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DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UNA MICRORRED EN LA UNIVERSIDAD
DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS SEDE DE INGENIERÍA
ALEXIS IVAN CHAPARRO VARGAS
JUAN DAVID LISCANO SEGURA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
LÍNEA DE INVESTIGACIÓN EN FUENTES ALTERNATIVAS DE ENERGÍA
(LIFAE)
BOGOTÁ D.C.
2017
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DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UNA MICRORRED EN LA UNIVERSIDAD
DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS SEDE DE INGENIERÍA
ALEXIS IVAN CHAPARRO VARGAS
Código: 20072007047
JUAN DAVID LISCANO SEGURA
Código: 20072007001
Proyecto para optar al título de
INGENIERO ELÉCTRICO
Director:
Johann Alexander Hernández Mora, Ph. D
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
LÍNEA DE INVESTIGACIÓN EN FUENTES ALTERNATIVAS DE ENERGÍA
(LIFAE)
BOGOTÁ D.C.
2017
3
Johann Alexander Hernández Mora. PhD.
Director proyecto de grado
Nota de Aceptación:
Firma del Jurado
Firma del jurado
JUNIO 2017
4
Tabla de contenido. Lista de figuras. ............................................................................................................................................................................................ 5
Lista de tablas. .............................................................................................................................................................................................. 7
Resumen. ...................................................................................................................................................................................................... 8
Abstract......................................................................................................................................................................................................... 9
1. Introducción. ................................................................................................................................................................................... 10
1.1. Objetivos. .............................................................................................................................................................................. 12
2. Fundamento teórico. ........................................................................................................................................................................ 12
2.1. Generación distribuida (GD). ................................................................................................................................................ 12
2.1.1. Generación distribuida en Colombia. ............................................................................................................................... 13
2.2. Generador fotovoltaico (PV). ................................................................................................................................................ 15
2.2.1. Sistema fotovoltaico aislado. ........................................................................................................................................... 15
2.2.2. Sistema Fotovoltaico conectado a la red. ......................................................................................................................... 16
2.3. Generación eólica. ................................................................................................................................................................. 17
2.3.1. Energía eléctrica de origen eólico. ................................................................................................................................... 17
2.4. Protecciones eléctricas. ......................................................................................................................................................... 17
2.5. Modelado BIM. ..................................................................................................................................................................... 18
2.6. Microrredes eléctricas. .......................................................................................................................................................... 19
2.6.1. Componentes de una microrred eléctrica. .................................................................................................................................. 21
2.6.2. Configuración de microrredes eléctricas. .................................................................................................................................. 22
3. Microrred de la Universidad Distrital. ................................................................................................................................... 24
3.1. Diseño de la microrred. ............................................................................................................................................................... 24
3.1.1. Diagrama unifilar. ..................................................................................................................................................................... 25
3.2. Componentes de la microrred. ............................................................................................................................................... 26
3.2.1. Transformador de aislamiento. .................................................................................................................................................. 26
3.2.2. Tablero del punto de conexión común TPCC. ........................................................................................................................... 27
3.2.3. Generador fotovoltaico. ............................................................................................................................................................. 30
3.2.3.1. Inversor del sistema fotovoltaico. ........................................................................................................................................... 33
3.2.4. Emulador eólico. ....................................................................................................................................................................... 34
3.2.5. Cargas del sistema. .................................................................................................................................................................... 36
3.2.6. Tramos de la Microrred UD. ..................................................................................................................................................... 37
3.2.6.1. Tramos AC. ........................................................................................................................................................................ 37
3.2.6.2. Tramos DC. ........................................................................................................................................................................ 38
3.2.7. Cableado. .................................................................................................................................................................................. 40
3.2.7.1. Selección del conductor. ..................................................................................................................................................... 40
3.2.6.2. Calculo de regulación. ........................................................................................................................................................ 43
3.2.6.3. Selección de canalización. .................................................................................................................................................. 50
3.2.8. Medidores de energía. ............................................................................................................................................................... 51
3.2.9. Banco De Baterías. .................................................................................................................................................................... 53
3.2.10. Protecciones eléctricas. .......................................................................................................................................................... 56
5
3.2.10.1. Selección de protecciones. ................................................................................................................................................ 56
3.2.10.2. Selección del conductor de tierra. ..................................................................................................................................... 62
3.2.10.3. Coordinación de protecciones........................................................................................................................................... 64
4. Integración de la microrred. ............................................................................................................................................................ 69
5. Conclusiones. .................................................................................................................................................................................. 81
Referencias. ................................................................................................................................................................................................ 82
Anexos ........................................................................................................................................................................................................ 85
Anexo A. interruptores automáticos ic60N. ........................................................................................................................................... 85
Anexo B. interruptores automáticos EZC. ............................................................................................................................................. 89
Anexo C. Protección contra sobretensiones. .......................................................................................................................................... 90
Anexo D. Contactores. .......................................................................................................................................................................... 92
Anexo E. Informe Eólico. ...................................................................................................................................................................... 94
Anexo F. Informe Baterías. ................................................................................................................................................................... 95
Anexo G. Informe Carga. ...................................................................................................................................................................... 96
Anexo H. Informe G1. ........................................................................................................................................................................... 97
Anexo I. Informe G2. ............................................................................................................................................................................ 98
Anexo J. informe PV. ............................................................................................................................................................................ 99
Anexo K. Medidor Elster A1100 ......................................................................................................................................................... 101
Anexo L. Medidor Elster Alpha A1800 ............................................................................................................................................... 103
Anexo M. Baterías. .............................................................................................................................................................................. 105
Lista de figuras.
FIGURA 1. EQUILIBRIO DE GENERACION Y DEMANDA [3] ________________________________________ 10 FIGURA 2 Esquema de generación distribuida [12] _____________________________________________ 13 FIGURA 3 Diagrama de flujo de energía en la tierra dado en Tera Vatios/año [13] ____________________ 15 FIGURA 4 Esquema de un sistema fotovoltaico aislado típico [15] _________________________________ 16 FIGURA 5 Esquema general de un sistema fotovoltaico conectado a la red __________________________ 16 FIGURA 6 Representación del sistema eléctrico de un parque eólico [20]. ___________________________ 17 Figura 7 Selectividad [21] (a) y filiación (b) en protección en BT ___________________________________ 18 Figura 8 Modelado de un edificio [22] _______________________________________________________ 19 Figura 9 Situación actual de los sistemas de potencia [27] _______________________________________ 20 Figura 10 Esquema básico de una microrred eléctrica [30] _______________________________________ 20 Figura 11 Elementos de una microrred [31] ___________________________________________________ 21 Figura 12Red de distribución de una microrred [33] ____________________________________________ 22 Figura 13 Microrred conectada a la red de distribución [26]. _____________________________________ 22 Figura 14 Esquema de microrred aislada [31] _________________________________________________ 23 Figura 15 Diagrama unifilar microrred UD ____________________________________________________ 25 Figura 16 Transformador de aislamiento microrred UD __________________________________________ 26 Figura 17 Placa del transformador de aislamiento ______________________________________________ 27
6
Figura 18 diseño del TPCC _________________________________________________________________ 28 Figura 19 TPCC microrred UD ______________________________________________________________ 29 Figura 20 Caja de tierras __________________________________________________________________ 29 Figura 21 Consumo anual para el sistema fotovoltaico[36] _______________________________________ 30 Figura 22 Especificaciones técnicas del módulo fotovoltaico [36] __________________________________ 32 Figura 23 Curva Característica I-V del módulo [36] _____________________________________________ 32 Figura 24 Generador fotovoltaico de la microrred ______________________________________________ 33 Figura 25 Inversor Fotovoltaico _____________________________________________________________ 33 Figura 26 Etapa de Potencia del Emulador Eólico [37] ___________________________________________ 34 Figura 27 Etapa de control del emulador eólico [37] ____________________________________________ 35 Figura 28 Etapa de emulación eólica [37] _____________________________________________________ 35 Figura 29 Esquema general del Emulador Eólico [37] ___________________________________________ 36 Figura 30 G1 y G2 ________________________________________________________________________ 52 Figura 31 Medidor Elster A1100 ____________________________________________________________ 53 Figura 32 Medidor Elster ALPHA A1800 ______________________________________________________ 53 Figura 33 Baterías de la microrred __________________________________________________________ 55 Figura 34 Barraje DC _____________________________________________________________________ 56 Figura 35 protecciones bipolares ____________________________________________________________ 61 Figura 36 Protecciones tripolares del TPCC ____________________________________________________ 61 Figura 37 Protección contra sobretensiones ___________________________________________________ 61 Figura 38 Contactores microrred UD _________________________________________________________ 62 Figura 39 Curvas de Protecciones AC en BT y I falla _____________________________________________ 65 Figura 40 Secuencia falla en Banco de Baterías ________________________________________________ 66 Figura 41 Secuencia falla en Panel Fotovoltaico ________________________________________________ 66 Figura 42 Secuencia falla en Generador 1 _____________________________________________________ 67 Figura 43 Secuencia falla en Generador 2 _____________________________________________________ 67 Figura 44 Secuencia falla en Tablero de Carga _________________________________________________ 68 Figura 45 Secuencia falla en Emulador Eólico __________________________________________________ 68 Figura 46 Diagrama Unifilar Modificado _____________________________________________________ 70 Figura 47 vista en planta del LIFAE __________________________________________________________ 71 Figura 48 Vista Sección Este _______________________________________________________________ 71 Figura 49 Vista Sección Este _______________________________________________________________ 72 Figura 50 Vista en Perspectiva _____________________________________________________________ 72 Figura 51 Vista en perspectiva de la microrred construida _______________________________________ 73 Figura 52 Transformador de aislamiento instalado _____________________________________________ 73 Figura 53 energización del transformador. ____________________________________________________ 74 Figura 54 Medición sobre barraje AC ________________________________________________________ 74 Figura 55 Tensiones de línea y fase AC _______________________________________________________ 75 Figura 56 Secuencia de fases _______________________________________________________________ 75 Figura 57 Formas de onda _________________________________________________________________ 76 Figura 58 Tensión DC de una batería. ________________________________________________________ 76 Figura 59 Medición en el barraje DC. ________________________________________________________ 77 Figura 60 Tensión a la salida del generador fotovoltaico. ________________________________________ 77 Figura 61 Tensión de fase AC a la salida del inversor fotovoltaico _________________________________ 78 Figura 62 Tensión de línea AC a la salida del inversor fotovoltaico. ________________________________ 78
7
Figura 63 Medidor del sistema fotovoltaico. __________________________________________________ 79 Figura 64 Tensión de fase y tensión de línea para alimentar G1 ___________________________________ 79 Figura 65 Tensión de fase y tensión de línea para alimentar G2 ___________________________________ 80
Lista de tablas.
Tabla 1 Tecnologías, capacidades e interfaz de generaciones distribuidas [8]. _______________________ 13 Tabla 2. Factores que contribuyen al Calentamiento Global [6] ___________________________________ 13 Tabla 3 Desarrollos en fuentes renovables para producción de energía (UPME) [6] ___________________ 14 Tabla 5 Tecnologías de almacenamiento de energía [32] ________________________________________ 21 Tabla 6 características técnicas transformador ________________________________________________ 26 Tabla 7Potencia del generados Fotovoltaico [36]. ______________________________________________ 31 Tabla 8 parámetros de los tramos de la microrred______________________________________________ 39 Tabla 9Corrientes por tramo de la microrred __________________________________________________ 41 Tabla 10 Capacidad de corriente permisible en conductores aislados para 0 a 2 000 V [38] _____________ 41 Tabla 11 Calibre del conductor por tramo ____________________________________________________ 42 Tabla 12 Regulación parcial de los tramos de la microrred _______________________________________ 44 Tabla 13 Regulación total desde el generador PV hasta TP7 ______________________________________ 45 Tabla 14 Regulación total desde el generador PV hasta TCARGAS _________________________________ 46 Tabla 15 Regulación total desde TP/ hasta Baterías ____________________________________________ 46 Tabla 16 Regulación total desde Baterías hasta TCARGAS _______________________________________ 47 Tabla 17 Regulación total desde Inversor G1 hasta TP7 _________________________________________ 47 Tabla 18 Regulación total desde Inversor G1 hasta TCARGAS _____________________________________ 48 Tabla 19 Regulación Total desde Inversor G2 hasta TP7 _________________________________________ 48 Tabla 20 Regulación total desde Inversor G2 hasta TCARGAS _____________________________________ 49 Tabla 21 Regulación total desde TP/ hasta el Emulador Eólico ____________________________________ 49 Tabla 22 Selección de canalización. _________________________________________________________ 50 Tabla 23 características de las baterías ______________________________________________________ 54 Tabla 24 Calculo de impedancia de corto circuito de los tramos de la microrred ______________________ 58 Tabla 25 corrientes de corto circuito en los tramos de la microrred ________________________________ 59 Tabla 26 Protecciones eléctricas de la microrred _______________________________________________ 60 Tabla 27 Calibre mínimo de conductor de puesta a tierra para equipos y canalizaciones [38] ___________ 63 Tabla 28 Conductores de puesta a tierra. _____________________________________________________ 64
8
Resumen.
El presente documento fue elaborado con el objetivo de presentar la puesta en marcha de una
microrred eléctrica en la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, comprendiendo la
etapa de diseño e implementación de la misma.
El proyecto de la microrred de la UD busca integrar varios proyectos presentados en la
Universidad, entre ellos el desarrollo de un sistema de generación de energía solar
fotovoltaico interconectado a la red eléctrica, un sistema de gestión de la energía, y se
encuentra soportado por los datos obtenidos mediante un proyecto de simulación de la
microrred. Este proyecto muestra la etapa de implementación teniendo en cuenta parámetros
dictados por la normatividad vigente de las instalaciones eléctricas en Colombia, y la
disponibilidad de recursos tanto físicos como económicos de la Universidad.
