informe - pre operatividad.pdf
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Sistemas
Elctricos
de Potencia
Osorio Chacon, Jhoel F. 100067k
Martinez Alejandro, Pool 100675k
ESTUDIOS DE PRE OPERATIVIDAD
Conexin al SEIN de centrales
de generacin RER.
Conexin al SEIN de proyectos mineros.
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO
FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRICA
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Estudios de
PRE-OPERATIVIDAD
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INDICE
Cap. 1 - introduccin ................................................................................................................................. 3
1.1 Resumen ....................................................................................................................................... 3
1.2 Objetivos ...................................................................................................................................... 3
Cap. 2 Contenido .................................................................................................................................... 4
2.1 Antecedentes: ............................................................................................................................... 4
2.2 Definicin: .................................................................................................................................... 4
2.3 Estructura: ................................................................................................................................... 4
2.4 ESTUDIOS DE PRE-OPERATIVIDAD: ................................................................................... 5
A. ESTUDIO DE PRE OPERATIVIDAD PARA LA CONEXIN AL SEIN .............................. 5
Caractersticas Tcnicas del Proyecto: ...................................................................................... 5
Ingeniera de Transmisin para la conexin al SEIN: .............................................................. 5
Estudios Elctricos:..................................................................................................................... 5
B. CONEXIN AL SEIN DEL GENERADOR RER: ....................................................................... 6
Estudio de pre operatividad ...................................................................................................... 6
Caracteristicas tcnicas del proyecto ........................................................................................ 6
Ingeniera de la transmisin para la conexin de la central rer ............................................... 9
Estudios elctricos .................................................................................................................... 10
C. CONEXIN AL SEIN DE PROYECTOS MINEROS ............................................................... 15
Estudio de pre operatividad .................................................................................................... 15
Ingenieria del proyecto ............................................................................................................ 15
Estudios elctricos ................................................................................................................... 17
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Estudios de
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CAP. 1 - INTRODUCCIN
En nuestro sistema elctrico interconectado nacional (SEIN) existe una parte
fundamental que es la generacin, y frente a la creciente demanda de energa
se debern elaborar nuevos proyectos para la implementacin de nuevas
Centrales de Generacin, para las cuales se debern elaborar estudios de pre-
operatividad los cuales analizan su comportamiento frente al sistema
interconectado nacional, bajo este contexto se elaboran los estudios de pre-
operatividad para la conexin al SEIN de centrales de generacin con
Recursos Energticos Renovables (RER), tema en el cual radica el presente
informe.
1.1 Resumen:
El presente busca informar sobre los estudios de pre-operatividad, para
de esta forma aprender los criterios y partes fundamentales del estudio
de pre-operatividad, el cual se analizara en forma general y luego nos
centraremos en un punto especfico, Estudio de Pre-operatividad en
proyectos de generacin RER, concluyendo de esta manera su
fundamental importancia.
1.2 Objetivos:
El objetivo del presente informe es aprender los criterios y partes de un
Estudio de pre-operatividad en proyectos de generacin RER que los
proyectos futuros no causarn perjuicio a la operacin del sistema
interconectado nacional (SEIN) una vez integrado al mismo.
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Estudios de
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CAP. 2 CONTENIDO
2.1 Antecedentes:
En el Reglamento de Transmisin aprobado por el Decreto Supremo N 027-
2007-EM, publicado en el Diario El Peruano el 17.05.2007, se establece que
las nuevas instalaciones que se conecten al sistema de transmisin del Sistema
Elctrico Interconectado Nacional (SEIN) deben elaborar y presentar al COES
estudios de Pre Operatividad y Operatividad.
El Estudio de Pre Operatividad, debe tener los alcances con el contenido
suficiente para lograr obtener la conformidad respecto a la conexin al SEIN y
a las instalaciones asociadas con el proyecto.
2.2 Definicin:
Los estudios de pre-operatividad cumplen una funcin de confiabilidad frente
a una accin de variabilidad dentro del sistema, aseguran el eficiente
funcionamiento del SEIN frente a modificaciones en dentro de este mismo,
como la insercin, modificacin o retiro de instalaciones al sistema.
