Recomendados
Recomendados
Más contenido relacionado
Similar a Capitulo 2
Similar a Capitulo 2 (20)
Último
Último (20)
Capitulo 2
- 1. UNIVERSIDAD FERMÍN TORO VICE-RECTORADO ACADÉMICO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE ELÉCTRICA PROPUESTA PARA EL REEMPLAZO DEL BANCO DE BATERÍAS TIPO PLOMO- ÁCIDO, DEL SISTEMA DE SERVICIOS AUXILIARES DE CORRIENTE CONTINUA (SACC) POR UN BANCO DE BATERÍAS TIPO GEL, UBICADA EN LA SUBESTACIÓN, CABUDARE 115/230 Kv, ESTADO LARA Autor: Mariela José Medina
- 2. CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO Antecedentes de la Investigación Los bancos de batería son un elemento de vital im- portancia de una subestación. Son la fuente de alimen- tación de corriente directa permanente para los sistemas de protección, control, señalización o operación de equipo de desconexión automática. El banco de batería requiere de una puesta en servicio precisa un mantenimiento continuo, prueba y mediciones en operación. De acuerdo con Manuel García. (2015) en su trabajo de grado titulado “Estudio y modelado de la respuesta dinámica de baterías electro- químicas destinadas a las aplicaciones estacionarias”. Se describen los tres objetivos primordiales de la tesis. El primer objetivo consiste en el estudio de las características fundamentales y de las propiedades de las baterías electroquímicas basadas en electrodos de plomo, níquel y litio. Este estudio debe permitir el uso de las baterías electroquímicas de for- ma segura, trabajar con su máximo rendimiento posible y diseñar herra- mientas para su modelado.
- 3. Se necesita el diseño de un modelo ejecutable en tiempo real que de- termine los principales parámetros, como el estado de carga, y los límites funcionales de las baterías. Este modelo se implementa en los sistemas de gestión de las baterías junto con el resto de elementos. También se pretende conseguir un modelo que estime su tensión ante diferentes va- riables externas, al que le corresponde predecir el comportamiento de la batería dentro de los modelos compuestos por todos los elementos del sistema real. Los resultados de esta simulación harán posible comprobar los algoritmos diseñados para las aplicaciones de las baterías electroquí- micas antes de su implementación. El segundo objetivo consiste en el desarrollo de estos algoritmos desti- nándolos a las aplicaciones estacionarias. Previamente, se estima nece- sario identificar todas las oportunidades de servicio y la aplicación de los sistemas de almacenamiento energético en las redes eléctricas mediante una amplia revisión. Dentro de las aplicaciones identificadas se seleccio- nan las más destacables para profundizar en los algoritmos propuestos hasta la actualidad. Finalmente, se implementan los algoritmos propuestos dentro de un banco de ensayos para analizar la respuesta del sistema.
- 4. El tercer y último objetivo consiste en el diseño y el montaje de los bancos de ensayo necesarios para la implementación de los algoritmos propuestos y para el estudio y la caracterización de las baterías electroquímicas selec- cionadas. Se proponen los siguientes temas para ser tratados en trabajos futuros: El estudio y diseño de nuevas herramientas destinadas a modelar los efec- tos de la gasificación en la sobrecarga, efecto dinámico de recuperación de capacidad, influencia de la magnitud de la corriente, variabilidad de la efi- ciencia coulómbica y estado de salud de la batería sobre la precisión en la estimación de la capacidad, estado de carga y tensión de la batería. Mejora del algoritmo de cálculo de la potencia máxima propuesto para una adecuada estimación incluso utilizando frecuencias de ejecución del algorit- mo más bajas. Diseño de herramientas de dimensionado óptimo de la bancada de bate- rías dependiendo de la aplicación a la que se dirija. Estudio económico de la rentabilidad de los servicios de las baterías so- bre las redes eléctricas incluyendo herramientas de dimensionado óptimo y modelos de estimación del estado de salud de la batería.
