VII Jornadas de Ingeniería Eléctrica de la UFT
“ELEKTRA 2014”
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
Según informes oficiales, en el Sistema
Eléctrico Nacional (SEN), existen
actualmente nexos de interconexión entre
diferentes áreas o regiones del país que
presentan restricciones, debidas
principalmente a dos factores críticos
asociados al sistema de transmisión:
Operación de los vínculos entre regiones
por encima de su capacidad de
transmisión.
Alta indisponibilidad y/o escasez de oferta
de generación en la zona, que ocasiona el
aumento del intercambio para satisfacer la
demanda propia.
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
En general, las
líneas de
transmisión de
alto voltaje en
corriente alterna
(HVAC o ATAC)
tienen una
ineficiencia
inherente de
diseño.
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
Esta ineficiencia consiste en que la
capacidad de conducción (ampacidad)
real de los conductores que la
conforman es, en gran medida, no
utilizada.
Con el aumento del voltaje de
operación de los sistemas de potencia,
y el consecuente aumento del número
de conductores por haz, esta
ineficiencia de diseño empeora.
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
Las tres líneas de transmisión (1, 2 y 3),
provenientes de la Casa de Máquinas 2 de la
Central Hidroeléctrica Guri (Guri B) operan a
una tensión nominal de 765 KV en cada una
de sus tres fases, cada una de las cuales está
constituida por un haz de cuatro conductores.
Estas líneas, de acuerdo a lo anteriormente
expuesto, tienen una ineficiencia inherente
al diseño, que puede ser minimizada.
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
Cuando la misma línea de transmisión
ATAC se convierte mediante la tecnología
ATDC, es posible utilizar plenamente la
capacidad de sus conductores hasta su
límite térmico.
El resultado neto es una transferencia de
potencia mucho mayor, una optimización
en la utilización de los activos y la
eliminación de la necesidad de nuevas
rutas de líneas, derechos de paso y
servidumbres.
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
Se pueden lograr
incrementos
sustanciales en la
capacidad de
transferencia de
potencia de las
líneas que operan en
ATAC cuando se
cambian para operar
en ATDC.
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
Hoy en día, el
desarrollo que ha
experimentado la
tecnología de
sustitución “en
caliente” de las
cadenas de
aisladores de las
líneas de transmisión
de potencia, permite
realizar dicha
operación sin poner
en riesgo la
confiabilidad del flujo
de energía.
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
La tecnología ATDC también presenta,
entre otras, las siguientes ventajas
técnicas y económicas sobre la ATAC:
Pérdidas de potencia inferiores para
transferencias de grandes bloques de
potencia.
Posibilidad de implantación de
sistemas de potencia asincrónica.
 Avanzada controlabilidad de grandes
sistemas eléctricos de potencia, tanto en
la inteligencia de control como en la
velocidad de respuesta.
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
Existe la necesidad imperiosa e insoslayable de
incrementar sustancialmente la capacidad de
transporte del Sistema de Transmisión Eléctrico
Nacional (STEN), en el menor tiempo posible, con el
objeto de poder inyectar al Sistema Eléctrico
Nacional (SEN) el importante aumento de
generación hidroeléctrica que se estará
produciendo en el Bajo Caroní en el corto plazo,
específicamente, hasta el año 2015; a saber:
Unos 2.15 GW que se producirán en la nueva
Central Hidroeléctrica TOCOMA, y
 1.5 GW adicionales que se producirán como
resultado del Plan de Modernización de la
Central Hidroeléctrica GURI
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
En la conversión de tecnología
ATAC/ATDC, es concomitante el
cambio de aisladores de AC por
aisladores de DC.
No obstante, el cambio de
aisladores es perfectamente posible
sin necesidad de interrumpir el flujo
de potencia de la línea.
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
La naturaleza modular de las válvulas a
base de tiristores, permite la construcción
de convertidores AC/DC y DC/AC en una
amplia gama de valores de voltaje y
corriente.
Estos convertidores tendrán un voltaje de
operación igual a la suma de los voltajes
de las válvulas conectadas en serie y una
corriente nominal igual a la de los tiristores
o, si fuera el caso, a la suma de la
corriente nominal de los tiristores
conectados en paralelo en las válvulas.
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
En sistemas ATDC los
aisladores están
sometidos a condiciones
más severas que en los
sistemas ATAC, ya que,
por tener una sola
polaridad (positiva o
negativa) atraen más
partículas contaminantes
del medio ambiente, lo
cual disminuye la rigidez
dieléctrica efectiva de los
aisladores.
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
 La ausencia de corrientes y voltajes
cero en la ATDC, complica el proceso
de extinción de la corriente de fuga,
una vez que ésta se ha iniciado.