La microrred eléctrica diseñada e implementada parte del parámetro de potencia definida por
la misma Universidad; la cual es 5kVA. Esta potencia es la máxima que puede entregar y/o
recibir de la red de distribución hacia las cargas, o de los generadores de la microrred
respectivamente.
La fuente principal de generación de la microrred eléctrica es la red de distribución eléctrica
del edificio Sabio Caldas de la Facultad de Ingeniería. Por otra parte, se integra un generador
fotovoltaico cuya potencia máxima es de 240W y dos prototipos emuladores de carga o
generación eléctrica. La microrred consta de un transformador de aislamiento que sirve como
interfaz con la red de distribución, grupos de medida que pueden identificar consumos o
generaciones según sea el caso, un tablero general usado como punto de conexión común
(PCC) que tiene integrado un esquema de protecciones que cumple características de
operación definidas según la parte que se desea proteger. Entre estas características están la
capacidad de corriente, la capacidad térmica y la bidireccionalidad de ser requerida. Por
ultimo están las cargas de la microrred. Este esquema de microrred con subsistemas de
generación y consumo, será la base fundamental para estudios posteriores en el tema que
realizaran, no solamente los grupos dec LIFAE y GCEM (desarrolladores del proyecto), sino
para cualquier investigador de la Facultad o de la Universidad. Adicionalmente tendrá la
posibilidad de ampliar la generación y la demanda a futuro, así como la posibilidad de
integrar esquemas de control, gestión y/o protección que puedan ser desarrollados como otros
proyectos.
9
Abstract.
The present document was prepared with the purpose of presenting the implementation of an
electric micro grid in the District University Francisco José de Caldas, including the design
and implementation stage.
The project of the micro grid of the UD seeks to integrate several projects presented at the
University, including the development of a photovoltaic solar energy system interconnected
to the grid, an energy management system, and supported by the Data obtained through a
micro grid simulation project. This project shows the implementation stage taking into
account parameters dictated by the current regulations of the electrical installations in
Colombia, and the availability of both physical and economic resources of the University.
The electrical micro grid designed and implemented part of the parameter of power defined
by the same University; which is 5kVA. This power is the maximum that can deliver and /
or receive the distribution network to the loads, or of the generators of the micro grid
respectively
The main source of generation of the electrical micro grid is the electrical distribution
network of the building Sabio Caldas of the Faculty of Engineering. On the other hand, it
integrates a photovoltaic generator whose maximum power is 240W and two prototype
emulators of load or electrical generation. The micro grid consists of an isolation transformer
that serves as an interface with the distribution network, measuring groups that can identify
consumptions or generations as the case may be, a general board used as a common
connection point (PCC) that has integrated a scheme of protections that fulfill operating
characteristics defined according to the part to be protected. Among these characteristics are
current capacity, thermal capacity and bidirectionality to be required. Finally, are the charges
of the micro grid. This micro-grid scheme with subsystems of generation and consumption,
will be the fundamental basis for later studies in the subject that will be done, not only the
LIFAE and GCEM investigation groups (project developers), but for any researcher in the
Faculty or University. In addition, it will have the possibility of expanding future generation
and demand, as well as the possibility of integrating control, management and / or protection
schemes that can be developed like other projects.
10
1. Introducción.
En los últimos años se ha dado un incremento sin precedentes en la generación de energía
eléctrica a partir de fuentes no convencionales. El cambio climático, causado en su mayoría
por las emisiones de CO2, ha generado un interés mundial en reducir las mismas y para ello
se han desarrollado nuevos esquemas de generación de energía eléctrica a partir de fuentes
de energía renovables. Como consecuencia de lo anterior, y debido a la intermitencia de la
potencia de salida de estas fuentes de generación, se busca integrar este tipo de generación a
los esquemas convencionales, desarrollando así el concepto de generación distribuida y la
implementación de la misma en microrredes que puedan generar su autoconsumo de forma
limpia y eficiente, además de tener la capacidad de integrarse a las redes eléctricas
convencionales. A la fecha, el crecimiento de proyectos de generación distribuida se ha dado
de forma exponencial en el continente Europeo y varias partes del mundo, tal como se puede
ver reflejado en reporte anual expedido por REN 21 "Renewables 2015 Global Status
Report"[1].
El crecimiento de la economía a nivel mundial, ha generado un gran cambio en la forma de
usar la energía, transformándolo en un uso intensivo, el cual genera un alto consumo de
petróleo y combustibles fósiles [2]. Es por este motivo que se deben buscar formas
alternativas y limpias de generar energía eléctrica que sean capaces de suplir la creciente
demanda y mitigar los efectos del cambio climático. Este crecimiento casi exponencial de la
economía mundial, evidencia que se deben reducir las pérdidas de la generación de energía
eléctrica, por lo cual, el esquema tradicional de generación en grandes centrales alejadas de
los centros de consumo resulta insuficiente si se quiere reducir el impacto ambiental, aunque,
se debe mantener el esquema de un sistema interconectado ya que este permite garantizar el
suministro de energía eléctrica en un territorio determinado que no puede ser cubierto por un
solo sistema eléctrico, logrando satisfacer la relación de generación y demanda de energía
[3].
FIGURA 1. EQUILIBRIO DE GENERACION Y DEMANDA [3]
11
La figura 1 muestra que debe existir un equilibrio entre lo que se produce y lo que se
consume. El crecimiento económico mundial aumenta la demanda y por lo tanto se debe
incrementar la generación de energía que a su vez busca mitigar el cambio climático, y de
ahí la importancia de las fuentes de generación no convencionales en puntos más cercanos a
los centros de consumo, lo que aumenta la importancia de la generación distribuida y las
microrredes eléctricas.
La situación en Colombia respecto al desarrollo de los sistemas de generación distribuida
presenta un desarrollo distinto a lo que se esperaría que ocurriera como en el resto de
Latinoamérica. Debido a la falta de regulación para la energía eléctrica generada a partir de
fuentes renovables, los proyectos de generación distribuida y microrredes no han sido
desarrollados como se esperaría en este país y esto trae varios desafíos a la hora de explorar
las opciones de implementar este tipo de generación y de incluir tecnologías fotovoltaicas,
eólicas, etc. [4]. En respuesta a esto, se ha decidido implementar una Microrred eléctrica en
la Universidad Distrital capaz de guiar a los futuros ingenieros en los nuevos retos de la
generación y gestión de energía eléctrica.
En primera instancia debe recopilarse información acerca de conceptos de generación
distribuida y microrredes, funcionamiento, configuraciones, esquemas de protección e
implementación y elementos necesarios para el desarrollo de una Microrred. Se debe
entender cuál es la parte eléctrica de potencia de una microrred y sus componentes
principales, para así poder realizar el dimensionamiento y puesta en funcionamiento de una
microrred eléctrica en la Universidad Distrital Francisco José de Caldas sede de Ingeniería,
la cual cumplirá los esquemas de generación distribuida para suplir sus propias necesidades
energéticas y en caso de excedentes poder entregarlos a la red de distribución, o, en caso de
no generar lo suficiente podrá recibir energía desde la red de distribución. Lo anterior con la
intención de sentar un precedente en la Universidad, convirtiéndose en una herramienta
académica para poder estudiar de manera empírica el comportamiento de una microrred, y
siendo consecuente con el actual panorama energético del país, donde se desea generar mayor
interés en la generación de fuentes no convencionales de energía.
Este proyecto fue llevado a cabo en conjunto entre los grupos de investigación LIFAE
(laboratorio de investigación de fuentes alternativas de energía), y GCEM (Grupo de
Compatibilidad Electromagnética) de la facultad de Ingeniería de la Universidad Distrital
Francisco José de Caldas, usando e integrando a la nueva microrred el laboratorio de sistemas
fotovoltaicos que se encuentra en las instalaciones del edificio Sabio Caldas, cumpliendo el
papel de una fuente de generación distribuida, y la principal de esta microrred.
12
1.1. Objetivos.
Objetivo general: Implementar los equipos eléctricos necesarios, destinados a la
protección, aislamiento e interconexión del proyecto Microrred de la Universidad
Distrital, dimensionando los mismos de tal manera que garanticen su correcto
funcionamiento y puesta en servicio.
Objetivos específicos:
Diseñar un cuadro de conexiones de acuerdo a la potencia disponible
realizando el diagrama unifilar de la Microrred, para lograr ubicarlo de
manera acorde a la disponibilidad de espacio donde se situará la instalación,
cumpliendo las normas técnicas colombianas.
Dimensionar las protecciones eléctricas necesarias para la configuración
establecida con anterioridad, teniendo en cuenta los límites de tensión,
corriente, frecuencia, temperatura, etc., cumpliendo los requerimientos de
confiabilidad y redundancia de un sistema de protecciones, con base en lo
estipulado en la NTC 2050 sección 690.
Diseñar una instalación acorde a los requerimientos técnicos y de espacio
disponible creando un proyecto con la mayor factibilidad posible, usando las
herramientas computacionales utilizadas actualmente en el mercado para tal
fin.
Ejecutar la instalación del transformador, protecciones, barrajes, armarios,
circuitos y demás elementos eléctricos, con base en el diagrama unifilar del
proyecto dejando la microrred en modo funcional.
2. Fundamento teórico.
2.1. Generación distribuida (GD). La GD es una alternativa para la solución de problemas técnicos, económicos y ambientales
de los sistemas actuales de energía, siendo básicamente un sistema de distribución a pequeña
escala en el cual se tienen las fuentes de generación cerca de los centros de consumo [5]-[6].
Al crecer la demanda, se requieren mayores potencias generadas, lo que se traduce en
centrales de generación más robustas y como alternativa, se incluyen las fuentes renovables
[7]- [8]. Las principales ventajas técnicas de la generación distribuida son [9]: Reducción de
las pérdidas de línea, mejora el perfil de tensión, reducción de las emisiones contaminantes,
13
aumento de la eficiencia energética en general, fiabilidad y seguridad mejorada del sistema,
la mejora de calidad de la energía.
Tecnología Rangos de capacidad típica Interfaz de utilización
solar, fotovoltaico Algunos W a varios cientos de kW inversores
Viento Algunos cientos de W a algunos MW Generador asíncrono
Geotérmica Algunos cientos de kW a algunos MW Generador síncrono
Oceánica Algunos cientos de kW a algunos MW maquina síncrona
Hielo Algunos cientos de kW a algunas decenas de MW Generador síncrono. AC-AC
Ciclo combinado Algunas decenas de MW a varios cientos de MW Generador síncrono
Turbina de combustión Algunas decenas de MW a cientos de MW Generador síncrono
Micro turbinas Algunas decenas de kW a algunos MW Convertidor ac-ac
Celdas de Combustible Algunas decenas de kW a algunas decenas de MW Inversores
Tabla 1 Tecnologías, capacidades e interfaz de generaciones distribuidas [8].
La tabla 1 muestra las tecnologías, las capacidades de generación que poseen y la interfaz de
utilización. La aplicación de este tipo de tecnologías está definida por los requerimientos
energéticos del usuario y del recurso disponible [10]-[11]. La figura 2 muestra un esquema
básico de GD con gran participación de energías renovables, caracterizadas por la
descentralización [12].
.
FIGURA 2 Esquema de generación distribuida [12]
2.1.1. Generación distribuida en Colombia.
ACTIVIDAD Porcentaje de contribución al calentamiento global
Uso y producción de energía 57%
Clorofluorocarbonos 17%
Prácticas de agricultura 14%
Cambios en el uso de la tierra 9%
otras actividades industriales 3% Tabla 2. Factores que contribuyen al Calentamiento Global [6]
14
La tabla 2 muestra las actividades industriales y su porcentaje de contribución al
calentamiento global de forma general. En la figura 3, se observan las fuentes de generación
de energía eléctrica a nivel mundial.
Tabla 3 Desarrollos en fuentes renovables para producción de energía (UPME) [6]
La tabla 3 muestra fuentes de energía renovable, conocimientos del recurso, aplicaciones,
estado y a capacidad instalada en Colombia. La GD tiene una serie de barreras que hacen que
su implementación se retarde un poco; tales como: tendencia a privilegiar los esquemas
centralizados, marcos regulatorios que no consideran la GD, sino el 100% de generación
central, inversión inicial alta y percepción de riesgos tecnológicos, potencias bajas y
fluctuantes, conflictos con los intereses particularmente con los operadores de red y
escepticismo[6].
Un estudio realizado por la Universidad de los Andes, analiza la prospectiva de la generación
distribuida en Colombia, arrojando (en resumen) los siguientes resultados [4]:
La GD es una tecnología aplicable a los sistemas de distribución colombianos.
La GD puede prestar servicios como: la reducción de pérdidas en transmisión,
mejorar la confiabilidad en distribución y transmisión, y la regulación del voltaje y
suministro de reactivos.
15
Colombia debe generar los debidos espacios legales para que se puedan llevar a cabo
proyectos con esta tecnología.
La GD puede contribuir a mejorar: Costos de generación, número de interrupciones
del servicio, seguridad del sistema. Gran parte de los expertos, coincide en la
necesidad de incorporar estas tecnologías en los sistemas colombianos para mejorar
el servicio, estimular el desarrollo económico, tecnológico y la inversión en el país
Las ventajas de la GD para los usuarios inversionistas son: mejorar el costo de la
energía, la posibilidad de vender excedentes, la calidad de la potencia, la posibilidad
de vender la capacidad instalada para mejoramiento de la seguridad.