- 5. A nivel internacional Brito Palomeque Daniel Iván. (2014) en su trabajo de grado, titulado “Análisis de los procesos operativos de maniobras y su impacto en los procedimientos de trabajo en las subestaciones pedro j. montero y el triunfo de la corporación nacional de electrici- dad CNEL EP regional”. Propone Analizar los procedimientos de trabajo de las distintas operaciones y maniobras que se llevan a cabo en las Subestaciones El Triunfo y Pedro J. Montero, bajo el criterio de expertos para poder establecer un manual de procedimientos basado en criterios estandarizados. Se actualizar los manuales de procedimientos operativos aplicando una metodología de estudio adecuada que analice las distintas operaciones y maniobras que se ejecutan con los equipos de las Subestaciones El Triunfo y Pedro J. Montero. Analizar los factores que contemplan los li- neamientos adecuados sobre las instrucciones de seguridad y trabajo en los procesos de inducción tomando en cuenta los aspectos que deben conocer los operadores de las Subestaciones, analizar las operaciones de maniobras y control que ejecuta el operador en los equipos de las Subestaciones. El Triunfo y Pe- dro J. Montero.
- 6. Se debe mencionar que la importancia del tema de investigación de los pro- cedimientos de maniobras se basa en la determinación establecida de ciertos procesos asistenciales que sirven de gran ayuda como son los siguientes: 1. Procedimientos normalizados 2. Protocolos de la ejecución de maniobras La normalización de los procedimientos formará parte de la coordinación de maniobras que servirán de ayuda en la correcta ejecución de las acciones y la efectiva toma de decisiones, mejorando las actividades ejecutadas en las maniobras y el mal manejo de la información en las Subestaciones para lo- grar un correcto desempeño de las funciones que realizará el trablerista en su puesto de trabajo. Debido a la importancia que representa contar con un estable y continuo flujo del sistema eléctrico, los operadores de las Subestaciones deben asegurar la continuidad del sistema, por lo tanto se debe realizar un estudio sobre los procedimientos de trabajo que contemplen las actuales exigencias de las la- bores que se deben ejecutar en los lugares de trabajo, es así que para lograr el propósito se debe actualizar los manuales de procedimientos, que a través de los mismos se puede establecer como una herramienta para el control
- 7. operativo ya que por medio de manuales se indican el desarrollo de los proto- colos y maniobras a realizar el desarrollo de un plan de mantenimiento preventi- vo de dicho equipos y que permitirá la unificación de procedimientos y prácticas de mantenimiento entre la diferente regiones. Seguida de Cynthia Karina Martínez Gonzales. (2014) en su trabajo de grado, titulado “Plan de mantenimiento para los servicio auxiliares de la subestaciones de sen“. Propone el desarrollo de un plan de mantenimiento preventivo de dicho equipos y que permitirá la unificación de procedimientos y prácticas de mantenimiento entre las diferentes regiones. A su vez facilita- ra el proceso de registro y reporte de impacción de los equipos. A los servicio auxiliares de dicha subestación a través de un sistema de re- gistro automatizado basado en dos modulo desarrollado con Macro de Excel y que permitirá almacenar la información de una base de datos ubicada en un servidor común. De igual manera Danilo Burgos. (2013) su trabajo de grado titulado “Estimación del estado de carga para un banco de baterías basada en modelación difusa y filtro extendido de kalman”.
- 8. Esta tesis se centra en el estudio del estado de carga (soc: spate of charga) para acumuladores de energía de tipo plomo acido. Este parámetro es de su- ma importancia en aplicaciones donde el acumulador está sometido perma- nentemente a situaciones de carga y/o descarga, tiempo de uso, histéresis y auto descarga. Este parámetro no es medible en los acumuladores, tales co- mo tensión, corriente y temperatura. Para desarrollar un estimador del soc hay que tener en cuenta dos aspec- tos: El primero de ellos es contar con un modelo que represente el comporta- miento del acumulador de manera adecuada, mientras que el segundo, dice relación con el algoritmo utilizado para realizar la estimación. Ambos aspec- tos suponen contar con información del acumulador para poder identificar el modelo y diseñar dl estimador. Por lo tanto, se establecieron los objetivos de la tesis, los cuales corresponde en primer término a la construcción de un prototipo con el cual se pueda someter el banco de acumuladores a diverso perfiles de carga/descarga. Luego en base a la información generada me- diante este sistema experimental, derivar un modelo de baterías que sea sencillo de implementar y requiere poca cantidad de información. Con el mo- delo de baterías ya definido, se utiliza el algoritmo del filtro extendido de kal- man para desarrollar un estimador del SOC basado en el modelo propuesto.
