cap 11 - criterios tecnicos del esquema rev 1

Ampliación de la Pequeña Central Hidroeléctrica HerccaEstudio de Factibilidad

11.1

11. CRITERIOS TECNICOS DEL ESQUEMA SELECCIONADO

11.1 Obras Civiles

11.1.1 Obras de Captación y Desarenación

Se ha previsto el diseño de una bocatoma del tipo convencional con barraje transversal y captación lateral, la misma que debe contar con todos los elementos de purga y control.

La bocatoma dispondrá de elementos de limpia de sedimentos en el área de la ventana de captación por medio de compuertas de purga y canales de limpia paralelos al cauce del río.

El ingreso del agua debe ser diseñado de tal manera de producir la menor cantidad de turbulencia y pérdidas de carga. Se debe disponer de un vertedero lateral que permita evacuar el caudal que ingrese en exceso del caudal deseado.

Aguas abajo de la bocatoma se dispondrá de un desarenador de lavado intermitente, con capacidad de retener partículas de 0.5 mm de diámetro mínimo. Se prevé que debido a la calidad del agua del río Hercca no sea necesario realizar purgas muy frecuentes del desarenador por lo que en su diseño se ha considerado una sola nave. Las purgas de sedimentos se conducirán al río mediante un conducto cubierto.

11.1.2 Obras de Conducción

La conducción se realizará a superficie libre. En el punto 9.2 se han analizado dos opciones de conducción para la central habiendo resultado más económica la opción de tubería perfilada de PVC. Por condiciones del material de fabricación de la tubería ésta debe ir cubierta por lo que se ha previsto en primer lugar la tubería se apoyará sobre una plataforma y luego será cubierta con un relleno compactado. La plataforma será conformada rellenando la caja del canal existente y ampliando el ancho total de la plataforma a un mínimo de 4 m de manera que para la construcción del canal sea posible utilizar esta plataforma como acceso hasta la cámara de carga. La plataforma consecuentemente sigue el trazo del canal existente y tiene dos pendientes que han sido establecidas para evitar excesivos movimientos de tierra.

La tubería tendrá buzones de inspección ubicados cada 200 m. Asimismo a lo largo del recorrido se deberá prever obras para el drenaje del agua de lluvias.

11.1.3 Cámara de carga

La cámara de carga debe disponer de la suficiente capacidad para atenuar la onda de succión producto del arranque de la central. Del mismo modo debe contar con un aliviadero de demasías para evacuar el exceso de agua que se produce durante un rechazo de carga de la central, evitando o atenuando la transmisión de esta onda hacia la conducción. También tienen la misión de mantener un adecuado funcionamiento del sistema en cuanto a la regulación de la velocidad de los equipos de generación.

La cámara de carga dispondrá de una compuerta de purga de sedimentos y una reja fina para retener materiales flotantes.

LAHMEYER AGUA Y ENERGIA S.A COD. 096 – A/E/tt/file_convert/563dbaa2550346aa9aa7106c/document.doc


11.2

El diseño de la cámara toma en cuenta los criterios reconocidos relacionados a estos fenómenos. Su dimensionamiento prevé los niveles máximos y mínimos a ser alcanzados por los transitorios hidráulicos por la toma y rechazo de carga.

11.1.4 Tubería Forzada

El dimensionamiento de la tubería forzada debe tomar en cuenta criterios técnicos y económicos relacionados éstos últimos a las pérdidas de carga que se traducen en pérdidas de producción de energía. Los aspectos técnicos por su parte deben tomar en cuenta las sobrepresiones por golpe de ariete y los esfuerzos admisibles del material para determinar los espesores necesarios.

Un sobreespesor de 3 mm por corrosión será considerado en el diseño.

Los codos serán diseñados para ser fabricados en base a elementos de la misma tubería. En estos cambios de dirección se colocarán anclajes de concreto para soportar las fuerzas hidráulicas por cambios de dirección del flujo. Aguas abajo de estos bloques se dispondrá de una junta de dilatación que permita absorber los cambios de longitud por expansión o contracción térmica de la tubería.

Para alimentar a cada turbina se dispondrá de una bifurcación simétrica ubicada en el anclaje inferior.

