Apuntes para todos los estudiantes y cursos

Que es energía reactiva

5.4.- Pérdidas de Potencia y Energía en Sistemas de Distribución

5.4.1.- Influencias y Consecuencias de las Pérdidas de Energía Eléctrica

  1. En la gestión técnico-económica de las empresas distribuidoras


  2. El valor de las pérdidas es uno de los indicadores de la gestión técnico administrativa de las Empresas, por lo que es imprescindible conocer y evaluar la incidencia de las mismas en las diferentes etapas funcionales de un sistema eléctrico desde la generación hasta la entrega al usuario, con el fin de establecer criterios y políticas conducentes a lograr un control permanente de las mismas, posibilitando su corrección.

La falta de control de las pérdidas de energía tiene doble efecto sobre la gestión de la empresa:

a) Produce un deterioro rápido de las redes e instalaciones, obligando a fuertes inversiones tanto en renovación como en ampliaciones.

b) Origina perdida de ingresos por los consumos no facturados, con un incremento de los gastos de venta o producción de energía, así como de los de explotación.

c) Mientras las inversiones muestran resultados visibles en el corto plazo, los programas de control de pérdidas necesitan, para visualizar resultados, una persistencia en el tiempo de las acciones que se establezcan.


  1. En los aspectos de seguridad

El hurto de energía eléctrica produce agresiones de los usurarios sobre las instalaciones que conducen a un deterioro de las mismas con serias consecuencias para la seguridad pública.

5.4.2.- Clasificación de las Pérdidas de Energía

  1. Según su origen, las pérdidas se pueden clasificar en dos grandes grupos:


1. Pérdidas técnicas

Se deben en general a las condiciones propias de la instalación y del manejo y conducción de la energía. Dado que están provocadas por la circulación de la corriente eléctrica a través del sistema su magnitud depende de las carácterísticas de las redes y de la carga abastecida por éstas.

Estas pérdidas se producen en todo el sistema, desde las barras de generación hasta la llegada a los equipos de los usuarios.

Dado que la pérdida de energía es proporcional a la corriente al cuadrado y directamente proporcional a la resistencia eléctrica del componente del sistema

(P=I2R), esto es las pérdidas crecen en forma geométrica con la demanda.

Las pérdidas técnicas se pueden clasificar según el tipo y según la causa que las produce:

  1. .
  1. Por tipo de pérdida:


  • Pérdidas por transporte: se produce en las líneas de transmisión, subtransmisión, distribución primaria y secundaria.
  • Pérdidas por transformación: se produce en los transformadores. Depende de la calidad técnica y del factor de carga de los transformadores. Son:
  • ·En transformadores de Poder AT/AT (transmisión/subtransmisión) y AT/MT (subestaciones primarias).
  • En transformadores de distribución secundaria (MT/BT).
  • Pérdidas en las mediciones: son las producidas en los equipos y aparatos de medición, incluidas las pérdidas en los elementos de transformación de los equipos de medida en mediciones indirectas.
  1. Por causa de pérdidas:


    según la causa que origina las pérdidas, las pérdidas técnicas se agrupan en:

– Pérdidas por efecto Corona.

– Pérdidas por efecto Joule.

– Pérdidas por corrientes parásitas y/o histéresis.

2.- Pérdidas no técnicas:

Son las pérdidas, calculadas como la diferencia entre las pérdidas totales de un sistema eléctrico y las pérdidas técnicas estimadas para el mismo. Las pérdidas totales corresponden a la diferencia entre lo producido o comprado por la Empresa y lo facturado.

Desde el punto de vista macroeconómico no constituyen una pérdida real para la economía, dado que la energía que nos es factura es utilizada por los usuarios para alguna actividad que económicamente se integra a nivel general.

Sin embargo, para la empresa prestataria representa una pérdida económica y financiera ya que solo recibe parte o ninguna retribución por el valor de la energía suministrada.

Existen diversos criterios para clasificar estas pérdidas. Uno de ellos es clasificarlas según el origen de las pérdidas, por lo que se agrupan según lo siguiente:

A) Por robo o hurto:


Corresponde a la energía que es apropiada ilegalmente de las redes por usuarios que no poseen medición, tales como:

– Conexiones clandestinas (colgados).

– Conexiones en instalaciones provisionales (obras en construcción, espectáculos públicos en parques, etc.).

B) Por fraude: Corresponde a aquellos casos en que a pesar de tener medición,

los usuarios manipulan la misma para lograr que los registros sean inferiores a los reales.

C) Por administración:

Corresponde a la energía no registrada por problemas de

gestión administrativa de la empresa prestataria, como ser:

– Errores en las mediciones de los consumos.

– Errores en los procesos administrativos del registro de los consumos.

– Inadecuada información que produce errores y/o demoras en la facturación.

– Falta de registro adecuado de los consumos propios.

– Errores en la estimación de consumos en los casos en que por cualquier motivo no es posible registrarlos con la medición.

– Errores y/o atrasos en los registros y censos de instalaciones de alumbrado público, semáforos, cabinas telefónicas públicas, u otras.