Preservando de esta manera los criterios de una adecuada operacin y
seguridad, garantizando la continuidad y calidad del suministro elctrico.
2.3 Estructura:
El Estudio de pre-operatividad cuenta con tres partes fundamentales:
-Caractersticas Tcnicas del Proyecto
-Ingeniera de Transmisin para la conexin al SEIN
-Estudios Elctricos:
Operacin en Estado Estacionario.
Clculos de Cortocircuito
Verificaciones de Estabilidad Transitoria.
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2.4 ESTUDIOS DE PRE-OPERATIVIDAD:
A. ESTUDIO DE PRE OPERATIVIDAD PARA LA CONEXIN AL
SEIN
En el Estudio de Pre Operatividad se deber mostrar que las
instalaciones del proyecto han sido diseadas para conectarse al SEIN
sin entorpecer la expansin del sistema, preservando los criterios de una
adecuada operacin y seguridad, garantizando la continuidad y calidad
del suministro elctrico.
Caractersticas Tcnicas del Proyecto:
Definicin Tcnica principal del proyecto, abordando sus aspectos
fundamentales tales como las caractersticas principales de los
equipamientos para los sistemas de proteccin y subestaciones deben
cumplir lo sealado en el documento Requerimientos Mnimos de Equipamiento para los Sistemas de Proteccin del SEIN.
Todas las subestaciones deben tener instalado registradores de fallas
para monitorear todos los equipos de potencia que se encuentren
instalados y se conecten a la subestacin. Estos registradores deben
cumplir como mnimo con las Caractersticas Tcnicas Mnimas para Registradores Osciloperturbgrafos del SEIN.
Ingeniera de Transmisin para la conexin al SEIN: En esta parte se mostrar el desarrollo de la ingeniera con el nivel
requerido para encargar la compra del equipamiento principal de las
instalaciones de transmisin, requeridas para la conexin del proyecto
al SEIN (lnea de transmisin, subestacin y ampliaciones en
subestaciones existentes). El diseo del sistema de transmisin
requerido debe realizarse considerando las normas tcnicas nacionales e
internacionales correspondientes.
Estudios Elctricos:
Son los anlisis de sistemas elctricos de potencia para evaluar el
impacto de la nueva instalacin en la operacin de su zona de influencia
y debern estar orientados a verificar que la nueva instalacin que
ingresa posee todos los equipos para hacer viable su conexin al SEIN.
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Se entiende por viable cuando no existan efectos negativos sobre el
SEIN o cuando el SEIN no imponga ninguna restriccin al suministro
de energa a esta nueva planta minera, como consecuencia de algn
equipo inadecuadamente seleccionado o por alguna congestin en el
sistema de transmisin.
Con los resultados de los estudios elctricos se podr confirmar que no
falta ningn equipo asociado a las nuevas instalaciones, as como definir
el tamao de eventuales equipos de compensacin reactiva asociados al
proyecto, a definir y/o confirmar especificaciones tcnicas de su
equipamiento, etc.
B. ESTUDIO DE PRE OPERATIVIDAD PARA LA CONEXIN AL
SEIN DEL GENERADOR RER:
ESTUDIO DE PRE OPERATIVIDAD
El estudio tendr tres partes: Caractersticas Tcnicas del Proyecto,
Ingeniera de la Transmisin para la conexin al SEIN y Estudios
Elctricos.
CARACTERISTICAS TCNICAS DEL PROYECTO
Se debe presentar:
(1) Resumen de las caractersticas generales del proyecto: ubicacin
geogrfica, zona de influencia, Puntos de Conexin al SEIN y
cronograma de implementacin. Declaracin de la mxima
capacidad de generacin simultnea esperada con todas las unidades
instaladas en servicio,
(2) Vista de planta de la Central RER:
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i. Centrales Trmicas (Biomasa), Hidroelctricas y Elicas
La disposicin fsica de cada uno de los generadores y
transformadores elevadores, las lneas de subtransmisin colectoras,
los equipos de maniobra, el transformador de potencia colector de
toda la central, as como el sistema de transmisin que lo conecta al
Punto de Conexin con el SEIN.
ii. Centrales Solares Fotovoltaicas
La disposicin fsica de cada uno de los componentes de la central:
paneles fotovoltaicos, equipos inversores y transformadores
elevadores, lneas de subtransmisin colectoras, los equipos de
maniobra, el transformador de potencia colector de toda la central,
as como el sistema de transmisin que lo conecta al Punto de
Conexin con el SEIN.
