tesis el oro alimentadores.pdf
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ESCUELA POLITCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERA ELCTRICA Y ELECTRNICA
ANLISIS TCNICO DE LA OPERACIN DEL ALIMENTADOR N 2 DE LA S/E OTAVALO, DE LA EMPRESA ELCTRICA
EMELNORTE S.A.
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIN DEL TTULO DE INGENIERO ELCTRICO
BYRON VLADIMIR FREIRE VILLACSbyron.freire@hotmail.com
DIRECTOR: ING. LUIS TAPIAluis.tapia@epn.edu.ec
Quito, Enero 2012
-
iDECLARACIN
Yo, Byron Vladimir Freire Villacs, declaro bajo juramento que el trabajo aqu
descrito es de mi autora; que no ha sido previamente presentada para ningn
grado o calificacin profesional; y, que consultado las referencias bibliogrficas
que se incluyen en este documento.
A travs de la presente declaracin cedo mis derechos de propiedad intelectual
correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politcnica Nacional, segn lo
establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la
normatividad institucional vigente.
________________________________
Byron Vladimir Freire Villacs
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ii
CERTIFICACIN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Byron Vladimir Freire
Villacs, bajo mi supervisin.
________________________
Ing. Luis TapiaDIRECTOR DEL PROYECTO
-
iii
AGRADECIMIENTO
Mi sincero agradecimiento al Ingeniero Luis Tapia director del proyecto por su
acertada conduccin y consejos que ayudaron a la culminacin del presente
trabajo.
Es digno brindar mi agradecimiento a la Empresa Elctrica Regional Norte S.A.,
en especial al personal del Departamento Unidad Control de Prdidas que han
apoyado incondicionalmente en la realizacin del presente proyecto.
Finalmente, agradezco a todas las personas que brindaron su apoyo durante la
elaboracin de este trabajo.
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iv
DEDICATORIA
El presente proyecto va dedicado de manera especial a mi querida hija Danita, a
mi esposa Cynthia y a mis padres Jos y Mara Elena quienes son las personas
que me brindaron las fuerzas y el amor para la culminacin de este proyecto,
tambin va dedicado con mucho cario a mis hermanos, familiares y a todos mis
amigos a quien en el trayecto de mi carrera profesional siempre estuvieron
pendientes de la llegada de este momento tan especial de mi vida.
-
vCONTENIDODECLARACIN ............................................................................................................................................... i
CERTIFICACIN ............................................................................................................................................ ii
AGRADECIMIENTO...................................................................................................................................... iii
DEDICATORIA............................................................................................................................................... iv
RESUMEN ..................................................................................................................................................... vii
PRESENTACIN .......................................................................................................................................... ix
CAPITULO 1. ................................................................................................................................................... 1
FUNDAMENTOS TERICOS Y METODOLOGA PARA LA DETERMINACIN DE PRDIDAS
TCNICAS. ...................................................................................................................................................... 1
1.1 INTRODUCCIN. .......................................................................................................................... 11.2 OBJETIVOS. ................................................................................................................................... 2
1.2.1 OBJETIVO GENERAL. ............................................................................................................. 21.2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS. ..................................................................................................... 2
1.3 ALCANCE....................................................................................................................................... 31.4 TERMINOLOGA ASOCIADA. .................................................................................................... 3
1.4.1 EMPRESA DISTRIBUIDORA................................................................................................... 31.4.2 SUBESTACIN DE DISTRIBUCIN. ..................................................................................... 41.4.3 ALIMENTADOR PRIMARIO. .................................................................................................. 41.4.4 TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIN.......................................................................... 41.4.5 CIRCUITOS SECUNDARIOS ................................................................................................... 41.4.6 ACOMETIDAS. .......................................................................................................................... 51.4.7 MEDICION. ................................................................................................................................ 51.4.8 ENERGA ELCTRICA............................................................................................................. 51.4.9 CONSUMO DE ENERGA ........................................................................................................ 61.4.10 BALANCE DE ENERGA.......................................................................................................... 61.4.11 CARGA INSTALADA. .............................................................................................................. 61.4.12 CURVA DE CARGA.................................................................................................................. 61.4.13 DEMANDA................................................................................................................................. 71.4.14 DEMANDA MXIMA............................................................................................................... 71.4.15 DEMANDA PROMEDIO. .......................................................................................................... 71.4.16 FACTOR DE PRDIDAS........................................................................................................... 81.4.17 FACTOR DE DEMANDA.......................................................................................................... 81.4.18 FACTOR DE UTILIZACIN..................................................................................................... 91.4.19 FACTOR DE CARGA. ............................................................................................................. 101.4.20 FACTOR DE DIVERSIDAD.................................................................................................... 101.4.21 FACTOR DE COINCIDENCIA. .............................................................................................. 111.4.22 EFECTO JOULE....................................................................................................................... 121.4.23 EFECTO CORONA. ................................................................................................................. 121.4.24 POTENCIA POR EFECTO DE CORRIENTES DE FOUCAULT E HISTRESIS. .............. 131.4.25 SISTEMA RADIAL .................................................................................................................. 131.4.26 SISTEMA EN ANILLO. ........................................................................................................... 131.4.27 SISTEMA MALLADO. ............................................................................................................ 14
1.5 PRDIDAS DE ENERGA EN LOS SISTEMAS ELCTRICOS. .............................................. 151.5.1 CLASIFICACIN DE LAS PRDIDAS DE ENERGA......................................................... 151.5.2 PRDIDAS DE ENERGA EN LOS SUBSISTEMAS ELCTRICOS. .................................. 19
1.6 FLUJO DE CARGA EN LOS SISTEMAS ELCTRICOS. ........................................................ 231.6.1 FLUJOS DE CARGA EN UN SISTEMA DE POTENCIA. .................................................... 231.6.2 FLUJO DE CARGA EN UN SISTEMA DE DISTRIBUCIN. .............................................. 24
1.7 VOLTAJE EN LOS SISTEMA ELCTRICOS ............................................................................ 251.7.1 REGULACIN DE VOLTAJE. ............................................................................................... 251.7.2 CADA DE VOLTAJE EN UNA LNEA DE DISTRIBUCIN.............................................. 261.7.3 PERFILES DE VOLTAJE ........................................................................................................ 261.7.4 NIVELES DE VOLTAJE PERMISIBLE.................................................................................. 28
-
vi
1.8 FACTOR DE POTENCIA EN LOS SISTEMAS ELCTRICOS................................................. 301.8.1 CONSECUENCIAS DEL BAJO FACTOR DE POTENCIA................................................... 31
1.9 CARGABILIDAD EN LOS TRANSFORMADORES. ................................................................ 321.9.1 MODELO BASADO EN LOS LMITES ECONMICOS DE CARGABILIDAD................. 33
1.10 CARGABILIDAD EN CONDUCTORES. ................................................................................... 341.10.2 TIPOS DE CONDUCTORES. .................................................................................................. 38
1.11 ESTIMACIN DE LAS PRDIDAS DE ENERGA EN LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCIN......................................................................................................................................... 40
1.11.1 METODOLOGA UTILIZADA EN LA ESTIMACIN DE PRDIDAS TCNICAS .......... 401.11.2 MEDIOS UTILIZADOS EN LA ESTIMACIN DE PRDIDAS TCNICAS. ..................... 431.11.3 SISTEMTICA A SEGUIR PARA EVALUAR LAS PRDIDAS EN LOS ALIMENTADORES PRIMARIOS. ....................................................................................................... 441.11.4 SISTEMTICA A SEGUIR PARA EVALUAR LAS PRDIDAS EN LOS TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIN. .................................................................................... 45
CAPITULO 2. ................................................................................................................................................. 48
SISTEMA ELCTRICO DE LA EMPRESA ELCTRICA EMELNORTE S.A. ......................................... 48
2.1 DESCRIPCIN DEL SISTEMA ELCTRICO DE LA EMPRESA. ........................................... 482.1.1 AREA DE CONCESIN. ......................................................................................................... 482.1.2 GENERACIN. ........................................................................................................................ 492.1.3 INTERCONEXIN DE EMELNORTE S.A. CON EL SNI..................................................... 502.1.4 LINEAS DE SUBTRANSMISIN Y DISTRIBUCIN.......................................................... 512.1.5 CAPACIDAD DE SUBESTACIONES..................................................................................... 532.1.6 ENFOQUE GLOBAL DE ENERGA....................................................................................... 54
2.2 DESCRIPCIN DE LA SUBESTACION OTAVALO. .............................................................. 552.2.1 DESCRIPCIN DE LA S/E OTAVALO ................................................................................. 552.2.2 DESCRIPCIN DE LOS ALIMENTADORES. ...................................................................... 57
2.3 CLCULO DE LOS PARMETROS ELCTRICOS DE LA SUBESTACIN OTAVALO. ... 592.3.1 DEMANDA EN LA SUBESTACIN OTAVALO.................................................................. 592.3.2 DEMANDA PROMEDIO EN LA SUBESTACIN OTAVALO............................................ 612.3.3 FACTOR DE POTENCIA EN LA SUBESTACIN OTAVALO. .......................................... 622.3.4 FACTOR DE CARGA EN LA SUBESTACIN OTAVALO ................................................. 622.3.5 CAPACIDAD INSTALADA Y FACTOR DE UTILIZACIN EN LA SUBESTACIN OTAVALO.............................................................................................................................................. 63
