3.3 Kreisselmeier’s Solution
3.3.2 Implementability Issues
1) Importación de la red del SigedW.
Con el botón “SigedW” se despliega la ventana Conexión del SigedW, en dicha ventana se introducen los datos de la conexión del ODBC con la BD del SIAD, y se escribe el ID del trasformador que se requiere exportar a la base de datos local del Aradis.
Fig. 4.4 Ventana de conexión a la base de datos del SigedW.
Al oprimir el botón “Importar” se exportan las tablas de líneas secundaria y transformador, al término de la importación se pone el aviso “Importación finalizada” y nos informa el número de tramos de líneas secundarias importadas así como las características básicas del transformador, capacidad y número de fases.
Este paso sólo se puede realizar si se cuenta con la conexión interna de la red de la CFE y acceso a la base de datos del SigedW mediante el ODBC previamente instalado.
Cabe señalar que los siguientes pasos se pueden realizar sin la conexión antes descrita, ya que toda la información importada de la base de datos del SIAD queda almacena en la base de datos local de Aradis, en un archivo de acces con extensión mdb.
2) Recreación de la red.
En la parte superior del Aradis, se escribe o selecciona el ID del transformador importado y se oprime el botón recrear, de esta manera se dibuja de forma automática la estructura de la red secundaria, y queda lista para capturar de carga por poste.
3) Captura de carga por poste.
Esto se realiza dando doble click al número de poste que se enlista, al hacerlo aparecerá la ventana “Carga Instalada por poste” mostrada en la Figura 4.5a.
a)
Fig. 4.5 Ventana de captura de carga por poste (a) y ventana para agregar un usuario (b). Básicamente se capturan el número de acometidas por poste, desglosadas por acometidas monofásicas, bifásicas o trifásicas, en caso de que en el nodo sólo lleguen dos fases se habilitarán las fases donde se pueden capturar las acometidas.
Como datos complementarios y si así se requiere, se pueden dar de alta los datos básicos de cada usuario conectado en el poste, esto se realiza oprimiendo el botón "Agregar", para que en la ventana emergente (Figura 4.5b) se introduzcan para cada usuario los datos de consumo promedio, demanda contratada entre otros, es importante que en esta opción se seleccionen las fases a las cuales se encuentra conectado el usuario.
Estos últimos datos pueden ser de utilidad si se desea hacer una distribución de carga tomando en cuenta las lecturas del transformador y repartiendo esta de manera proporcional a los consumos registrados por usuario, o bien tomando en cuenta la demanda registrada aplicando un factor de coincidencia.
La captura de acometidas o usuarios se debe realizar por cada poste repitiendo los pasos antes descritos.
4) Distribución de la carga.
Este módulo tiene la función de distribuir la carga en k V A en los postes, la distribución de la carga se puede realizar de tres formas.
a) Tomar en cuenta la cantidad de acometidas.
En esta opción se tienen que definir los valores de k V A a utilizar por cada acometida monofásica, bifásica y trifásica. Para calcular los k V A por fase en cada poste, el Aradis multiplica estos valores introducidos por la cantidad de acometidas capturadas en el paso 3 como se indica en la ecuación 4.1.
b)
kVA _ Fan = (kVA _ 1F )[Num.Acom.Fan ) + (Num.Acom.Fabn + Num. Acom.Facn ) + (Num.Acom.Fabcn )
kVA_Fcn=(kVA_1F)(Num.Acom.Fcn)+ (Num.Acom.Fabcn)
(4.1) Donde:
k V A _ F an = k V A en la fase "a" en el poste "n"
k V A _ F bn = k V A en la fase "b" en el poste "n"
kVA_Fcn = k V A en la fase "c" en el poste "n"
k V A _ 1 F = k V A considerados en las acometidas de una fase (monofásicas) k V A _ 2 F = k V A considerados en las acometidas de dos fases (bifásicas) k V A _ 3 F = k V A considerados en las acometidas de tres fases (trifásicas) Num.AcomFan = Número de acometidas conectadas en la fase "a" en el poste "n"
Num.AcomFbn = Número de acometidas conectadas en la fase "b" en el poste "n"
Num.AcomFcn = Número de acometidas conectadas en la fase "c" en el poste "n" Num.AcomFabn = Número de acometidas conectadas en las fase "ab" en el poste "n" Num.AcomFacn = Número de acometidas conectadas en las fase "ac" en el poste "n"
Num.AcomFbcn = Número de acometidas conectadas en las fase "bc" en el poste "n" Num.AcomFabcn = Número de acometidas conectadas en las fase "abc" en el poste "n" Estas operaciones se realizan por cada poste "n".