- 9. El estimador basado en este modelo será comparado con otro esti- mador basado en el modelo de copetti, el cual, es un modelo fenome- nológico para baterías de plomo acido. Además de esto modelos, se analizaran también los siguientes: Thevenin capa simple y modelo plett. Para obtener información del banco de baterías para desarrollar, entre- nar y validar tanto los modelos como los estimadores mencionados en el párrafo anterior, se construirá un sistema experimental de carga/descarga, con el cual, se podrá registrar información del banco de acumuladores re- ferente a corriente, tensión y temperatura, dicha información será agrupa- da en pruebas de entrenamiento y pruebas de validación. De tal manera Iglesia Leonor. (2012) en el trabajo de grado titulado “Estudio de los sistemas de servicios auxiliares en subestación de potencia. Caso subestación tipo nodal 230t de cadafe“. Indica que la mayoría de las normativas por la que se rigen las empresa de servi- cio eléctrico venezolano no se encuentran debidamente actualizada por lo que no se aplica, en alguno casos, la ingeniera acorde a la nuevas tecnologías que se utilizan en la subestación.
- 10. Se desarrollara el estudio de los servicios auxiliares para una subesta- ción nodal 230t de CADAFE. Se eligió este caso en particular por ser una de la subestaciones que utiliza una normativa para su diseño que no se actualiza desde el año 1979 y por ser una de la más utilizada para trans- formar y transmitir grades flujo de potencia dentro de un sistema eléctrico interconectado Nacional. Para realizar la ingeniera de detalle de los servicio auxiliares es nece- sario actualmente, revisar y tomar en cuenta una gran diversidad de es- pecificaciones criterio de diseño, normas nacionales e internacionales, requerimiento generales. Es necesario resaltar la importancia de los ser- vicio auxiliares para la operación, supervisión y control adecuado de la subestación de potencia, porque como consecuencia de restarles el valor de su verdadero alcance se incurre en errores implicando la falla que se presentan en la subestación.
- 11. Bases Teóricas Las baterías son dispositivos ca- paces de almacenar energía, su- ministrarla y se recargadas varias veces durante su vida útil esta se componen de celda de dos elec- trodos (un ánodo y un cátodo) fa- bricado de distinto metales y su- mergido en una solución electrolí- tica que permitirá las reacciones químicas que liberaran o almace- nara energía. La capacidad de un banco de baterías tiene un tiempo de res- paldo de diez horas (10 h). Se consideran factores de corrección (temperatura de operación y enve- jecimiento) para las baterías de ácido-plomo tipo VRLA, el banco contará con un sistema de seccio- namiento por medio de fusibles. Capacidad nominal de un ban- co de batería Capacidad garantiza en Ampe- rio-horas, bajo condiciones espe- cifica de tensión de corte, tempe- ratura, tiempo y densidad de elec- trolitos.
- 12. Tensión de flotación Tensión aplicada al banco de bate- ría con el fin de compensar auto des- carga, manteniéndola cargada, sien- do esta mayor que la que presenta la batería en circuito abierto Servicio auxiliares son un conjunto de equipo que sumi- nistran energía eléctrica de corriente continua para el funcionamiento de con- trol, mando, señalización, protecciones, mediciones e iluminación de emergen- cia, tanto en condiciones normales de funcionamiento de la fuente de energía principal, como la condiciones de emer- gencia por desconexión o falla de la mis- ma en este sentido, se propone su sus- titución por un banco de batería tipo gel, el cual proporcionaría una mayor eficien- cia y confiabilidad del sistema del cual forma parte. Carga continua Son aquella carga que en condi- ciones normales son alimentadas a través de ratificador7cargador de baterías. Durante todo su ciclo de trabajo. Carga fija Son aquella carga, incluyendo la carga continua, que durante una falla puede obtener su energía nominal, a través del banco de batería de ma- nera contante.
- 13. Carga transitorias Son la carga que por naturaleza, obtiene la energía nominal durante un tiempo que no excede un minuto y pueden ocurrir una o más veces durante el ciclo de trabajo de banco de batería. Batería tipo plomo-Acido Las baterías de plomo acido tienen como característica, Cada cel- da de la batería proporciona una tensión de 2 V, las baterías selladas de plomo-ácido proporcionan de 200 a 300 ciclos de descarga / carga, la corrosión del electrodo positivo y el agotamiento del material acti- vo, una temperatura elevada también reduce la longevidad, La bate- ría de plomo-ácido tiene una de las densidades de energía más bajas, además de su tiempo de duración son relativamente corto. Cada celda está formada por las siguientes partes Recipiente: Es un envase que puede ser poliestireno transparente o de vidrio, que ofrece la ventaja de permitir la inspección visual de los elementos interiores. Dentro del recipiente se localizan las placas acti- vas, el electrolito y los separadores.