 Por ello, para la repotenciación de las
líneas ATAC se recomienda el uso de
aisladores de compuestos de silicona
(polímeros), ya que éstos promueven
que las superficies de agua que
surgen sobre el aislador, debido a la
humedad ambiental o a las lluvias, no
sean continuas (hidrofobia),
atenuando continuamente el
crecimiento y desarrollo de las
corrientes de fuga.
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
 Venezuela tiene la obligación
insoslayable de honrar compromisos
adquiridos relacionados con el
desarrollo sostenible, según los
cuales es menester procurar la
mayor eficiencia y el menor impacto
ambiental y climático posibles en el
manejo de la energía eléctrica.
 Este compromiso obliga al país a
suministrar la mayor cantidad
posible de energía eléctrica a la
mayor población posible, al menor
costo posible y en el menor tiempo
posible, afectando lo menos posible
el clima y el medio ambiente.
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
Para los efectos de este trabajo, se asume
que COORPOELEC, más temprano que tarde,
ante el continuado déficit de generación,
tomará la decisión de aprovechar aún más el
potencial hidroeléctrico del rio Caroní, razón
por la cual, se estima que en el año 2025
podría estar en funcionamiento la Central
Hidroeléctrica Tayucay, ubicada a 130
kilómetros aguas arriba de la Central
Hidroeléctrica Guri, la cual generaría energía
ambientalmente amigable de unos 2.5 GW,
según evaluación energética de dicho
aprovechamiento hidroeléctrico realizado en
2004, por profesionales de EDELCA.
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
En la actualidad se están
produciendo comercialmente
tiristores de potencia con
tensiones de bloqueo de hasta 8
kV y corrientes de conducción de
hasta 4000 A, de tal manera que
es posible construir centrales
convertidoras de, prácticamente,
cualquier combinación de voltajes
y corrientes DC nominales, a
partir de unos determinados
valores nominales de la línea
ATAC, siempre que no
sobrepasen el voltaje pico de la
tensión de AC correspondiente,
en un rango del 82 %  85 %.
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
 La línea 1 es una de las de las tres líneas de
765 kV que parten del patio de la subestación
Guri B, el cual es alimentado por las unidades
generadoras 11 al 20 que conforman la Casa de
Máquinas 2, de la central hidroeléctrica Simón
Bolívar (Guri).
Cada una de estas unidades generadoras fue
construida para una capacidad nominal de 700
MVA, las cuales dan un total de 7000 MVA, es
decir, 7 GVA, que son transportados a la zona
central y occidental del país, a través de las tres
líneas de 765 kV antes mencionadas, a razón de
unos 2.33 GVA cada una, en régimen
estacionario o permanente (normal).
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
 La línea 1 de 765 kV (Guri B Yaracuy) tiene una longitud
aproximada de 750
kilómetros, con tres fases
constituidas cada una por un
haz de cuatro conductores
ACAR, de 1300 MCM
(sección 659 mm2), trenzado
18/19, los cuales conforman
un cuadrado de 45
centímetros por lado.
 Estos conductores de
aluminio, con centro reforzado
de aleación de aluminio,
tienen una capacidad de
conducción térmica
(ampacidad) de
aproximadamente 1250
amperios.
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
 Los parámetros eléctricos de
la línea, sin compensación
reactiva alguna, son:
R = 0.0147 /km,
XL = 0.3418 /km
XC = 0.205 x 106 -km.
 La configuración de la línea es
horizontal con una distancia
entre las fases de 15 metros,
con cadenas de aisladores de
configuración I en las fases
ubicadas en los extremos de
las torres, y de configuración
V en la fase central, siendo la
distancia promedio entre
torres (vano) de 480 metros.
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
Tipo de arreglo para la transmisión ATDC de la
línea.
 Se propone el llamado arreglo bipolar, el cual consiste
en conectar las fases a y c (las que van por los extremos
de las torres, en todo caso) a sendos convertidores
AC/DC y DC/AC en los extremos de la línea, dejando la
fase central como retorno de las corrientes.
Los convertidores terminales, del tipo de 12 pulsos (dos
de 6 pulsos conectados en serie), se conectan de tal
manera que ambas fases tengan polaridades opuestas,
es decir, un polo positivo y otro polo negativo,
transmitiendo cada uno la misma potencia.
Aunque en la transmisión bipolar, no se usa
necesariamente un retorno a tierra, ya que por ley de
Kirchhoff la corriente de retorno es nula, normalmente
se incorpora para incrementar la disponibilidad de
transmisión en el caso de que falle un polo.