Las ventajas que motivan a los operadores de red a invertir en el negocio son: Calidad
de la potencia, costo de la energía, posibilidad de vender energía y posibilidad de
vender capacidad instalada.
2.2. Generador fotovoltaico (PV). La energía solar es la fuente de energía más abundante en la tierra, de carácter renovable, con
un alto grado de disponibilidad, gratuita y muy superior a las necesidades de la población
mundial [13].
FIGURA 3 Diagrama de flujo de energía en la tierra dado en Tera Vatios/año [13]
La figura 3 muestra el flujo de energía solar en la tierra dado en Tera Vatios/año, lo cual
evidencia que la enorme cantidad de energía solar es aprovechada de forma superficial debido
al desafío técnico que se presenta.
2.2.1. Sistema fotovoltaico aislado. Un sistema de generación PV aislado, es aquel en el cual la energía de la red de distribución
eléctrica no se encuentra disponible o simplemente no desea ser usada y por lo tanto el
sistema es autónomo. La decisión de usar un sistema aislado o no, está ligada a la
16
disponibilidad de la red y a la naturaleza de la carga, ya que, si esta es una pequeña carga, el
sistema podría suplir las necesidades energéticas por sí mismo [14].
FIGURA 4 Esquema de un sistema fotovoltaico aislado típico [15]
Un PV aislado debe entregar potencia constante en todo momento, por lo cual, es necesario
tener un elemento acumulador de energía. Este tipo de sistemas son usados ampliamente en
zonas rurales donde no existe fácil acceso a los sistemas interconectados convencionales y
para aplicaciones de bombeos solares (figura 4) [15].
2.2.2. Sistema Fotovoltaico conectado a la red. Un sistema PV conectado a la red es un conjunto de elementos que permite el
aprovechamiento de la energía solar para ser usada finalmente en una instalación eléctrica.
La diferencia fundamental es que este tipo de sistema no es totalmente autónomo, por lo
tanto, no requiere de elementos acumuladores de energía [16].
FIGURA 5 Esquema general de un sistema fotovoltaico conectado a la red
La figura 5 muestra los componentes principales de un sistema fotovoltaico conectado a la
red. Para mejorar la confiabilidad del suministro existen alternativas como la inclusión de
baterías, las cuales mitigan la intermitencia de la generación y entregan potencia constante a
la red eléctrica [16]-[17].
17
2.3. Generación eólica. La generación eólica es la generación de energía eléctrica a partir del viento como fuente
primaria. En principio, la generación eólica transforma la energía mecánica en energía
eléctrica mediante elementos llamados aerogeneradores [18]
2.3.1. Energía eléctrica de origen eólico. La conexión de un parque eólico a una red de transmisión o distribución puede tener
consecuencias que afecten el comportamiento de las mismas de pendiendo de la potencia
eólica instalada y de que tan robusta es la red a la cual se conecta [19].
FIGURA 6 Representación del sistema eléctrico de un parque eólico [20].
La conexión entre aerogeneradores y la subestación del parque eólico (figura 6) se realiza a
través de una red de media tensión, para proteger el lado de media tensión por lo general se
emplea un interruptor seleccionador que protege al transformador contra sobrecargas [20].
2.4. Protecciones eléctricas. Son un elemento fundamental a la hora de implementar redes eléctricas, y buscan la
protección de los equipos y de la vida de los operarios y cualquier agente externo a ella. Para
la selección de protecciones se requiere de: Selectividad (figura 7a) dar continuidad al
servicio, si ocurre una falla el dispositivo inmediatamente aguas arriba despejara la falla [21].
Filiación (figura 7b): Disminuir los efectos de las corrientes de cortocircuito, mediante la
limitación de la corriente de cortocircuito, esto permite un tamaño reducido de la protección.
La limitación reduce los siguientes efectos:
Electromagnéticos: Reducción de las perturbaciones EMC
Mecánicos: Reducción de la deformación y los esfuerzos sobre el interruptor
Térmicos: Aumento de la vida útil de los conductores
18
Figura 7 Selectividad [21] (a) y filiación (b) en protección en BT
Las sobre intensidades pueden ser causadas por:
Sobrecargas: Ocurre si la carga durante su funcionamiento, consume una potencia
superior a la nominal. Se interrumpirá el circuito por efecto TERMICO.
Cortocircuitos: Se da cuando dos conductores que se encuentran a distinto potencial
se ponen en contacto a través de un elemento con una baja impedancia. Se
interrumpirá el circuito por efecto ELECTROMAGNETICO.
2.5. Modelado BIM. Actualmente, en la representación de modelos arquitectónicos, se usa en su mayoría las
herramientas CAD, las cuales, aunque han sido de uso general, muestran un nivel de uso
tecnológico relativamente bajo, que además de consumir grandes cantidades de tiempo, están
muy dadas a la aparición de errores de diseño, los cuales, se ven reflejados en la parte de
construcción. Para aliviar estos inconvenientes, se plantean metodologías basadas en el uso
de modelos tridimensionales Building Imformation Modeling (BIM). Estas herramientas
facilitan la visualización de los proyectos [22]-[23]. La tecnología BIM tiene la capacidad de
cuantificar eficazmente los parámetros del edificio como mediciones, pero también de otras
cualidades computables como volúmenes de aire, recorridos de evacuación, consumo
energético, etc. [22]. La figura 8 muestra el modelado estructural de un edificio.
19
Figura 8 Modelado de un edificio [22]
Para el diseño de las instalaciones eléctricas en Revit®, se debe generar un nuevo proyecto a
partir de la plantilla eléctrica y vincularla al proyecto arquitectónico permitiendo el trabajo
de varias instalaciones y distintas facetas del proyecto manteniendo los vínculos de todas ella
actualizadas. En cuanto a iluminación, el software DIALUX® puede exportar sus modelos a
Revit® permitiendo total coherencia en el diseño de iluminación y la construcción final de la
edificación facilitando la entrega final del proyecto [24]. El modelado de instalaciones
permite tener una armonía al momento de hacer la coordinación con otras disciplinas
reduciendo el margen de error en construcción adicionalmente disminuyendo tiempo de
ejecución en obra y ahorrando dinero en materiales.
2.6. Microrredes eléctricas. “Una micro-red puede ser definida como un sistema de distribución de electricidad
compuesto por cargas y recursos de energía distribuida capaces de operar controlada y
coordinadamente en modo conectado a la red principal o aislada de ella [25]. Con el
incremento de la población y la industria, se genera una mayor demanda de energía eléctrica,
por tal motivo, se hace necesario idear formas de suplirla teniendo en cuenta que la
infraestructura convencional no es capaz de incrementar su capacidad de transmitir energía
de forma a gran escala [26].
20
Figura 9 Situación actual de los sistemas de potencia [27]
Los sistemas actuales (figura 9), tienen grandes distancias entre la fuente de generación y los
centros de consumo, por lo cual, se presentan perdidas en transmisión, por lo que para
mejorar estos sistemas en cuanto a calidad, se emplean sistemas de comunicación SCADA
permitiendo automatizar procesos de transmisión guiando las redes actuales a redes
inteligentes [27]. A la hora de implementar una microrred, se busca brindar una calidad de
servicio en contraste al servicio universal proveído por la red pública. Una microrred también
tiene la posibilidad de integrar sistemas de gestión de demanda dando prioridad más alta a
ciertas cargas o más baja sobre un grupo determinado de cargas [28].
Básicamente una microrred es una red eléctrica inteligente que tiene la capacidad de operar
de forma autónoma, bien sea de forma aislada o coordinada con la red eléctrica [29]. En la
figura 10 se observa un esquema básico de microrred, en el cual se evidencia la interacción
de generadores y consumidores.
Figura 10 Esquema básico de una microrred eléctrica [30]
21
2.6.1. Componentes de una microrred eléctrica. Una microrred eléctrica básicamente se compone de: Sistemas de generación: En
microrredes son sistemas de generación distribuida, donde los generadores se encuentran
cerca de los centros de consumo. Las principales fuentes de generación de energía eléctrica
usadas en microrredes son motores de combustión alterna, turbinas de gas, micro turbinas,
tecnología eólica, tecnología, tecnología solar térmica [31]-[32].
Figura 11 Elementos de una microrred [31]
Almacenamiento de energía: en redes eléctricas, se tiene una gran variedad de sistemas.
Sin embargo, los más usados se muestran en la tabla 7:
Tabla 4 Tecnologías de almacenamiento de energía [32]
La tabla 5 muestra las tecnologías usadas en el almacenamiento de energía eléctrica más
comunes. Sin embargo, la mayoría de aplicaciones de microrredes usa almacenamiento por
medio de baterías siempre y cuando el costo de la tecnología lo haga viable [29].
Sistemas de distribución: En microrredes son los mismos de una red de distribución
convencional con variaciones en cuanto a la escala. La idea de la generación distribuida es la
22
producción de energía eléctrica lo más cerca posible de los centros de consumo, por lo cual,
una microrred busca integrar múltiples usuarios con diversos sistemas de generación y
almacenamiento a una pequeña red eléctrica de baja tensión (figura 12).
Figura 12Red de distribución de una microrred [33]
Protección, gestión y control: en microrredes, se tiene una gran variedad de tecnologías y
estas son seleccionadas dependiendo del grado de robustez que se le quiera dar al sistema.
Las protecciones eléctricas estarán dimensionadas según las corrientes de corto circuito del
sistema y se evaluarán en las partes AC y DC [34]. Los inversores proporcionan de manera
funcional control y flexibilidad a los generadores distribuidos, y de este modo se pueden
agregar nuevos generadores a la microrred sin tener la necesidad de modificar los equipos
existentes [35].
2.6.2. Configuración de microrredes eléctricas. Microrred conectada a la red de distribución: Generalmente una microrred siempre estará
conectada a la red de distribución eléctrica. Esta es la condición normal y en esta situación
no es necesario que la demanda total de la carga sea suministrada por las fuentes de
generación distribuida, ya que, el desfase entre generación y consumo será cubierto por la
energía de la red de distribución (figura 13) [26].
Figura 13 Microrred conectada a la red de distribución [26].
23
Microrred aislada:
La microrred aislada tiene como principal consigna la autonomía. Una microrred aislada es
aquella que bajo ninguna circunstancia está conectada a la red de distribución eléctrica (figura
14). Para suplir la demanda, la generación debe ser exactamente igual o superior a la demanda
de energía. La forma en la que una microrred logra lo anterior es usando elementos
almacenadores de energía, aliviando las fluctuaciones de generación [31].
Figura 14 Esquema de microrred aislada [31]
Microrred hibrida:
Una microrred estará habitualmente conectada a la red de distribución. Sin embargo, ante un
fallo en esta red, o por otra situación particular, es posible pasar al modo de emergencia en
que la microrred se desconecta, pasando a trabajar de forma autónoma. Una vez detectado un
problema en la red de distribución, se tratará siempre de que la desconexión se realice de la
forma más transparente posible para las cargas conectadas [31].
24
3. Microrred de la Universidad Distrital. La microrred de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas es un proyecto que busca
la implementación de un prototipo a pequeña escala con capacidad de 5kVA. La microrred
de la Universidad Distrital está conformada por la red eléctrica de distribución y fuentes
renovables con capacidad para ser ampliada y realizar cambios en su configuración
haciéndola flexible para usos académicos.
Inicialmente, dentro de sus subsistemas tiene conectado un generador fotovoltaico y un banco
de baterías para alimentar las cargas y poderse convertir en aislada, dependiendo de las
necesidades de la misma. Está pensada para dar pie a futuros estudios, y se implementó de
tal capacidad que pueda integrar proyectos futuros como un sistema de control y gestión de
la energía y un emulador eólico. Los equipos asociados a la microrred de la Universidad
Distrital son conectados a través de un tablero que cumple las normas vigentes y esta
adecuado de tal manera que permite realizar ampliaciones tal como implementar un sistema
de control y gestión, integrar otros generadores a partir de fuentes renovables, baterías e
inversores, y ubicar contactores asociados en el tablero de punto de conexión común, los
cuales integrados al sistema de control, permiten su desconexión para realizar mantenimiento
o alguna contingencia en caso de emergencia.
El diseño de la microrred de la Universidad Distrital, tiene como consideración realizar la
integración de distintos proyectos de grado y a su vez dar una idea general de las capacidades
de la generación distribuida y su integración a los sistemas eléctricos convencionales de
manera armoniosa y eficaz.
3.1. Diseño de la microrred.
La microrred consta de un barraje en AC el cual tiene conectado los generadores y las cargas.
La energía que se genera a partir de las fuentes renovables es adecuada por inversores y
conectada al barraje AC para alimentar las cargas. Adicionalmente, el tablero de conexión
común cuenta con un barraje y protecciones para alimentar cargas en DC o bancos de
baterías.
Estas conexiones y elementos se encuentran en un tablero que es el punto de conexión común
(TPCC), el cual esta alimentado desde la red eléctrica y desde las fuentes renovables. Este
TPCC cuenta con las protecciones necesarias para la microrred en general y está diseñado
para prever la ampliación e integración de sistemas de gestión y control.
25
3.1.1. Diagrama unifilar.
Figura 15 Diagrama unifilar microrred UD
26
3.2. Componentes de la microrred. Siguiendo el diagrama unifilar, se procedió en primera instancia a realizar el levantamiento
de los elementos necesarios para la implementación física. Para la construcción de la misma
se realizaron cotizaciones de distintos proveedores buscando el equilibrio entre costo y
calidad.
3.2.1. Transformador de aislamiento. El transformador de aislamiento se usa para aislar galvánicamente la microrred de la red
eléctrica convencional. Las características principales del transformador de aislamiento se
enuncian en la tabla 6.
