiere en los terminales delgenerador es un parámetro que se debe cumplirpara poder realizar la interconexión con elsistema, debe recordarse que la frecuencia seregula por medio de la máquina motriz.

La velocidad del generador está definida por lafrecuencia a la que debe operar y se determina porla siguiente expresión [3]:

p

fN

*120 (5)

Donde:

N=Número de revoluciones por minuto [rpm.]

f = frecuencia del sistema [Hz]

P= Número de pares de polos del generador.

2.6 Número de unidades de generaciónPara determinar el número de unidades degeneración, se debe analizar tres aspectosprincipales que son:

La capacidad de la turbina.- Se determina enbase al caudal de diseño y la altura neta. Elcaudal de diseño es un valor variable, por locual, puede disminuir o aumentar a lo largodel año. Con esta variación de caudal sepuede determinar el número de unidades.

La curva de duración de caudales.- Es útil enla determinación de unidades ya quepresentan caudales variables a lo largo deltiempo.

La eficiencia de la turbina.- determina unagran flexibilidad de funcionamiento, ya que

permite turbinar con caudales superiores oinferiores al caudal nominal, con unaeficiencia considerable. Dependiendo del tipode turbina que se vaya a utilizar, y con ayudade la curva de duración de caudales, se puededeterminar el número de unidades degeneración.

2.7 Selección de turbinas hidráulicas.El tipo de turbinas hidráulicas se puededeterminar de dos formas:

1. Selección de la turbina en coordinación con elfabricante.- Para preseleccionar la turbina ainstalar en la pequeña central hidroeléctrica,se utilizan unos ábacos que suelen facilitar losfabricantes de turbinas. Con ellos, sedetermina el tipo de turbina a partir de losparámetros de salto y caudal.

2. Selección de la turbina en función de lavelocidad específica.- La velocidadespecífica es el número de revolucionesque daría una turbina semejante a la que setrata de buscar y que entrega una potencia deun caballo, al ser instalada en un salto dealtura unitaria [4]. La velocidad específica(Ns) de una turbina se obtiene de la siguienteecuación:

4/5

*

H

PnNs (6)

Donde:Ns = Es el número específico de revoluciones

n = Son las revoluciones por minutoP = Es la potencia al freno de la turbinaH = Es la altura neta

De acuerdo al número de revoluciones seclasifican en:

Turbinas Lentas Turbinas Normales Turbinas Rápidas Turbinas Ultrarrápidas

A continuación se muestra en la tabla 1.2 losvalores de la velocidad específica para diferentestipos de turbinas.

Tabla 1.2 Valores de velocidad específica paradiferentes tipos de turbinas [5]

Velocidadespecifica

Tipo de Turbina


De 5 – 30 Pelton con un inyector

De 30 – 70 Pelton con varios inyectores

De 40 - 160 Michell - Banki

De 60 – 150 Francis Lenta

De 150 – 250 Francis Normal

De 250 – 450 Francis Rápida

De 450 – 600 Francis Extra rápida

Más de 500 Kaplan o hélice

3. SELECCIÓN DEL GENERADOR

Existen dos tipos de generadores, los sincrónicosy los asincrónicos o de inducción, ambos sonempleados en micro centrales hidráulicas con unaceptable grado de confiabilidad y calidad deenergía.

Los generadores sincrónicos son capaces desuministrar la energía reactiva de la carga, por locual, pueden utilizarse para redes aisladas alsistema o conectadas al sistema, son máscomplejos debido a que posee un sistema decontrol de la excitación.

Los generadores de inducción no puedensuministrar energía reactiva por lo que, tanto elreactivo de la excitación propia como el reactivode la carga, debe ser suministrado por capacitores,los cuales pasan a formar parte esencial de lainstalación. La gran ventaja de este tipo degenerador es que se encuentra en el mercado a unmenor precio.

Las especificaciones del generador deben ser tantoeléctricas como mecánicas; como la capacidad delgenerador, los soportes, temperatura de operación,etc.

