EVALUACIÓN TÉCNICO-ECONÓMICA DE ALTERNATIVAS PARA LA REDUCCIÓN DEL NIVEL DE CORTOCIRCUITO DE LA SUBESTACIÓN CHARRÚA

ALVARADO ARRIAGADA, JAIME FELIPE (2016)

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Tesis Pregrado

Chile, as a developing country, must meet certain energy requirements, which right now are on the rise and will remain so. This is why a work plan must be made at energy level that allows the development of the country. This entails several steps, such as: the interconnection of the main electrical systems in the country (SING and SIC), the creation of new power plants, new lines, incorporate new technologies, etc. Therefore, strengthen the electrical system of the country. One of the consequences that entails the creation of new conventional power plants (synchronous machines), is the increase in short-circuit power, this problem aects the Charrua substation located south of the city Concepcion. Charrua is one of -if not the- most important substation in the Central Interconnected System (SIC), as it concentrates the generation of the south central area of the country where a large amount of hydraulic resources are located, and transmits through two main 500kV transmission lines to the center area the country. From 2018 there will be three lines with the possibility of adding a fourth in the future. In the coming years, the short circuit interruption level supported by the switches, will be exceeded for the 220kV bars in the Charrua substation, so it is essential to carry out a short circuit study from 2015 to 2028, in order to determine when said switches must be replaced. It is important to include measures to face this problem. One possible measure is the replacement of existing switches in the 220kV electrical panels by ones that can withstand the short-circuit current magnitude projected for the study horizon. This is not a nal solution, because by 2023 the level of short circuit of the 220kV bus bars will exceed the 63kA . Currently the largest switch that is commercially manufactured supports 63kA , therefore seven panels should be moved to the Nueva Charrua substation located 12 kilometers from the Charrua substation in order to distribute power between these two substations and therefore decrease the short circuit level. Another solution, little used for this purpose is the installation of a back-to-back (BTB) between the substations 220-500kV transformer and the 220kV bus bar. Being a power electronics element, it can be controlled to isolate the bar against a short circuit, so it is considered that the bus bar is open, signi cantly reducing the short circuit level passing throught it. The costs obtained for both measures are: for changing twenty two switches and move seven electrical panels, 18,2 MUSD. On the other hand, the cost of investing in the installation of a BTB is 245,20 MUSD.

Chile, al ser un pas en vas de desarrollo, debe cumplir con ciertos requerimientos energeticos, los cuales en estos momentos estan al alza y lo seguiran estando. Es por esto que se debe realizar un plan de obra a nivel energetico que permita el desarrollo del pas. Esto trae consigo varias medidas, como por ejemplo: la interconexion de los principales sistemas electricos del pas (SING y SIC), la creacion de nuevas centrales, nuevas lneas, la incorporacion de nuevas tecnologas, etc. Al n y al cabo fortalecer el sistema electrico del pas. Una de las consecuencias que conlleva la creacion de nuevas centrales electricas convencionales (maquinas sincronicas), es inevitablemente el aumento de la potencia de cortocircuito, este problema afecta la subestacion Charrua ubicada al sur de la ciudad Concepcion. Charrua es una, sino la mas importante subestacion del sistema interconectado central (SIC), ya que es la que concentra la generacion de la zona centro sur del pas en donde se ubican una gran cantidad de recursos hidraulicos y la trae a traves de dos lneas troncales de 500kV hacia la zona centro el pas y a partir del 2018 tres lneas con la posibilidad de incorporar una cuarta a futuro. En los proximos a~nos, el nivel de cortocircuito de interrupcion soportados por los interruptores de potencia, sera sobrepasado para las barras 220kV de la subestacion de Charrua, por lo cual se hace imprescindible la realizacion de un estudio de cortocircuito desde el a~no 2015 hasta el a~no 2028, con el n de determinar cuando sera necesario reemplazar dichos interruptores. Es importante la inclusion de medidas para para afrontar este problema. Una posible medida es el reemplazo de los interruptores actuales de los pa~nos de 220kV por unos que soporten la magnitud de corriente de cortocircuito proyectada para el horizonte de estudio. Esta no es una solucion de nitiva, ya que para el a~no 2023 se sobrepasara el nivel de cortocircuito de los 63kA en las barras de 220kV. Actualmente el mayor interruptor que se fabrica a nivel comercial es el que soporta los 63kA, por esta razon se deben trasladar siete pa~nos a la subestacion Nueva Charrua ubicada a 12 kilometros de las subestacion Charrua, con el n de distribuir la potencia entre estas dos subestaciones y con esto disminuir los niveles de cortocircuito. Otra solucion muy poco usada para estos efectos, es la instalacion de un back-to-back (BTB) entre los transformadores 220-500kV de la subestacion y la barra de 220kV, al ser un elemento de electronica de potencia, el control de este puede aislar la barra frente a un cortocircuito, por lo que se considera que la barra esta abierta, disminuyendo considerablemente el nivel de cortocircuito que pasa a traves de esta. Los costos obtenidos para ambas medidas son: por cambiar veintidos interruptores y trasladar siete pa~nos, 18,2 MUSD. Por otro lado el costo de invertir en la instalacion de un BTB es de 245,20 MUSD.