kVA_1F kVA_2F kVA_3F
a) b)
Fig. 4.6 Ventana de distribución de carga tomando en cuenta la cantidad de acometidas (a) y ventana de Consideraciones de k V A por servicio (b).
Ejemplo 4.1:
Fig. 4.7 Red trifásica de baja tensión de 5 postes.
Tabla 4.5 Usuarios conectados a la red de baja tensón de la Figura 4.7.
En la Figura 4.7 se tiene una red de baja tensión de 5 postes, cada poste cuenta con las acometidas que se indica en la Tabla 4.5, si se selecciona que por cada acometida de una fase se considere 1 k V A , para las acometidas de dos fases 3 k V A y para las acometidas trifásicas 6 k V A , el cálculo de k V A por fase en el poste 3, aplicando la ecuación 4.1, sería:
kVA _ Fa3 =(1)(1) + (0)+ (1) = 4.5 k V A
kVA _Fb3=(1)(2)+ (2)+ (1)=7 k V A
kVA_Fc3=(1)(1)+ (2)+ (1)=6 k VA
Para utilizar este tipo de distribución se debe de contar previamente con la captura de cantidad de acometidas por poste.
El sistema te puede recomendar valores típicos de valores de k V A por tipo de fase, para ello se tiene que oprimir el botón "Valores típicos recomendados", de esta manera se muestra una ventana con una lista de valores típicos por tipo de carga, donde sólo se tienen que elegir los valores deseados por Zona, Estado y tipo de carga.
Definidos estos valores de k V A por tipo de fase se oprime aceptar y en automático el sistema realiza las operaciones expresadas y calcula los k V A por cada poste y por fase. En caso de marcar la casilla "Balancear Fases en cada poste", se balancean los k V A de fases aplicando la ecuación 4.2, que toma como base los cálculos realizados con la ecuación 4.1.
kVA _ Fan = kVA_ Fbn = kVA _ Fcn = (k V A_ F a n + k V A _ F b n + k V A _ Fcn)/3
(4.2)
Nota importante:
Actualmente el Aradis solo analiza redes balanceadas, por lo que esta casilla Balancear Fases en cada poste" se encuentra permanentemente seleccionada. Con esta opción los k V A por fase se balancean a un tercio de la potencia total.
c) Tomar en cuenta la lectura realizada al transformador.
Para este tipo de distribución se debe de contar con la toma de carga del transformador a estudiar, las lecturas necesarias son las corrientes y voltaje de cada fase.
La función de este tipo de distribución de caga es repartir los k V A por fase suministrados por el transformador de manera proporcional a la cantidad de postes ó acometidas ó kWh de los usuarios conectados.
Fig. 4.8 Ventana de distribución de carga tomando en cuenta la lectura del transformador. c.1. Repartidos por fase de acometidas.
Para este tipo de distribución realiza primero el conteo de acometidas por poste y los k V A del transformador por fase se distribuyen de manera proporcional al número de acometidas calculadas. Donde: (4.3) Ia = Ib = Ic = Van =
Lectura de corriente en la fase "a" del transformador, en Amperes Lectura de corriente en la fase "b" del transformador, en Amperes Lectura de corriente en la fase "c" del transformador, en Amperes Lectura de voltaje de fase "a" al neutro del transformador, en Volts
V b n = Lectura de voltaje de fase "b" al neutro del transformador, en Volts V c n = Lectura de voltaje de fase "c" al neutro del transformador, en Volts m = Número totales de postes
Estas operaciones se realizan por cada poste "n". Ejemplo 4.2
Si el transformador que alimenta a la red de baja tensión del ejemplo 4.1 suministra una corriente de 100 amperes por fase, y el voltaje de fase a neutro de las tres terminales es de
120 V, los k V A por fase a considerar en el poste 4, aplicando la ecuación 4.3, seria:
c.2 Repartidos por los kWh de medidores.