(3) Los diagramas unifilares del sistema elctrico y el unifilar de
proteccin de la Central RER y el transformador de la subestacin
de transformacin colectora.
(4) Caractersticas de los componentes principales de cada unidad o
grupo de generacin, que comprende:
i. Centrales Trmicas (Biomasa), Hidroelctricas y Elicas
La turbina RER propiamente dicha, el tipo de generador, equipos
convertidores, controladores, el transformador de potencia de cada
generador, el transformador de potencia colector de la Central RER
(la impedancia de cortocircuito, el rango de la regulacin bajo
carga) y los equipos de maniobra (interruptores).
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ii. Centrales Solares Fotovoltaicas
Los paneles fotovoltaicos, tableros de corriente continua, inversores,
transformadores elevadores, lneas de subtransmisin colectoras, los
equipos de maniobra, el transformador de potencia colector de toda
la central (la impedancia de cortocircuito, el rango de regulacin
bajo carga), as como el sistema de transmisin que lo conecta al
Punto de Conexin con el SEIN.
(5) Descripcin tcnica de los componentes de control que poseen las
unidades de generacin RER:
i. Centrales Elicas
Control de velocidad y potencia de la turbina, control de tensin,
control de frecuencia, control de factor de potencia, emulador de
inercia.
ii. Central RER con generadores sncronos conectados directamente a la
red Sistema de excitacin y regulacin automtica de tensin, as
como el sistema de control de potenciafrecuencia.
iii. Centrales Solares Fotovoltaicas
Sistema de Control de la Inversin Continua/Alterna y Sistema de
Control de Alterna.
Para todos los componentes de control declarados debe incluirse el
diagrama de bloques con los parmetros tpicos dados por el
fabricante.
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INGENIERA DE LA TRANSMISIN PARA LA CONEXIN DE
LA CENTRAL RER
Se debe presentar:
(1) Caractersticas elctricas del sistema (niveles de tensin,
aislamiento, cortocircuito, distancias mnimas y de seguridad).
(2) Subestaciones
i. Descripcin del equipamiento electromecnico: equipos de patio,
sistema de protecciones, sistema de control y mando, sistema de
mediciones, sistema de comunicaciones, sistema de prticos y
barras, sistema de puesta a tierra, servicios auxiliares en alterna y
continua, y de ser el caso la ampliacin de las instalaciones
existentes.
ii. Planos de planta, diagramas unifilares del equipamiento y unifilares
de proteccin y sistema de barras.
iii. Tabla de datos tcnicos de los equipos de patio.
(3) Lneas de transmisin
i. Descripcin del rea del proyecto.
ii. Descripcin del equipamiento: conductores, estructuras, aisladores,
cables de guarda.
iii. Consideraciones de diseo mecnico y elctrico de conductores y
estructuras.
iv. Plano de ruta de lnea y silueta de las estructuras tpicas.
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(4) Clculos justificativos
i. Niveles de aislamiento en lneas y subestaciones.
ii. Seleccin de Pararrayos.
iii. Clculo de Barras.
iv. Parmetros elctricos de lneas.
ESTUDIOS ELCTRICOS
El objetivo de estos estudios es demostrar que la Central de Generacin
RER no provocar efectos negativos sobre el Sistema de Transmisin.
En ese sentido los resultados de las simulaciones con la Central RER
deben satisfacer los Criterios de Desempeo.
MODELAMIENTO DEL SISTEMA Y LA CENTRAL RER
El COES proporcionar el Archivo del software DIgSILENT Power
Factory que contiene la topologa y la Base de Datos del SEIN en el ao
en curso (ARCHIVO DEL SEIN). A su vez el titular de cada proyecto
modelar su central RER en el ARCHIVO DEL SEIN siguiendo las
directivas que se exponen a continuacin. Los otros proyectos RER que
no correspondan al titular podrn modelarse como un generador
equivalente sin inercia y sin controles, que inyecta al SEIN la potencia
de referencia admitida en el proceso de Subasta.