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
Para mantener la regulación
de voltaje en niveles
deseados, y para disminuir la
transmisión de potencia
reactiva, es decir, aumentar el
flujo de potencia activa sin
comprometer la estabilidad
del sistema, la línea tiene
inductores en paralelo de 300
MVAR en el lado extremo
receptor de cada tramo
incluyendo las estaciones
intermedias, y un
compensador estático
(capacitor serie) en la
subestación San Gerónimo.
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
Corriente máxima de la línea.
 Asumiendo un factor de potencia de 0.9 en retraso, la corriente
máxima de la línea es IACmax = 2330000000 W /3 x 765000 V x
0.9 = 1953.85 A, es decir, unos 490 A por cada uno de los cuatro
conductores de los tres haces.
 El limite térmico de conducción de los conductores ACAR 1300
MCM con trenzado 18/19 es de 1250 A, por lo tanto, hay una
subutilización de los mismos de aproximadamente 760 A por
conductor.
 Se desperdicia una capacidad de conducción de corriente de 760
A/conductor x 4 conductores en paralelo/haz = 3040 A por haz, lo
que se traduce en una gran ineficiencia en la capacidad de
transporte de potencia de la línea.
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
Voltaje de operación HVDC de la
línea.
Debido a la naturaleza modular de las
válvulas a base de tiristores, es posible
construir convertidores AC/DC y DC/AC en
un amplio rango de voltaje y corriente.
Para una línea de 765 kV AC, cuyo voltaje
pico es 765 kV x (2)1/2  1082 kV, es
posible construir centrales convertidoras
AC/DC y DC/AC con un voltaje DC
VDC = 900 kV, el cual representa el 83.12 %
del valor pico de la tensión de la línea AC.
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
Corriente de operación HVDC de la línea.
 A fin de aprovechar el máximo la ampacidad
de los conductores ACAR de 1300 MCM con
trenzado 18/19, las centrales convertidoras
serán capaces de operar a una corriente
IDC = 1250 A/conductor x 4 conductores = 5000
A, correspondiente a la corriente que circulará
por una fase constituida por un haz de cuatro
conductores.
Centrales con válvulas a base de tiristores
conectados en paralelo, ya que actualmente se
logran tiristores de hasta unos 4000 A.
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
En definitiva, se propone
convertir la línea 1 HVAC de
765 kV, de unos 750 km, en
un sistema de ± 900 en
ATDC, para lo cual los
elementos del sistema
inherentes a la corriente
alterna, instalados en las
subestaciones intermedias
correspondientes a la línea 1,
tales como transformadores,
reactores inductivos y
capacitivos, ya no se
requieren y se les puede
retirar para utilizarlos en otros
proyectos o como
recuperación de activos.
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
Convertidor
AC/DC/AC
con arreglo
bipolar
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
Capacidad de transporte de
potencia de la línea.
La capacidad de transporte nominal del
sistema de transmisión ATDC de ±
900 kV será:
PDC2 = Potencia DC a la salida del
terminal convertidor transmisor
(AC/DC)  pérdidas por efecto Joule en
la línea  pérdidas por efecto corona en
la línea  pérdidas en los aisladores 
pérdidas en el terminal DC/AC.
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
Capacidad de transporte de la línea de  900 HVDC
Potencia DC a la salida del
terminal convertidor
transmisor (AC/DC).
PDC1 = 2 VDC x IDC = 2 x
900000 V
x 5000 A
Pérdidas por efecto Joule.
PR = IDC2 x R = (5000 A)2 x
0.0147 /Km x 750 km
 275.625 MW
Pérdidas por efecto corona
Según (1)
 0.000 MW
Pérdidas en los aisladores
Según (1)
 300 MW
Pérdidas en terminal
convertidor DC/AC
0.6 1.0 % de potencia
salida convertidor AC/DC
 90 MW
Potencia a la salida del
convertidor DC/AC
(1) Zecchetti, Pier. (UFT, 2011).
9000 MW
PDC2 = 8631.375 MW
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
La línea 1 HVAC de 765
kV convertida a ATDC
de  900 kV es capaz de
transportar unos 8.6
GW, es decir, unos 6.2
GW más que la línea
HVAC original (3.2
veces más).
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
Factibilidad económica y ambiental
Para el análisis de la factibilidad económica se
hace una comparación entre la propuesta
(conversión ATAC/ATDC de la línea 1 Guri
BYaracuy, construcción de línea ATAC de 765
kV TocomaGuri B, de unos 50 km y
construcción de línea ATAC de 765 kV
TayucayGuri B, de unos 150 km) y el proyecto
de línea de transmisión híbrida
TocomaUribante (765 KV ATAC y 400 kV
ATDC), de 1200 km, con cinco (5)
subestaciones intermedias, anunciado por
CORPOELEC, a un costo de $ 1300 millones.
