Planeación en Sistemas de Distribución II

Tesis I
Planeación de las Redes de
Distribución Eléctrica de la Zona
Zapotlán de CFE
Tarea 3.-Introducción, definición
del problema, alcance,
metodología, conceptos teóricos y
bibliografía
A
A0000779966228844
M
Miigguueell A
Arrm
maannddoo O
Occhhooaa G
Góóm
meezz
D
Diivviissiióónn ddee D
Diissttrriibbuucciióónn JJaalliissccoo ––
ZZoonnaa ZZaappoottlláánn
FFeebbrreerroo 22000088
Tesis I
Dr. Federico Ángel Viramontes Brown
TAREA No. 3
Alumno: Miguel Armando Ochoa Gómez
Matrícula: A00796284
I. INTRODUCCIÓN
La Zona Zapotlán, pertenece a la División de Distribución Jalisco de Comisión Federal de Electricidad.
Esta zona se ubica en el sur del Estado de Jalisco, cubre una extensión territorial de 9,609 km2 y suministra el servicio de
energía eléctrica a 111 364 clientes de 18 municipios del estado.
El sistema de distribución está integrado por 7 líneas de subtransmisión en 115 KV, 6 subestaciones de distribución 115/23KV,
28 circuitos en media tensión (23 KV), 3 562 transformadores de distribución 23KV/220-127-120V. La extensión de las redes
de distribución son de 161.08 Km en subtransmisión, 2095 Km en media tensión y 791Km en baja tensión. Este sistema es
alimentado por dos líneas de transmisión en 230 KV, una que parte de la Subestación de Potencia Colima II y la otra de la
Subestación Acatlán en Jalisco.
Las líneas de subtransmisión alimentan las subestaciones de distribución CGM Ciudad Guzmán, SYL Sayula, ZTI Zapotiltic,
TUX Tuxpan, TAZ Tamazula, JRU Juan Rulfo, además los servicios en el nivel de subtransmisión que son la Planta
Cementera de CEMEX Zapotiltic y Empaques de Cartón Titán en la población de Atenquique, Jalisco
A SE.
ACATLÁN
A COLIMA II
93540
Cemex
Zapotiltic
115kV
20/25 MVA
73020
69kV
230kV
2x100 MVA
3Ø
CGM
115kV
73010
ELC
(UBICADA EN ATN)
TAZ
73010
115kV
1
115kV
2
2x
7.5/9.375 MVA
23kV
JRU
2x
7.5/9.375MVA
7304A
2
1
2x
12/16/20MVA
FUTURO
RAYON
HUESCALAPA
CALERAS
FUTURO
FUTURO
CONSTITUCION
Atenquique
23kV
MARISCAL
115kV
PURISIMA
TOLIMAN
SAN GABRIEL
1
CERCALIZA
23kV
23kV
2
73039
115kV
23kV
7.5/9.375MVA
12/16/20MVA
115kV
TOCHAN
73079
115kV
1
V. CARRANZA
AMACUECA
TAPALPA
ZTI
TUX
TECALITLAN
73080
12/16/20MVA
GARITA
73040
CERESO
MADERO
GOMEZ FARIAS
SOLIDARIDAD
FUTURO
VASCONCELOS
ZARAGOZA
7304B
73070
115kV
TZAULAN
USMAJAC
73030
73050
NA
ZAPATA
18 MVAR
SYL
2
ASERRADEROS
23kV
73080
MORELOS
3
4
23kV
FUTURO
2x20 MVA
Fig. 1 Diagrama unifilar del sistema de Transmisión, Subtransmisión y alimentadores de la Zona de Distribución Zapotlán de
CFE.
En 2007 la facturación fue de 480 millones de pesos por ventas de poco más de 630 000 MWh. La demanda máxima no
coincidente de la Zona es de 130.94 MW que corresponde a 87.27 MW en media tensión y 43.67 MW en el nivel de
Subtransmisión. El índice de pérdidas de energía en el año móvil enero-diciembre del 2007 fue de 8.22%,
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II DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
Un sistema de distribución está integrado por los subsistemas de generación, transformación, transmisión, subtransmisión, red
de media y baja tensión (Figura 2).
Fig. 2 Sistema típico de distribución.
La planeación del Sistema Eléctrico Nacional (SEN) parte de la necesidad de desarrollar eficientemente la infraestructura del
mismo, para brindar eficazmente el Servicio Público de Energía Eléctrica.
En la medida que los sistemas eléctricos crecen en función del incremento de la demanda, las exigencias de los clientes en
cuanto a la calidad del servicio y la escasez en la disponibilidad de recursos, nos ubica en la necesidad de efectuar las
propuestas para el desarrollo de los sistemas de distribución con una mayor calidad y precisión.
Bajo estas circunstancias, más que en cualquier otro momento, los procesos de planeación en particular se hacen
indispensables para el desarrollo de la Zona Zapotlán de Comisión Federal de Electricidad, ya que permite de una manera
formal y sistemática determinar las oportunidades que le brinda el entorno y con consideración de fortalezas y debilidades
propias, fijar las estrategias que le permitan obtener mayores beneficios y estar mejor preparado para enfrentar con excito los
nuevos retos y satisfacer los requerimientos de los grupos de interés.
III ALCANCE
El alcance de esta investigación abarcará la Planeación de las redes de distribución que son responsabilidad de la Zona de
Distribución Zapotlán, como son las Subestaciones de Distribución, las Líneas de Subtransmisión, Alimentadores y Circuitos
en Media Tensión y la red de baja tensión.
La planeación se hará con un horizonte a 10 años, excepto las Subestaciones de Distribución que será en forma general de 20 a
30 años ya que es importante para dirigir la planeación del sistema de subtransmisión, alimentadores y circuitos. Con respecto
a la red de baja tensión también se hará en forma general, proponiendo recomendaciones y bases de diseño para elaborar los
proyectos de crecimiento, reordenamiento y mejoras. Por último haré una propuesta para mejorar los sistemas de información
para la toma de decisiones en este proceso de planeación.
IV METODOLOGÍA
Nota: Los conceptos y metodologías que se explican a continuación fueron extraídos de la Guía de Planeación de los Sistemas
Eléctricos de Distribución de la Subdirección de Distribución de CFE y las presentaciones de las materias Análisis y
Evaluación de Proyectos Industriales, Planeación I y Planeación II impartidas por los Maestros Ignacio Morquecho Castillo,
Enrique Luis Cervantes Jaramillo y Francisco Hernández Cortés, respectivamente.
Se desarrollará un capítulo para cada elemento del sistema de distribución, definiendo:
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