CAPITULO 3. ................................................................................................................................................. 65
DETERMINACIN DE LAS PRDIDAS Y PARAMETROS DE OPERACIN DEL ALIMENTADOR N
2 DE LA SUBESTACIN OTAVALO.......................................................................................................... 65
3.1 JUSTIFICATIVO DE LA SELECCIN DEL ALIMENTADOR ................................................ 653.2 ETAPAS DEL LEVANTAMIENTO DE LA INFORMACIN.................................................. 66
3.2.1 LEVANTAMIENTO DE INFORMACIN DE LA SUBESTACIN.................................... 673.2.2 LEVANTAMIENTO DE INFORMACIN DEL TRONCAL PRINCIPAL........................... 693.2.3 LEVANTAMIENTO DE INFORMACIN EN TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIN..................................................................................................................................... 74
3.3 DEMANDA, ENERGA Y CLCULO DE PARMETROS ELCTRICOS DEL ALIMENTADOR........................................................................................................................................ 76
3.3.1 REGISTROS DE DEMANDA.................................................................................................. 763.3.2 CURVA DE DEMANDA.......................................................................................................... 773.3.3 ENERGA SUMINISTRADA................................................................................................... 793.3.4 ENERGA REGISTRADA. ...................................................................................................... 793.3.5 BALANCE INICIAL DE ENERGA........................................................................................ 823.3.6 CLCULO DE PARMETROS ELCTRICOS. ................................................................... 83
3.4 MODELACIN DIGITAL............................................................................................................ 843.4.1 PROGRAMA ANALIZADOR DE REDES SPARD MP DISTRIBUTION. ........................... 843.4.2 MODELACIN DEL ALIMENTADOR PRIMARIO EN SPARD MP DISTRIBUTION...... 863.4.3 CONFIGURACIN Y SIMULACION DE LA RED DE MEDIO VOLTAJE. ....................... 893.4.4 REPORTES DE LA MODELACIN DEL ALIMENTADOR PRIMARIO............................ 95
3.5 ESTIMACIN DE PRDIDAS TCNICAS DEL ALIMENTADOR PRIMARIO No2 DE LA S/E OTAVALO.......................................................................................................................................... 97
-
vii
3.5.1 CALCULO DE PRDIDAS RESISTIVAS .............................................................................. 973.5.2 CLCULO DE PRDIDAS DE ENERGA............................................................................. 993.5.3 CLCULO DEL FACTOR DE PRDIDAS. ........................................................................... 99
3.6 ESTIMACION DE PRDIDAS EN TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIN. .............. 1003.6.1 PRDIDAS DE POTENCIA Y ENERGIA EN VACO EN TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIN................................................................................................................................... 1003.6.2 PRDIDAS DE POTENCIA Y ENERGIA EN EL COBRE EN TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIN................................................................................................................................... 102
3.7 BALANCE DE ENERGA POR COMPONENTE. .................................................................... 1043.8 PARAMETROS DE OPERACION DEL ALIMENTADOR PRIMARIO No2 DE LA S/E OTAVALO................................................................................................................................................ 105
3.8.1 REGULACIN Y CADA DE VOLTAJE EN EL ALIMENTADOR PRIMARIO. ............. 1063.8.2 PERFIL DE VOLTAJE A DEMANDA MXIMA. ............................................................... 1063.8.3 DESBALANCE DE CARGA DEL ALIMENTADOR PRIMARIO. ..................................... 1073.8.4 FACTOR DE POTENCIA EN EL ALIMENTADOR PRIMARIO........................................ 1083.8.5 CARGABILIDAD EN CONDUCTORES DEL ALIMENTADOR PRIMARIO. .................. 1093.8.6 CARGABILIDAD EN TRANSFORMADORES DEL ALIMENTADOR PRIMARIO. ....... 113
3.9 ANLISIS GENERAL DE LOS RESULTADOS DEL ALIMENTADOR PRIMARIO NO2 DE LA S/E OTAVALO................................................................................................................................. 119
CAPITULO 4. ............................................................................................................................................... 121
ALTERNATIVAS PARA REDUCIR LAS PRDIDAS TCNICAS Y MEJORA DE LOS PARMETROS
DE OPERACIN.......................................................................................................................................... 121
4.1 FACTORES QUE INFLUYE EN LAS PRDIDAS Y OPERACIN DEL SISTEMA. ........... 1214.2 METODOLOGAS DE REDUCCIN. ...................................................................................... 123
4.2.1 DESCRIPCIN DE MEDIDAS CORRECTIVAS ................................................................. 1244.3 RECONFIGURACIN DE ALIMENTADORES. ..................................................................... 127
4.3.1 TRANSFERENCIA DE CARGA. .......................................................................................... 1284.3.2 UBICACIN DE BANCO DE CAPACITORES ................................................................... 1354.3.3 REEMPLAZO O AADIR OTRO CONDUCTOR ............................................................... 143
4.4 RESULTADOS GENERALES TCNICOS PARA EL ALIMENTADOR NO2 DE LA SUBESTACIN OTAVALO................................................................................................................ 1494.5 ANLISIS ECONMICO DEL ESTUDIO............................................................................... 150
4.5.1 ANLISIS DE FACTORES ECONMICOS DE UNA TRANSFERENCIA DE CARGA.. 1534.5.2 ANLISIS DE FACTORES ECONMICOS DE UNA UBICACIN DE CAPACITORES.
1574.5.3 ANLISIS DE FACTORES ECONMICOS DE AADIR OTRO CONDUCTOR. ........... 161
4.6 RESULTADOS ECONOMICO GENERAL PARA EL ALIMENTADOR NO2 DE LA SUBESTACIN OTAVALO................................................................................................................ 164
CAPITULO 5. ............................................................................................................................................... 166
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................................................ 166
5.1 CONCLUSIONES ....................................................................................................................... 1665.2 RECOMENDACIONES.............................................................................................................. 169
REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS .......................................................................................................... 171
LISTADO DE ANEXOS .............................................................................................................................. 172
-
viii
RESUMEN
El presente proyecto contempla el anlisis de la operacin del alimentador
primario No 2, de la subestacin Otavalo, ubicada en el rea de concesin de la
Empresa Elctrica EMELNORTE S.A., que incluye prdidas tcnicas, perfil de
voltaje, factor de potencia, cargabilidad de conductores y transformadores, para
luego dar una adecuada solucin a los problemas de calidad del servicio elctrico.
Para realizar la tarea propuesta se modela la red primaria, para ello se utiliza la
informacin de potencia a diferentes condiciones de demanda obtenida del
medidor ION-8500 ubicado en la cabecera del alimentador y la informacin geo
referenciada obtenida de la base de datos del departamento tcnico de la
empresa, la misma que se verifica de acuerdo al levantamiento de informacin en
campo, esta es migrada al paquete computacional Spard mp Distribution, la cual
permite realizar la modelacin digital de la red primaria definiendo el
comportamiento del alimentador, esto es las prdidas de potencia para la
demanda asignada y los parmetros de operacin del primario.
Para establecer las prdidas de energa se utiliz la metodologa propuesta por el
artculo tcnico: Poveda, Mentor, A New Method to Calculate Power Distribution
Losses in an Environment of High Unregistered Loads, IEEE Transmisin and
Distribution Conference, New Orleans, 1999. El cual establece la determinacin
de prdidas de potencia en cada intervalo de demanda de todo el perodo
considerado y de ah se calculan las prdidas en energa.
Los resultados reflejan un ndice del 3,23 % de prdidas de energa, una cada
mxima de voltaje de 5,53% y una cargabilidad en los conductores del 96,63%.
ndices que permitirn efectuar el seguimiento de las acciones que se realicen con
la finalidad de reducir las prdidas en la utilizacin de energa y mejorar los
parmetros de operacin.
-
ix
En la evaluacin tcnica econmica se propone un conjunto de medidas
correctivas entre las cuales se hace mencin a la transferencia de carga,
ubicacin de capacitores y cambio de conductor las cuales permiten la reduccin
de prdidas tcnicas y mejorar los parmetros de operacin, adems se
considera los ndices de toma de decisiones como valor presente, valor presente
neto, tasa de retorno, y beneficio costo para determinar la factibilidad del mismo.
Finalmente se presentan las principales conclusiones y recomendaciones del
estudio realizado, que contribuir a mejorar la situacin actual del alimentador
primario de la subestacin Otavalo.
-
xPRESENTACIN
El presente proyecto de titulacin se enfoca en la determinacin de las prdidas
de energa adems del anlisis de los parmetros de operacin del alimentador
primario No2 de la subestacin Otavalo perteneciente a la Empresa Elctrica
EMELNORTE S.A.
Para la modelacin de la red primaria se utiliza el software Spard mp Distribution,
que sirve para determinar las prdidas de potencia en base a corridas de flujo
para demanda mxima y a travs de la modelacin del sistema primario de
distribucin se obtienen diferentes parmetros elctricos como es el perfil de
voltaje, factor de potencia y cargabilidad de los conductores
De la evaluacin del estado actual del alimentador primario en estudio se procede
a realizar cambios para su mejor funcionamiento mediante medidas correctivas
como transferencia de carga, ubicacin de capacitores, cambio de calibre en
zonas con sobrecarga, entre otras; se realiza una simulacin del comportamiento
de la red tomando en consideracin las mejoras realizadas junto a una evaluacin
tcnica econmica del sistema propuesto.
-
1CAPITULO 1.
FUNDAMENTOS TERICOS Y METODOLOGA PARA LA DETERMINACIN DE PRDIDAS TCNICAS.
1.1 INTRODUCCIN.
Las prdidas de potencia y energa siempre han sido un problema que todas las
empresas distribuidoras han posedo, principalmente por una deficiente
planificacin de los subsistemas de distribucin, ante lo cual surge la necesidad
de iniciar estudios que vayan encaminados a reducir las prdidas
Con el programa de reduccin de prdidas, emprendido por la empresa elctrica
de distribucin EMELNORTE S.A., se ha visto en la necesidad de realizar un
estudio global que contemple las prdidas tcnicas, perfil de voltaje, factor de
potencia y la ptima cargabilidad de conductores y transformadores de
distribucin, para ello se hace necesario el anlisis de sus alimentadores
primarios, mediante programas informticos de anlisis tcnico, con la finalidad de
optimizar la operacin y planificacin del sistemas elctrico de distribucin y a su
vez proveer de soluciones que permitir un rendimiento ptimo ya sea a corto o
mediano plazo.
En los Sistemas Elctricos de Distribucin la reconfiguracin y optimizacin de
alimentadores primarios permite minimizar las prdidas, mejorar los niveles de
voltaje y equilibrar la carga de la red, utilizando para ello mtodos como la
ubicacin de banco de capacitores, balanceo de carga, transferencia de carga,
remplazo de conductor, logrando una significativa mejora en la confiabilidad,
eficiencia y calidad de la energa elctrica que se entrega a los usuarios.
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21.2 OBJETIVOS.