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i. Central Elica
En el ARCHIVO DEL SEIN, el titular deber incorporar el modelo
detallado del Parque Eolico y del sistema de transmisin hasta el Punto
de Conexin con el SEIN. El modelo debe representar en detalle al
Parque Elico, con cada uno de los generadores individuales y su
transformador de generacin, as como el sistema de subtransmisin
para colectar la produccin de cada grupo individual. Adems de los
controladores del generador, suministrados por el fabricante de acuerdo
al tipo de generador (induccin doblemente alimentada o sncrono con
un full converter), el modelo debe disponer de la representacin de los
sistemas de proteccin por tensin y frecuencia, que desconecten los
equipos automticamente de acuerdo a ajustes tpicos.
ii. Central RER con generadores sncronos conectados directamente a
la red
En el ARCHIVO DEL SEIN, el titular deber incorporar el modelo
detallado de la nueva central y del sistema de transmisin hasta el Punto
de Conexin con el SEIN. El modelo debe representar a la nueva
central, considerando cada uno de sus grupos o unidades de generacin
(generador y transformador).
iii. Centrales Solares Fotovoltaicas
En el ARCHIVO DEL SEIN, el titular debe proponer el modelo que
represente el efecto de la fuente de corriente continua, el inversor y sus
controladores. Asimismo, incluir el transformador y el sistema de
transmisin que lo conecta al SEIN.
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OPERACIN EN ESTADO ESTACIONARIO
Los anlisis de flujo de potencia sern realizados para los escenarios de
avenida y estiaje, en las condiciones de mxima, media y mnima
demanda en el ao de ingreso de las nuevas instalaciones, en
condiciones normales y en contingencia simple. Se evaluarn los flujos
por las lneas de transmisin considerando dos escenarios, el escenario
denominado Caso Base (que no considera la Central RER) y el Caso
con la Central RER inyectando su mxima potencia en el Punto de
Conexin con el SEIN. Las contingencias simples comprenden
desconexiones de lneas en el SEIN que pudieran variar
significativamente la operacin en la zona de influencia de la Central
RER.
La evaluacin con la Central RER inyectando su mxima potencia debe
mostrar si aparecen violaciones en la tensin y/o sobrecargas en las
lneas y transformadores de la zona de influencia del proyecto. Si esta
potencia pudiera dar lugar a alguna congestin en la red, es necesario
indicar la medida correctiva propuesta para superarla.
Estos anlisis deben realizarse considerando los despachos econmicos,
en los cuales seran desplazados los generadores convencionales de
mayor costo variable de produccin por los generadores RER.
CALCULOS DE CORTOCIRCUITO
Sern realizados para los escenarios de avenida y estiaje, en las
condiciones de mxima y mnima demanda en el ao de ingreso de las
nuevas instalaciones, en los escenarios del Caso Base y el Caso con la
Central RER. Asimismo, es necesario preparar un escenario en el cual
estn rotando todas las mquinas sncronas disponibles en el SEIN.
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Se mostrar los resultados de las corrientes de cortocircuito trifsico,
bifsico a tierra y monofsico franco a tierra en el SEIN, con particular
atencin a las instalaciones de la
Central RER y las barras del SEIN en su zona de influencia.
VERIFICACIONES DE ESTABILIDAD TRANSITORIA
Fallas en el Sistema de Transmisin
Se deben evaluar:
i. Fallas en los enlaces de transmisin vecinos a la Central RER,
tales como fallas monofsicas con recierre exitoso (para enlaces
de simple circuito entre subsistemas) y tambin fallas trifsicas
con apertura de lneas vecinas, tal que dejen la Central RER
vinculada al SEIN.
ii. Desconexin de centrales de generacin o de equipos de
compensacin reactiva que son relevantes para el control de
tensin en la zona de influencia de la Central RER.
Respuesta de la Central RER ante Huecos de Tensin
La Central RER a ser instalada para conexin al SEIN, que no utilice un
generador sncrono conectado directamente a la red de alterna, deber
cumplir con el Hueco de Tensin consignado en los Requerimientos
Tcnicos de Conexin del Anexo 1. Estas verificaciones tendrn
carcter referencial y sern confirmadas en el Estudio de Operatividad.