Reparte los k V A por fase del transformador tomando en cuenta los kWh de los usuarios registrados por poste, por lo que previo a la utilización de este tipo de distribución de carga es necesario agregar los datos básicos de los usuarios en cada poste como se indica en el punto 3.
Donde:
(4.4)
Suma.kWh.Fan = Suma de k W h de los usuarios conectados en la fase "a" en el poste "n" Suma.kWh.Fbn = Suma de k W h de acometidas conectadas en la fase "b" en el poste "n" Suma.kWh.Fcn = Suma de k W h de acometidas conectadas en la fase "c" en el poste "n" Suma.kWh.Fabn = Suma de k W h de acometidas conectadas en las fases "ab" en el poste "n" Suma.kWh.Facn = Suma de k W h de acometidas conectadas en las fases "ac" en el poste "n" Suma.kWh.Fbcn = Suma de k W h de acometidas conectadas en las fases "bc" en el poste "n" Suma.kWh.Fabcn = Suma de k W h de acometidas conectadas en las fases "abc" en el poste "n"
Estas operaciones se realizan por cada poste "n", los consumos a considerar deberán ser dentro del mismo período para cada acometida, ya sea anual, mensual, promedio diario, etc.
Ejemplo 4.3
Considerando las lecturas del transformador indicadas en el ejemplo 4.2, y la suma de los consumos de los usuarios por poste que se indican en la Tabla 4.6, el cálculo de k V A por fase en el poste 5 aplicando la ecuación 4.4 sería de la siguiente manera.
Tabla 4.6 Suma de consumos de los usuarios conectados a la red de la Figura 4.7.
kVA _ Fa5 = kVA _ Fb5 = kVA _ Fc5 = = 3.21 k V A = 3.76 k V A = 3.19 k V A
c.3 Repartidos por el número de postes.
Esta distribución es de la más sencillas sólo se dividen los k V A por fase del transformador entre el número de postes de la Red que cuenta con presencia de cada fase.
kVA _ Fan =
kVA _ Fbn =
kVA _ Fcn =
Donde:
Postesn _ con _ Fa =
Postesn _ con _ Fb =
Postesn _ con _ Fc =
Sumatoria de postes con presencia de la fase "a"
Sumatoria de postes con presencia de la fase "b"
Sumatoria de postes con presencia de la fase "c"
Estas operaciones se realizan por cada poste "n", de manera que si un poste no cuenta con
la fase disponible, éste toma el valor de 0.
Para este tipo de distribución de carga, mediante la lectura realizada al transformador, se tienen dos tipos de balanceo de carga:
"Balancear fases en cada poste".- Este lo realiza a nivel de poste, balanceando las fases en cuestión de acometidas, kW o kWh pero los k V A por fase en cada poste dependerán de los k V A del transformador por fase, que en caso de que éste último se encuentre desbalanceado, las fases por poste quedarán desbalanceadas en la misma proporción. "Balancear Transformador".- Seleccionando esta opción distribuirá los k V A por fase del transformador como si este estuviera balanceado, por lo que previo a la repartición de carga se calcula los k V A de balance.
kVA _ FaTR = kVA _ FbTR = kVA _ FcTR = (4.6)
Si queremos balancear la carga en cada poste, de manera que nos den los mismos valores de k V A por fase en cada poste tenemos que seleccionar las dos opciones de balanceo.
Nota importante:
Actualmente el Aradis solo analiza redes balanceadas, por lo que esta casilla Balancear fases en cada poste" y "Balancear Transformador" se encuentran permanentemente seleccionadas. Con esta opción los k V A por fase se balancean a un tercio de la potencia total.
d) Tomar en cuenta los datos de los kW de los medidores.