1.2.1 OBJETIVO GENERAL.
El objetivo de este trabajo es realizar un estudio tcnico del alimentador
primario N 2 de la Subestacin Otavalo, perteneciente a la Empresa Elctrica
de Distribucin EMELNORTE S.A. en base a la utilizacin del paquete
computacional SPARD mp Distribution, determinar las prdidas de energa, los
parmetros de operacin, y como resultado del estudio, dar las soluciones que
permita reducir las prdidas tcnicas y mejorar la operacin del alimentador,
considerando aspectos tcnicos econmicos.
1.2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS.
I. Obtener la informacin requerida para realizar el estudio tcnico del
alimentador N2 de la S/E Otavalo. Y parte de esta informacin se
obtendr con la ayuda del equipo de medicin ION-8500.
II. Determinar las prdidas tanto de potencia como de energa con la ayuda
del paquete computacional SPARD mp Distribution.
III. Determinar el perfil de voltaje, factor de potencia, cargabilidad de los
conductores y transformadores de distribucin, a travs del programa
SPARD mp Distribution.
IV. Realizar un anlisis de las prdidas tcnicas, perfil de voltaje, factor de
potencia, cargabilidad de los conductores y transformadores de
distribucin, obtenidas en el alimentador en consideracin.
V. Trazar alternativas para la reduccin de las prdidas tcnicas,
mejoramiento del nivel de voltaje, factor de potencia y su ptima
cargabilidad tanto de los conductores como de los transformadores de
distribucin, considerando aspectos tcnicos econmicos.
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31.3 ALCANCE.
Para cumplir con el objetivo de este trabajo se efectuar lo siguiente:
Se obtendr la informacin tcnica necesaria del alimentador en estudio, tanto
en el Departamento de Inventarios y Avalos como en la Unidad de Control de
Prdidas, con lo cual se realizar la verificacin y actualizacin de los datos a
travs de un trabajo de campo especifico, con la informacin recopilada se
emplear el programa Spard mp Distribution, de esta manera se determinar
las Prdidas tcnicas y los parmetros de operacin del alimentador como son
nivel de voltaje, factor de potencia, cargabilidad de los conductores y
transformadores.
Se determinar soluciones y recomendaciones orientadas tanto a la
disminucin de las prdidas tcnicas as como mejoramiento de los parmetros
elctrico, tomando en cuenta aspectos tcnicos y econmicos.
1.4 TERMINOLOGA ASOCIADA.1
A continuacin se presentan la definicin y conceptos de algunos trminos
tcnicos que ayudarn a la realizacin del presente estudio, con el fin de
entender de mejor manera la realizacin del mismo.
1.4.1 EMPRESA DISTRIBUIDORA.
Es la que tiene la obligacin de prestar el suministro de energa elctrica a los
consumidores finales ubicados dentro del rea respecto de la cual goza de
exclusividad regulada.
POVEDA Mentor, Planificacin de Sistemas de Distribucin, Publicacin EPN, 1987, Quito Ecuador.CONELEC, Regulacin No. 004/01, Calidad del Servicio Elctrico de DistribucinPOVEDA Mentor, Ingeniera de Distribucin Elctrica, Quito, Abril 2004.
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41.4.2 SUBESTACIN DE DISTRIBUCIN.
Lugar donde se transforma el voltaje de subtransmisin al de distribucin
primaria.
1.4.3 ALIMENTADOR PRIMARIO.
Son los encargados de llevar la energa elctrica desde las subestaciones de
distribucin hasta los transformadores de distribucin. Los conductores van
soportados en poste cuando se trata de instalaciones areas y en ductos o
directamente enterrados cuando se trata de instalaciones subterrneas.
Los componentes de un alimentador primario son: Troncal y Ramal.
Troncal, es el tramo de mayor capacidad del alimentador que transmite la
energa elctrica desde la subestacin de distribucin a los ramales.
Ramal, es la parte del alimentador primario energizado a travs de un troncal,
en el cual van conectados los transformadores de distribucin y servicios
particulares suministrados en medio voltaje. Normalmente son de calibre menor
al troncal.
1.4.4 TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIN.
Los transformadores de distribucin son los equipos encargados de cambiar el
voltaje primario a un valor menor de tal manera que el usuario pueda utilizarla
sin necesidad de equipos e instalaciones costosas y peligrosas. En si el
transformador de distribucin es la unin entre los alimentadores primarios y
los alimentadores secundarios.
1.4.5 CIRCUITOS SECUNDARIOS
Los alimentadores secundarios distribuyen la energa desde los
transformadores de distribucin hasta las acometidas a los usuarios.
-
51.4.6 ACOMETIDAS.
Las acometidas son las partes que ligan al sistema de distribucin de la
empresa suministradora con las instalaciones del usuario.
Las acometidas se pueden proporcionar al voltaje primario (medio voltaje) o el
voltaje secundario (bajo voltaje), esto depende de la magnitud de la carga que
el usuario requiera ante la empresa suministradora.
1.4.7 MEDICION.
La medicin puede ser en medio voltaje o en bajo voltaje dependiendo del tipo
de acometida de servicio que requiera el usuario.
1.4.8 ENERGA ELCTRICA.
Se define como la integral de la potencia instantnea, en un intervalo de
tiempo. La energa elctrica se mide en joule (J), sin embargo en el campo de
la electricidad se utiliza los kWh. La cuantificacin se efecta mediante los
contadores de energa. Por lo tanto la energa se puede calcular mediante la
siguiente expresin:
!"
#t
dtpEnergia0
(EC.1.1)
Donde:
Energia Energa elctrica [kWh]
p Potencia elctrica instantnea [kW]
t Intervalo de tiempo [h]
-
61.4.9 CONSUMO DE ENERGA
Energa elctrica utilizada por toda o por una parte de una instalacin durante
un perodo determinado.
1.4.10 BALANCE DE ENERGA
Es el punto de partida para proceder a evaluar las prdidas en cualquier punto
del sistema, es la diferencia entre la energa suministrada y la energa
facturada o registrada.
RSTL EEE $# (EC.1.2)
Donde:
TLE Prdidas de Energa [kWh]
Es Energa Suministrada [kWh]
RE Energa Registrada [kWh]
1.4.11 CARGA INSTALADA.
Es la sumatoria de las potencias nominales de todos los aparatos y equipos
que se encuentran conectados a un sistema elctrico sea que estn en
operacin no, o que potencialmente puedan conectarse al sistema. Se
expresa en kVA, kW.
1.4.12 CURVA DE CARGA.
Es la representacin grfica de la variacin de las demandas en un periodo de
tiempo determinado (da, mes, ao).
-
71.4.13 DEMANDA.
Es la potencia requerida por un sistema o parte de l, promediada en un
intervalo previamente establecido, Los intervalos de demanda normalmente
empleados son 15, 30 y 60 minutos. De ellos el ms usual es de 15 minutos. La
demanda se expresa en kilovatio.
][][
][kW
h
kWh
t
EnergiaD ##
"# (EC.1.3)
Donde:
D Demanda [kW]
Energia Energa suministrada [kWh]
t" Intervalo de demanda [h]
1.4.14 DEMANDA MXIMA.
Es la mayor demanda ocurrida en un sistema, durante un periodo especfico de
tiempo. Incluye la potencia de carga y las prdidas.
1.4.15 DEMANDA PROMEDIO.
Es la demanda constante en un periodo de tiempo determinado y est dado
por:
T
EnergiaDPROMEDIO # (EC.1.4)
Donde:
PROMEDIOD Demanda promedio [kW]
Energia Energa suministrada [kWh]
T Tiempo del periodo [h]
-
81.4.16 FACTOR DE PRDIDAS.
Es la relacin entre la demanda de prdidas promedio durante un periodo y las
prdidas resistivas de potencia a demanda mxima del mismo sistema.
maxmax * $
$
$
##RL
promedioRL
RL
PERDIDASPERDIDAS
D
D
TD
EF (EC.1.5)
Donde:
PERDIDASF Factor de prdidas
PERDIDASE Energa perdida durante un periodo [kWh]
max$RLD Prdidas resistivas de potencia a demanda mxima [kW]
promedioRLD $ Prdidas resistivas de potencia promedio [kW]
T Tiempo del periodo [h]
El factor de prdidas es el porcentaje de tiempo que requiere el valor pico de
una carga para producir las mismas prdidas que las producidas por la carga
real en un periodo dado.
1.4.17 FACTOR DE DEMANDA.
El factor de demanda en un intervalo dado de un sistema de distribucin o de
una carga, es la relacin entre su demanda mxima en el intervalo considerado
y la carga total instalada. El factor de demanda generalmente es menor que 1 y
ser unitario cuando durante el intervalo dado todas las cargas instaladas
absorban sus potencias nominales.
%#
INSTALADA
MAXIMADEMANDA
Car
DF (EC.1.6)
Donde:
DEMANDAF Factor de demanda
-
9MAXIMAD Demanda mxima del sistema [kW]
INSTALADACar Carga instalada total del sistema [kW]
La carga total instalada es la suma de las potencias de placas de los equipos
instalados en el sistema.
1.4.18 FACTOR DE UTILIZACIN.
El factor de utilizacin de un sistema de distribucin es la relacin entre
demanda mxima y la capacidad nominal del sistema de distribucin que lo
suministra.
El factor de utilizacin es adimensional, por tanto la demanda mxima y la
capacidad del sistema de distribucin se debern expresar en las mismas
unidades. Se puede decir entonces que mientras el factor de demanda expresa
el porcentaje de potencia instalada que sta siendo alimentada, el de utilizacin
establece qu porcentaje de la capacidad del sistema de distribucin est
siendo utilizando durante el pico de carga.
INSTALADA
MAXIMANUTILIZACIO
Cap
DF #
(EC.1.7)
Donde:
NUTILIZACIOF Factor de Utilizacin
MAXIMAD Demanda mxima del sistema [kW]
INSTALADACap Capacidad instalada del sistema o del elemento [kW]
La capacidad instalada se refiere a la potencia nominal del equipo de
suministro o del sistema elctrico que alimenta a la carga.
-
10
1.4.19 FACTOR DE CARGA.
Es la relacin entre la demanda promedio de un periodo establecido y la
demanda mxima que se observa en el mismo periodo.
