Estudios Eléctricos

Dentro de nuestra cartera de productos, NAKAMA SOLUCIONES S.A.C. ofrece consultoría y diagnósticos para el desarrollo de estudios eléctricos exigidos por el COES (Comité de Operación Económica del Sistema Interconectado Nacional) y los estudios eléctricos acuerdo a las necesidades del cliente.

El COES como ente regulador de acuerdo a procedimiento técnico PR-20 para el ingreso de nuevas instalaciones, ampliaciones y estudios especiales que permitan la continuidad del sistema eléctrico y de las nuevas instalaciones del cliente, exige de acuerdo al tipo de proyecto los siguientes estudios:

El modelo para los estudios de flujo de potencia reflejará las condiciones reales de la operación del proyecto para los escenarios más críticos (máxima y mínima demanda). Para ello se deberá proporcionar información de la demanda a instalar en las instalaciones del proyecto.

Los estudios de flujos de potencia se usan para determinar la condición óptima de operación para modos de operación normal; tales como el ajuste adecuado de los equipos de control de voltaje, o cómo responderá la red eléctrica bajo condiciones anormales, tales como la salida de servicio de alguna línea o algún transformador, entre otros. Aquí se evalúa los niveles de tensión en barras, flujo de potencia activa y reactiva en líneas de transmisión y en transformadores de potencia la verificación de su capacidad de operación.

El estudio de cortocircuito determinará la magnitud de las corrientes eléctricas que fluyen durante una falla en diversos puntos del mismo. Dichas magnitudes serán comparadas con las características de los componentes del sistema para determinar si son adecuados para usarse en el sistema analizado.

Se considerará que la capacidad de soportar un cortocircuito de un componente debe ser igual o mayor a la magnitud del valor calculado de la corriente de falla. Así mismo, se verifica la capacidad térmica de los equipos, saturación de los transformadores de corriente y capacidad de ruptura de barras e interruptores. Los resultados de cortocircuito proporcionarán la información necesaria para realizar los cálculos y determinar los ajustes que posteriormente serán configurados en los relés de protección.

Para el cálculo de cortocircuito se utiliza la norma IEC 60909, que se aplica a todas las redes radiales o malladas, en el estudio se contempla los principales tipos de fallas:

  • Trifásicas
  • Bifásicas
  • Bifásicas a tierra
  • Monofásica

El estudio de coordinación de protecciones establece los ajustes adecuados a considerar en los relés de protección del equipamiento eléctrico proyectado; considerando los criterios de selectividad, seguridad, confiabilidad y rapidez, con el fin de salvaguardar y mantener el equipamiento en buen estado ante algún evento que se pueda presentar durante las operaciones. Por lo tanto, la protección de un sistema eléctrico y de los equipos es muy importante, en vista de una falla en cualquiera de ellos puede dejar sin suministro un área entera, además de poner en riesgo la estabilidad del sistema de potencia.

Los criterios utilizados en el estudio de coordinación de protecciones son los propuestos en el documento “Criterios de ajuste y coordinación de los sistemas de protección del SEIN – julio 2018” elaborado por el COES.

Se analizará la estabilidad de tensión en la zona de influencia del proyecto dada la operación del proyecto. Para el análisis de la estabilidad de tensión utilizara la curva Potencia-Tensión (curva PV), mediante esta se puede determinar la cantidad de MW que se puede extraer estando el proyecto conectado al SEIN, además se determinara el límite de MW extraídos del SEIN para el proyecto, sin que se afecten las tensiones en las barras del sistema principal.

Estudios de Pre-Operatividad y Operatividad

Para la planificación e ingreso de nuevas instalaciones, ampliaciones y estudios especiales al SEIN en el marco del Reglamento de Transmisión y Reglamento de la Ley de Concesiones Eléctricas, Nakama Soluciones S.A.C. desarrolla y asesora a los clientes en el desarrollo de los estudios de pre-operatividad y operatividad hasta su aprobación por el COES (Comité de Operación Económica del Sistema Interconectado Nacional) en referencia los criterios establecidos por el COES en el Procedimiento Técnico N° PR-20 “Ingreso, Modificación y Retiro de Instalación en el SEIN”.

El objetivo del Estudio de Pre Operatividad es demostrar que las instalaciones y/o modificaciones han sido diseñadas para conectarse al SEIN sin entorpecer la expansión del sistema, preservando los criterios de una adecuada operación y seguridad, garantizando la continuidad y calidad del suministro eléctrico. Para ello desarrollamos el modelado del sistema eléctrico de potencia, documentos, actas de reunión de coordinación entre el cliente y la parte Titular Propietario del punto de conexión.