Potencia 5kVA
Marca El Watio
Tipo Seco clase H
Medio de refrigeración Aire
Tensión nominal primario 208V
Tensión nominal secundario 208V
Numero de fases 3
Conexión DYN5
Material devanados Cobre
Frecuencia 60Hz
Temperatura Max ambiente 40oC
Peso 55kg Tabla 5 características técnicas transformador
Figura 16 Transformador de aislamiento microrred UD
27
Figura 17 Placa del transformador de aislamiento
Las figuras 16 y 17 muestran el transformador de aislamiento de la microrred de la UD y su
placa de características respectivamente.
El transformador de aislamiento se encuentra instalado en las instalaciones del LIFAE en el
séptimo piso del edificio Sabio Caldas y cuenta con las características técnicas definidas
como punto de referencia para el proyecto (potencia, tensión).
3.2.2. Tablero del punto de conexión común TPCC.
El TPCC es el encargado de albergar los barrajes de conexión con las respectivas
protecciones, los barrajes de neutros y tierras de la microrred. En este tablero se interconectan
los generadores renovables, la red de distribución eléctrica a través del transformador de
aislamiento, las cargas de la microrred y los futuros proyectos de grado (cargas y/o
generadores) que servirán para ampliar la microrred.
28
Figura 18 diseño del TPCC
El TPCC está fabricado en C.R. calibre 16, pintado en polvo electrostática, de dimensiones
1200X800X300. Grado de protección IP54. Suministro de barraje en cobre electrolítico de
94 A. pintado RETIE, electro plateado, montado en aisladores de resina epoxica, tornillería.
Suministro de cable, terminales, amarres plásticos y demás elementos necesarios para un
correcto funcionamiento del equipo, un barraje en Pl. de Cu. 1/8 x 3/4" para las fases,
protecciones termomagnéticas monofásicas y trifásicas para las cargas y las fuetes de
generación distribuida AC y/o DC, contactores para conexión y desconexión de cargas y
generadores según requiera el estudio a realizar sobre la microrred, accesorios de
conexionado, cerradura e iluminación interior.
El TPCC está ubicado junto al transformador de aislamiento en las instalaciones del LIFAE
y las acometidas asociadas a él son canalizadas apropiadamente según la normatividad
vigente. El TPCC de la microrred se muestra en la figura 19.
29
Figura 19 TPCC microrred UD
CAJA TIERRA (figura 20): Suministro de tablero fabricado en C.R. calibre 16, pintado en
polvo electrostático, de dimensiones 300X220X120. Suministro de barraje en cobre
electrolítico de 100 A. pintado RETIE, electro plateado, montado en aisladores de resina
epóxica, tornillería.
Figura 20 Caja de tierras
30
3.2.3. Generador fotovoltaico.
El generador fotovoltaico de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas hace parte de
un proyecto de investigación llamado “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN
LABORATORIO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS INTERCONECTADOS A LA
RED TRIFÁSICA DE BAJA TENSIÓN EN LAS INSTALACIONES FÍSICAS DE LA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS”. Mediante una
donación por parte de SOLEL INGENIERÍA S.A.S. la Universidad Distrital recibió dos
módulos solares fotovoltaicos de 120 vatios pico (Wp) cada uno, junto con un inversor para
interconexión con la red trifásica de baja tensión. Usando estos equipos se desarrolló un
laboratorio de sistemas fotovoltaicos el cual fue integrado a la microrred planteada en el
presente documento.
“Para el dimensionamiento, es pertinente estimar la energía a suministrar a diario (con base
en la carga se asume un consumo aproximado de 0,750 kWh-día) y tomar como referencia la
información de radiación del año 2011”[36].
Figura 21 Consumo anual para el sistema fotovoltaico[36]
31
MES kWh/mes HSS Días del
mes
PR POTENCIA
(kW)
ENERO 23,25 4 31 0,9 0,208
FEBRERO 21 3,5 28 0,9 0,238
MARZO 23,25 4 31 0,9 0,208
ABRIL 22,5 3,5 30 0,9 0,238
MAYO 23,25 3,5 31 0,9 0,238
JUNIO 22,5 3,5 30 0,9 0,238
JULIO 23,25 4 31 0,9 0,208
AGOSTO 23,25 3,5 31 0,9 0,238
SEPTIEMBRE 22,5 3,5 30 0,9 0,238
OCTUBRE 23,25 3,5 31 0,9 0,238
NOVIEMBRE 22,5 3 30 0,9 0,278
DICIEMBRE 23,25 3,5 31 0,9 0,238
POTENCIA GFV (kW) 0,234
Tabla 6Potencia del generados Fotovoltaico [36].
Con la información proporcionada por los diseñadores del laboratorio de sistemas
fotovoltaicos, se tienen dos módulos solares que son integrados a la microrred. Para el caso
específico, el generador fotovoltaico genera una potencia nominal de 234W. El objetivo es
integrar esta fuente de generación a la microrred de manera armoniosa, y para ello se debe
dimensionar un arreglo de protecciones y verificar el cableado existente para llevarlo hasta
el TPCC. Se cuenta con un arreglo de dos paneles solares con las especificaciones técnicas y
curva de corriente contra tensión de las figuras 22 y 23 respectivamente.
32
Figura 22 Especificaciones técnicas del módulo fotovoltaico [36]
Figura 23 Curva Característica I-V del módulo [36]
El generador fotovoltaico se encuentra instalado en la terraza del piso 8 de la sede
administrativa del edificio Sabio Caldas (figura 24). Su instalación tuvo en consideración la
inclinación para que no se acumulen aguas lluvias en la superficie de los módulos, una
estructura firme para soportarlos y brindarles estabilidad ante los vientos, y finalmente una
orientación para aprovechar lo máximo posible de la radiación solar y producir el máximo
33
de energía posible. Los módulos se encuentran conectados en serie para una tensión de salida
de 34,6 [V] Voltios DC, hacia el inversor ubicado en el laboratorio del LIFAE.
Figura 24 Generador fotovoltaico de la microrred
3.2.3.1. Inversor del sistema fotovoltaico.
El inversor trifásico de 190 [W] Vatios (figura25) para la interconexión con la red eléctrica,
se ubicó junto al punto de acople común en el salón del grupo de investigación. La potencia
DC suministrada por los módulos solares fotovoltaicos es medida a la entrada del inversor.
De igual forma a la salida de este son medidos los parámetros eléctricos de tensión y corriente
que se inyectan a la red de baja tensión[36].
Figura 25 Inversor Fotovoltaico
34
3.2.4. Emulador eólico.
El emulador eólico que es integrado a la microrred eléctrica, es un prototipo que está siendo
desarrollado como parte de un proyecto de grado, en el cual aún se está trabajando.
Este emulador es desarrollado en tres etapas. La primera etapa es de potencia y está
conformada por el variador de frecuencia (figura 26). Dispone de tres conexiones, una para
la alimentación trifásica, otra para los puertos de control y finalmente una para la salida de
tensión proporcional a la frecuencia. La segunda etapa es la del control de potencia (figura
27), la cual, está constituida por un prototipo de control y un PC que enviará los valores de
frecuencia al variador dependiendo del programa que se esté ejecutando en MATLAB®. La
tercera etapa es de emulación y está constituida por el generador eólico (figura 28) [37].
Figura 26 Etapa de Potencia del Emulador Eólico [37]
35
Figura 27 Etapa de control del emulador eólico [37]
Figura 28 Etapa de emulación eólica [37]
36
Figura 29 Esquema general del Emulador Eólico [37]
El esquema general del emulador eólico mostrado en la figura 29, es el conjunto general que
se tendrá conectado a la microrred, donde V1 es la alimentación del emulador brindada por
el tablero del punto de conexión común TPCC.
3.2.5. Cargas del sistema. Las cargas del sistema están definidas por el usuario final de la microrred. El alcance del
proyecto es dejar una reserva en el TPCC con la capacidad de alimentar las cargas que se
instalen a futuro o alimentar un banco de pruebas del laboratorio.
37
3.2.6. Tramos de la Microrred UD.
Para proceder a realizar los cálculos eléctricos y dimensionamiento de cableado (regulación
y capacidad) y protecciones correspondientes, es necesario definir y diferenciar los tramos
AC y DC para los cuales se determinarán valores de tensión y corriente.
3.2.6.1. Tramos AC. Los tramos AC, están definidos como los recorridos del cableado entre los equipos y
tableros eléctricos cuya tensión de funcionamiento es de naturaleza alterna. Estos tramos se
identifican a partir del punto de origen y el punto de llegada de la conexión en cableado.
TP7-TRANSFORMADOR DE AISLAMIENTO: Este tramo tiene como origen una
protección de 3x20A tipo industrial que está ubicada en el tablero general del piso 7 del
edificio Sabio Caldas, y su destino son los bujes del transformador de aislamiento ubicado
en las instalaciones del LIFAE, que se encuentra ubicado en dicho piso. La tensión nominal
en este tramo es de 208VL-L. La longitud de este tramo es de 20 metros.
TRANSFORMADOR DE AISLAMIENTO-TPCC: Este tramo comprende el recorrido en
cableado desde la salida del transformador de aislamiento hasta el totalizador del TPCC
(tablero punto de conexión común) de 3x20A tipo industrial ubicado dentro las instalaciones
del LIFAE. La tensión nominal en este tramo es de 208VL-L. La longitud de este tramo es de
10 metros.
TPCC-INVERSOR PV: Este tramo comprende el recorrido en cableado desde una
protección de 3x16A ubicada en el TPCC (tablero punto de conexión común) hasta la salida
del inversor destinado al arreglo fotovoltaico. La tensión nominal en este tramo es de 208VL-
L. La longitud de este tramo es de 5 metros.
TPCC-INVERSOR BAT: Este tramo comprende el recorrido en cableado desde una
protección de 3x16A ubicada en el TPCC (tablero punto de conexión común) hasta la salida
del inversor destinado al banco de baterías. La tensión nominal en este tramo es de 208VL-L.
La longitud de este tramo es de 6 metros.
TPCC-INVERSOR G1: Este tramo comprende el recorrido en cableado desde una
protección de 3x16A ubicada en el TPCC (tablero punto de conexión común) hasta la salida
del inversor destinado a un futuro proyecto. La tensión nominal en este tramo es de 208VL-
L. La longitud de este tramo es de 4 metros.
TPCC-INVERSOR G2: Este tramo comprende el recorrido en cableado desde una
protección de 3x16A ubicada en el TPCC (tablero punto de conexión común) hasta la salida
38
del inversor destinado a un futuro proyecto. La tensión nominal en este tramo es de 208VL-
L. La longitud de este tramo es de 4 metros.
TPCC-INVERSOR EMULADOR EOLICO: Este tramo comprende el recorrido en
cableado desde una protección de 3x16A ubicada en el TPCC (tablero punto de conexión
común) hasta la interfaz de un futuro proyecto que desarrollará un emulador de un generador
eólico. La tensión nominal en este tramo es de 208VL-L. La longitud de este tramo es de 4
metros.
TPCC-TCARGAS: Este tramo comprende el recorrido en cableado desde una protección
de 3x20A ubicada en el TPCC (tablero punto de conexión común) hasta el barraje de un
tablero de distribución trifásico. La tensión nominal en este tramo es de 208VL-L. La longitud
de este tramo es de 4 metros.
3.2.6.2. Tramos DC. Los tramos DC, están definidos como los recorridos del cableado entre los equipos y
tableros eléctricos cuya tensión de funcionamiento es de naturaleza continua. Estos tramos
se identifican a partir del punto de origen y el punto de llegada de la conexión en cableado.
GENERADOR PV-INVERSOR PV: Este tramo tiene como origen el generador
fotovoltaico compuesto por dos paneles solares conectados en serie ubicados en la terraza
del piso 8 del edificio administrativo de la Universidad Distrital Francisco José De Caldas y
su destino es la entrada del inversor destinado al arreglo fotovoltaico. La tensión nominal en
este tramo está dada por el generador PV y es de 34,6VDC. La longitud de este tramo es de
45 metros.
BATERIAS- INVERSOR BAT: Este tramo comprende el recorrido en cableado desde la
salida del banco de baterías ubicado en las instalaciones del LIFAE hasta la entrada del
inversor destinado al banco de baterías. La tensión nominal en este tramo es de 120VDC. La
longitud de este tramo es de 3 metros.
39
MICRORRED UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE
DE CALDAS SEDE INGENIERIA
TR
AM
O
Carg
a T
ram
o B
arra
(kV
A)
V (
V)
Tip
o d
e ca
rga Longitud
(m)
TO
TA
L
TP7-TRANSFORMADOR DE
AISLAMIENTO 5 208 3Ø 20
TRANSFORMADOR DE
AISLAMIENTO -TPCC 5 208 3Ø 10
TPCC-INVERSOR PV 0,24 208 3Ø 5
TPCC-INVERSOR BAT 5 208 3Ø 6
TPCC-INVERSOR G1 2 208 3Ø 4
TPCC-INVERSOR G2 2 208 3Ø 4
TPCC-EMULADOR EOLICO 5 208 3Ø 4
TPCC-TCARGAS 5 208 3Ø 5
GENERADOR PV-
INVERSOR PV 0,24 34,6 1Ø 45
BATERIAS-INVERSOR BAT 5 120 1Ø 3
Tabla 7 parámetros de los tramos de la microrred
La tabla 8 enuncia los tramos y sus características de potencia, tensión, tipo de carga
(monofásica, bifásica, trifásica) y longitud total de cada tramo. Estos valores son claves para
realizar los cálculos eléctricos de la microrred.