El factor de carga indica el aprovechamiento de la potencia instalada para
satisfacer la demanda; as un factor de carga indica picos de demanda
excesivamente grandes frente a una demanda promedio que podra ser
atendido con equipos de capacidades menores.
MAXIMA
PROMEDIOCARGA
D
DF # (EC.1.8)
Donde:
CARGAF Factor de Carga
PROMEDIOD Demanda promedio [kW]
MAXIMAD Demanda mxima del sistema [kW]
Para una carga dada, excepto una en que el ciclo de carga este compuesto de
ciclos idnticos, un perodo mayor dar un factor de carga ms pequeo, dado
que el consumo de energa se distribuye en un tiempo mayor, el factor de carga
anual influido por las estaciones del ao ser considerablemente menor que el
de un factor de carga diario o semanal, asimismo, el factor de carga semanal
ser menor que un factor de carga diario.
1.4.20 FACTOR DE DIVERSIDAD
Es la relacin entre la suma de las demandas mximas individuales entre la
demanda mxima del grupo de cargas.
El factor de diversidad se puede referir a dos o ms cargas separadas o se
pueden incluir todas las cargas de cualquier parte de un sistema de elctrico o
-
11
de un sistema de distribucin, esto se puede expresar matemticamente como
sigue:
MAXIMA
ESINDIVIDUAL
DIVERSIDADD
DF
%# (EC.1.9)
Donde:
DIVERSIDADF Factor de Diversidad
ESINDIVIDUALD Demanda individual del conjunto de cargas [kW]
MAXIMAD Demanda mxima del conjunto de cargas [kW]
Por regla general, la demanda mxima de un conjunto de cargas es menor que
la suma de las demandas mximas individuales. En la mayora de los casos el
factor de diversidad es mayor que la unidad.
1.4.21 FACTOR DE COINCIDENCIA.
El factor de coincidencia puede considerarse como el porcentaje promedio de
la demanda mxima individual de un grupo que es coincidente en el momento
de la demanda mxima del grupo. El cual trata de reflejar la coincidencia de las
cargas.
% $#
individualMAXIMA
MAXIMA
IACOINCIDENCD
DF
(EC.1.10)
Donde:
IACOINCIDENCF Factor de Coincidencia
MAXIMAD Demanda mxima del sistema [kW]
individualMAXIMAD $ Demanda mxima individual [kW]
Mientras ms grande, el conjunto de cargas debera ser ms coincidente, es
menor o igual a 1.
-
12
Por otra parte, el factor de coincidencia decrece rpidamente en un principio y
con ms lentitud a medida que el nmero de consumidores se incrementa.
En la Tabla siguiente, se muestran los distintos valores de factores de
coincidencia en funcin del nmero de consumidores, cabe sealar que estos
valores dependen del tipo de carga.
Tabla 1.1: Valores del factor de coincidencia respecto al nmero de
consumidores.
NMERO DE CONSUMIDORES FACTOR DE COINCIDENCIA
1 a 4 1,00
5 a 9 0,78
10 a 14 0,6315 a 19 0,53
20 a 24 0,4925 o MAS 0,40
La diversidad entre las cargas individuales o grupos separados tiende a
incrementarse si las caractersticas de la carga difieren, de tal manera que si un
grupo de cargas individuales tienen normalmente su demanda mxima por la
tarde como las cargas residenciales y se combina con un grupo formado por
cargas individuales que normalmente tienen sus demandas mximas en la
maana como en pequeas o medianas industrias, el factor de diversidad ser
mayor que si todas las cargas tuvieran su mxima demanda en la tarde o todos
sus mximos en las maanas.
1.4.22 EFECTO JOULE.
Disipacin trmica de potencia producida por el paso de una corriente a travs
de un conductor. En transformadores estas prdidas tambin se denominan
prdidas en el cobre.
1.4.23 EFECTO CORONA.
Son las prdidas elctricas producidas por la ionizacin del aire debida al alto
voltaje a la cual est sometido un conductor.
-
13
1.4.24 POTENCIA POR EFECTO DE CORRIENTES DE FOUCAULT E
HISTRESIS.
Potencia disipada en un transformador que se manifiesta en forma de calor,
producido por histresis y el flujo de corrientes parasitas.
1.4.25 SISTEMA RADIAL
Es aquel que tiene un solo paso simultneo para la alimentacin a la carga.
Figura N 1.1: Topologa Radial.
1.4.26 SISTEMA EN ANILLO.
Este es un circuito radial dinmico, el cual posee la capacidad de abrir o cerrar
el circuito en cualquier punto del sistema, con el objeto de llevar a cabo la
transferencia de carga.
-
14
Figura N 1.2: Topologa Anillo
1.4.27 SISTEMA MALLADO.
Es aquel que tiene ms de un paso simultneo para la alimentacin a la carga.
Si el sistema es diseado con la suficiente capacidad y proteccin, puede
proveer de excelentes niveles de integridad al usuario.
Figura N 1.3: Topologa en Malla.
-
15
1.5 PRDIDAS DE ENERGA EN LOS SISTEMAS ELCTRICOS.
En todos los sistemas elctricos, un elemento presente son las prdidas de
potencia y energa sin embargo, el clculo de las mismas, en los sistemas de
elctricos es una tarea que por lo general debe recibir la atencin apropiada.
Es un hecho que la estimacin de las prdidas es uno de los primeros pasos
de cualquier esfuerzo destinado a mejorar la eficiencia de una empresa de
suministro elctrico.
1.5.1 CLASIFICACIN DE LAS PRDIDAS DE ENERGA.
El nivel de las prdidas de energa es uno de los indicadores de la gestin
tcnico-administrativa de la Empresa. Por lo que es de suma importancia
conocer y evaluar la incidencia de las mismas. Existen dos tipos de prdidas en
los sistemas elctricos y estas prdidas se clasifican en: Tcnicas y no
Tcnicas.
1.5.1.1 Prdidas Tcnicas. 2
Es el conjunto de las Prdidas elctricas de un sistema debidas a fenmenos
fsicos.
Las prdidas tcnicas constituyen la energa que se disipa y que no puede ser
aprovechada de otra manera pero que puede ser reducida. Estas son
inevitables y es por ello que se encuentran presentes en todos los sistemas
elctricos de potencia.
Las Prdidas tcnicas se pueden clasificar segn la funcin del componente:
prdidas por transporte y prdidas por transformacin; y segn la causa que las
origina: perdida por efecto joule, prdidas por efecto corona y prdidas por
corrientes parasitas e histresis.
2 OLADE, Manual Latinoamericano y del Caribe para el Control de Prdidas Elctricas, volumen 1, Diciembre de 1993.
-
16
1.5.1.1.1 Prdidas asociadas con la variacin de la demanda (prdidas en carga).
Estas prdidas se encuentran relacionadas con las corrientes que circulan por
los elementos del sistema llamado tambin Efecto Joule.
Cada uno de los componentes del sistema tiene asociada una resistencia al
tipo de material y a sus caractersticas tcnicas. En forma general, las prdidas
estn relacionadas a la corriente y resistencia mediante la siguiente expresin:
RIPL *2# (EC.1.11)
Donde:
LP Prdidas en el elemento del sistema [W]
I Corriente que circula por el elemento [A]
R Resistencia del elemento [!"
Donde, I depende de la demanda del sistema y R de la conductividad del
material, la configuracin tcnica del sistema y la distancia entre los puntos de
entrega y recepcin de energa.
Como muestra la ecuacin, las prdidas tcnicas crecen proporcionalmente
con el cuadrado de la corriente en funcin de la demanda y son directamente
proporcionales a la resistencia del medio material a travs del cual se conduce
la energa.
1.5.1.1.2 Prdidas cuyo valor es aproximadamente independiente de la carga del
sistema.
Tambin se les conoce como prdidas en vaco, se presentan por el solo
hecho de energizar el elemento en el cual se produce, sin importar que la carga
sea nula.
-
17
Este tipo de prdidas depende principalmente de la variacin del voltaje mas no
de la variacin de la demanda, y se presentan normalmente en los
transformadores y mquinas elctricas, esto es debido a las corrientes de
Foucault y ciclos de histresis producidos por las corrientes de excitacin,
tambin se incluyen las prdidas en las lneas debido al efecto corona.
Debido a que los sistemas elctricos funcionan con fluctuaciones de voltaje,
relativamente pequeas, es frecuente considerar las prdidas de vaco como
un valor constante.
1.5.1.2 Prdidas no Tcnicas. 3
Las Prdidas no tcnicas son las calculadas como la diferencia entre las
prdidas totales de un sistema elctrico y las Prdidas tcnicas estimadas para
el mismo y se pueden clasificar por:
1.5.1.2.1 Causas que las produce.
Las causas que ms afectan a las prdidas no tcnicas son las siguientes:
I. Fraude o Hurto: Comprende todos los casos en los cuales el usuario,
siendo un suscriptor de la empresa distribuidora, altera el equipo de
medicin o toma directamente la energa.
II. Error en la contabilizacin de energa: Comprende todos aquellos
errores de medicin, lectura y facturacin de usuarios excluyendo los
casos de adulteracin de los equipos de medicin. En errores en
facturacin por contabilizacin de energa se refiere a los errores
humanos de los digitadores al ingresar una lectura, no al proceso de
facturacin.
3 OLADE, Manual Latinoamericano y del Caribe para el Control de Prdidas Elctricas, volumen 1, Diciembre de 1993.
-
18
III. Error en consumo estimado: Corresponde a todos aquellos usuarios
que por cualquier motivo se facturan por una estimacin de su consumo.
Incluye en este error adems los casos de clientes temporales a los
cuales la Empresa decide no instalar por algn motivo un medidor.
IV. Consumo de usuarios no registrados (contrabando): Comprende la
conexin directa de usuarios del servicio a una red sin haber suscrito un
contrato o acuerdo con la empresa. En este grupo se incluyen tambin
aquellos usuarios que habiendo tenido un contrato con la empresa son
desconectados de la red y se vuelven a conectar a esta sin autorizacin.