- 14. Placas: Las placas positivas están formadas por dióxido de plomo (PbO2). Separadores: Son los elementos aislantes que mantienen separadas las placas positivas de las negativas. Son láminas ranuradas. Fabricadas de hule microporoso para permitir la circulación del electrolito, sin que es- te afecte químicamente. Electrolito: Está formado por ácido sulfúrico diluido en agua. Cuando la celda tiene carga eléctrica completa, la densidad del electrolito es de 1.21. Batería tipo gel Esta se compone de un electrolito gelidificado con lo cual nunca puede haber ningún tipo de derrame si se volcase la batería por accidente, como si podría ocurrir con una batería plomo-acido. Gracia a ello pueden colo- carse en cualquier posición y orientación lo que es práctico para instalacio- nes done haya limitación de espacio para colocar las baterías. Su sistema de funcionamiento es sencillo los gases que se produce du- rante la carga vuelve a convertirse en agua dentro de la propiedades ba- terías. Por esto la batería de gel es extremada limpia y segura de utilizar de utilizar.
- 15. Bases Legales La base le- gal de esta in- vestigación se encuentra re- presentada con el código eléc- trico nacional (CEN) donde se establece que la sección 480 aplica to- das las instala- ciones fija de batería estacio- naria. Sección 480.2 tensión nominal de la betería. La tensión nominal se calcula a base de 2v por celda en la batería tipo plomo-ácido y 1,2v por celda en la batería alcalinos. Sección 480.2 batería estacionaria. Una bate- ría compuesta por una o más celda recargable de tipo plomo-acido, ní- quel cadmio u otro tipo de electroquímico re- cargable Sección 480.9 ubica- ción de la batería. Don- de se ubica las bate- rías cumplirá con los requisito de 480.9 (A), (B), (C) los cuales son: Ventilación se tomara medidas para que haya suficien- tes difusión y ventila- ción de los gases de las batería para evitar la acumulación de una mezcla explosiva
- 16. La parte activa serán protegida de acuerdo con 110.27 Espacio de trabajo El espacio de trabajo alrededor del sistema de batería cumplirá con 110.26. el espacio libre de trabajo cera medido desde el borde del bastidor del banco de batería. Definición de Términos Básico Bastidor. Es un armazón rígido diseñado para soportar la celda o la bandeja de la batería. Batería. La batería que forma Parte de los servicios auxiliares son la fuente de acumulación o almacenamiento de energía que se utiliza para suplir aquella que sea necesaria para el accionamiento de los sistema de de protección y mando de equipo de maniobra. Banco de baterías. Es un conjunto de batería comentada entre sí en paralelo o en serie que sirve para proveer electricidad en el momento que otra fuente de energía primaria o no funciona o no está disponible.
- 17. Sistema de Variable Ante de iniciar el abordaje de la variable presente en eta investigación es nece- sario, definir conceptualmente el termino variable, el cual según Méndez, (2007), se concibe como una característica, atributo, propiedades o cualidades que puede dar- se o estar ausente en los individuos, grupo, puede presentarse en matices o modali- dades diferentes o en grado, magnitudes. Así mismo, Arias (2001), define variable como una cualidad susceptible de sufrir cambio. De allí que un sistema de variables consiste, por lo tanto, en una serie de característica por estudiar, definida de manera operacional, es decir en función de sus indicadores o unidades de medida. El sistema puede ser desarrollado mediante un cuadro, donde además de las variables, se especifiquen sus dimensiones e indi- cadores y su nivel de medición.
- 18. Definición Conceptual Las variables en la investigación, representan un concepto de vital impor- tancia dentro de un proyecto. Las variables, son los conceptos que forman enunciados de un tipo particular denominado hipótesis. También se puede decir que una variable es una característica que se va a medir es decir es un conjunto de valores que constituyen una clasificación. Debe traducirse del nivel conceptual (abstracto) al nivel operativo (concreto), es decir que sea observable y medible Definición Operacional Una vez definida conceptualmente las variables identificadas en el estudio que especifique lo que se debe observar o medir, de gran importancia pues tendrá repercusiones en todo momento siguientes, es hacerla tangible opera- tiva, medible o por lo menos registrables en la realidad porque se procede a determinar la operaciones a ejecutar que conduzca a la obtención de la infor- mación requerida y que justifique el proyecto de investigación.