40
3.2.7. Cableado.
3.2.7.1. Selección del conductor.
Para la selección del cableado de la microrred es necesario tener en cuenta el análisis de los
tramos realizado en el numeral anterior. Una vez identificada la potencia que se transmitirá
a través del tramo, la tensión nominal del mismo y el tipo de carga (monofásica, trifásica), se
procede a calcular la corriente usando las siguientes ecuaciones:
𝐼[𝑘𝐴] =𝑆[𝑘𝑉𝐴]
√3 𝑉𝐿[𝑘𝑉] corriente de línea trifásica
𝐼[𝑘𝐴] =𝑃[𝑘𝑊]
𝑉𝐷𝐶[𝑘𝑉] corriente DC
Para los tramos AC y DC, se calculan las respectivas corrientes basados en los datos de la
tabla 10 y las ecuaciones anteriores, y se selecciona el conductor apropiado tomando un factor
de sobredimensionamiento del 25% por encima del valor nominal, con el fin de prolongar la
vida útil de los conductores y asegurar que puedan soportar eventuales sobre corrientes
transitorias.
Al realizar los respectivos cálculos obtenemos los resultados de corriente para cada uno de
los tramos, se multiplican por el factor de sobredimensionamiento (1,25) y así se tiene la
corriente de diseño para la selección de los conductores que se usaran en la microrred, tal
como se muestra en la tabla 9.
41
MICRORRED UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE
DE CALDAS SEDE INGENIERIA
TR
AM
O
Carg
a
Tra
mo B
arr
a
(kV
A)
V (
V)
I (A
)
FA
CT
OR
I
(A)
125%
AC
TP7-TRAFO 5 208 13,8 17,3
TRAFO -TPCC 5 208 13,8 17,3
TPCC-INVERSOR PV 0,24 208 0,6 0,8
TPCC-INVERSOR BAT 5 208 13,8 17,3
TPCC-INVERSOR G1 2 208 5,5 6,9
TPCC-INVERSOR G2 2 208 5,5 6,9
TPCC-EMULADOR
EOLICO 5 208 13,8 17,3
TPCC-TCARGAS 5 208 13,8 17,3
DC
GENERADOR PV-
INVERSOR PV 0,24 34,6 6,9 9,7
BATERIAS-INVERSOR
BAT 5 120 41,6 58,3
Tabla 8 Corrientes por tramo de la microrred
Una vez obtenidos los valores de la corriente de cada uno de los tramos, se procede a
contrastarlos con los valores nominales de capacidad de conducción de corriente de
conductores comerciales
Tabla 9 Capacidad de corriente permisible en conductores aislados para 0 a 2 000 V [38]
42
Con la tabla 10 y los resultados obtenidos a partir de los cálculos de la tabla 9, se procede a
seleccionar el conductor para cada tramo teniendo como resultado lo mostrado en la tabla 13:
MICRORRED UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE
CALDAS SEDE INGENIERIA
TR
AM
O
FA
CT
OR
I (
A)
125%
Con
du
ctor
AC
TP7-TRAFO 17,3 10
TRAFO -TPCC 17,3 10
TPCC-INVERSOR PV 0,8 10
TPCC-INVERSOR BAT 17,3 10
TPCC-INVERSOR G1 6,9 10
TPCC-INVERSOR G2 6,9 10
TPCC-EMULADOR
EOLICO 17,3 10
TPCC-TCARGAS 17,3 10
DC
GENERADOR PV-
INVERSOR PV 9,7 10
BATERIAS-INVERSOR
BAT 58,3 10
Tabla 10 Calibre del conductor por tramo
En la tabla 11 se enlistan los conductores seleccionados. Se destaca que el cableado desde el
generador fotovoltaico hasta el inversor fotovoltaico ya se encuentra instalado debido a que
forma parte de un proyecto de grado ya concluido. Además del factor del
sobredimensionamiento, se pensó en un conductor que permita futuras ampliaciones que se
darían cambiando el transformador de aislamiento y las protecciones. Los conductores serán
todos en cobre aislado tipo THHN/THWN 600V que deben cumplir con la normatividad
vigente y tener su respectivo certificado de conformidad de producto.
43
3.2.6.2. Calculo de regulación.
Una vez conocidos los parámetros de tensión, potencia, corriente, tipo de cuenta calibre y
material de los conductores de cada tramo, se procede a calcular la regulación parcial de cada
tramo y la regulación total del recorrido desde el punto de inicio hasta el punto final del flujo
de energía tanto en los tramos AC como DC.
El cálculo de regulación en ambos casos se realiza usando la siguiente ecuación [34]:
Donde:
𝑃 = potencia o carga del tramo en kVA para el caso AC y en kW para el caso en DC.
𝑘 = Constante del conductor dado por los fabricantes en [%/kVA*m]
𝑙 = longitud total del tramo en metros [m]
El producto 𝑃 ∗ 𝑙 = 𝑚𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜
La regulación parcial de los tramos está dada por las ecuaciones anteriores y es mostrada en
la tabla 12, la cual presenta las acometidas como fases más neutro en el caso de acometida
trifásica, y positivo más negativo en el caso DC, denotándolo como si fuese una carga
monofásica, pero teniendo en cuenta para todos los cálculos la naturaleza continua de la
energía que fluye a través de estos tramos. La tabla 14 también muestra el material de los
conductores el cual es necesario para buscar la constante del conductor brindada por los
fabricantes.
44
MICRORRED UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS SEDE
INGENIERIA
TR
AM
O
Longitud
(m)
Mom
ento
(k
VA
*m
)
Con
stan
te
[%/K
va*m
]
Reg
ula
ción
Parc
ial
[%]
Aco
meti
da
Mate
rial
TO
TA
L
AC
TP7-TRAFO 20 100 0,012207 1,22 3#10+1#10 Cu
TRAFO -TPCC 10 50 0,012207 0,61 3#10+1#10 Cu
TPCC-INVERSOR PV 5 1,2 0,012207 0,014 3#10+1#10 Cu
TPCC-INVERSOR BAT 6 30 0,012207 0,36 3#10+1#10 Cu
TPCC-INVERSOR G1 4 8 0,012207 0,097 3#10+1#10 Cu
TPCC-INVERSOR G2 4 8 0,012207 0,097 3#10+1#10 Cu
TPCC-EMULADOR
EOLICO 4 20 0,012207 0,24 3#10+1#10 Cu
TPCC-TCARGAS 5 25 0,012207 0,30 3#10+1#8 Cu
DC
GENERADOR PV-
INVERSOR PV 45 10,8 0,0147 0,15 1#10+1#10 Cu
BATERIAS-INVERSOR
BAT 2 10 0,0147 0,147 1#10+1#10 Cu
Tabla 11 Regulación parcial de los tramos de la microrred
La regulación total es la suma de las regulaciones parciales de cada tramo por donde fluirá la
potencia desde la fuente hasta el punto de consumo y está dada en porcentaje para después
contrastarse con la normatividad vigente y asegurar que se encuentra dentro de los límites
aceptables. La regulación total en porcentaje se muestra en las tablas 13 a 21 (rojo).
45
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JOSE DE CALDAS SEDE INGENIERIA
TR
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O
Reg
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ción
Parc
ial
[%]
Reg
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ción
Tota
l [%
]
AC
TP7-TRAFO 1,22 1,22
TRAFO -TPCC 0,61 1,83
TPCC-INVERSOR PV 0,014 1,84
DC
GENERADOR PV-
INVERSOR PV 0,15 0,15
REGULACION TOTAL [%] 2,00
Tabla 12 Regulación total desde el generador PV hasta TP7
La tabla 13 muestra la regulación en porcentaje desde el generador fotovoltaico hasta el
tablero de distribución general del séptimo piso. Este ejemplo muestra el caso en el que no
hay consumo en la microrred y toda la energía generada por el sistema fotovoltaico será
entregada a la red de distribución convencional.
46
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Reg
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ción
Parc
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[%]
Reg
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ción
Tota
l
[%]
AC
TPCC-INVERSOR PV 0,014 0,014
TPCC-TCARGAS 0,305 0,319
DC
GENERADOR PV-
INVERSOR PV 0,158 0,158
REGULACION TOTAL [%] 0,478
Tabla 13 Regulación total desde el generador PV hasta TCARGAS
La tabla 14 muestra en rojo, la regulación total para el caso en el cual la energía fluye desde
el generador fotovoltaico hasta el tablero de cargas ubicado en el LIFAE.
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Reg
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ción
Parc
ial
[%]
Reg
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Tota
l [%
]
AC
TP7-TRAFO 1,22 1,22
TRAFO -TPCC 0,61 1,83
TPCC-INVERSOR BAT 0,36 2,19
DC
BATERIAS-INVERSOR BAT 0,14 0,14
REGULACION TOTAL [%] 2,34
Tabla 14 Regulación total desde TP/ hasta Baterías
47
La tabla 15 muestra la regulación desde el tablero de distribución general del séptimo piso
hasta las baterías.
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Reg
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ción
Parc
ial
[%]
Reg
ula
ción
Tota
l
[%]
AC
TPCC-INVERSOR BAT 0,36 0,36
TPCC-TCARGAS 0,305 0,671
DC
BATERIAS-INVERSOR BAT 0,14 0,14
REGULACION TOTAL [%] 0,81
Tabla 15 Regulación total desde Baterías hasta TCARGAS
En la tabla 16 se muestra la regulación total para el caso en el que las baterías suministran
energía al tablero de cargas ubicado en el LIFAE.
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[%]
Reg
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Tota
l
[%]
AC
TP7-TRAFO 1,22 1,22
TRAFO -TPCC 0,61 1,83
TPCC-INVERSOR G1 0,097 1,92
REGULACION TOTAL [%] 1,92
Tabla 16 Regulación total desde Inversor G1 hasta TP7
48
En la tabla 17 se observa la regulación en porcentaje desde el inversor G1 hasta el tablero de
distribución general del séptimo piso. Cabe aclarar que el G1 es un proyecto de grado aun no
implementado y se tiene pensado que entregue energía a la red o a las cargas propias del
LIFAE.
MICRORRED UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO
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[%]
Reg
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Tota
l [%
]
AC
TPCC-INVERSOR G1 0,097 0,09
TPCC-TCARGAS 0,305 0,40
REGULACION TOTAL [%] 0,402
Tabla 17 Regulación total desde Inversor G1 hasta TCARGAS
En el caso de que G1 entregue energía al tablero de cargas ubicado en el LIFAE, se tendrá la
regulación total presentada en la tabla 18
MICRORRED UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO
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Reg
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ción
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[%]
Reg
ula
ción
Tota
l [%
]
AC
TP7-TRAFO 1,22 1,22
TRAFO -TPCC 0,61 1,83
TPCC-INVERSOR G2 0,097 1,92
REGULACION TOTAL [%] 1,92
Tabla 18 Regulación Total desde Inversor G2 hasta TP7
49
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Reg
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ción
Parc
ial
[%]
Reg
ula
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Tota
l [%
]
AC
TPCC-INVERSOR G2 0,097 0,097
TPCC-TCARGAS 0,305 0,402
REGULACION TOTAL [%] 0,402
Tabla 19 Regulación total desde Inversor G2 hasta TCARGAS
Las tablas 19 y 20 muestran los mismos casos de las tablas 17 y 18 aplicados a un segundo
inversor que se plantea tendrá asociado un generador, el cual, hace parte de un proyecto aún
no implementado (la microrred será implementada previendo la integración de estos futuros
proyectos).
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Reg
ula
ción
Parc
ial
[%]
Reg
ula
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Tota
l [%
]
AC
TP7-TRAFO 1,22 1,22
TRAFO -TPCC 0,61 1,83
TPCC-EMULADOR EOLICO 0,24 2,07
REGULACION TOTAL [%] 2,07
Tabla 20 Regulación total desde TP/ hasta el Emulador Eólico
50
3.2.6.3. Selección de canalización.
Para seleccionar la canalización, hay que tener en cuenta la normatividad vigente para el tipo
y capacidad de conductores que se pueden instalar [38], [39].
Teniendo en cuenta lo anterior, se formula una tabla en EXCEL® para seleccionar el ducto
apropiado (tabla 22).
MICRORRED UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS
SEDE INGENIERIA
TR
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Tip
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e cu
enta
Aco
meti
da
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Du
cto
AC
TP7-TRAFO 3Ø 3#10+1#10 Cu 1Ø1"
TRAFO -TPCC 3Ø 3#10+1#10 Cu 1Ø1"
TPCC-INVERSOR PV 3Ø 3#10+1#10 Cu 1Ø1"
TPCC-INVERSOR BAT 3Ø 3#10+1#10 Cu 1Ø1"
TPCC-INVERSOR G1 3Ø 3#10+1#10 Cu 1Ø1"
TPCC-INVERSOR G2 3Ø 3#10+1#10 Cu 1Ø1"
TPCC-EMULADOR EOLICO 3Ø 3#10+1#10 Cu 1Ø1"
TPCC-TCARGAS 3Ø 3#10+1#8 Cu 1Ø1"
DC
GENERADOR PV-INVERSOR PV 1Ø 1#10+1#10 Cu 1Ø1"
BATERIAS-INVERSOR BAT 1Ø 1#10+1#10 Cu 1Ø1"
Tabla 21 Selección de canalización.
Teniendo en cuenta la tabla 22, se observa que para las acometidas es necesario usar tubería
de 1” de diámetro. Sin embargo, la selección debe ir más allá de la capacidad de conductores,
se debe verificar el lugar en el que se van a instalar y decidir qué tipo de canalización usar
realizando un análisis para cada tramo de la microrred.