1.5.1.2.2 Relacin con las Actividades Administrativas y Comerciales.
El proceso administrativo que la empresa efecta sobre la energa distribuida
puede dividirse en cuatro sub procesos:
I. Toma de lecturas: Es un procedimiento por medio del cual la empresa
de electricidad obtiene un valor estimado de la energa entregada a cada
usuario durante un periodo determinado de tiempo. Las prdidas que se
producen durante la toma de lecturas incluyen toda la energa
consumida que no queda registrada en los archivos de los usuarios. De
esta energa una parte corresponde a instalaciones con contador y otras
instalaciones que carecen de contador.
II. Facturacin: Una vez que los consumos han sido registrados, se
procede a la facturacin de los usuarios. Para que el proceso sea
completo, es preciso que la informacin acerca de los usuarios sea
completa y exacta; de lo contrario se presentarn errores en la
facturacin, los cuales pueden resultar en energa que no se cobra o en
tarifa incorrecta. La energa correspondiente a esos errores no es
pagada a la empresa, resultando en prdidas.
III. Recaudo: Despus de producidas las facturas para el cobro de la
energa, viene el proceso de recaudo de esos cobros. Solo una parte de
-
19
la energa que se factur llega finalmente a ser recaudada. La energa
que no puede ser recaudada representa una prdida en el proceso de
recaudo.
IV. Contratacin: Cada vez que un usuario se acerca a la empresa a
solicitar un servicio elctrico que esta proporciona, existen varios
factores los cuales inciden para que la instalacin no sea desarrollada
de forma rpida o peor an que no se la realice. Lo que sucede es que
se est dejando que el usuario consuma energa sin poder registrarla.
1.5.2 PRDIDAS DE ENERGA EN LOS SUBSISTEMAS ELCTRICOS.4
Debido a la gran cantidad de elementos que tienen los sistemas, se ha visto en
la necesidad de dividir en subsistemas, como por ejemplo: subsistema de
generacin, subsistema de transmisin y subtransmisin y subsistema de
distribucin.
Figura 1.4: Sistema Elctrico.
4 OLADE, Manual Latinoamericano y del Caribe para el Control de Prdidas Elctricas, volumen 1, Diciembre de 1993.
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20
1.5.2.1 Prdidas en el subsistema de Generacin.
Las Prdidas de energa en el subsistema de generacin se producen por las
corrientes de carga (efecto joule o Prdidas en el cobre) en los devanados de
los generadores y los transformadores y por sus corrientes de excitacin
(Prdidas en el hierro o Prdidas en vaco).
1.5.2.2 Prdidas en los subsistemas de Transmisin y Subtransmisin.
Este subsistema se caracteriza por el flujo de grandes bloques de energa ya
sean importados o exportados, el mismo que est constituido por lneas y
transformadores. Las Prdidas de energa en las lneas se producen por efecto
joule y por efecto corona; las Prdidas en los transformadores se producen
tanto en su ncleo como en sus devanados.
1.5.2.3 Prdidas en el subsistema de Distribucin
Su mayor concentracin es ocasionada por la transmisin de energa elctrica
por medio de conductores, transformadores y otros equipos del sistema de
distribucin. Por lo tanto este subsistema est compuesto bsicamente por los
siguientes elementos:
1.5.2.3.1 Subsistema Primario y Secundario
Los sistemas primarios y secundarios estn compuestos por lneas por los
cuales atraviesa la corriente necesaria para abastecer la demanda de los
usuarios con lo cual se presentan prdidas asociadas principalmente a la
resistencia del conductor.
En estos sistemas las prdidas por efecto corona se deprecian debido a que
estas prdidas son muy pequeas, as mismo ocurre con los valores de
susceptancia que de igual forma se desprecian, con estas simplificaciones el
modelo de la lnea queda simplificado como se presenta en la Figura 1.5
-
21
Figura 1.5: Modelo de una Lnea de Distribucin.
Donde:
Vi Voltaje en el punto i [V]
Vj Voltaje en el punto j [V]
R Resistencia de la lnea [!"
X Reactancia de la lnea [!"
Para el clculo de las prdidas de potencia en una lnea de distribucin se
utiliza la ecuacin: (EC. 1.11)
1.5.2.3.2 Transformador de Subestacin y de distribucin.
El modelo elctrico de los transformadores de subestacin y de distribucin es
para ambos casos el mismo. Las prdidas de potencia en un transformador
estn asociadas principalmente con las prdidas tanto en el cobre como en el
hierro:
i. Prdidas en el cobre: Son producto de la circulacin de corrientes por
los devanados del transformador y son funcin del cuadrado de esta
corriente, las prdidas varan con la demanda, a estas Prdidas tambin
se les conoce con el nombre de Prdidas en el cobre. Para el clculo de
las prdidas de potencia en el cobre se utiliza la ecuacin: (EC. 1.11)
ii. Prdidas asociadas con el hierro: Las prdidas en el ncleo son
producidas por corrientes parasitas que circulan en el ncleo, como
-
22
efecto del flujo remanente, adems son prdidas asociadas al voltaje
aplicado y estn relacionadas con las corrientes de excitacin del
transformador, a estas prdidas tambin se las conoce con el nombre de
Prdidas en el vaco. Los valores de voltaje en los sistemas elctricos
estn cerca de los valores del valor nominal es por eso que estas
prdidas se las toma como constates.
Rm/VePv
L
2# (EC.1.12)
Donde:
v
LP Prdidas en vaco [W]
Ve Voltaje de entrada [V]
Rm Resistencia derivacin [!"#$%&'()%*%('+#,-.*)*%/+#/0#1)/..'2
Figura 1.6: Modelo Elctrico de un Transformador.
Donde:
Ie Corriente de entrada [A]
I Corriente de salida [A]
Ve Voltaje de entrada [V]
Vs Voltaje de salida [V]
R Resistencia serie [!"#$%&'()%*%('+#,-.*)*%/+#/0#('3./2
X Reactancia serie [!"
Rm Resistencia derivacin [!"#$%&'()%*%('+#,-.*)*%/+#/0#1)erro)
Xm Reactancia derivacin [!"
Im Corriente asociada con la excitacin del transformador [A]
-
23
1.6 FLUJO DE CARGA EN LOS SISTEMAS ELCTRICOS. 5
Por un flujo de carga se entiende "la solucin del problema de hallar los flujos
de potencia y prdidas en lneas y transformadores". El clculo de flujo de
carga da como resultado los valores de voltaje, corriente y potencia de un
sistema ya sea ste de transmisin, subtransmisin o distribucin.
En otras palabras, matemticamente hablando, el flujo de carga se puede
definir como: hallar mediante la solucin de un sistema de ecuaciones, los
voltajes y ngulos en los nodos (excepto en la barra Slack) y la generacin que
debe tener el nodo flotante. En este ltimo nodo se da el voltaje y ngulo por
conocidos (nodo de referencia angular). Este permitir determinar el
comportamiento del sistema bajo las condiciones dadas.
1.6.1 FLUJOS DE CARGA EN UN SISTEMA DE POTENCIA. 6
Cuando se estudia Anlisis de Sistemas de Potencia, uno de los problemas
que encara inicialmente el analista es el de los "Flujos de Carga". Para
calcularlos, en forma precisa, se necesita conocer primeramente, en todos los
nodos del sistema, las magnitudes de los voltajes y ngulos correspondientes.
Por esta razn se considera al problema de flujo de carga como la solucin del
sistema de ecuaciones que da como resultado los voltajes nodales (en
magnitud y ngulo).
Como en todo sistema de ecuaciones, en los flujos de carga existen unos
parmetros y datos conocidos y con ellos, mediante Anlisis Numrico, se
calculan las incgnitas: voltajes y ngulos nodales (con ellos conocidos se
calculan en forma explcita los flujos y prdidas en lneas y transformadores).
5 SPARD MP DISTRIBUTION, Gua del Usuario y Manual de Referencia6 SPARD MP DISTRIBUTION, Gua del Usuario y Manual de Referencia
-
24
Los parmetros conocidos en un problema de flujo de carga son las
impedancias de las lneas y transformadores, el tipo de cada nodo, el tap de
cada transformador, etc. Los datos de entrada conocidos son las cargas y
generaciones en los nodos.
1.6.2 FLUJO DE CARGA EN UN SISTEMA DE DISTRIBUCIN. 7
En una red de distribucin radial, el problema de flujo de carga es similar al de
un sistema de potencia. Con la siguientes diferencias diferencias.
I. Por un lado se pueden desarrollar algoritmos ms eficientes que los
convencionalmente utilizados en sistemas de potencia (aunque
tericamente un mtodo como Newton Raphson sirve para sistemas de
distribucin, no es computacionalmente eficiente y puede presentar
problemas de convergencias).
II. Por otro lado, los nodos no son subestaciones donde hay medidas y no
se tienen puntos de generacin sino, un punto de inyeccin de potencia.
Esto se observa mejor mirando la siguiente Figura que representa un
alimentador primario.
Figura N 1.7: Representacin de un Alimentador Primario.
7 SPARD MP DISTRIBUTION, Gua del Usuario y Manual de Referencia
-
25
1.7 VOLTAJE EN LOS SISTEMA ELCTRICOS
El sistema de distribucin est formado por subestaciones de distribucin,
alimentadores primarios, transformadores de distribucin, redes secundarias y
acometidas, todo este conjunto tiene la funcin de distribuir la energa elctrica
hacia el usuario. La energa ser llevada a travs de los conductores ya sean
desnudos o aislados, siendo la caracterstica de ellos la impedancia Z, la que
va a tener efectos principales sobre el voltaje de operacin del sistema
Desde el punto de vista operativo del sistema de distribucin sera perfecto que
el voltaje enviado desde la fuente sea recibido en la carga, pero esto es
imposible debido a que al circular una corriente por un conductor se produce
una cada de voltaje en el mismo, de aqu que siendo los equipos y
electrodomsticos diseados para un voltaje nominal, el voltaje que la Empresa
suministradora de energa entregue debe satisfacer dichos requerimientos o
debe estar entre los rangos tolerables para que dicho equipo funcione.