Para la tubería forzada se utilizará acero ASTM A36, con un esfuerzo de fluencia de 2400 kg/cm².

11.1.5 Casa de Máquinas y Canal de Descarga

Se debe aprovechar tanto como sea posible la casa de máquinas existente. De esta manera sólo se ha previsto demoler una parte de ella para la instalación de los nuevos grupos generadores. La edificación nueva sobre esta parte de la casa de máquinas se hará mediante estructuras de acero y coberturas de planchas metálicas. Toda la cimentación de los grupos turbina generador será nueva y requiere trabajos de demolición de los bloques de cimentación existentes.

Las dimensiones interiores de la casa de máquinas deben dar espacio suficiente para albergar a los grupos turbina-generador, además de los espacios auxiliares necesarios como áreas de montaje y sala de control la misma que debe estar aislada de la sala de máquinas de manera de facilitar la labor de los operadores.

Cada turbina tendrá su canal de descarga que discurre en forma perpendicular al río y descarga en él. Este canal será un conducto cubierto de las dimensiones adecuadas y con posibilidad de acceso y cierre para labores de mantenimiento.

11.2 Equipo mecánico hidráulico.

11.2.1 Tipo de turbina y número de unidades

El tipo de turbina está definido básicamente por la altura neta de operación y la potencia de la turbina.



11.3

El número de unidades queda definido por los costos de inversión y la forma de operación de los grupos de generación.

Los costos de inversión de los grupos, que incluyen las turbinas, válvulas, generadores, reguladores de velocidad así como de las obras civiles asociadas, aumentan conforme aumentan el número de unidades. Por otro lado mayores número de unidades, en el caso de operación a cargas parciales, permite mayor flexibilidad para efectuar labores de mantenimiento y mayor producción de energía por operación en puntos de mayor eficiencia.

La central operará normalmente conectado al sistema interconectado nacional, entregando energía de acuerdo a la curva de duración de caudal.

La curva de duración de caudales tiene caudales de 10, 8, 6, 5, 4 y 2 m3/s con un grado de disponibilidad de 35,42, 55, 65, 82 y 98 % respectivamente.

En base a las consideraciones antes mencionadas se ha seleccionado dos grupos de generación equipados con turbinas tipo Francis de eje horizontal.

11.2.2 Válvulas de las turbinas

El tipo de válvulas de las turbinas depende básicamente de la altura neta y del diámetro de la válvula. Para el proyecto son factibles la utilización de válvulas tipo mariposa y válvulas tipo compuerta.

En consideración a su facilidad de instalación y mantenimiento, su operación rápida y buena estanqueidad se recomienda la utilización de válvulas tipo mariposa. Por razones de seguridad se ha previsto que el cierre de la válvula se efectúe por medio de un contrapeso.

11.2.3 Reguladores de velocidad

Teniendo en consideración que se requiere que la central opere en red interconectada y el estado actual de avance de la tecnología, se ha seleccionado un regulador de velocidad de tipo electrónico en base a microprocesadores, por sus mayores ventajas técnicas como menor tiempo muerto, menor grado de insensibilidad, menor tiempo de respuesta, menor requerimiento de mantenimiento, menores elementos expuestos a desgaste, etc.

11.3 Equipo Eléctrico de la Central

11.3.1 Generadores

Para generar eléctricamente la energía producida por la turbina hidráulica se ha previsto el suministro de generadores acoplados directamente a las turbinas Francis. La potencia, velocidad (rpm) y disposición (eje horizontal) estarán definidas en concordancia con el tipo de turbina.

El sistema de enfriamiento seleccionado en concordancia con el tamaño de los generadores será con aire en circuito abierto.



11.4

Los cojinetes de los generadores serán del tipo auto lubricados en aceite.

Para el nivel de potencia del grupo seleccionado, se fabrican generadores con niveles de tensión estandarizados en 2.3 kV, 4.16 kV, 6.6 kV y 10.5 kV. La tensión de generación seleccionada de 10.5 kV corresponde a una tensión normalizada y de suministro estandar de los principales fabricantes a nivel internacional. Asimismo también a este nivel de tensión se efectuará adecuadamente la conexión al sistema de transmisión 138 kV a través del transformador 10.5/138 kV.