51
TRANSFORMADOR DE AISLAMIENTO-TPCC: Este recorrido se realizará dentro de
las instalaciones del LIFAE. Al ser equipos que están muy cerca se requiere un pequeño
tramo de tubería EMT de 1” que estará a la vista debidamente asegurada.
TPCC-INVERSOR PV, TPCC-INVERSOR BAT, TPCC-INVERSORG1, TPCC-
INVERSORG2, TPCC-INVERSOR, EMULADOR EOLICOTPCC-TCARGAS,
BATERIAS- INVERSOR BAT: Todos estos tramos serán realizados desde el TPCC a
equipos que están relativamente cerca. Por lo tanto, se plantea instalar las acometidas a través
de una canaleta metálica de 15x5cm con tapa, pintura electrostática y división. Esta canaleta
está instalada a 3 cm del suelo, firmemente fijada y totalmente cubierta con su tapa.
GENERADOR PV-INVERSOR PV: Este tramo de la microrred ya se encuentra instalado,
por lo tanto, no se le realizaron modificaciones.
3.2.8. Medidores de energía.
El proyecto de la microrred de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas cuenta con
seis medidores de energía trifásicos, los cuales permitirán integrar a futuro sistemas de
control y gestión de la energía.
Se tienen dos medidores convencionales y cuatro bidireccionales. Los medidores
convencionales tienen por objetivo registrar la energía entregada desde el generador
fotovoltaico al TPCC después del inversor trifásico y la energía entregada desde el TPCC a
las cargas de la microrred.
Los medidores bidireccionales son los encargados de registrar los datos de las fuentes de
energía y cargas. El banco de baterías tiene asociado un medidor, el cual registra la energía
que entrega a la microrred y la energía que la microrred le entrega para realizar su carga. Este
medidor está ubicado entre el TPCC y un convertidor AC/DC bidireccional, es decir, puede
ser un rectificador o un inversor, dependiendo del estado de carga de las baterías y de los
requerimientos del sistema.
Dos de los medidores están ubicados en G1 y G2 (figura 30), los cuales son elementos
proyectados para ser fuentes de generación y consumo. Estos dos componentes de la
microrred corresponden a proyectos que se encuentran en desarrollo y serán integrados a
futuro.
52
Figura 30 G1 y G2
El último de los medidores bidireccionales está ubicado entre el transformador de aislamiento
y el TPCC, y toma los datos de la energía que la microrred le entrega a la red de distribución
eléctrica y viceversa.
Los medidores convencionales usados serán Elster A1100 (figura 31), capaz de medir de 0 a
100A en medición directa y de 0 a 10 A en indirecta, 220V línea-línea y puertos de
comunicaciones [40].
53
Figura 31 Medidor Elster A1100
Para los medidores bidireccionales, se usan Elster ALPHA A1800 (figura 32), los cuales
cuentan con las mismas características de los medidores Elster A1100 y además pueden
realizar un registro y alerta de los eventos de energía inversa [41], por lo cual pueden registrar
la energía entregada o recibida de los elementos generadores y consumidores de energía de
la microrred,
Figura 32 Medidor Elster ALPHA A1800
Estos medidores deben contar con su respectiva certificación y cumplir la normatividad
vigente.
3.2.9. Banco De Baterías.
La microrred eléctrica de la Universidad Distrital cuenta con un banco de baterías que será
capaz de tomar la energía de la microrred o de entregarla.
Teniendo en cuenta que la mayoría de baterías del mercado son a 12V voltios, se
seleccionaron tantas baterías en serie como es necesario para llegar al valor de la tensión DC
elegida. La tensión del barraje DC en el TPCC es de 240V.
Se usaron baterías FL-12650GS con las siguientes características:
Sellado y operación libre de mantenimiento.
Construcción y diseño sin derrame.
54
Envases y tapas en ABS (UL94HB, UL94V-0).
Válvula de seguridad instalada contra explosiones.
Alta calidad y alta confiabilidad.
Excepcional rendimiento de recuperación de descarga profunda.
Flexibilidad de diseño para múltiples posiciones de instalación.
Batería FL-12650GS
Tensión 12V
Profundidad de la
descarga (Pd) 80%
Capacidad 65 Ah
Tabla 22 características de las baterías
La tabla 23 muestra las características eléctricas individuales de cada batería y a partir de
ellas se calcula el banco de baterías.
El número de baterías en serie está determinado por:
BATERIASSERIE = 𝑉𝑆𝐼𝑆𝑇𝐸𝑀𝐴
𝑉𝐵𝐴𝑇𝐸𝑅𝐼𝐴=
240𝑉
12𝑉= 20V
La capacidad nominal del banco es de 15.6kWh y corrigiendo por la profundidad de descarga
tenemos 12.48kWh utilizables.
Las 20 baterías que conforman el banco están localizadas en las instalaciones del LIFAE,
soportados en un gabinete metálico diseñado para ubicarlas y realizar las conexiones
correspondientes (figura 33).
55
Figura 33 Baterías de la microrred
El banco de baterías de la microrred estará conectado a un barraje principal DC
(figura 34) desde el cual se podrán realizar pruebas con las baterías
independientemente de la microrred.
56
Figura 34 Barraje DC
3.2.10. Protecciones eléctricas.
Como se planteó en el marco conceptual, las protecciones eléctricas son de vital importancia
ya que brindan seguridad a las instalaciones y sobre todo a las personas en caso de eventuales
fallas del sistema. Es por este motivo que deben dimensionarse de manera adecuada para
cumplir con los requerimientos técnicos de la microrred y de la normatividad vigente.
3.2.10.1. Selección de protecciones.
La selección de protecciones se lleva a cabo con los cálculos de corriente para cada uno de
los tramos de la microrred, para lo cual hay que tener en cuenta el tipo de carga (trifásica,
bifásica o monofásica), y el factor de sobredimensionamiento aplicado para la selección de
los conductores del 25% por encima del valor nominal calculado y el valor de la corriente de
corto circuito de dicho tramo, con el fin de determinar el poder de corte de la protección.
Antes de calcular la corriente de corto circuito es necesario calcular la impedancia de corto
circuito de cada uno de los tramos, a partir de la impedancia de corto circuito del
transformador de aislamiento, la cual se calcula a partir de la Tensión de corto circuito Vcc
expresada en % impresa en la placa del transformador:
57
𝑍𝑐𝑐 = 𝑉𝑐𝑐𝑉2
𝑆
Donde:
𝒁𝒄𝒄 = 𝑰𝒎𝒑𝒆𝒅𝒂𝒏𝒄𝒊𝒂 [Ω]
𝑽 ∗ 𝑽𝒄𝒄 = 𝑻𝒆𝒏𝒔𝒊𝒐𝒏 [𝑽] : Tensión que aplicar al primario del transformador para que el
secundario sea recorrido por In nominal, estando los bornes del secundario BT en
cortocircuito.
𝑺 = 𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 [𝑽𝑨] : Potencia aparente del transformador
En general RT << XT del orden de 0.2 XT Usando la ecuación y asumiendo que la resistencia
del transformador de aislamiento es cercana a 0, se puede decir que la reactancia del
transformador será la misma impedancia usando la siguiente ecuación:
𝑍𝑐𝑐 = √𝑅2 + 𝑋2
Donde:
𝑍𝑐𝑐 = 𝐼𝑚𝑝𝑒𝑑𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑜 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜 [Ω]
𝑅 = 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 [Ω]
𝑋 = 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑖𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 [Ω]
Los valores de resistencia y reactancia de los conductores están dados por los fabricantes en
Ω/m. Por lo tanto, para hallar las resistencias y reactancias totales se debe multiplicar el valor
brindado por los fabricantes por la longitud total del tramo y sumar la resistencia y reactancia
del tramo anterior que alimenta una falla monofásica.
La longitud total del tramo con la cual se calculan, la resistencia y la reactancia totales, es la
enunciada en la tabla 8 (con la cual se llevó a cabo el cálculo de la regulación).
58
R (
Ω/m
)
Tra
mo
Xl
(Ω/m
)
Tra
mo
R (
Ω)
Tota
l
Xl
(Ω)
Tota
l
Z T
OT
AL
(Ω)
Transformador 1,00E-03 3,46E-01 0,34611344
TP7-
Transformador
0,00374353 0,00014622 7,49E-02 2,92E-03
0,07492777
Transformador-
TPCC 0,00374353 0,00014622 3,84E-02 3,48E-01
0,34969282
TPCC-
INVERSOR
PV
0,00374353 0,00014622 5,72E-02 3,48E-01
0,35296317
TPCC-
INVERSOR
BAT
0,00374353 0,00014622 6,09E-02 3,48E-01
0,35373266
TPCC-
INVERSOR
G1
0,00374353 0,00014622 5,34E-02 3,48E-01
0,35223184
TPCC-
INVERSOR
G2
0,00374353 0,00014622 5,34E-02 3,48E-01
0,35223184
TPCC-
EMULADOR
EOLICO
0,00374353 0,00014622 5,34E-02 3,48E-01
0,35223184
TPCC-
TCARGAS 0,00374353 0,00014622 5,72E-02 3,48E-01
0,35296317 Tabla 23 Calculo de impedancia de corto circuito de los tramos de la microrred
La tabla 24 muestra la impedancia de corto circuito de los tramos AC de la microrred. Una
vez obtenidos estos valores, se procede a calcular las corrientes de cortocircuito para cada
uno de ellos.
El cálculo de la corriente de corto circuito se realiza considerando una falla trifásica, que es
la que proporciona una mayor corriente de falla, a diferencia de las fallas monofásicas y a
tierra, que son más comunes. La ecuación usada es la siguiente:
𝐼𝑐𝑐 = 𝑉𝐿𝐿/√3
𝑍𝑐𝑐 ∗ 1000[𝑘𝐴]
59
Donde:
𝐼𝑐𝑐 = 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑜 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜 [𝑘𝐴]
𝑉𝐿𝐿 = 𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎 [𝑉]
𝑍𝑐𝑐 = 𝐼𝑚𝑝𝑒𝑑𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑜𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜 [Ω] : La impedancia de corto circuito es la recorrida
desde el generador hasta el punto de falla, que es de hecho la impedancia directa por fase (a
esto se debe el modelo por fase).
MICRORRED UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS SEDE
INGENIERIA
TR
AM
O
I (A
)
FA
CT
OR
I (
A)
125%
Aco
meti
da
Mate
rial
Icc
(kA
)
AC 0,346707133
TP7-TRAFO 13,8786122 17,3482653 3#10+1#10 Cu 1,601542458
TRAFO -TPCC 13,8786122 17,3482653 3#10+1#10 Cu 0,343158323
TPCC-INVERSOR PV 0,66617339 0,832716734 3#10+1#10 Cu 0,339978818
TPCC-INVERSOR BAT 13,8786122 17,3482653 3#10+1#10 Cu 0,339239243
TPCC-INVERSOR G1 5,5514449 6,93930612 3#10+1#10 Cu 0,340684705
TPCC-INVERSOR G2 5,5514449 6,93930612 3#10+1#10 Cu 0,340684705
TPCC-EMULADOR
EOLICO 13,8786122 17,3482653 3#10+1#10 Cu 0,340684705
TPCC-TCARGAS 13,8786122 17,3482653 3#10+1#8 Cu 0,339978818
DC
GENERADOR PV-
INVERSOR PV 6,93641618 9,710982659 1#10+1#10 Cu 0,00752
BATERIAS-INVERSOR
BAT 41,6666667 58,33333333 1#10+1#10 Cu
Tabla 24 corrientes de corto circuito en los tramos de la microrred
La tabla 25 muestra la corriente nominal del tramo, la corriente sobredimensionada con la
cual se seleccionó el conductor, la acometida, el material de los conductores y las corrientes
de corto circuito. Basados en estos datos, se seleccionaron las protecciones necesarias para
lograr cumplir con los requerimientos técnicos de la microrred. La corriente de corto circuito
del generador fotovoltaico es un dato brindado por el fabricante.
60
MICRORRED UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO
JOSE DE CALDAS SEDE INGENIERIA
TR
AM
O
FA
CT
OR
I (
A)
125%
Tip
o d
e ca
rga
Pro
tecc
ión
AC
TP7-TRAFO 17,34 3Ø 3x20
TRAFO -TPCC 17,34 3Ø 3x20
TPCC-INVERSOR PV 0,83 3Ø 3x16
TPCC-INVERSOR BAT 17,34 3Ø 3x16
TPCC-INVERSOR G1 6,93 3Ø 3x16
TPCC-INVERSOR G2 6,93 3Ø 3x16
TPCC-EMULADOR EOLICO 17,34 3Ø 3x16
TPCC-TCARGAS 17,34 3Ø 3x20
DC
GENERADOR PV-INVERSOR
PV 9,71 1Ø 1x10
BATERIAS-INVERSOR BAT 58,33 1Ø 1x15
Tabla 25 Protecciones eléctricas de la microrred
Usando los datos de la tabla 25, se forma la tabla 26 donde se muestra el calibre de la
protección eléctrica seleccionada para cada uno de los tramos. Para los tramos DC, se usan
protecciones bipolares para proteger el positivo y el negativo. Los tramos AC son en su
totalidad trifásicos y por lo tanto serán usadas protecciones tripolares de tipo industrial. A
excepción del primer tramo, todas las protecciones estarán ubicadas en el TPCC, y son un
total de 2 de 3X20, con un poder de corte de 25kA, 5 de 3x16 con un poder de corte de 25kA,
2 de 2x16A con un poder de corte de 6kA. En el TP7, se instala una protección de 3X20, con
un poder de corte de 25kA para la acometida hacia el transformador de aislamiento. El poder
de corte de las protecciones está por encima del valor de corriente de corto circuito calculado
cumpliendo así las especificaciones técnicas. Vale aclarar que los valores del poder de corte
de las protecciones fueron los menores que se encontraron disponibles en el mercado.