1.7.1 REGULACIN DE VOLTAJE.
La regulacin de voltaje se calcula como el porcentaje de la cada de voltaje en
una lnea de referencia al voltaje nominal, como se indica en la siguiente
ecuacin:
100Re% &$
#N
RE
V
VVg (EC.1.13)
Donde:
EV Voltaje final de envo
RV Voltaje final de recepcin
NV Voltaje nominal
gRe% Porcentaje de regulacin de voltaje
-
26
Se entiende por regulacin de voltaje a la accin de mantener el voltaje a nivel
de consumo dentro de los lmites permisible con el uso de control de voltaje
localizados estratgicamente dentro del sistema de distribucin.
1.7.2 CADA DE VOLTAJE EN UNA LNEA DE DISTRIBUCIN.
Cuando las caractersticas elctricas de la lnea bajo consideracin han sido
determinadas, la cada en la lnea para una carga de tipo concentrada de factor
de potencia , puede ser calculada de la ecuacin:
)cos( !! senXRIV '(')#" (EC.1.14)
RE VVV $#" (EC.1.15)
Donde:
V" Cada de voltaje [V]
I Corriente que circula por la lnea [A]
EV Voltaje final de envo [V]
RV Voltaje final de recepcin [V]
R Resistencia de la lnea [!"#
X Reactancia de la lnea [!"
1.7.3 PERFILES DE VOLTAJE
Los alimentadores en las zonas rurales difieren de los alimentadores
residenciales en que no existen en gran cantidad circuitos secundarios, ya que
existe mucha distancia entre consumidores, cada usuario tiene su propio
transformador de distribucin, el mismo que usualmente es de pequea
capacidad. Un diagrama unifilar de un tpico alimentador residencial se muestra
en la Figura N 1.8.
-
27
Figura N 1.8: Diagrama unifilar tpico de un alimentador residencial.
En alimentadores rurales por lo general el transformador de distribucin se
ubica en un sitio cntrico de las propiedades y fincas, de all que la cada de
voltaje en las acometidas es mayor que para los usuarios residenciales.
Adems un alimentador rural es de mayor longitud que uno residencial y en
muchos casos se subdivide en tramos monofsicos en distintos sentidos.
Figura N 1.9: Diagrama unifilar tpico de un alimentador rural.
En un alimentador rural podemos obtener un perfil de voltaje a lo largo del
primario, ya que adems de los transformadores que sirven a los usuarios
ubicados en la cercana de l, por lo general existen acometidas laterales de
relativa longitud, monofsicos o trifsicos. La Figura N 1.9 muestra un
alimentador rural tpico y la Figura N 1.10 indica el perfil de voltaje de un
alimentador tpico.
-
28
Figura N 1.10: Perfil de voltaje para un alimentador tpico.
1.7.4 NIVELES DE VOLTAJE PERMISIBLE
Los niveles de voltaje en los sistemas de distribucin de energa elctrica
varan a lo largo de la lnea de transporte, pero stos deben mantenerse dentro
de ciertos lmites permisibles, de tal forma de no causar perjuicios a los
consumidores, ms aun en la actualidad en que ciertos equipos y
electrodomsticos son muy sofisticados y no resisten variaciones bruscas de
voltaje, por lo tanto es de inters para las empresas que manejan los sistemas
elctricos mantener el voltaje en los rangos preestablecidos y de acuerdo a las
normas tcnicas.
De acuerdo con la norma ANSI C84.1 considerando una frecuencia de 60Hz,
los lmites de voltaje admitidas en bajo voltaje nominales de 120 V, 120/240 V y
208/120 V y en el nivel de medio voltaje de 6300 V, 13800Y/7970 V y
22860Y/13200 V, son:
-
29
Tabla 1.2: Lmites de voltajes nominales Norma ANSI C84.1
VOLTAJES DE SERVICIO Y UTILIZACION PARA ZONAS FAVORABLES Y TOLERABLES. NORMAS ANSI C84.1
ZONA FAVORABLE ZONA TOLERABLE
Mximo Mnimo Mximo Mnimo
Volta
jeN
om
ina
ldel
Sis
tem
a
Volta
je d
e
Util
izaci
n
y S
erv
icio
Volta
jede
Serv
icio
Volta
je d
eU
tiliz
aci
n
Volta
je d
eU
tiliz
aci
n
y S
erv
icio
Volta
jede
Serv
icio
Volta
je d
eU
tiliz
aci
n
Dos conductores, una Fase
Bajo Voltaje
120 126 114 110 127 110 106
Lmite 4VK 5.0% -5.0% -8.3% 6.0% -8.3% -11.5%
Tres conductores, una Fase
Bajo Voltaje
120/240 126/252 114/228 110/220 127/254 110/220 106/212
Lmite 45K 5.0% -5.0% -8.3% 6.0% -8.3% -11.5%
Cuatro conductores, tres Fase
Bajo Voltaje
208/120 218/126 197/114 191/110 220/127 191/110 184/106
Lmite 45K 5.0% -5.0% -8.3% 6.0% -8.3% -11.5%
Tres conductores, tres Fases
Medio Voltaje
6300 6615 5900 5670 6678 5765 5575
Lmite 45K 5.0% -5.0% -10.0% 6.0% -8.5% -11.5%
Cuatro conductores, tres Fase
Medio Voltaje
13800Y/7970
14490Y/8370
13460Y/7770
(Nota a)
14520Y/8380
13110Y/7570
(Nota a)Lmite 45K 5.0% -2.5% 6.0% -8,5%
Medio Voltaje
22860Y/13200
24000Y/13860
22290Y/12870
24200Y/13970
21720Y/12540
Lmite 45K 5.0% -2.5% 6.0% -8.5%
Nota a: El equipo de utilizacin generalmente no opera directamente a estos voltajes. Para los
equipos alimentados por medio de transformadores, refirase a los lmites para el voltaje
nominal del sistema a la salida de los transformadores.
Los lmites de variaciones de voltaje admitidas por el CONELEC con respecto
al valor del voltaje nominal se sealan a continuacin:
-
30
Tabla 1.3: Lmites de variacin de voltaje Regulacin 004/01
VARIACIONES DE VOLTAJES PARA SUBETAPA 1 Y SUBETAPA 2 REGULACION 004/001- CONELEC
Subetapa 1 Subetapa 2
Alto Voltaje * 7,0 % * 5,0 %
Medio Voltaje ! 10,0 % ! 8,0 %
Bajo Voltaje. Urbanas * 10,0 % * 8,0 %
Bajo Voltaje. Rurales * 13,0 % * 10,0 %
Al comparar la Tabla 1.2 y 1.3.; la Subetapa 1 es equivalente a la Zona
Favorable y Subetapa 2 es equivalente a la Zona Tolerable, adems se
establece que los valores difieren en gran medida debido a que la norma ANSI
es ms rigurosa respecto a las variaciones de voltaje.
1.8 FACTOR DE POTENCIA EN LOS SISTEMAS ELCTRICOS.
Se define como la relacin de la potencia activa usada en un circuito,
expresada en vatios o kilovatios (kW), a la potencia aparente que se obtiene de
las lneas de alimentacin, expresada en voltio-amperios o kilovoltio-amperios
(kVA).
Figura 1.11: Tringulo de potencias para un sistema senoidalP
S
Q
!W
VAR
-
31
"cos#Fp (EC.1.16)
S
PFp # (EC.1.17)
22 QP
PFp
(# (EC.1.18)
Donde:
Fp Factor de potencia
" Angulo de desfase
P Potencia activa [W]
S Potencia aparente [VA]
Q Potencia reactiva [VAR]
1.8.1 CONSECUENCIAS DEL BAJO FACTOR DE POTENCIA
El factor de potencia tiene valores entre cero y uno, como el factor de potencia
es la relacin entre la potencia que se utiliza para un trabajo til y la potencia
total consumida; sera ideal que el factor de potencia sea igual a la unidad para
una mayor eficiencia y menor cantidad de prdidas.
La unidad en el factor de potencia slo se lo puede tener en cargas puramente
resistivas donde no hay consumo de potencia reactiva, pero en la realidad las
cargas tienen unos comportamientos inductivos que requieren potencia reactiva
por lo que el factor de potencia se aleja de la unidad.
1.8.1.1 Aumento de la cada de voltaje
La cada de voltaje en la impedancia de una lnea o cable se la determina
mediante la ecuacin (EC 1.14) se puede ver claramente que la cada de
voltaje es proporcional a la corriente, a mayor aumento de corriente producir
una mayor cada de voltaje.
-
32
1.8.1.2 Prdidas en transformadores y lneas de distribucin
En una instalacin elctrica mientras se consuma mayor cantidad de energa
reactiva el factor de potencia se deteriora y como la potencia activa es
constante, se necesitara mayor intensidad de corriente para satisfacer esta
demanda. Adems este aumento de la corriente incrementa las prdidas por
calentamiento o efecto Joule que dependen del cuadrado de la corriente por la
resistencia. Este calentamiento tiene efectos perjudiciales en el aislamiento, en
los bobinados de los transformadores y a la larga esto reduce la vida til.
1.8.1.3 Disminucin de potencia activa en los transformadores.
La capacidad de un transformador est determinada por su potencia aparente,
como el voltaje tiene variaciones pequeas su valor se lo puede considerar
constante, el valor de la potencia activa depender de la corriente y por ende
del factor de potencia. Cuando el factor de potencia sea cercano a uno la
potencia aparente del transformador ser la utilizable, es decir, ser potencia
activa. Mientras que para un factor de potencia bajo ser mucho menor la
potencia activa que se consiga del transformador, ya que un buen factor de
potencia libera potencia en un transformador.
1.8.1.4 Recargos econmicos
Debido a todos los efectos negativos que provoca el bajo factor de potencia, las
empresas distribuidoras y el organismo de operacin y control de la energa
han implementado multas para los usuarios y para las empresas elctricas por
el bajo factor de potencia respectivamente.
1.9 CARGABILIDAD EN LOS TRANSFORMADORES8.
La cargabilidad de los transformadores de distribucin est relacionada bajo
dos aspectos, uno desde el punto de vista trmico y otro por lo econmico. El
8 ENRQUEZ HARPER Gilberto, Lneas de Transmisin y Redes de Distribucin de Potencia Elctrica, Volumen 2, Editorial LIMUSA, Mxico 1980
-
33
criterio de cargabilidad trmica est ligado con las caractersticas dielctricas
de los aislantes, prdida de vida til tolerada, etc. EL segundo aspecto est
asociado con parmetros econmicos (inversin y prdidas) que inciden en la
seleccin de los transformadores, dependiendo de la carga a manejar,
aspectos que son tratados ampliamente en modelos de manejo de carga en
transformadores.