El alcance del estudio contendrá los siguientes documentos:

  • Resumen Ejecutivo del Proyecto.
  • Ingeniería del Proyecto.
  • Estudios de Diseño del Proyecto.
  • Estudios Eléctricos del Proyecto.
  • Modelado del sistema eléctrico de potencia.
  • Estudio de flujo de potencia.
  • Estudio de cortocircuito.
  • Estudio de estabilidad de tensión.
  • Desarrollo de informe técnico.
  • Otros estudios que sean requeridos de ser necesarios.

El Estudio de Operatividad mostrará y verificará que la puesta en servicio del Proyecto, no deberá provocar sobre la zona de influencia efectos negativos en la operación del SEIN, de acuerdo a los requisitos establecidos por el procedimiento técnico PR-20 del COES.

Para observar el efecto y el impacto del Proyecto, se realizarán los análisis sin considerar y considerando el Proyecto. Cabe mencionar que el modelo eléctrico a desarrollar será realizado utilizando la información de la ingeniería de subestaciones. El desarrollo del estudio de Operatividad, serán realizados utilizando el software de sistemas de potencia Power Factory DIgSILENT, que actualmente es reconocido por el COES para el desarrollo de Estudios Eléctricos.

Dependiendo del tipo de instalación, el alcance del estudio eléctrico deberá incluir lo siguiente:

  • Análisis de la Operación del Sistema en Estado Estacionario en condición normal y contingencias.
  • Cálculo de Cortocircuitos
  • Estudio de Coordinación de Protecciones

Estudios Especiales

El arco eléctrico es un fenómeno complejo, donde los gases ionizados causan una descarga disruptiva de electricidad a través de un material aislante, usualmente el aire. La electricidad empieza a viajar a través del aire entre conductores, resultando temperaturas de hasta 20,000°C en el centro del arco eléctrico.

Los arcos eléctricos son ocasionados por fallas propias y también por error humano, especialmente durante la interacción con el equipo de maniobra, pruebas de tensión, aislamientos dañados, contacto accidental, corrosión e impurezas que pueden ocasionar la falla.

El estudio de Arc Flash determina los niveles de categoría de riesgo ante algún evento de falla eléctrica por incidencia de arco eléctrico, con el objeto de seleccionar el equipo de protección personal adecuado (EPP), e indicar mediante avisos informativos, a los equipos necesarios que lo requieran, para poder hacer maniobras dentro de las subestaciones y con esto salvaguardar al personal ante algún evento que se pueda presentar durante las operaciones. Así mismo, sirve como referencia para implementar las políticas de seguridad.

Los organismos y normas internacionales se han enfocado básicamente en el cálculo de riesgo de la energía incidente, basados en la norma NFPA 70E Edición 2018 “Standard for Electrical Safety in the Workplace” (Estándar para la Seguridad Eléctrica en Lugares de Trabajo), y en la guía del IEEE 1584 Edición 2018 “Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations” (Guía para Realizar Cálculos de Riesgo de Arco Eléctrico).

El estudio de los fenómenos transitorios resulta de vital importancia para el correcto diseño de la red eléctrica; así mismo, para la especificación, dimensionamiento y selección del equipamiento eléctrico que la compone. El área de estudios comprende lo siguiente:

  • Estudio de energización de transformadores, reactores y otros componentes del sistema eléctrico.
  • Estudio de sobretensiones y sobrecorriente debido a la aparición de cortocircuitos.
  • Estabilidad ante fallas en el sistema de transmisión.
  • Estudio de estabilidad de tensión.
  • Estudio de arranque de motores.

En un sistema de potencia se puede presentar eventos como pueden ser las perturbaciones que son condiciones que permiten operar el sistema que a largo plazo ocasionan daños a los equipos y las fallas que es una condición que impide la continuidad del servicio.

Es importante realizar el análisis de falla para determinar el origen, poder identificar el responsable cumpliendo la NTCSE y Procedimientos del COES, corregir las anomalías en el sistema, establecer medidas preventivas y correctivas y finalmente una base estadística para un planeamiento del sistema eléctrico.

Por medio del análisis de reportes oscilográficos generados por los equipos de protección y control como consecuencia de eventos, es posible identificar el tiempo de duración y el tipo de falla, así como la distancia a la cual se generó.

Las corrientes subsíncronas producen en el estator de una máquina síncrona un campo magnético giratorio que se mueve a una determinada velocidad  y este campo induce en su rotor, una corriente de frecuencia que viene determinada por f rotor = f0 – f sub.