Los huecos de tensin sern simulados mediante fallas monofsicas y
trifsicas ubicadas muy cerca de los bornes del secundario del
transformador de un grupo aerogenerador o del transformador de la
central solar fotovoltaica, conectados a una barra equivalente del SEIN.
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Estudios de
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Estimacin de tiempos crticos de despeje de fallas.
Se debe evaluar la estabilidad transitoria de primera oscilacin de las
nuevas unidades de generacin RER que utilicen generadores sncronos,
con los tiempos normales de operacin de las protecciones, para
encontrar el tiempo crtico de despeje de falla. Para ello se aplica una
falla trifsica en la barra de alta tensin del transformador elevador de la
unidad durante 100 ms o ms, hasta que el generador pierda el
sincronismo. Estos anlisis debern ser realizados para el ao de ingreso
al SEIN.
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C. ESTUDIO DE PRE OPERATIVIDAD PARA LA CONEXIN AL
SEIN DE PROYECTOS MINEROS
ESTUDIO DE PRE OPERATIVIDAD
En el Estudio de Pre Operatividad se deber mostrar que las
instalaciones del proyecto han sido diseadas para conectarse al SEIN
sin entorpecer la expansin del sistema, preservando los criterios de una
adecuada operacin y seguridad, garantizando la continuidad y calidad
del suministro elctrico.
INGENIERIA DEL PROYECTO
En esta parte se mostrar el desarrollo de la ingeniera con el nivel
requerido para encargar la compra del equipamiento principal de las
instalaciones de transmisin, requeridas para la conexin del proyecto
al SEIN (lnea de transmisin, subestacin y ampliaciones en
subestaciones existentes). El diseo del sistema de transmisin
requerido debe realizarse considerando las normas tcnicas nacionales e
internacionales correspondientes.
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AMPLIACIN Y/O NUEVA SUBESTACIN EN EL PUNTO DE
CONEXIN CON EL SEIN Y NUEVAS SUBESTACIONES
Se debe presentar:
(1) Diseo de la ampliacin y/o nueva subestacin:
i. Descripcin del equipamiento electromecnico: equipos de patio, sistema de protecciones, sistema de control y mando, sistema de
mediciones, sistema de comunicaciones, tele proteccin y servicios
auxiliares.
ii. Planos de planta, diagrama unifilar del equipamiento, diagramas unifilares de proteccin, control y medicin.
iii. Descripcin de las instalaciones existentes y sus adecuaciones como parte de la ampliacin
iv. Tabla de datos tcnicos de los equipos de patio.
(2) Clculos justificativos
i. Clculo de Barras.
ii. Niveles de aislamiento.
iii. Seleccin de Pararrayos.
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INGENIERIA DE LA L.T. DE TRANSMISIN PARA LA CONEXIN
AL SEIN
Se debe presentar:
(1) Lnea de transmisin
i. Descripcin del rea del proyecto.
ii. Caractersticas tcnicas generales de la lnea. iii. Consideraciones de diseo mecnico y elctrico de conductores y
estructuras.
iv. Plano de ruta de lnea y silueta de estructuras.
(2) Clculos justificativos
i. Niveles de aislamiento.
ii. Parmetros elctricos.
ESTUDIOS ELCTRICOS
Son los anlisis de sistemas elctricos de potencia para evaluar el
impacto de la nueva instalacin en la operacin de su zona de influencia
y debern estar orientados a verificar que la nueva instalacin que
ingresa posee todos los equipos para hacer viable su conexin al SEIN.
Se entiende por viable cuando no existan efectos negativos sobre el
SEIN o cuando el SEIN no imponga ninguna restriccin al suministro
de energa a esta nueva planta minera, como consecuencia de algn
equipo inadecuadamente seleccionado o por alguna congestin en el
sistema de transmisin.
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Con los resultados de los estudios elctricos se podr confirmar que no
falta ningn equipo asociado a las nuevas instalaciones, as como definir
el tamao de eventuales equipos de compensacin reactiva asociados al
proyecto, a definir y/o confirmar especificaciones tcnicas de su
equipamiento, etc.