1.9.1 MODELO BASADO EN LOS LMITES ECONMICOS DE
CARGABILIDAD.9
Para determinar los lmites econmicos de cargabilidad de los transformadores
de distribucin Monofsicos y Trifsicos se utilizan el siguiente formulismo.
+ ,1000
)( 2fuPcuPfePpo
-(#
(EC.1.19)
+ ,1000
8760)( 2 ---(#
fperfuPcuPfePen (EC.1.20)
CdPpoCpo -# (EC.1.21)
CePenCen -# (EC.1.22)
CtComCtTd
TdCta
n-(-..
/
0112
3
($#
$)1(1 (EC.1.23)
CtaCenCpoCanual ((# (EC.1.24)
Donde:
fu Factor de utilizacin
fper Factor de prdidas
Ppo Prdidas de potencia [kW]
Pen Prdidas de energa [kWh/ao]
Pfe Prdidas en el hierro [W]
Pcu Prdidas en el cobre [W]
Cd Costo de la demanda [US$/kW-ao]
Ce Costo de la energa [US$/kwh] 9 RIOFRIO Carlos, Ingeniera de Distribucin Elctrica, Quito, Junio 2004.
-
34
Cpo Costo de prdidas de potencia [US$/ao]
Cen Costo de prdidas de energa [US$/ao]
Ct Costo total del transformador [US$]
Cta Amortizacin de la inversin + costo de operacin y
mantenimiento.
Com Costo de operacin y mantenimiento [%]
Td Tasa de descuento [%]
n Vida til [aos]
Canual Costo total anual [US$]
1.10 CARGABILIDAD EN CONDUCTORES.10
El dimensionamiento de conductores se realiza en la etapa de diseo y su
control durante el perodo de vida til de los mismos, en estas dos etapas es
importante el considerar sus condiciones de cargabilidad, con el fin de obtener
condiciones adecuadas de operacin dentro de parmetros tcnico econmicos
razonables.
En la etapa de diseo deben considerarse los lmites de cargabilidad
econmicos de las diferentes configuraciones, si estos se presentan como
limitacin previa a las condiciones de regulacin de voltaje, en general, en
alimentadores primarios las limitaciones de regulacin de voltaje son las que
definen las condiciones de carga del mismo. Sin embargo existen tramos de los
troncales y ramales principales en los que la cargabilidad econmica juega un
papel importante en su dimensionamiento.
1.10.1.1 Lmites de cargabilidad econmica en lneas de distribucin
Para determinar los costos operativos anuales (Costos de inversin
anualizados ms costos de prdidas de potencia y energa), se calcula los
intervalos de menor costo anual para cada tipo de conductor, los cuales definen
10 RIOFRIO Carlos, Ingeniera de Distribucin Elctrica, Quito, Junio 2004.
-
35
rangos de operacin econmicos para cada uno de ellos y para las condiciones
de carga y costos dados.
Con las definiciones y formulismo siguientes se obtiene el costo operativo anual
en funcin de la carga dada en amperios.
1000
3 2 RIPpo
--# (EC.1.25)
87601000
3 2--
--# fper
RIPen (EC.1.26)
CdPpoCpo -# (EC.1.27)
CePenCen -# (EC.1.28)
CtComCtTd
TdCta
n-(-..
/
0112
3
($#
$)1(1 (EC.1.29)
CtaCenCpoCanual ((# (EC.1.30)
Donde:
I Corriente de operacin [A]
R Resistencia del conductor por kilmetro [ohmios/km]
fper Factor de prdidas
Ppo Prdidas de potencia [kW]
Pen Prdidas de energa [kWh/ao]
Cd Costo de la demanda [US$/kW-ao]
Ce Costo de la energa [US$/kWh]
Cpo Costo de prdidas de potencia [US$/ao]
Cen Costo de prdidas de energa [US$/ao]
Ct Costo total del conductor [US$]
Cta Amortizacin de la inversin + costo de operacin y
mantenimiento.
Com Costo de operacin y mantenimiento [%]
Td Tasa de descuento [%]
n Vida til [aos]
Canual Costo total anual [US$]
-
36
1.10.1.2 Nivel de carga ptimo en lneas de distribucin.
El nivel de carga ptimo (corriente ptima) en las lneas de distribucin se
determina para la condicin en que se produce el mnimo costo por amperio de
carga.
Para una lnea de longitud L, de una determinada configuracin y calibre de
conductor, se calcula el costo anual equivalente de la misma, considerando los
costos de inversin, mantenimiento y prdidas de potencia y energa en un ao
de operacin, esto es:
CenCpoLCtCanual ((-# (EC.1.31)
Donde:
Canual Costo anual operativo de la lnea [US$]
L Longitud de la Lnea [Km]
Cpo Costo de prdidas por potencia [US$/ao]
Cen Costo de prdidas por energa [US$/ao]
Ct Costo de inversin y mantenimiento de la lnea, equivalente anual
[$/Km]
Remplazando en la ecuacin EC.1.32, las expresiones de costos por prdidas
de potencia y energa se tiene:
2
22
10001000
10001000
ITLRCefperNc
T
CdNcTL
T
CtCanual
CefperTLRINcCdLRINcLCtCanual
----./
012
3 --(-
-(--.
/
012
3#
../
0112
3 ------(../
0112
3 ----(-#
(EC.1.32)
Donde:
I Corriente de operacin [A]
R Resistencia del conductor por kilmetro [ohmios/km]
-
37
fper Factor de prdidas
Cd Costo de la demanda [$/kW-ao]
Ce Costo de la energa [$/KWh]
T Periodo considerado [1 ao = 8760 horas]
Nc Nmero de conductores equivalentes para efectos de clculo de
prdidas (Nc=3 para una lnea trifsica con carga equilibrada)
Simplificando la expresin EC.1.32 se llega a:
2ITLRCeqTLCcondCanual ----(--# (EC.1.33)
Donde:
Ccond Costo equivalente del conductor
Ceq Costo equivalente de prdidas
Dividiendo la expresin EC.1.33 para la corriente se obtiene el costo anual por
amperio transmitido:
ITLRCeqI
TLCondCa
I
CanualCa
----(--
#
#
(EC.1.34)
Para encontrar la corriente ptima de operacin se resuelve la ecuacin que se
obtiene de la derivada parcial de Ca con respecto a la corriente igualada a
cero, esto es, el valor de I que minimiza el costo por amperio transmitido:
RCeq
CcondI
TLRCeqI
TLCond
I
Ca
-#
#---(--
#44
0
(EC.1.35)
-
38
El valor de la corriente de mnimo costo de operacin (cargabilidad ptima)
dado por la expresin EC.1.35 es una caracterstica propia de la configuracin
de la lnea, su conductor y las caractersticas de la carga. La estrategia
operativa sera por lo tanto hacer que las lneas y redes de distribucin operen
cerca de dichas condiciones para lograr el mayor beneficio de la inversin, en
todo caso, debe notarse que el no sobrepasar estos valores de carga producir
menores prdidas y por lo tanto una condicin operativa ms adecuada.
Si bien, lo expresado en los prrafos anteriores y en el formulismo terico
presentado, es general para lneas y redes, su campo de aplicacin se refiere
ms a los troncales y ramales principales de los alimentadores primarios, por
ser estos los que estn sujetos a conducir cargas importantes.
1.10.2 TIPOS DE CONDUCTORES.
Existen diferentes tipos de conductores que son utilizados en el diseo y
construccin de redes de distribucin, a continuacin se presentan los
principales tipos de conductor.
1.10.2.1 Conductores ACSR
Los conductores elctricos ACSR se usan en lneas areas de transmisin y
distribucin de energa elctrica, presentan muy buena carga de rotura,
caracterstica especialmente til para diseo de lneas areas. Con diferentes
cableados de ncleo de acero se pueden obtener diferentes cargas de rotura,
sin sacrificar la capacidad de conduccin de corriente.
1.10.2.2 Conductores AAC
Los conductores AAC o ASC se usan en lneas areas de transmisin y
distribucin de energa elctrica donde no se requiere una carga de rotura tan
alta, especialmente en vanos o tramos cortos. Tambin son utilizados como
neutro portantes para cables de distribucin tipo Mltiplex con fases de
aluminio aisladas y cableadas alrededor del neutro en AAC.
-
39
Tabla 1.4. Caractersticas Tcnicas de los conductores ACSR
CONDUCTORES DE ALUMINIO REFORZADOS CON ACERO A.C.S.RC
alib
re
Secc
in
Form
aci
n
No. d
e h
ilos
por
di
metr
o
AL+
Ace
ro
Di
metr
oE
xterior
Peso
Tota
l
Tensi
n
de
Ruptu
ra
Resi
stenci
aC
.C. a 2
0c
Capaci
dad
de
Corr
iente
AWG o MCM
mm2 mm mm Kg/km Kg.Ohms/km
.AMP.
6 15,46 6x1,68 + 1x1,68 5,04 53,61 530 2,1135 704 24,71 6x2,12 + 1x2,12 6,36 85,31 830 1,3278 95
2 29,22 6x2,67 + 1x2,67 8,01 135,65 1265 0,8530 130
1/0 62,38 6x3,37 + 1x3,37 10,11 215,9 1940 0,5381 1752/0 78,64 6x3,78 + 1x3,78 11,34 272,1 2425 0,4160 205
3/0 99,23 6x4,25 + 1x4,25 12,75 342,9 3030 0,3379 2404/0 125,1 6x4,77 + 1x4,77 14,31 432,5 3820 0,2697 275
Fuente: Cables VIAKON
Tabla 1.5. Caractersticas Tcnicas de los conductores AAC
CONDUCTORES DE ALUMINIO DESNUDO A.S.C - A.A.C.
Calib
re
Secc
in
Form
aci
n
No. d
e h
ilos
por
di
metr
o
Di
metr
oE
xterior
Peso
Tota
l
Tensi
n
de
Ruptu
ra
Resi
stenci
aC
.C. a 2
0c
Capaci
dad
de
Corr
iente
AWG o MCM
mm2 mm mm Kg/km Kg. Ohms/km. AMP.