A continuación se presentan una lista decaracterísticas y componentes del equipo degeneración.

Continuidad de trabajo

Características de frecuencia, voltaje yvelocidad.

Sobre velocidad relacionadas con laturbina.

Número de fases, si es monofásico otrifásico.

Los kVA, kW, factor de potencia y sueficiencia.

Temperatura ambiente, humedad, altitud.

Equipo de monitoreo como medidores defrecuencia, de voltaje, de corriente, depotencia.

Regulador automático de voltaje.

Sistema de gobernador.

Protecciones de sobre velocidad, bajavelocidad, sobrecarga, cortocircuito.

Dimensiones físicas y peso.

Expectativas de vida de los componentesy posibilidad de remplazarlos.

3.1 Características del generador

Para el cálculo de la potencia a la salida delgenerador se debe considerar el rendimiento delgenerador que esta en un promedio (93% -98.5%), también se debe considerar la eficienciade transmisión de potencia mecánica por laconexión del eje de la turbina y el eje delgenerador.

GTRG PP ** (7)

Donde:nTR = Es la eficiencia de la transmisión depotencia mecánicanG = Es la eficiencia del generador

Para calcular la potencia aparente (S) se debeconsideran el factor de potencia de acuerdo a lared que se conecte.

P

GG f

PS (8)

Donde:SG = Potencia aparente [kVA]fp = Es el factor de potencia.

Para seleccionar el voltaje nominal a losterminales del generador se debe establecervoltajes que se encuentren en el sistema eléctrico,los valores estándar (Norma IEEE 1547 Standardfor DR Interconnection with power Systems) son:2.4kV, 3.3kV, 4.16kV, 6.3kV, 13.8kV. Una vezque se tiene el voltaje adecuado se determina lacorriente nominal del generador:


G

GG

V

SI

*3 (9)

Donde:IG = corriente nominal del generador.VG= Voltaje nominal del generador

4. SUBESTACIÓNLa subestación eléctrica asociada a una centralhidroeléctrica es la encargada de interconectar losgrupos generadores con las líneas de transmisión através de un transformador. Las S/E están sujetasa eventos tales como: descargas atmosféricas,propagación de ondas de sobrevoltaje y fallas enel sistema, los cuales pueden provocar fallas deaislamiento, dando como resultado daños en elequipo.

En los sistemas regionales de nuestro país lamayoría de subestaciones son aisladas en aire ypor lo tanto usan equipamiento de tipoconvencional. En lo que respecta a laconfiguración de las S/E, el uso del esquema debarras se aplica en función del nivel de voltaje.

El nivel de voltaje que se utiliza en las PCH,corresponden a niveles de subtransmisión ydistribución y el sistema predominante es el debarra simple.

4.1 EQUIPOS PRINCIPALES DE LASUBESTACIÓNLos equipos principales de alto voltaje que tienela subestación son:

Transformador principal Transformador auxiliar Equipos de corte y seccionamiento.-

corresponden a disyuntores yseccionadores empleados en losgeneradores y líneas de transmisión.

Transformadores de medida yprotección.- Son los transformadores depotencial y de corriente, que se utilizapara los sistemas de medida y protección.

Equipos de protección contrasobrevoltajes de maniobra o descargasatmosféricas.- corresponden a lospararrayos y los equipos deapantallamiento de la subestación (cablesde guarda y mástiles).

5. PROGRAMA PCHepnEl programa PCHepn (figura 1.1) simula pequeñascentrales hidroeléctricas, usando el programacomputacional MatLab.

Figura 1.1 Ventana pequeñas centraleshidroeléctricas

El paquete computacional propuesto, calcula losaccesorios mecánicos y eléctricos para diferentesturbinas hidroeléctricas, Pelton, Michell – Banki,Francis, y Kaplan. Para el cálculo de la PCH sedebe conocer los parámetros fundamentales dediseño que se mencionaron anteriormente.

En la figura 2.2 se presenta la metodologíaimplantada para la seleccionar el tipo de turbina ylos parámetros del generador y la subestación.