Los objetivos de la planeación.
Diagnóstico de la problemática
Planteamiento y formulación de opciones de solución
Evaluación técnica y económica de opciones
Selección de la mejor opción y
Programación de las obras.
A) OBJETIVOS DE LA PLANEACIÓN:
HACIA EL CLIENTE
Abastecer de energía eléctrica con calidad de suministro y servicio que satisfaga sus necesidades y que cumpla con
los parámetros comprometidos en demanda normal y su crecimiento.
Diseñar instalaciones que cumplan con los requisitos de servicio y suministro que permitan operar con eficiencia, sin
deterioro de la vida útil de equipos eléctricos.
Ofrecer una atención integral a las solicitudes de suministro de energía eléctrica.
Promover la utilización de instalaciones más seguras y confiables, como las híbridas y subterráneas.
Construir sistemas de distribución que estén en armonía con el entorno.
HACIA LA EMPRESA
Asegurar que se disponga de Planeación de corto, mediano y largo plazo a nivel de Zona, Divisional y Nacional.
Reducir las pérdidas de energía eléctrica del sistema de distribución hasta donde se justifique económicamente.
Optimizar las instalaciones eléctricas del sistema de distribución, que permitan reducir los costos de operación y
mantenimiento, dar el nivel de calidad de suministro comprometido, atender el crecimiento de la demanda y mantener
el activo fijo en su mínimo.
Modernizar las instalaciones y sustituir los equipos cuando técnica y económicamente sea justificable.
Proyectar las instalaciones del sistema de distribución congruentes con la Planeación a largo plazo.
Definir la prioridad de las obras con criterios de rentabilidad económica.
HACIA EL PERSONAL
Proyectar instalaciones que permitan una operación segura al recurso humano y que se facilite en lo posible el
mantenimiento de las mismas.
B) DIAGNOSTICO DE LA PROBLEMÁTICA
El diagnóstico es la base del documento analítico para la formulación y definición de un proyecto
El diagnóstico de las causas lleva al problema y éste al proyecto, pero la evaluación del mismo puede ayudar a
redefinir el problema.
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Esto ocasiona eventualmente rehacer el diagnóstico, lo cual a su vez volverá a influir en la formulación de un nuevo
proyecto.
OBJETIVOS DEL DIAGNÓSTICO DE LA SITUACIÓN

Establecer las causas y efectos de los problemas identificados. Esto permite dirigir el análisis hacia aquellas
causas que pueden resolverse mediante soluciones técnicamente factibles.