6 13,3 7 x 1,554 4,65 36,59 265 2,163 103
4 21,15 7 x 1,961 5,89 57,7 415 1,351 1382 33,62 7 x 2,474 7,42 91,8 635 0,854 185
1/0 53,49 7 x 3,119 9,36 146,1 940 0,534 247
2/0 67,43 7 x 3,503 10,55 184,2 1185 0,424 2863/0 85,01 7 x 3,932 11,79 232,2 1435 0,336 331
4/0 107,2 7 x 4,417 13,26 292,3 1810 0,267 383266,8 135,2 7 x 4,958 14,88 372,2 2190 0,212 443
Fuente: ELECTROCABLES
Nota: La capacidad de corriente en amperios es calculada para una temperatura del conductor
de 75 C, temperatura ambiente 25 C, emisividad de 0.5, viento de 0.61 m/seg. y con efecto
del sol (1033 watts/m2).
-
40
1.11 ESTIMACIN DE LAS PRDIDAS DE ENERGA EN LOS
SISTEMAS DE DISTRIBUCIN.
A continuacin se presentan la metodologa y los medios para determinar las
prdidas de potencia y energa.
1.11.1 METODOLOGA UTILIZADA EN LA ESTIMACIN DE PRDIDAS
TCNICAS
Para el anlisis de las prdidas tcnicas en los alimentadores se aplicar la
metodologa propuesta por el artculo tcnico: Poveda, Mentor, A New Method
to Calculate Power Distribution Losses in an Environment of High Unregistered
Loads, IEEE Transmisin and Distribution Conference, New Orleans, 1999.
La metodologa que a continuacin se describe es aplicable a todos los
sistemas en los que se tenga que evaluar prdidas resistivas por efecto Joule,
es decir, en lneas del sistema de transmisin y distribucin, para las prdidas
resistivas en los transformadores, para redes secundarias y acometidas.
Para calcular las prdidas de potencia se obtiene los registros de demanda,
medida al inicio del alimentador de la subestacin, con un mnimo de registro
de una semana, con fecha y hora, para ello se considera la siguiente matriz
+ ,iQiPii DDtdregistro $$# (EC. 1.36)
Donde:
id Fecha del registro de demanda en el instante i
it Hora del registro de demanda en el instante i.
iPD $ Registro de demanda de potencia activa en el instante i.
iQD $ Registro de demanda de potencia reactiva en el instante i.
-
41
Luego se determinan las prdidas resistivas (DRL-i) en cualquier intervalo de
demanda (DRL-i) se calcula en base de la ecuacin I2R obtenidas en base al
flujo de potencia a demanda mxima. De la variacin del cociente cuadrtico
entre la demanda horaria registrada y la demanda mxima, en cada subsistema
se determinan las prdidas resistivas de potencia sobre la base de la siguiente
expresin.
RV
DRID
i
Pi
iiRL -../
0112
3
--#-#$
2
2
cos3 #
De esta se deduce:
RV
D
RV
D
RI
RI
D
D
i
Pi
P
iiRL
RL
-../
0112
3
--
-../
0112
3
--#
-
-#
$
$2
2
max
max
2
2maxmax
cos3
cos3
#
#
max
2
max
max
cos
cos$$ -..
/
0112
3
-
-# RL
iP
PiiRL D
D
DD
#
# (EC.1.37)
Donde:
iRLD $ Prdidas resistivas de potencia en el instante i [kW]
max$RLD Prdidas resistivas de potencia a demanda mxima [kW]
maxcos# Factor de potencia en demanda mxima.
i#cos Factor de potencia en el intervalo i
maxPD Demanda mxima [kW]
PiD Demanda en el instante i [kW]
Los datos necesarios se toman de los registros de los primarios y el dato de
prdidas resistivas a demanda mxima se toma de los flujos de potencia
obtenidos en el programa computacional.
-
42
Una vez obtenidas las prdidas de potencia resistiva se puede obtener las
prdidas de energa correspondientes.
% # $ "-#n
i iRLPERDIDAStDE
1 (EC.1.38)
Donde:
PERDIDASE Prdidas de energa [kWh]
iRLD $ Prdidas resistivas de potencia en el instante i [kW]
t" Intervalo de demanda [h]
El sumatorio de los registros del elemento iPD $ multiplicado por el intervalo de
demanda, se obtiene la energa total suministrada durante el periodo registrado
que de igual forma es La energa medida en la cabecera del alimentador.
% # $ "-#n
i iPStDE
1 (EC.1.39)
Donde:
SE Energa suministrada [kWh]
iPD $ Registro de demanda de potencia activa en el instante i. [kW]
t" Intervalo de demanda [h]
La suma de la energa facturada, energa para alumbrado pblico, y consumo
de equipos pertenecientes a la empresa se la denomina como energa
registrada ER dando como diferencia la prdida total de energa del
alimentador ETL.
RSTL EEE $#
Estas prdidas totales de energa incluyen dos componentes de prdidas en el
sistema que son: las prdidas tcnicas y prdidas no tcnicas, que ser la
informacin inicial para dimensionar el porcentaje de prdidas en el alimentador
en estudio.
-
43
1.11.2 MEDIOS UTILIZADOS EN LA ESTIMACIN DE PRDIDAS
TCNICAS.
La precisin de los resultados de las prdidas de potencia y energa depende
bsicamente de la calidad y cantidad de la informacin recopilada del uso de
medios y modelos adecuados. De acuerdo a la cantidad de informacin a
procesar se utilizan diferentes medios.
1.11.2.1 Flujos de Potencia
Con el mtodo de flujo de carga, se determinan los valores de voltaje en los
diferentes nodos del sistema, lo que permite calcular las corrientes que circulan
por cada tramo y con esto se determinan las prdidas de potencia que existen
en cada tramo. Se debe disponer de informacin como diagramas unifilares,
configuracin del sistema, valores de demanda, factor de potencia, parmetros
elctricos entre otros. Es de suma importancia la utilizacin de un computador
debido a la gran cantidad de informacin a procesar.
1.11.2.2 Estimacin de estado.
Se basa en lecturas tomadas en diferentes puntos del sistema; es necesario
para esto evaluar la exactitud y periodicidad de los datos en tiempo real de los
equipos implicados tanto en la medicin como en la comunicacin, que podrn
ser transmitidos a un centro de control, con el fin entre otros de calcular las
prdidas con mayor precisin al instante.
1.11.2.3 Correlacin con circuitos o sistemas similares.
Las prdidas en un circuito primario se pueden diagnosticar con la analoga de
prdidas de un circuito similar ya estudiado. Por tanto, para la correlacin se
debe tomar en cuenta magnitudes de demanda alimentada, tipos de carga, tipo
de conductor, longitudes, etc.
-
44
1.11.3 SISTEMTICA A SEGUIR PARA EVALUAR LAS PRDIDAS EN LOS
ALIMENTADORES PRIMARIOS.
Para determinar las prdidas de potencia se utilizara la metodologa y el medio
anteriormente descritos. A continuacin se presenta el resumen del
procedimiento bsico a seguirse para la estimacin de prdidas.
I. Efectuar el levantamiento de la informacin de la subestacin en lo
concerniente a capacidad instalada, nmero de alimentadores,
identificacin del circuito, etc.
II. Realizar el levantamiento de la informacin de campo del circuito
primario que se va a estudiar, en lo referente a: calibre de conductores,
distancias entre centros de transformacin, tipos-de estructuras,
capacidad nominal de los transformadores.
III. Obtener datos de las demandas activas y reactivas, factor de potencia,
voltajes, del alimentador a nivel de subestacin.
IV. Calcular los parmetros elctricos del alimentador en estudio.
V. Determinar las prdidas de potencia activa a demanda mxima en el
alimentador primario mediante la corrida de flujos de carga. Cabe
recalcar que debido a la magnitud del alimentador se vuelve muy
complejo el clculo de las prdidas de potencia manualmente, por este
motivo se utilizar un paquete computacional, el cual permita resolver
los flujos de carga para de esta manera determinar las prdidas del
alimentador en estudio.
VI. Determinar las prdidas resistivas del alimentador en cada intervalo del
mes empleando la ecuacin (EC.1.37).
VII. Determinar las prdidas de energa mediante la ecuacin (EC.1.38).
-
45
VIII. Determinar el porcentaje de prdidas del sistema con la siguiente
expresin:
IX.
100(%) -#S
PERDIDASPERDIDAS
E
EE (EC.1.40)
Donde:
PERDIDASE Prdidas de energa [kWh]
SE Energa suministrada [kWh]
1.11.4 SISTEMTICA A SEGUIR PARA EVALUAR LAS PRDIDAS EN LOS
TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIN.
En los transformadores existen bsicamente dos tipos de prdidas, las
prdidas en el ncleo y las prdidas en el cobre. La metodologa a seguirse
para la evaluacin de las prdidas en transformadores de distribucin es la
siguiente:
I. Se debe obtener los datos de prdidas de potencia en vaco y en el
cobre de los principales proveedores de transformadores.
II. Para determinar las prdidas en vaco se realizar el siguiente
procedimiento.
a. Con los valores de la potencia perdida en vaco y multiplicado por
el nmero de transformadores se determina las prdidas totales
en vaco para el grupo de transformadores.
b. Con la potencia perdida en vaco del grupo de transformadores,
multiplicado por el periodo de estudio, se determina la energa de
prdidas en los transformadores.
III. Para determinar las prdidas en el cobre se realizar el siguiente
procedimiento.
-
46
a. Determinar la capacidad instalada de los transformadores en el
alimentador mediante la suma de sus potencias nominales.
b. Determinar el factor de utilizacin de los transformadores con la
ecuacin (EC. 1.7).
c. Se calculan las prdidas de potencia en los devanados mediante
la siguiente ecuacin:
N*Fu*PP CunCuT2# (EC.1.41)
Donde:
CuTP Prdidas totales en el cobre [kW].
CunP Prdidas en el cobre a carga nominal [kW].
Fu Factor de uso de los transformadores
N Numero de transformadores del alimentador.
d. Determinar el factor de prdi
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