El grupo de generación de la central contará con su respectivo sistema de regulación automática de tensión en 10.5 kV, que permitirá una operación confiable y segura.

11.3.2 Sistema Eléctrico de Media Tensión en 10.5 kV

El esquema eléctrico seleccionado en 10.5 kV se muestra en el plano correspondiente al Diagrama Unifilar General de la Central.

Las celdas de media tensión seleccionadas por confiabilidad y seguridad de la instalación serán del tipo Metal-clad para 17.5 kV de tensión nominal de aislamiento, instalación interior. Los interruptores seleccionados serán del tipo extraíble, con cámara de extinción en vacío o SF6.

Para el sistema de barras y equipos se ha seleccionado una corriente de cortocircuito de 31.5 kA, en concordancia con los resultados del cálculo de las corrientes de cortocircuito del sistema y por corresponder a un suministro estandarizado de equipos de los principales fabricantes.

Asimismo, por ser mas confiable y seguro se ha determinado que el suministro de energía eléctrica a todos los servicios auxiliares de la central se efectúe a través de un transformador trifásico del tipo seco de 10.5 / 0.400-0.230 kV. Este tipo de transformador requiere un menor espacio, no requiere construcciones especiales para el aceite y no presentan peligro de incendio y explosión.

11.3.3 Sistemas Eléctricos de Servicios Auxiliares

El esquema eléctrico seleccionado para los servicios auxiliares se muestra en el plano correspondiente al Diagrama Unifilar General de la Central ( OE-04 ).

La alimentación eléctrica a los servicios auxiliares de la central se efectuará desde un tablero centralizado del tipo auto soportado.

En la contingencia que la central no se encuentre operativa, la alimentación a los servicios auxiliares para el arranque de los grupos se efectuará desde el sistema de transmisión a través del transformador de potencia de la subestación 10.5/138 kV.

El sistema seleccionado para los servicios auxiliares en corriente alterna será trifásico en 400/230 Vca, con neutro corrido puesto a tierra.



11.5

El sistema seleccionado para los servicios auxiliares en corriente continua será en 110 Vcc y 24 Vcc. En caso de requerirse el suministrador podrá prever también 48 Vcc de acuerdo a su estandarización.

11.4 Sistema de Control y Supervisión

Se ha previsto que la unidad de generación esté preparada con un sistema de control computarizado que permitirá toda la operación y control de los grupos y sus servicios auxiliares en forma totalmente automatizada desde la sala de control de la central, desde donde se efectuará también el control y mando a distancia de los equipos de la subestación de conexión al sistema 138 kV.

El automatismo estará basado en un controlador. Este equipo realizará todas las secuencias de operación automática del grupo así como el registro de eventos, fallas y contará con una IHM para operación local, asimismo se instalará un sistema de control remoto desde la sala de mando con capacidad de operación distante desde el Centro de Control de EGEMSA en Cusco.

11.5 Sistema de Puesta a Tierra

El sistema de puesta a tierra seleccionado estará conformado por una malla de tierra profunda y una red de tierra superficial. Este sistema tendrá por finalidad proteger al personal de un posible contacto casual con partes energizadas en el momento de producirse una falla; además de servir para evacuar las corrientes de cortocircuito fase-tierra y así permitir el adecuado funcionamiento del sistema de protección. Asimismo, también se ha previsto un sistema de puesta a tierra independiente para los equipos electrónicos.

11.6 Sistema Contraincendio

Los equipos de generación deberán contar con un sistema capaz de controlar cualquier incendio desde su fase inicial y evitar la propagación del mismo. El sistema seleccionado contará con dispositivos de detección y alarmas, así como de extinción de incendios.

11.7 Equipo Eléctrico de la Subestación 138 kV

En la subestación de interconexión se instalarán los siguientes equipos en 138 kV:

Transformadores de tensión capacitivo 170 kV: Pararrayos tipo subestación 150 kV: Seccionador tripolar con puesta a tierra 170 kV: Interruptores trifásico 170 kV Transformador de Potencia con una capacidad 7.5 MVA, 170 kV lado de 138 kV y 17

kV lado de 10 kV

Los tableros de control, mando y protección se instalarán en la casa de máquinas. Igualmente la alimentación auxiliar será atendida desde la casa de máquinas.


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