Establecer cuál es el problema o los problemas principales que enfrenta en la actualidad el área en estudio

Identificar las medidas de optimización, mejorando la situación actual, con el objeto de evitar beneficios que
no le corresponden al proyecto
ETAPAS DEL DIAGNÓSTICO

El proceso del diagnóstico comprende los siguientes pasos:

Zonificación, o la determinación de las áreas relevantes para el estudio y el proyecto

Enfoque, o la determinación del marco de análisis y de la estrategia del estudio

Recolección de los datos, utilizando técnicas apropiadas al caso y a la población objetivo.

Análisis de los datos, dirigido a identificar los problemas a solucionar o las oportunidades a establecer
LA DEFINICIÓN DEL PROYECTO

El aspecto clave de la identificación de un proyecto es establecer las causas del problema central que intenta
resolverse.

El definir correctamente un proyecto incrementa las probabilidades de tener éxito.

De las causas que originan la problemática surgen las opciones para corregirlas (los proyectos)
Esta fase del proceso involucra las siguientes etapas:
INFORMACIÓN BÁSICA
Para realizar el diagnóstico de operación del sistema eléctrico de distribución se debe disponer como mínimo de la
siguiente información:
DATOS ESTADÍSTICOS POR ZONA:
Análisis de mercado eléctrico
Información INEGI
Indicadores de gestión
Instalaciones
SUBESTACIONES
Demandas máximas mensuales
Demandas máximas históricas
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Curvas características de carga
Tendencias de demandas
Control de reactivos
Diagramas unifilares
Disposición física de equipo
Demandas máximas coincidentes
LÍNEAS DE SUBTRANSMISIÓN
Estudios de flujos de potencia
Índice y magnitud de pérdidas
Índice e historial de salidas por falla
Estado físico y entorno de las líneas
CIRCUITOS EN MEDIA TENSIÓN
Índice y magnitud de pérdidas
Estudio de flujos de potencia
Aportación al tiempo de interrupción por usuario (ATIU, NIU)
Enlace con otros circuitos para casos de contingencias
Número de usuarios por circuito
Diagramas unifilares y geográficos
Valores de cortocircuito trifásico y monofásico
Plan de desarrollo urbano
Demanda máxima del sistema de distribución y perfil de carga
Calidad del voltaje
REDES DE BAJA TENSIÓN
Índice de inconformidades
Índice de transformadores averiados
Longitud promedio por sector
Pérdidas de energía
Densidad de carga
Factor de carga
Usuarios promedio por transformador
Perfiles de carga
Calidad del voltaje
Para esta etapa de diagnóstico me apoyaré de herramientas que han desarrollado la Dirección de Distribución y la
Subgerencia de Planeación de CFE como son el SIAD Sistema Integral de Administración en Distribución, SIGED
Sistema Geografía Eléctrica de Distribución, DMED Desarrollo del Mercado Eléctrico de Distribución, Indicadores
de Gestión y Programas comerciales de Ingeniería Eléctrica como son el PSS/E
Power System
Simulator/Engineering, FEEDERALL y Excel, todos estos son marcas registradas.
C) PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DE OPCIONES
Cualquier problema específico debe contar al menos con dos opciones de solución, ya que de otra forma el proceso de
planeación no tendría sentido. El no hacer nada para resolver un problema es una opción que tiene un costo de
oportunidad, mismo que debe ser evaluado.
La planeación del sistema eléctrico invariablemente debe fundamentarse en los planes de desarrollo federal, estatal y
municipal, especialmente en los planes rectores de desarrollo urbano y de vías de comunicación.
La planeación del sistema eléctrico de distribución debe hacerse en forma integral, como un proyecto elemental
mínimo (PEM) que tome en cuenta las obras asociadas para cada nivel de tensión y congruente con los planes y
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proyectos de los procesos de generación y transmisión; así como la readecuación del sistema de distribución
existente.
Medir el comportamiento de la carga eléctrica en los puntos estratégicos, fundamentará los resultados del proceso de
planeación y permitirá seleccionar con mayor certidumbre la mejor opción.
La medición del perfil de carga eléctrica debe efectuarse a nivel de banco de potencia, circuito de distribución,
ramales típicos, puntos de automatización, transformadores de distribución y usuarios importantes. Con los datos
obtenidos se posibilitará dimensionar y modelar las redes de distribución, mediante la representación de las cargas
típicas de los usuarios y obtener los valores de densidad de carga y demanda por usuario, para las diferentes
temporadas del año.
D) EVALUACIÓN DE OPCIONES
La evaluación es una función clave de la planeación, en donde las opciones deben ser comparadas bajo las mismas
premisas, tomando en cuenta los criterios y atributos establecidos como parámetros.
“El proceso de Evaluar un Proyecto implica identificar, medir y valorar los costos y beneficios pertinentes de distintas
y múltiples alternativas” (Libro Evaluación Social de Proyectos, Ernesto R. Fontaine)
Los mayores errores en la Evaluación de Proyectos se cometen en la etapa de identificar los costos y beneficios
verdaderamente atribuibles al proyecto.
Todas las evaluaciones deberán hacerse para el mismo periodo y tasa de descuento; para cada una de las opciones en
comparación.
La evaluación de un proyecto consiste en:









Problema o área de oportunidad
Posibles soluciones
Situación sin proyecto
Situación con proyecto
Identificar costos y beneficios
Cuantificar costos y beneficios
Valorar costos y beneficios
Aplicar criterios de decisión
Asignar prioridades
La evaluación de cada opción debe hacerse de la siguiente manera:
. Verificación del cumplimiento de los requisitos
. Cuantificación de los costos.
. Cuantificación de los beneficios.
. Comparación de los resultados de la evaluación para cada una de las opciones.
. Identificación del valor agregado para cada una de las opciones.
Para la evaluación me apoyaré en gran medida de la herramienta desarrollada por la Subgerencia de Planeación de
CFE, denominada EEPRI, Evaluación Económica de Proyectos de Inversión,
E) SELECCIÓN DE LA MEJOR OPCIÓN
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La selección de la mejor opción debe efectuarse después de haber realizado en forma ordenada el diagnóstico, análisis
y evaluación de los proyectos, buscando que sea congruente con la visión de la institución.
La mejor opción debe seleccionarse tomando en cuenta los mejores indicadores económicos, En caso de tener dos o
más opciones con indicadores similares, deberá seleccionarse aquélla que tenga mayor cantidad de valores agregados.
F) PROGRAMACIÓN DE OBRAS
Cada obra deberá ser asociada a un Proyecto Elemental Mínimo (PEM), el cual deberá contemplar las obras
requeridas para asegurar su operación confiable.
INTEGRACIÓN PRESUPUESTAL.
Las propuestas de integración presupuestal deben considerar:




El plan general a 20 años de líneas de alta tensión y subestaciones de distribución.
El plan de optimización y crecimiento de redes de media y baja tensión a 5 y 10 años
El plan de automatización de sistemas eléctricos de distribución
El plan de modernización del sistema eléctrico de distribución
Para la integración presupuestal deben considerarse criterios de inversión que contemplen los siguientes puntos.





Objetivos institucionales
Metas de corto plazo
Recursos disponibles
Cumplimiento de la normatividad legal vigente
Prioridades por beneficios de inversión:
Satisfacción de demanda incremental
Reducción de pérdidas técnicas.
Reducción de pérdidas no técnicas
Mejora del suministro de energía eléctrica
La programación de obras la haré en el módulo de Inversiones del SIAD, Sistema Integral de Administración en
Distribución.
V CONCEPTOS TEÓRICOS
En uno de los capítulos de la tesis resumiré los conceptos o marco teórico que se aplicarán en la metodología para identificar la
problemática, diagnosticarla y evaluar las opciones, estas son:











Calidad del voltaje
Armónicas
Flujos de Potencia
Determinación de conductor económico y su aplicación.
Metodología para la planeación.
Mercado eléctrico y pronóstico de la demanda
Compensación de demanda reactiva.
Confiabilidad del servicio
Evaluación económica de proyectos y determinación de costos y beneficios
Teoría de Ingeniería Económica y Financiera
Envejecimiento de las redes
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