En las figuras 35 a 37 se muestran el tipo de protecciones ubicadas en el TPCC según el
diagrama unifilar de la microrred.
61
Figura 35 protecciones bipolares
Figura 36 Protecciones tripolares del TPCC
Figura 37 Protección contra sobretensiones
62
Usando el cálculo de las protecciones eléctricas, se dimensionaron y seleccionaron
contactores para realizar la conexión y des conexión de las fuentes de generación y las cargas,
obteniendo 5 contactores de 18A a AC3, 32A a AC1 y 2 contactores de 25A a AC3, 40 40A
a AC1. Los dos tipos de contactores tienen una tensión de funcionamiento de 220 VAC
(figura 38).
Figura 38 Contactores microrred UD
3.2.10.2. Selección del conductor de tierra.
Para la selección del conductor de tierra se debe tener en cuenta el calibre de las protecciones
y el material de los conductores usados en la acometida. Los datos consignados en la tabla
26 muestran el calibre de las protecciones eléctricas de los tramos, y basados en esto se toma
la norma NTC 2050 para seleccionar el conductor de tierra.
63
Tabla 26 Calibre mínimo de conductor de puesta a tierra para equipos y canalizaciones [38]
La tabla 27, es la tabla 250-95 de la NTC 2050, la cual guía en la selección del conductor de
puesta a tierra obteniendo:
64
MICRORRED UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO
JOSE DE CALDAS SEDE INGENIERIA
TR
AM
O
Pro
tecc
ión
Tie
rra
AC
TP7-TRAFO 3x20 12T
TRAFO -TPCC 3x20 12T
TPCC-INVERSOR PV 3x20 12T
TPCC-INVERSOR BAT 3x20 12T
TPCC-INVERSOR G1 3x20 12T
TPCC-INVERSOR G2 3x20 12T
TPCC-EMULADOR EOLICO 3x20 12T
TPCC-TCARGAS 3x20 12T
DC
GENERADOR PV-
INVERSOR PV 1x20 12T
BATERIAS-INVERSOR BAT 1x20 12T
Tabla 27 Conductores de puesta a tierra.
En la tabla anterior, se muestra el conductor de puesta a tierra para cada uno de los tramos,
de acuerdo a la protección seleccionada. Los conductores de tierra son en cobre aislado tipo
THHN calibre 12 AWG.
3.2.10.3. Coordinación de protecciones. La coordinación de protecciones se realizó usando el software ETAP® V 12.6.5. Se modeló
todo el diagrama unifilar de la microrred, teniendo en cuenta que se tienen tramos en AC y
tramos en DC. Los tramos en DC se omitieron debido a que no hay más de una protección
en dichos tramos, y su apertura estará ligada a la curva de calentamiento del conductor a
proteger.
Se modela una falla en BT según la norma IEC 60909 en el barraje del tablero PCC y en
bornes de los inversores, con el fin de hacer una adecuada coordinación entre las curvas de
65
las protecciones (figura 39) y adecuar una selectividad entre las mismas para generar una
secuencia de disparo que no afecte zonas que no se encuentren dentro de la falla.
Figura 39 Curvas de Protecciones AC en BT y I falla
En las figuras 40 a 45 se puede apreciar la secuencia de disparo para cada tramo en BT.
66
Figura 40 Secuencia falla en Banco de Baterías
Figura 41 Secuencia falla en Panel Fotovoltaico
67
Figura 42 Secuencia falla en Generador 1
Figura 43 Secuencia falla en Generador 2
68
Figura 44 Secuencia falla en Tablero de Carga
Figura 45 Secuencia falla en Emulador Eólico
69
4. Integración de la microrred.
Debido a cambios que se fueron dando en el transcurso del diseño del proyecto, se generó un
segundo diagrama unifilar, el cual nos permite darle mayor flexibilidad y versatilidad a la
instalación de la microrred, esto surgió debido a la idea de poder trabajar paralelamente,
distintos proyectos en el mismo espacio disponible de la instalación, y adicional mente no
generar interrupciones del servicio de energía que se inyecta a la red. El diagrama unifilar
modificado, el cual es la guía para la siguiente instalación se muestra a continuación.
Para la integración física se utilizó el software de modelado en 3D de Autodesk REVIT®. Si
bien se utilizó AUTOCAD® para modelar el diagrama unifilar este no es claro al momento
de hacer la instalación debido a que es un modelo en 2D y se necesitaba optimizar el espacio
disponible en el laboratorio.
Los componentes de la microrred enunciados en la sección 3.2 del presente documento
fueron integrados de forma tal que cumplen los requerimientos técnicos del diseño, y la
instalación cumple con la normatividad vigente para instalaciones eléctricas en baja tensión.
Los elementos usados en la construcción de la microrred cuentan con sus respectivos
certificados de conformidad haciendo de la implementación del diseño un proceso exitoso.
La Universidad Distrital cuenta ahora con una microrred a pequeña escala, la cual permite
observar y analizar su comportamiento, ya sea cuando funciona de manera autónoma o
interconectada a la red de distribución, el cableado se realizó con el código de colores para
facilitar la identificación de fases, neutros, tierras y polaridades DC.
La microrred de la Universidad Distrital integra de forma armoniosa a los generadores y las
cargas previstas en el diagrama unifilar con la red de distribución, teniendo niveles de tensión
constantes en el punto de conexión común. La microrred de la UD permite la conexión y
desconexión tanto de cargas como de generadores usando los contactores seleccionados en
la sección 3.2. Lo anterior permite usar la instalación para estudiar diversos escenarios a los
que puede estar sometida la microrred en general (aislada, interconectada a la red, con una
sola fuente de energía renovable, sin cargas, etc…), también se dispuso de un barraje DC de
48V con 3 salidas, el cual permitirá conectar cargas con suministro de corriente hasta de 16
Amperios.
70
Figura 46 Diagrama Unifilar Modificado
71
Figura 47 vista en planta del LIFAE
El laboratorio cuenta con 5 metros de largo y 3 metros de ancho (figura 46) ubicado en el
séptimo piso del edificio Sabio Caldas de la Universidad. Dispone de poco espacio para la
ubicación de los equipos, y adicionalmente no cuentan con los muros laterales para la posible
ubicación de algún tablero debido a que son divisiones con ventanales que imposibilitan la
firmeza que requieren los equipos. Por estas razones, se optó por la siguiente configuración.
Figura 48 Vista Sección Este
72
Figura 49 Vista Sección Este
Figura 50 Vista en Perspectiva
73
Por medio de estas imágenes (figura 46 a 49), se tiene una noción del resultado final de la
disposición de los equipos, permitiendo hacer una coordinación antes de cometer cualquier
error en la ejecución de la obra.
Con ayuda del modelado BIM y de los cálculos realizados para el dimensionamiento de los
componentes de la microrred, es posible optimizar las cantidades de material requeridas para
llevar a cabo el proyecto, permitiendo reducir cantidades y costos, aprovechando al máximo
el espacio disponible para realizar la instalación.
Figura 51 Vista en perspectiva de la microrred construida
La figura 50 muestra la microrred construida en perspectiva, la cual, al ser comparada con la
figura 49 permite observar la ventaja del modelado BIM, ya que, facilito la construcción del
proyecto y en la práctica no existieron desviaciones respecto al diseño.
Figura 52 Transformador de aislamiento instalado
74
Figura 53 energización del transformador.
En la figura 52 se ve la conexión del transformador de aislamiento, el cual energizara la
microrred.
Una vez instalados los componentes de la microrred, se procedió a determinar de manera
práctica los parámetros de funcionamiento de la microrred. En la figura 53 se muestra la
medición realizada sobre el barraje AC obteniendo tensiones de línea (figura 54), tensiones
de fase (figura 54), secuencia (figura 55) y formas de onda de tensión (figura 56).
Figura 54 Medición sobre barraje AC
75
Figura 55 Tensiones de línea y fase AC
En la figura 54 se muestra una tensión de línea de 216V y una tensión de fase de 124V, la
cual está dentro de los límites establecidos por la NTC 1340.
Figura 56 Secuencia de fases
La figura 55 permite observar que el sistema tiene secuencia positiva.
76
Figura 57 Formas de onda
La forma de onda senoidal trifásica se muestra en la figura 56.
También se tomaron medidas en el banco de baterías y barraje DC obteniendo los resultados
mostrados en la figura 57 y 58.
Figura 58 Tensión DC de una batería.
77
Figura 59 Medición en el barraje DC.
El sistema fotovoltaico conectado a la microrred arrojo los siguientes resultados (figuras 59
a 62):
Figura 60 Tensión a la salida del generador fotovoltaico.
78
Figura 61 Tensión de fase AC a la salida del inversor fotovoltaico
Figura 62 Tensión de línea AC a la salida del inversor fotovoltaico.
79
Figura 63 Medidor del sistema fotovoltaico.
La microrred cuenta con salidas eléctricas trifásicas para entregar o recibir energía de G1 y
G2, los cuales estarán configurados para generar energía o consumirla según se requiera.
Estos elementos (G1 y G2) se encuentran en desarrollo por parte de otros proyectos de
investigación. Las salidas se han dejado debidamente marquilladas y listas para su uso a
futuro. En las figuras 63 y 64 se muestra la tensión AC para G1 y G2.
Figura 64 Tensión de fase y tensión de línea para alimentar G1
80
Figura 65 Tensión de fase y tensión de línea para alimentar G2
Una vez realizadas las mediciones, la microrred de la Universidad Distrital se encuentra en
funcionamiento cumpliendo con los requerimientos técnicos del diseño y todos sus elementos
en perfectas condiciones.
81
5. Conclusiones.
Se diseñó de manera exitosa un cuadro de conexiones que en la práctica cumple los
requerimientos técnicos de diseño exigidos por el diagrama unifilar de la microrred y
optimizando el espacio disponible en el LIFAE para cumplir con las distancias de
seguridad.
Se dimensionaron las protecciones indicadas para cada uno de los componentes de la
microrred ejecutando simulaciones con ayuda del software ETAP para verificar su
coordinación y correcto funcionamiento. La selección de protecciones en la ejecución
del proyecto refleja fielmente los resultados de la etapa de diseño del proyecto.
Este proyecto da pie a la innovación por parte del cuerpo estudiantil de la Universidad
Distrital en cuanto a la generación distribuida, fuentes de energía renovables y su
aplicación en microrredes, brindando los medios para entender el uso racional de la
energía, y fortaleciendo las bases en diseño y análisis de este tipo de instalaciones.
La construcción de microrredes desde el ámbito académico en la actualidad puede
sentar precedentes en la formación de los futuros ingenieros, teniendo en cuenta que
las fuentes de energía derivadas de combustibles fósiles serán desplazadas debido a
su efecto negativo sobre el medio ambiente. Este tipo de estudios servirán para la
construcción de proyectos a mayor escala que aliviarán el alza en los costos de la
generación de energía Electrica.
El transformador de Aislamiento hace parte indispensable de la microrred,
proporcinando una mayor seguridad al operario y a los equipos siendo este la interfaz
entre la microrred y la Red.
Este proyecto permitirá el estudio de Gestión y Calidad de energía brindada por una
Microrred con diversas fuentes de generación, especialmente de Fuentes no
convencionales de Energía.
La construcción de la microrred se ejecutó de manera exitosa cumpliendo los
objetivos planteados, obteniendo una instalación eléctrica confiable y segura para su
uso académico.
RECOMENDACIONES
Antes de cualquier conexión hacer una revisión exhaustiva de los planos la y
documentación técnica referente al proyecto, debido a que una mala manipulación
podría dañar equipos muy costosos y el trabajo de grado de muchos estudiantes que
servirán de apoyo académico para los generaciones venideras de ingenieros.
82
Cabe aclara que el proyecto en su instalación queda totalmente funcional sin el
sistema de control, que es responsabilidad de otro grupo investigador, sin embargo se
adelantó la gestión de cotización y compra del PLC a utilizar en el control de la
Microrred.
El proyecto permite la fexibilidad de añadir hasta dos fuentes de generación
adicionales a las instaladas actualmente.
Referencias.
[1] REN21, “Reporte de la situación mundial de las energías renovables en 2015,”
Renewables 2015 Glob. Status Report., p. 32, 2015.
[2] J. Castro, “Perspectivas de la demanda energética global,” Petrotecnia, pp. 54–70,
2011.
[3] Red Eléctrica de España, “El suministro de la electricidad. Un equilibrio entre
generación y consumo.,” El Suminist. la Electr., 2009.
[4] C. Duque, E. F. Marmolejo, and M. T. Rueda de Torres, “Análisis de prospectiva de
la generación distribuida (GD) en el sector eléctrico Colombiano,” Rev. Ing. Univ.
los Andes, p. 179, 2004.
[5] H. Nikkhajoei and R. H. Lasseter, “Distributed generation interface to the CERTS
microgrid,” IEEE Trans. Power Deliv., vol. 24, no. 3, pp. 1598–1608, 2009.
[6] A. Rodríguez Fernandez, “ALBERTO RODRIGUEZ HERNANDEZ CONSULTOR
BOGOTA, 24 de noviembre de 2009,” p. 98, 2009.
[7] S. Fathpour, K. K. Tsia, B. Jalali, and B. Jalali, “Two-Photon Photovoltaic Effect in
Silicon,” Quantum Electron. IEEE J., vol. 43, no. 12, pp. 1211–1217, 2007.
[8] H. B. Püttgen, P. R. Macgregor, and F. C. Lambert, “Distributed Generation:
Semantic Hype or the Dawn of a New Era?,” IEEE Power Energy Mag., vol. 1, no.