Figura 1.2 Algoritmo usado para la ejecución delprograma


1. Para la ejecución del programa, se almacenatodos los archivos m que contiene la carpetaMallicPCH en la unidad C. Luego se escribeen la ventana de comandos de MatLab>>PCHepn y comienza a ejecutar elprograma.

2. Se determina el caudal de diseño y la alturaneta

3. El programa presenta un diagrama deselección de turbinas, donde el diseñadorpuede preseleccionar la turbina en función dela altura y caudal.

4. El diseñador ingresa los datos fundamentalesde diseño (Q, H, nt, ng, rpm, y número deturbinas). El programa calcula el valorespecífico Ns y Nq, para seleccionar laturbina en base a la velocidad especifica.

5. Con los rangos de la velocidad especificadeterminados por el programa, el diseñadorselecciona el tipo de turbina que el programapropone. En caso de que el programa noseleccione el tipo de turbina, se tendrá quehacer nuevos estudios, ya que puede estaringresando datos incoherentes.

6. Cuando el programa y el diseñadorescogieron el tipo de turbina, el programaejecuta y calcula las dimensiones dereferencia de la turbina y reporta aldiseñador.

7. El diseñador ingresa los datos de losparámetros del generador: factor de potencia,voltaje terminal, reactancia sincrónica (xd yxq), potencia máxima y mínima de la turbina.El programa calcula la potencia aparente y lacorriente nominal del generador,

8. El diseñador pulsará un comando paraindicar al programa que ejecute y determinela zona segura de operación.

9. Usando otra herramienta fundamental deMatLab (Simulink) se modela el regulador develocidad de una turbina hidroeléctrica y elregulador de voltaje. El diseñador ingresavalores propios de la máquina, y el programaejecuta y determina las curvas de velocidad,posición de las válvulas, potencia mecánica yla variación de voltaje.

10. El diseñador ingresará el voltaje secundariodel transformador principal, la potenciaaparente y el voltaje primario deltransformador auxiliar. Se ejecuta elprograma y reporta los parámetrosfundamentales del generador, transformador yequipos principales de la subestación.

5.1 Aplicación del programa PCHepnPara realizar la aplicación del programa, se tomócomo ejemplo el Estudio de Prefactibilidad de laCentral Hidroeléctrica Tulipe. Estudio realizadopara el Ministerio de Electrificación y EnergíaRenovable por la Escuela Politécnica Nacional.

Caudal de diseñoPara determinar el caudal aprovechable en elprograma PCHepn (figura 1.3) se realizan lossiguientes pasos: Se ingresa el tiempo elegido por el diseñador.

En el diseño de la central Tulipe se consideróel 50% del tiempo que dura el caudal.

Se genera el programa, y se tienen lossiguientes resultados:

o El caudal probabilístico o caudalnatural

o El caudal aprovechable, que es elcaudal natural menos el caudalecológico.

o El factor de planta, que es la relaciónentre la energía producida versus lamáxima energía teóricamentegenerada [6].

Figura 1.3 Determinación del caudalaprovechable del río Alambi

Altura neta

Para determinar la altura neta se requiere conocerlos siguientes parámetros:

El Coeficiente de rugosidad Caudal aprovechable Diámetro de la tubería Atura bruta Longitud de la tubería

Los valores mencionados anteriormente seingresan al programa (figura 1.4). Se ejecuta elprograma y reporta el valor de la altura neta.


Figura 1.4 Determinación de la altura neta

Selección de la turbina en coordinación con elfabricanteCon la altura de 50 [m] y un caudal de 5.6 [m³/s]se puede elegir una turbina Francis o una turbinaKaplan. Para el diseño de la PCH se eligió a laturbina Francis ya que este tipo de turbinagarantiza la máxima rentabilidad con un mayorrendimiento y permite variaciones de caudales conrespecto al caudal nominal.