Para utilizar este tipo de distribución se debieron de haber dado de alta los usuarios en cada poste definiendo las fases a las que están conectados así como la carga en kW de cada uno de ellos.
(Ia)(Van)+(Ib)(Vb) + (Ic)(Vc)
Fig. 4.9 Ventana de distribución de carga tomando en cuenta los kW por servicio. Para la distribución de la carga es importante definir el factor de coincidencia a utilizar, este factor representa en qué porcentaje se va a considerar la carga en kW capturada de cada usuario, es decir: si dejamos el factor de utilización de 100 % se considerará para el estudio, el total de carga registrado por usuario, sin embargo si elegimos un factor de 80 %, tomará sólo ese porcentaje de la demanda capturada, por ejemplo si a un usuario lo registramos con 2 kW de carga sólo se considera para el estudio 1.6 kW.
En general para cualquier tipo de distribución de carga seleccionado se deben definir los parámetros adicionales como el factor de carga, factor de potencia y factor “X” a utilizar en el cálculo del factor de pérdidas. Estos valores serán considerados para los cálculos de pérdidas de potencia y de energía de la red a estudiar.
5) Está completa la captura de carga.
Capturadas las acometidas o usuarios por poste y distribuida la carga, el sistema Aradis muestra los resultados del análisis realizado que se indican en la Tabla 4.7
Tabla 4.7 Resultados básicos proporcionados por el Aradis.
Por cada nodo o poste: Por cada rama:
• Carga instalada en kVA por fase • Carga acumulada en kVA por fase • Voltaje por fase
• Distancia a la fuente
• Carga en kVA por fase • Corriente en Amp. por fase • Pérdidas por fase
• Características de la rama (material y calibre)
Tabla 4.7 Resultados básicos proporcionados por el Aradis. Del Sistema:
• Demanda máxima del estudio • Factor de potencia considerado • Factor de carga considerado • Factor de pérdidas considerado
• Caída de tensión máxima de en la B.T. • Voltaje mínimo de la red de B.T. • Pérdida de potencia en la red de B.T. • Pérdida de energía en la red de B.T.
• Pérdida de potencia y energía del transformador en cobre
• Pérdida de potencia y energía del transformador en el hierro
• Pérdida de potencia y energía total de todo el sistema
• Longitud total de la red secundaria.
Revisando estos valores se verifica que la red cuente con el total de la carga por poste asimismo que su distribución de la carga este acorde con el caso de estudio, en caso de no está completo se repiten los pasos 2 y 3 hasta que la red original quede lista y poder continuar con el paso siguiente.
6) Copiado del caso base.
Una vez verificada la captura de carga de la red original, se procede a realizar una copia del caso base para poder hacer modificaciones en la configuración de la misma y evaluar los resultados en cuanto a la reducción de pérdidas y mejoramiento en la caída de tensión y voltaje por poste. Para realizar una copia de la red, se oprime el boto “Copiar” que se encuentra en la parte superior izquierda, realizando esta acción aparecerá la ventana de diálogo que se muestra en la Figura 4.10a, donde se tiene que escribir el ID del nuevo transformador, y al oprimir el botón copiar, se mostrará en el cuadro de lista los elementos de la red que fueron copiados del transformador original, como se indica en la Figura 4.9b
a) b)
Fig. 4.10 Venta de la opción de copiado de red existente. 7) Modificación de la Red.
Para no perder las características de la red original exportada del SigedW, el sistema Aradis no permite realizar cambios en éstas, por lo que sólo se podrán modificar las redes copiadas.
En el Aradis se pueden hacer las siguientes modificaciones.
A) Modificación de la ubicación del transformador y cambio de capacidad.
Esto se realiza con el botón “Mover TR”, en donde despliega un cuadro de diálogo mostrado en la Figura 4.11, donde el usuario puede seleccionar el poste a donde se desea mover el transformador, así mismo permite cambiar la capacidad de éste.