Si la frecuencia del torque producido por esta corriente del rotor coincide con alguna de las frecuencias de oscilación torsional del sistema mecánico turbina-generador (conformado por varias masas y el sistema de ejes conectando estas masas), se produce la resonancia entre el sistema eléctrico y el mecánico, denominado Resonancia Subsíncrona (RSS). La RSS es uno de los fenómenos oscilatorios inestables de intercambio de energía entre alguna unidad termoeléctrica de generación y la red de transmisión compensada. Por lo mencionado el uso de bancos de capacitores serie puede estar limitado, debido a que para ciertas magnitudes de compensación del banco de capacitores pueden presentarse los fenómenos oscilatorios inestables. Para el desarrollo de este estudio se realizan simulaciones escenarios relevantes, los cuales involucren a los generadores que podrían generar fenómenos de resonancia sub-sincrónica, así mismo se realizan los siguientes análisis:

  • Análisis de eigenvalores al sistema eléctrico, a fin de identificar modos inestables.
  • Análisis de barrido de frecuencia al sistema eléctrico, a fin de identificar posibles riesgos de resonancia sub-síncrona. Con esta técnica se verificará si, el efecto de generador de inducción conduce a resonancia de los modos de la red (resonancias eléctricas).
  • Comparar los modos de oscilación del sistema con las frecuencias de resonancia sub-sincrónica, a fin de encontrar modos candidatos a generar este fenómeno en los generadores cercanos a la interconexión.
  • Análisis modal de inercias y factores de interacción torsional para los modos torsionales más importantes en cada una de las unidades analizadas. Esta técnica permite verificar el efecto de interacción torsional aproximada que puede producir un amortiguamiento neto (eléctrico y mecánico) bajo o negativo ante la sintonización de las frecuencias de modos de red con las frecuencias de los modos torsionales de las unidades de generación de centrales termoeléctricas y condiciones de operación en red completa y contingencia.

Mejoramiento de factor de potencia y compensacion reactiva en sector minero e industrial

Un bajo factor de potencia trae como consecuencia que las industrias afectadas paguen mucho más en su factura eléctrica innecesariamente. Los bancos de capacitores ayudan a compensar y estabilizar el factor de potencia, adaptándose a las variaciones de carga; redundando en un beneficio inmediato al eliminar las causas de penalización. Este ahorro nos permite recuperar la inversión de los equipos en un mediano plazo.

Los sistemas de compensación de potencia reactiva tienen la finalidad de aportar energía reactiva para que el conjunto de la instalación presente un factor de potencia deseado, en general la unidad o un valor cercano a la unidad.

Los beneficios de corregir el factor de potencia están centrados principalmente en los siguientes puntos:

  • Menor costo en el consumo de energía eléctrica
  • Aumento de la capacidad del sistema
  • Mejora de la calidad de tensión
  • Aumento de la vida útil de las instalaciones

Estudios de optimización de tarifas eléctricas para ahorro energético

Hoy en día se ve la necesidad del uso de forma sostenible de la energía eléctrica, es decir consumir la energía eléctrica de manera responsable y mirando al mañana, las empresas de los diferentes rubros realizan el consumo de energía eléctrica para el desarrollo de sus actividades, es por ello que deben planificar el consumo de manera óptima con el fin de reducir sus costos reflejados en su facturación de energía eléctrica.

En Nakama Soluciones S.A.C. ayudamos a los clientes en establecer medidas para el ahorro del consumo de la energía eléctrica, con la finalidad de establecer una reducción en sus facturaciones, estos procesos se realizan, mediante el monitoreo del consumo eléctrico, inspección de las instalaciones, análisis del consumo de potencia activa y reactiva, emisión del informe.

Elaboración de archivos COMTRADE para pruebas END To END

Las pruebas End to End verifican de extremo a extremo que el sistema de protección de la línea de transmisión esté funcionando correctamente, es decir que la comunicación de los relés mediante su sistema de comunicación propuesto opere de manera correcta.

Para realizar estas pruebas se requiere equipos de inyección de señales de tensión y corriente precargados con el objeto de simular las señales de los transformadores de corriente y de tensión hacia el relé, de tal forma que reproduzcan fallas simuladas.

La generación de archivos COMTRADE son oscilografías que representan diferentes condiciones de operación para probar que los relés operen de manera correcta, estos archivos son generados por software como el Power Factory DIgSILENT, ATPDraw entre otros programas y cargados a las maletas de pruebas con el fin de inyectar señales de tensión y corriente.

Evaluación de sistemas existentes para migración a nuevas tecnologías

Actualmente muchas instalaciones del sector eléctrico cuentan con muchos años de antigüedad de sus activos y la mantenibilidad, accesibilidad y comunicación con las nuevas tecnologías ya no es viable, es por ello que en Nakama Soluciones S.A.C. brindamos la asesoría integral de los sistemas secundarios hasta su implementación.

Las principales soluciones de migración son las siguientes:

  • Relés de Protección de última generación.
  • Sistemas de automatización.
  • Sistema en Telecomunicaciones.
  • Redundancia en comunicaciones.
  • Upgrade y Migración de RTU’s.
  • Sistemas SCADA.
  • Sistemas de Monitoreo inteligente.

La migración a nuevas tecnologías nos permite tener confiabilidad de nuestras instalaciones, ahorro de costo de operación y mantenimiento, monitoreo remoto y facilidad de envío de datos al centro de control.