Figura 1.5 Diagrama de selección de turbinashidráulicas

Selección de la turbina en base a losparámetros de diseñoPara determinar el tipo de turbina en base a losparámetros fundamentales de diseño se realiza lossiguientes pasos:

Se Ingresa al programa, los datosfundamentales de diseño. (figura 1.6)

Figura 1.6 Parámetros de diseño

Hacer clic en siguiente>> y se despliega laventana “tipos de turbina” (figura 1.7). Enesta ventana el diseñador pulsará lasdiferentes posibilidades que se tiene paraescoger el tipo de turbina. El programa

seleccionará el tipo de turbina, en base a suvelocidad específica, dando como resultadouna turbina FRANCIS EXTRA RAPIDA.

Figura 1.7 Tipos de Turbinas

Para determinar las dimensiones de referenciade la turbina, se hace clic en resultados(figura 1.7). El programa realiza los cálculosy reporta los resultados en un archivo deExcel (tabla 1.3)

Tabla 1.3 Dimensiones de Referencia de laTurbina

PARÁMETROS FUNDAMENTALES DE DISEÑO

Altura neta [m] 50 Caudal por turbina[m3/s]

5.6

Caudal de diseño[m3/s]

11.2 Potencia hidráulica[kW]

2746.8

Eficiencia de laturbina [%]

0.88 Potencia generada[kW]

2248.0

Eficiencia delgenerador [%]

0.93 Velocidadespecífica S/E

495.5

Número deturbinas

2 Velocidadespecífica S/A

151.0

Velocidadsincrónica [rpm]

1200 Potencia totalgenerada [kW]

4496.0

Energía anual[GWh]

39.4

DISEÑO REFERENCIAL DEL RODETE

Ángulo de ataque en la entrada [deg] 30.63

Velocidad absoluta de entrada [m/s] 20.67

Velocidad tangencial de entrada [m/s] 47.49

Diámetro primitivo del rodete [m] 0.756

Diámetro de salida del rodete [m] 0.731

Número de álabes 11.46Ángulo que forman los álabes a la entrada del rodete[rad] 0.341

Ancho de entrada del rodete [m] 0.264


Ancho primitivo del rodete [m] 0.395

Coeficiente de cavitación 0.085

DISEÑO DIFERENCIA DE LA CAMARAESPIRALVelocidad de entrada a la cámara espiral[m/s]

8.95

Diámetro 1 de la cámara [m] 0.907

Diámetro 2 de la cámara [m] 0.848

Diámetro 3 de la cámara 0.785






Zona segura de operación del generador Se ingresa al programa, los valores de los

parámetros del generador y la potenciamáxima y mínima de la turbina.

Haciendo clic en “curva de capacidad”(figura 1.8) el programa realiza los cálculosy se obtiene la zona segura de operación.

Figura 1.8 Zona segura de operación delgenerador

Características principales de los equipos delgenerador y subestación

El programa PCHepn, determina lascaracterísticas de los equipos principales de lasubestación, realizando los siguientes pasos:

Se ingresa el voltaje secundario deltransformador, a niveles de voltaje de lossistemas de subtransmisión y distribución

Se ingresa la potencia aparente deltransformador auxiliar, esta potencia sedimensiona de acuerdo a los equipos queestán conectados al transformador auxiliar

Se ingresa el voltaje primario deltransformador auxiliar.

Figura 1.9 Equipos de la Subestación

Cundo ya se ingresa los datosmencionados, hacer clic en “Reporte”(figura 1.9), se ejecuta el programa y setiene los siguientes reportes:

PARÁMETROS DEL GENERADOR

Potencia nominal [kW] 2247.98

Numero de fases 3

Factor de potencia nominal 0.9

conexión del estator Estrella

Voltaje nominal de salida [kV] 6.6

Velocidad sincrónica nominal [RPM] 1200Rango de ajuste de voltaje a condicionesnormales [%] +/- 5

Frecuencia nominal [Hz] 60

Clase de aislamiento (estator/rotor) F/F

Clase de calentamiento (estator/rotor) B

Número de polos 6

PARÁMETROS DEL TRANSFORMADORPRINCIPAL

Potencia nominal [kVA] 2497.76

Número de devanados 2

Número de fases 3

Voltaje primario [kV] 6.6

Voltaje secundario[kV] 46

Intercambiador de taps en el lado de alta [%]+/-

2x2.5%

Medio de aislamiento (Norma IEC 296) aceite

Máxima impedancia, en la base propia del 7


transformador[%]