Fig. 4.11 Ventana de la opción mover o cambiar transformador. B) Modificación del conductor de la rama.
Con esta acción se pueden simular los beneficios obtenidos al realizar recalibraciones de las ramas, para hacerlo se debe de dar doble click a la rama deseada en el cuadro de “Listado de Ramas” en la pestaña de Datos de Rama, de este modo aparecerá el cuadro de diálogo en donde se indican las características de la rama actual y se enlista las distintas opciones de cambio del conductor, las cuales se pueden filtrar por tipo de material.
Fig. 4.12 Ventana de la opción cambio de conductor.
Se selecciona el conductor deseado y al oprimir el botón aceptar se aplicarán el cambio de conductor, reemplazando las características de la rama original por los nuevos valores.
C) Abrir Rama
Este comando tienen como propósito abrir la red secundaria en la rama que se seleccione, de este modo todos las demás ramas posteriores a la seleccionada dejarán de formar parte de la red que alimenta el transformador en estudio.
Esta opción se utiliza cuando de una red original se desea realizar una partición de áreas instalando transformadores adicionales, por ejemplo si una red original se quiere dividir en dos áreas secundarias, la red original se debe copiar dos veces y al abrir las copias se tendría que mover el transformador al poste deseado y abrir la red en la rama que ya no pertenecerá al transformador seleccionado, de esta manera se acortará la red y el sistema desconectará el resto de las ramas que no alimentará el transformador.
Ejemplo 4.4
En la red copiada se movió el transformador al poste que se indica en la Figura 4.13.
Fig. 4.13 Movimiento de transformador de la red original mostrada en la Figura 4.2.
Se selecciona la rama 6 en cuadro de “Listado de Ramas” y al oprimir el botón Abrir Red aparece el siguiente cuadro de diálogo mostrado en la Figura 4.14.
Fig. 4.14 Cuadro de diálogo de advertencia a elegir la opción de partir la red secundaria. Donde el sistema advierte que al realizar esta acción, las siguientes ramas se desconectarán del transformador en estudio, al oprimir el botón aceptar la red quedaría conformada como se muestra en la Figura 4.15.
Fig. 4.15 Red de baja tensión modificada al realizar la apertura de la antigua rama 6 del diagrama mostrado en la Figura 4.13.
D) Buscar ubicación óptima del transformador.
Este módulo sirve para que automáticamente el sistema realice corridas de flujo ubicando la fuente (transformador) en los distintos postes de la red, al final de la simulación muestra los resultados obtenidos en una tabla resumen, indicando las pérdidas de potencia, pérdidas de energía, voltaje mínimo y caída de tensión obtenida para cada punto Al final del cálculo el Aradis indicara el punto óptimo de ubicación del transformador en cuanto a la reducción de pérdidas en la baja tensión.
Para realizar esta acción se oprime el botón “Punto Opt”, de esta manera aparecerá una ventana, que al oprimir el botón de “búsqueda” comenzará a realizar las simulaciones. Al término de la búsqueda aparecerá llena la tabla de valores como se muestra en la Figura 4.16.
Fig. 4.16 Ventana de búsqueda del punto óptimo de ubicación del transformador una vez que se ejecuta el botón buscar.
Para tomar como válida la propuesta óptima encontrada por el Aradis se debe oprimir el botón “Aplicar Solución”, de esta manera el transformador será ubicado en el nodo que
indica la tabla resumen, en el caso mostrado en la Figura 4.16 este se movería al nodo tres.
8) Crear otra alternativa.
Repitiendo los pasos 6 “Copiado del caso base” y 7 “Modificación de la Red” se pueden formar varias alternativas de mejora que posteriormente pueden ser evaluadas para poder determinar cuál de ellas es la más rentable.
Una vez que se tienen realizadas las distintas alternativas de mejora a la red secundaria se procede al paso 9 de Evaluación económica de alternativas.
9) Evaluación económica de alternativas.
En este paso se evalúan las alternativas encontradas para saber si éstas son rentables, es decir si