CARGA PREVISTA EN LA MINA
En esta parte se incluir una relacin de las cargas previstas a ser
alimentadas desde la subestacin de la mina, consignando los consumos
estimados de potencia activa y reactiva sin correccin del factor de
potencia (indicar si se ha previsto instalar bancos de capacitores),
diferenciando los motores elctricos (indicar el tipo de motor y si sern
conectados directamente a la red, o si sern alimentados con variadores
de velocidad o mediante ciclo-convertidores).
Tambin se debe indicar cules son las cargas que constituyen fuentes
de armnicos y si se ha previsto instalar filtros de armnicos, indicando
de manera referencial sus valores.
Se recomienda considerar algn cierto nivel de flexibilidad en el diseo
de los alimentadores de la mina para que sea posible adaptar el
Esquema de Rechazo de Carga por Mnima Frecuencia que todos los
clientes libres y regulados del SEIN deben implementar.
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OPERACIN EN ESTADO ESTACIONARIO
El objetivo de estos anlisis, es evaluar el impacto de la incorporacin
de las nuevas instalaciones sobre el comportamiento en estado
estacionario del SEIN, en particular de la zona de influencia del
proyecto para dimensionarlo correctamente, evitando que se produzcan
sobrecargas y cadas de tensin.
Las simulaciones de la operacin en estado estacionario en condiciones
normales de red completa, as como en contingencia simple (N-1) en el
SEIN, sern realizadas en escenarios hidrolgicos de avenida y estiaje,
para condiciones de mxima, media y mnima demanda en el SEIN.
Asimismo, correspondern al ao de inicio de operacin de la Mina y en
un escenario dos aos despus y considerando el valor final de carga.
Las contingencias simples que se evaluarn comprendern
desconexiones de lneas en el SEIN que pudieran variar
significativamente la operacin en la zona de influencia de la nueva
subestacin.
La estrategia de los anlisis de la operacin en estado estacionario es:
a. Primeramente es necesario reproducir la condicin de operacin de la zona del proyecto en el ao de ingreso al SEIN sin las nuevas
instalaciones (ESCENARIO SIN PROYECTO). Mostrando los
niveles esperados de flujo de potencia y tensiones en la zona de
influencia antes del ingreso del nuevo proyecto.
b. Luego, se aaden las nuevas instalaciones, para determinar el efecto del nuevo proyecto sobre la operacin en la zona de influencia
(ESCENARIO CON PROYECTO), detectando eventuales
sobrecargas y bajos niveles de tensin, directamente asociados a las
nuevas instalaciones.
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ANLISIS DE CORTOCIRCUITOS
Anlisis orientado a obtener la informacin para verificar el poder de
ruptura de equipos de maniobra y proteccin. Asimismo, para proveer la
informacin para el diseo de la malla de tierra y otros equipos
asociados a las instalaciones del proyecto.
Estos clculos sern realizados para el ao de ingreso de las nuevas
instalaciones y para un escenario cinco aos despus, para verificar que
se cumple con la capacidad de diseo exigido, utilizando las reactancias
subtransitorias de los generadores y motores elctricos del sistema. A
fin de calcular las mximas corrientes de cortocircuito en las barras de
la subestacin y en la zona de influencia de la nueva mina, es necesario
considerar en servicio todas las unidades de generacin disponibles en
el SEIN.
Las evaluaciones comprendern fallas trifsicas, bifsicas a tierra y
monofsicas francas a tierra sobre los nodos seleccionados (zona de
influencia) determinando las potencias de falla que introduce la nueva
unidad, frente a la topologa del sistema de transmisin.
MEDICIONES DE ARMNICOS
Es necesario efectuar mediciones de armnicos para caracterizar la
distorsin armnica existente en el Punto de Conexin, provocada por
las instalaciones actuales en la zona.
Si las cargas asociadas al nuevo proyecto minero constituyen eventuales
fuentes de armnicos, el diseo o especificacin de tales equipos debe
cumplir con las normas pertinentes, para no deteriorar la distorsin
armnica existente en el Punto de Conexin. En todo caso, cuando la
nueva planta minera inicie su operacin con las cargas en sus
condiciones nominales, ser necesario medir el contenido de armnicos
en el Punto de Conexin.