Máximo voltaje soportado al impulso en elprimario (BIL)[kV] 95Máximo voltaje soportado al impulso en elsecundario (BIL)[KV] 250

Grupo de conexión vectorial Dyn1

frecuencia [Hz] 60Máximo voltaje soportado al impulso debushings secundarios (BIL) [kV] 250Máximo voltaje soportado al impulso debushings primario y del neutro[kV] 95

PARÁMETROS DEL TRANSFORMADORAUXILIAR

Potencia nominal [kVA] 50

Número de devanados 2

Número de fases 3

Voltaje primario [kV] 6.6

Voltaje secundario[kV] 0.22

Taps en vacío en el lado de bajo voltaje+/-

2x2,5%Máxima impedancia, en la base propiadel transformador[%] 4.5Máximo voltaje soportado al impulso enel primario (BIL)[kV] 95Máximo voltaje soportado al impulso enel secundario (BIL)[KV] 30

Medio de aislamiento Aceite

Grupo de conexión vectorial Dyn1

frecuencia [Hz] 60

DISYUNTOR NIVEL DEVOLTAJE [kV] 46

TipoInterior,Extraíble

Voltaje nominal[V] 46

Voltaje máximo de servicio [kV] 48.3Máximo voltaje soportado alimpulso (BIl) [kV] 250

Número de polos 3

Frecuencia [Hz] 60

Tipo de actuación Tripolar

NOTA: Para determinar la corriente decortocircuito se requiere de estudios de flujo decarga y de cortocircuito.

SECCIONADORES NIVEL DEVOLTAJE [kV] 6.6


Frecuencia [Hz] 60

Voltaje nominal[kV] 6.6


Tipo de mandoManual y

automático

Tipo de accionamiento tripolar

SECCIONADORES NIVEL DEVOLTAJE [kV] 46


Frecuencia [Hz] 60

Voltaje nominal[kV] 46


Tipo de mandoManual y

automático

Tipo de accionamiento tripular

NOTA: Para determinar la corriente decortocircuito se requiere de estudios de flujo decarga y de cortocircuito.

PARARRAYOS

TipoÓxido de

Zn

Conexiónlínea atierra

Voltaje nominal de operación delsistema[kV] 46

Voltaje máximo del sistema [kV] 48.3

Voltaje de operación continua[kV] 29.2803

Voltaje nominal de descarga [kV] 36.6004

Corriente nominal de descarga [KA] 10

Frecuencia [Hz] 60

clase EstaciónMáximo voltaje soportado al impulso(BIl) [kV] 250


TRANSFORMADORES DE POTENCIALNIVEL DE VOLTAJE [kV] 6.6

Voltaje nominal secundario [V] 120Máximo voltaje soportado al impulso (BIl)[kV] 95

Clase de precisión 0.2TRANSFORMADORES DE POTENCIALNIVEL DE VOLTAJE [kV] 46

Voltaje nominal secundario [V] 120Máximo voltaje soportado al impulso (BIl)[kV] 250

Clase de precisión 0.2

TRANSFORMADORES DE CORRIENTENIVEL DE VOLTAJE [V] 220

Voltaje nominal[V] 220Máximo voltaje soportado al impulso (BIl)[kV] 10

Relación de transformación [A] 150


TRANSFORMADORES DECORRIENTE NIVEL DE VOLTAJE[kV] 6.6

Voltaje nominal[kV] 6.6Máximo voltaje soportado al impulso(BIl) [kV] 95


Clase de precisión 0.2TRANSFORMADORES DECORRIENTE NIVEL DE VOLTAJE[kV] 46

Voltaje nominal [kV] 46Máximo voltaje soportado al impulso(BIl) [kV] 250



95kV

RECTIFICADOR/CARGADOR

Número de fases 3

Voltaje de alimentación [V] 220 V +/- 10%

frecuencia [Hz] 60 Hz +/- 5%

Voltaje de salida [V c.c.] 125 V c.c. +/- 1%

TipoVoltaje

autorregulado

BANCO DE BATERÍAS

Tipo Plomo - ácido

Voltaje nominal del Banco [V c.c.] 125 V c.c.