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
Ítem
CORPOELEC
IDEA-PROPUESTA
Cantidad
Cantidad
Unidad
50 (TocomaGuri B)
Longitud de línea
km
1200
150 (TayucayGuri B)
105 (TocomaGuri B)
Torre
U
2500
315 (TayucayGuri B)
600 (TocomaGuri B)
Conductor de potencia
km
28800
1800 (TayucayGuri B)
100 (TocomaGuri B)
Conductor de guarda
km
2400
300 (TayucayGuri B)
420 (TocomaGuri B)
Cadena aisladores 765 kV AC
U
10000
1260 (TayucayGuri B)
Cadena aisladores 400 kV DC
U
10000

Cadena aisladores 900 kV DC
U

6250 (Línea 1, Gurí BYaracuy)
S/E 765 kV HVAC
U
5
1 (Tocoma)
1 (Tayucay)
Terminal AC/DC y DC/AC
U
Sistemas de protección y de control
U
2 de  400 kV (Tocoma y Uribante)
2 de  900 kV (Guri B y
Yaracuy)
1 (765 kV HVAC)
Solo ajustes de los existentes en la línea 1
1(400 kV HVDC)
Recuperación de cadena de aisladores 765 kV AC
U

6250 (Línea 1, Guri BYaracuy)
Recuperación de S/E 765 kV HVAC
U

5 (Guri B, Malena, San Gerónimo, , Yaracuy), correspondientes
a la línea 1.
Superficie adicional de terreno afectada
Ha
24000
2400
Tiempo de ejecución
mes
3648
1824
Capacidad de transporte
GW
2.15
8.6
Costo
millón de $
1300
875
Costo por capacidad de transporte
mil $/kW
604.7
101.6
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
CONCLUSIONES
En términos unitarios, la propuesta
CORPOELEC tiene un costo de $ 604.7
mil por KW.
La idea propuesta cuesta $ 101.6 mil por
cada kW.
La idea propuesta es seis veces más
eficiente que el proyecto CORPOELEC.
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
La idea propuesta no es sólo
sustancialmente más económica que el
proyecto CORPOELEC (unos $ 425
millones menos)
Además permite inyectar 6.27 GW
adicionales al SEN
En un tiempo mucho menor (de 1.5 a 2
años menos)
Impactando ambientalmente una superficie
de terreno diez veces menor que la del
proyecto CORPOELEC (2400 Ha en
comparación con 24000 Ha).
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
Con los 6.27 GW adicionales de capacidad de
la línea 1 Guri BYaracuy, obtenidos con la
conversión ATAC/ATDC, además de los 2.33
GW que es posible transportar actualmente, se
pueden transportar los 2.15 GW que se
generarán en Tocoma en el año 2014, más los
casi 1 GW adicionales que se producirán en
Guri debido a la primera fase del Plan de
Modernización de Guri en el año 2015, los 0.55
GW adicionales que aportará la segunda fase
del Plan de Modernización de Guri para antes
del año 2023 y los 2.45 GW que podrían
producirse en Tayucay en el año 2025 y todavía
quedaría una capacidad de transporte de
reserva de unos 0.12 GW.
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
Con la línea 1
GuriYaracuy convertida
a ±900 kV ATDC, aun en
caso de falla de uno de
los dos polos de
transmisión, la capacidad
de transporte de la
misma es
sustancialmente mayor
(8.6 GW/2 = 4.3 GW)
que la capacidad máxima
de transmisión de la línea
no convertida (2.33 GW).
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
Además, con la línea 1 GuriYaracuy de
765 kV ATAC convertida a 900 kV ATDC,
sería posible exportar hasta 8.6 GW
desde Guayana a Centro-occidente, sin
necesidad de utilizar las lineas 2 y 3 de
765 kV HVAC (actualmente el límite que
pueden exportar las tres líneas de 765 KV
en conjunto oscila entre 7.46 y 7.8 GW),
lo cual representa una mejora en cuanto
a la confiabilidad y la estabilidad del
Sistema de Transmisión Eléctrico
Nacional (STEN).
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
En comparación con el proyecto CORPOELEC,
la conversión tecnológica planteada en esta idea
propuesta permite satisfacer necesidades
económicas, sociales y de un medio ambiente
sano que se derivan del uso de la energía
eléctrica de un porcentaje mucho mayor de la
población venezolana, optimizando la
infraestructura existente, utilizando los recursos
dinero y tiempo en cantidades sustancialmente
menores, con lo cual se estaría minimizando el
riesgo de la satisfacción de las mismas a las
generaciones futuras, que es lo que,
precisamente, se entiende por desarrollo
sostenible.
Aumento de 6 GW en capacidad de transporte en línea de 765 kV, mediante conversión HVAC/HVDC
¡Muchas gracias por la
atención prestada!
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