1, pp. 22–29, 2003.
[9] P. Chiradeja and R. Ramakumar, “An approach to quantify the technical benefits of
distributed generation,” IEEE Trans. Energy Convers., vol. 19, no. 4, pp. 764–773,
2004.
83
[10] T. Learning, “White Paper on,” no. August, pp. 3–46, 2006.
[11] JOHANN ALEXANDER HERNÁNDEZ MORA, “METODOLOGÍA PARA EL
ANÁLISIS TÉCNICO DE LA MASIFICACIÓN DE SISTEMAS
FOTOVOLTAICOS COMO OPCIÓN DE GENERACIÓN DISTRIBUIDA EN
REDES DE BAJA TENSIÓN,” UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA BOGOTÁ, COLOMBIA, 2012.
[12] “Las comunidades energéticas y la generación distribuida,” pp. 1–16.
[13] I. Introducción, “ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA.”
[14] Y. LIZARAZÚ and L. TORRES, “Diseño de un sistema de generación eléctrica
fotovoltáica y una red eléctrica en corriente continua en baja tensión para el nuevo
edificio de eléctrica II de la Universidad Industrial de Santander,” pp. 1–295, 2010.
[15] S. Phoenix, S. Uniendo, F. Para, and G. Energía, “Sistemas fotovoltaicos aislados.”
[16] I. de I. Electricas, “Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica,” Iie, p. 104,
2010.
[17] G. Wang, M. Ciobotaru, and V. G. Agelidis, “Integration of vanadium redox battery
with PV systems: Modeling and operational characteristics,” IEEE Int. Symp. Ind.
Electron., pp. 1598–1603, 2012.
[18] wind energy market intelligence, “The wind power,” pp. 1–3, 2015.
[19] A. B. B. Transmission and D. Systems, “Renovables y Medio Ambiente Análisis de
generación eólica en sistemas eléctricos de potencia ( I ),” Power, no. I, pp. 60–70,
2000.
[20] R. Bayón Gómez, L. Cebadera Miranda, and R. Del Castillo Gómez, “Diseño de un
parque eólico de 6 MW,” p. 71.
[21] N. Iec, “Norma IEC 60947-2,” 2008.
[22] E. Coloma Picó, Introducción a la tecnología bim. 2008.
[23] R. V. Morenza, “ESTUDIO y MODELADO EN METODOLOGÍA ‘ BIM ’ DE
UNA VIVIENDA PLURIFAMILIAR Resumen,” 2014.
[24] “Análisis de aplicación de la metodología BIM al modelado y cálculo de
instalaciones eléctricas,” 2016.
[25] S. P. Manríquez, “Análisis técnico-económico para la implementación de microredes
eléctricas en chile,” 2013.
[26] A. Sánchez Rodríguez, “Operación y control de microrredes.”
[27] A. G. Peralta Sevilla and F. Amata Fernández, “Evolución de las Redes Eléctricas
84
hacia Smart Grid en Países de la Región Andina,” Rev. Educ. en Ing., vol. 8, pp. 1–
14, 2013.
[28] C. Alvarez, “Optimización de una microred mediante estrategias de suministro y
consumo,” no. 48.
[29] J. R. Morante, El almacenamiento de electricidad. 2014.
[30] R. V. Sánchez, H. G. S. Uruchurtu, J. L. S. Farías, G. Vidrio, and R. Nieva, “Boletín
IIE,” no. figura 1, pp. 102–108.
[31] G. X. Álvarez Yanchapanta and H. I. Vaca Vallejo, “Diseño e implementación de
una microred híbrida a base de energía fotovoltaica y energía térmica diesel en la
empresa Trace Oilfield Services Cía. Ltda. para reducir la contaminación ambiental,”
2014.
[32] T. Martín and T. Isabel, “Operación Y Gestión De Microrredes Energeticas Urbanas
En Un Entorno De Sostenibilidad Energetica Y Ambiental,” Univ. Barcelona, p. 98,
2013.
[33] D. Henr, “Generación distribuida,” pp. 17–38, 2015.
[34] J. H. P. GRATERON, “DISEÑO Y COORDINACIÓN DE PROTECCIONES
ELÉCTRICAS DE UNA MICRO-RED PARA UNA ESTACIÓN BASE DE
COMUNICACIÓN EN CONDICIÓN DE ISLA,” Univ. Dist. Fr. JOSÉ CALDAS
Fac. Ing. Proy. Curric. Ing. ELÉCTRICA, 2016.
[35] R. H. Lasseter and P. Piagi, “Microgrid: A Conceptual Solution,” no. June, 2004.
[36] FEO CEDIEL GUISELLE ALEJANDRA, DELGADO EDISÓN ANDRES, and
BOTÍA MENDIVELSOSERGIO EFRAÍN, “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE
UN LABORATORIO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS INTERCONECTADOS
A LA RED TRIFÁSICA DE BAJA TENSIÓN EN LAS INSTALACIONES
FÍSICAS DE LA UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE
CALDAS.” Bogota, 2012.
[37] “Resumen Emulador Eolico,” pp. 165–168.
[38] “NORMA TECNICA COLOMBIANA 2050.”
[39] Ministerio de Minas y Energía, “Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas
(RETIE),” Bogotá, Colomb., p. 210, 2013.
[40] P. Irda, “Medidor A1100.”
[41] ELSTER, “A1800 Medidor electrónico trifásico multifilar.pdf.” p. 3.
85
Anexos
Anexo A. interruptores automáticos ic60N.
86
87
88
89
Anexo B. interruptores automáticos EZC.
90
Anexo C. Protección contra sobretensiones.
91
92
Anexo D. Contactores.
93
94
Anexo E. Informe Eólico.
Location: Laboratorio LIFAE
Engineer: Johan Hernandez Study Case: SM
12.6.5C Page: 1
SN: ACHCOL
Filename: red
Project: Microred Universidad Distrital ETAP
Contract:
Date: 07-02-2017
Revision: Base
Config.: Normal
Diseñadores: Alexis Cahaparro Juan David Liscano
Electrical Transient Analyzer Program
Short-Circuit Analysis
IEC 60909 Standard
3-Phase, LG, LL, & LLG Fault Currents
Number of Buses:
Number of Branches:
Number of Machines:
Total
9
Tie PD
Total
1
0
Impedance
Lumped Load
0
0
Total
Induction Machines
0
Line/Cable
8
10
Load
Synchronous Motor
0
Reactor
0
9
V-Control
1
Power Grid
XFMR3
0
0
Swing
Synchronous Generator
0
XFMR2
1
1
Unit System:
Project Filename:
Output Filename:
System Frequency: 50.00 Hz
Metric
red
C:\Users\diseno3.ACH\Dropbox\proyecto de grado\proyecto\etap\red\Untitled.SQ2
95
Anexo F. Informe Baterías.
Location: Laboratorio LIFAE
Engineer: Johan Hernandez Study Case: SM
12.6.5C Page: 1
SN: ACHCOL
Filename: red
Project: Microred Universidad Distrital ETAP
Contract:
Date: 07-02-2017
Revision: Base
Config.: Normal
Diseñadores: Alexis Cahaparro Juan David Liscano
Electrical Transient Analyzer Program
Short-Circuit Analysis
IEC 60909 Standard
3-Phase, LG, LL, & LLG Fault Currents
Number of Buses:
Number of Branches:
Number of Machines:
Total
9
Tie PD
Total
1
0
Impedance
Lumped Load
0
0
Total
Induction Machines
0
Line/Cable
8
10
Load
Synchronous Motor
0
Reactor
0
9
V-Control
1
Power Grid
XFMR3
0
0
Swing
Synchronous Generator
0
XFMR2
1
1
Unit System:
Project Filename:
Output Filename:
System Frequency: 50.00 Hz
Metric
red
C:\Users\diseno3.ACH\Dropbox\proyecto de grado\proyecto\etap\red\Untitled.SQ2
96
Anexo G. Informe Carga.
Location: Laboratorio LIFAE
Engineer: Johan Hernandez Study Case: SM
12.6.5C Page: 1
SN: ACHCOL
Filename: red
Project: Microred Universidad Distrital ETAP
Contract:
Date: 07-02-2017
Revision: Base
Config.: Normal
Diseñadores: Alexis Cahaparro Juan David Liscano
Electrical Transient Analyzer Program
Short-Circuit Analysis
IEC 60909 Standard
3-Phase, LG, LL, & LLG Fault Currents
Number of Buses:
Number of Branches:
Number of Machines:
Total
9
Tie PD
Total
1
0
Impedance
Lumped Load
0
0
Total
Induction Machines
0
Line/Cable
8
10
Load
Synchronous Motor
0
Reactor
0
9
V-Control
1
Power Grid
XFMR3
0
0
Swing
Synchronous Generator
0
XFMR2
1
1
Unit System:
Project Filename:
Output Filename:
System Frequency: 50.00 Hz
Metric
red
C:\Users\diseno3.ACH\Dropbox\proyecto de grado\proyecto\etap\red\Untitled.SQ2
97
Anexo H. Informe G1.
Location: Laboratorio LIFAE
Engineer: Johan Hernandez Study Case: SM
12.6.5C Page: 1
SN: ACHCOL
Filename: red
Project: Microred Universidad Distrital ETAP
Contract:
Date: 07-02-2017
Revision: Base
Config.: Normal
Diseñadores: Alexis Cahaparro Juan David Liscano
Electrical Transient Analyzer Program
Short-Circuit Analysis
IEC 60909 Standard
3-Phase, LG, LL, & LLG Fault Currents
Number of Buses:
Number of Branches:
Number of Machines:
Total
9
Tie PD
Total
1
0
Impedance
Lumped Load
0
0
Total
Induction Machines
0
Line/Cable
8
10
Load
Synchronous Motor
0
Reactor
0
9
V-Control
1
Power Grid
XFMR3
0
0
Swing
Synchronous Generator
0
XFMR2
1
1
Unit System:
Project Filename:
Output Filename:
System Frequency: 50.00 Hz
Metric
red
C:\Users\diseno3.ACH\Dropbox\proyecto de grado\proyecto\etap\red\Untitled.SQ2
98
Anexo I. Informe G2.
Location: Laboratorio LIFAE
Engineer: Johan Hernandez Study Case: SM
12.6.5C Page: 1
SN: ACHCOL
Filename: red
Project: Microred Universidad Distrital ETAP
Contract:
Date: 07-02-2017
Revision: Base
Config.: Normal
Diseñadores: Alexis Cahaparro Juan David Liscano
Electrical Transient Analyzer Program
Short-Circuit Analysis
IEC 60909 Standard
3-Phase, LG, LL, & LLG Fault Currents
Number of Buses:
Number of Branches:
Number of Machines:
Total
9
Tie PD
Total
1
0
Impedance
Lumped Load
0
0
Total
Induction Machines
0
Line/Cable
8
10
Load
Synchronous Motor
0
Reactor
0
9
V-Control
1
Power Grid
XFMR3
0
0
Swing
Synchronous Generator
0
XFMR2
1
1
Unit System:
Project Filename:
Output Filename:
System Frequency: 50.00 Hz
Metric
red
C:\Users\diseno3.ACH\Dropbox\proyecto de grado\proyecto\etap\red\Untitled.SQ2
99
Anexo J. informe PV.
Location: Laboratorio LIFAE
Engineer: Johan Hernandez Study Case: SM
12.6.5C Page: 1
SN: ACHCOL
Filename: red
Project: Microred Universidad Distrital ETAP
Contract:
Date: 07-02-2017
Revision: Base
Config.: Normal
Diseñadores: Alexis Cahaparro Juan David Liscano
Electrical Transient Analyzer Program
Short-Circuit Analysis
IEC 60909 Standard
3-Phase, LG, LL, & LLG Fault Currents
Number of Buses:
Number of Branches:
Number of Machines:
Total
9
Tie PD
Total
1
0
Impedance
Lumped Load
0
0
Total
Induction Machines
0
Line/Cable
8
10
Load
Synchronous Motor
0
Reactor
0
9
V-Control
1
Power Grid
XFMR3
0
0
Swing
Synchronous Generator
0
XFMR2
1
1
Unit System:
Project Filename:
Output Filename:
System Frequency: 50.00 Hz
Metric
red
C:\Users\diseno3.ACH\Dropbox\proyecto de grado\proyecto\etap\red\Untitled.SQ2
100
Location: Laboratorio LIFAE
Engineer: Johan Hernandez Study Case: SM
12.6.5C Page: 1
SN: ACHCOL
Filename: red
Project: Microred Universidad Distrital ETAP
Contract:
Date: 07-02-2017
Revision: Base
Config.: Normal
Diseñadores: Alexis Cahaparro Juan David Liscano
Electrical Transient Analyzer Program
Short-Circuit Analysis
IEC 60909 Standard
3-Phase, LG, LL, & LLG Fault Currents
Number of Buses:
Number of Branches:
Number of Machines:
Total
9
Tie PD
Total
1
0
Impedance
Lumped Load
0
0
Total
Induction Machines
0
Line/Cable
8
10
Load
Synchronous Motor
0
Reactor
0
9
V-Control
1
Power Grid
XFMR3
0
0
Swing
Synchronous Generator
0
XFMR2
1
1
Unit System:
Project Filename:
Output Filename:
System Frequency: 50.00 Hz
Metric
red
C:\Users\diseno3.ACH\Dropbox\proyecto de grado\proyecto\etap\red\Untitled.SQ2
101
Anexo K. Medidor Elster A1100
102
103
Anexo L. Medidor Elster Alpha A1800
104
105
Anexo M. Baterías.
106
107
108