Número de celdas 60Voltaje nominal de flotación decada celda [V c.c.] 2.1 V c.c.

Voltaje de descarga de cada celda 1.70 V c.c.Voltaje nominal de igualación decada celda 2.33 V c.c.

Tipo de Batería sellada

Tiempo de descarga 24 h

6. CONCLUSIONES YRECOMENDACIONES

El programa elaborado en este artículo esaplicable para seleccionar el tipo de turbina,para mini y pequeñas centraleshidroeléctricas, con sus respectivasdimensiones de referencia. Además determinalas características generales del generador yde los principales equipos de la subestación.

La curva de duración de caudales,proporciona una valiosa información gráfica,donde se puede visualizar el volumen de aguaexistente, y en base a este volumen se puedeescoger el caudal aprovechable.

Para seleccionar el tipo de turbina, primero sepreselecciona la turbina en los nomogramasde caudal y altura proporcionados por losfabricantes, y luego se afina el tipo de turbinautilizando la velocidad especifica.

Para seleccionar el número de unidades, sedebe analizar el caudal disponible, ya que esun valor variable que puede disminuir oaumentar a lo largo del tiempo, luego seanaliza las características generales de laturbina fundamentalmente la eficiencia de lamisma.

Se recomienda utilizar el programa paramicro, mini y pequeñas centraleshidroeléctricas hasta una capacidad de10000kW.

Se recomienda analizar el caudal ecológicopara evitar una alteración al ecosistema.

Se recomienda tener en cuenta la curva delrendimiento de cada turbina ya que al variarel caudal disponible varía el rendimiento de laturbina en cada régimen de funcionamiento.


Para cada central hidroeléctrica serecomienda determinar en forma adecuada elfactor de planta con el objeto de disponer deun valor confiable de la energía generada.

7. BIBLIOGRAFIA[1] Castro, “Mini centrales Hidroeléctricas”,Madrid, 2006.

[2] GILKES, “seminario hidroeléctrico de micro,mini, y pequeñas centrales hidroeléctricas”[3] L. Tapia, “Maquinas Eléctricas” Ecuador,2005

[4] FRANZINI, Joseph B; FINNEMORE, E. J.“Mecánica de Fluidos con aplicaciones enIngeniería”. Novena edición. Madrid: McGraw-Hill, 1999[5] OLADE –BID ECUADOR, “Manual dediseño de Pequeñas Centrales Hidroeléctricas”,volumen IV Equipos, Quito, 1985[6] COZ Federico, “Manual de Mini y Microcentrales Hidráulicas”, Lima ITDG, 1995

8. BIOGRAFÍAS

Oscar Mallitásig PanchiNació en San Buenaventura,

Latacunga, el 25 de Julio de1983. Sus estudiossecundarios lo realizó en elInstituto Técnico RamónBarba Naranjo.Sus estudios universitarios losrealizó en la Escuela

Politécnica Nacional, donde obtuvo el titulo deIngeniero Eléctrico en Sistemas Eléctricos dePotencia en 2008.Trabajo en la Escuela Politécnica Nacional en elárea de Máquinas Eléctrica, actualmente presentaservicios de diseño y montaje de redes dedistribución con diferentes Empresas Eléctricasdel país.

Tapia Calvopiña Luis ElíasIngeniero Eléctrico de laEscuela Politécnica Nacional1976, Máster en Tecnologíasde Información para laFabricación de la UniversidadPolitécnica de Madrid 2001,Director del Instituto de

Tecnólogos, Coordinador de Electromecánica,Jefe del Departamento de Energía Eléctrica,Profesor Principal de la EPN.

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