Análisis de contingencias
Diseño de redes de distribución eléctrica.
Reordenamiento de las redes de distribución eléctrica y plan rector.
Análisis de demanda de potencia.
Métodos para la toma de decisiones
Desarrollo sostenible.
Métodos para reducir pérdidas de potencia y mejorar el nivel de voltaje.
VI BIBLIOGRAFÍA
Para desarrollar la tesis me apoyaré en los siguientes libros, artículos y documentos.
ITESM
 Armónicas en sistemas eléctricos industriales - Dr. Armando Llamas, Salvador Acevedo, Jesús Baez, Jorge de los
Reyes.
 Tesis – Análisis de la metodología actual para determinar los cargos por servicios de transmisión de energía eléctrica
para fuentes firmes y fuentes renovables – Jorge Armando Valle Domínguez
 Presentaciones materias de la maestría – Maestros ITESM
CFE






Guía para la Planeación de Sistemas Eléctricos de Distribución – Subdirección de Distribución
Guía técnica para la integración del presupuesto de inversiones - Subdirección de Distribución
Procedimiento para la realización de los estudios de planeación a corto plazo de un sistema de distribución Subdirección de Distribución
Conductor económico en media tensión para construcción de nuevas troncales y ramales y operación económica de
conductores instalados actualmente - Subdirección de Distribución
Normas de distribución – construcción – Instalaciones aéreas en media tensión – Subdirección de Distribución
Normas de construcción redes subterráneas - Subdirección de Distribución
LIBROS
 Power distribution planning reference book, 2nd edition – Lee Willis
 Tesis – Una nueva metodología para la selección económica del tipo de líneas para el diseño de líneas de distribución
eléctrica en la Comisión Federal de Electricidad – Maestro Enrique Luis cervantes Jaramillo - UANL
 El arte de distribuir la energía eléctrica – Maestro Francisco Hernández Cortes.
 Análisis de Sistemas de Potencia – John J. Grainger, Willian, D. Stevenson Jr.
ARTÍCULOS IEEE
 A systematic loss analysis of taipower - Meei-Song Kang, Chao-Shun Chen, Chia-Hung Lin, Chia-Wen Huang, and
Meng-Fu Kao
 An Automated method for least cost distribution planning - C. W. Hasselfield, P. Wilson, L. Penner
 An expert system for load allocation in distribution expansion planning – Jian-Liang Chen, Yuan-Yih Hsu
 An expert system for power distribution networks feeders planning - Zanoni Dueire Lins, M. Afonso de Carvalho Jr
 An integrated application for voltage sag analysis - W.-H. Edwin Liu and Linh G. Tu, H. WuyneHong, Weili Zhong.
 Approximate calculation of backup supply profitability in medium voltaje power distribution planning - Z. Rajic, V.
Filipovic
 Asset management, risk, and distribution system planning - Richard E. Brown, John H. Spare
 Current practices and customer value-based distribution system reliability planning - Ali. A. Chowdhury, Senior
Member, IEEE, and Don O. Koval
 Distribution voltaje quality at Hydro-Québec an integrated approach to control under voltage, overload and losses - J.P Laflamme, G. Simard
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
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


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

NOM


Economic evaluation of distribution automation - Chun-Lien Su, Jen-Ho Teng
Information integration in computerized distribution system planning - E.-C. Yeh, Hahn Tram
Integrating reliability into distribution planning – Mike W. Marshall, David M. farmer
Load assignment for determining substation service areas with the aid of digital mapping - W.M. Lin, M.T. Tsay,
S.W. Wu
Long-term distribution network expansion planning considering multiple construction plans - Takanobu Asakura,
Toshiki Yura Naoki Hayashi, Yoshikazu Fukuyama
Multi-Year and Multi-State distribution systems expansion planning by multi-stage branch exchange - Heijiro
Kuwabara, Koichi Nara
Peak-load pricing based planning for distribution networks under change - Marija Prica, Marija D. Ilic
Planning for effective distribution - Tim Tayloris
Planning of distribution feeder reconfiguration with protective device coordination - Yuan-Yih Hsu, Yi Jwo-Hwu
The economic aspect of reliability in distribution system planning – Jerd Kjolle, Lars Rolfseng, Eyolf Dahl
Urban underground network expansion planning - Z. Bozic, E. Hobson
Value-based distribution system reliability planning - A. A. Chowdhury, Don O. Koval
NOM-114-ECOL-1998 - Planeación Diseño O y M de Líneas de Transmisión y Subtransmisión – Norma oficial
mexicana – Diario oficial de la federación – SEMARNAP
NOM-114-ECOL-1998 Planeación Diseño O y M de Subestaciones de Potencia y Distribución - Norma oficial
mexicana – Diario oficial de la federación – SEMARNAP