B) Según su dependencia de la Demanda, las pérdidas se pueden clasificar en Pérdidas Fijas y Pérdidas Variables

Esta clasificación define la variación de las pérdidas en función de ciertos parámetros. Así existen tanto perdidas de potencia como de energía que varían con la demanda, mientras que otras son independientes de las variaciones de la misma, lo cual resulta útil para identificar unas y otras.

1.- Pérdidas Fijas: Incluyen las siguientes pérdidas técnicas:

– Efecto Corona.

– Pérdidas por histéresis y corrientes parásitas.

Las pérdidas fijas se presentan por el sólo echo de energizar la línea y/o transformador en el cual se producen y ocurren igualmente aunque la carga sea nula, y su variación depende en segundo orden de la demanda.

Así por ejemplo las pérdidas por corrientes parásitas e histéresis en un transformador dependen de los parámetros técnicos de este y del voltaje en que

opera. Dado que este sólo varía en un pequeño porcentaje con la demanda (generalmente no supera el 5%) puede considerarse que estas pérdidas son “fijas”.

2.- Pérdidas Variables: Son las que dependen de la demanda, como las

producidas por efecto Joule.

Las pérdidas no técnicas se pueden clasificaren su totalidad como

“variables” con la demanda, ya que constituyen parte de la misma, pero con la

particularidad que por este servicio la empresa prestataria no recibe ninguna retribución.

La figura 5.1 siguiente muestra un esquema de clasificación de las pérdidas de energía en un Sistema de Distribución.



5.4.3.- Niveles de Pérdidas

Dado que el nivel de pérdidas depende de las carácterísticas propias del sistema y de los costos y beneficios que se deriven de la reducción de las pérdidas de energía, es difícil establecer en forma general un nivel óptimo de pérdidas totales

De la literatura técnica existente sobre el tema, se puede deducir que el “porcentaje de pérdidas totales no debería superar el 10% al 12% de la energía entregada a la red”, mas aún se considera deseable que sea inferior al 10% (8% a 9% como óptimo a maximizar).

No obstante, la realidad en las empresas del sector es bien diferente, estando la media alrededor del 18%.

En opinión de expertos sobre el tema, en un marco de eficiencia relativa, los valores deseables deberían estar en el orden del 10% al 13% como máximo para las pérdidas totales, de las cuales: * 7 a 9% debería corresponder a pérdidas técnicas*3 a 4% correspondería a pérdidas no técnicas. El establecer un óptimo de acuerdo a lo técnicamente deseable, siempre que represente el “óptimo económico” debe ser el resultado de un equilibrio entre los ahorros logrados al reducir las pérdidas y los costos asociados a esa reducción.


5.4.4.- Metodología para la determinación de las pérdidas técnicas de energía

Eléctrica


  1. Introducción:


Aunque estas pérdidas son inevitables, se puede reducir su magnitud a valores

aceptables, dentro del rango indicado anteriormente, por lo que es imprescindible una correcta determinación de su valor y un control permanente de las mismas.

La determinación de las pérdidas técnicas aún a nivel teórico en los sistemas

eléctricos, es un problema complejo por las siguientes razones:

A) La magnitud de los sistemas y la gran diversidad de elementos a considerar

B) La gran cantidad de información a manejar

C) La naturaleza variable de la carga, tanto en todo el sistema como en cada una de sus componentes

d) La imposibilidad práctica de conocer, con total precisión, el estado de mantenimiento y la condición de operación del sistema en cada intervalo de tiempo a considerar.

e) La imposibilidad práctica de efectuar, a costos razonables, las mediciones necesarias para obtener el estado de carga en cada uno de los componentes.

Las metodologías existentes para la estimación de las pérdidas técnicas, se

diferencian en los aspectos de calidad y cantidad de información que requieren.


2.- Procedimientos y formas más comunes utilizadas en la determinación de las pérdidas técnicas

2.1.- Aspectos relevantes para la determinación de las pérdidas

A) División del sistema:


Es conveniente dividir el sistema eléctrico en un conjunto de subsistemas para lograr ciertas simplificaciones en los cálculos. El número de

divisiones depende de la complejidad del sistema y de la información disponible.

Es frecuente considerar las siguientes divisiones:

– Sistema de Generación.

– Sistema de Transmisión

– Sistema de Subtransmisión.

– Sistema de Distribución Primaria.

– Sistema de Distribución Secundaria.

Considerando de interés solo lo concerniente o distribución se puede decir: el

sistema distribución secundaria es la parte más difícil de analizar, debido a:

– la falta de adecuada implementación de equipos de medida y carencia de información.

– La gran diversidad tanto en el consumo como en la instalación de cada usuario.

B) Demanda: “Las pérdidas de potencia y energía de una sistema de distribución,

dependen de la DEMANDA que debe suplir, por lo cual un conocimiento adecuado de ella permitirá que el estudio de pérdidas del sistema sea preciso.

Para la estimación de la demanda de potencia y energía en los diferentes puntos

del sistema de distribución, se hace necesario disponer de una serie de aparatos de

medida instalados en estos puntos, que permitan continuamente obtener la información sobre los valores de corriente, tensión, factor de potencia, potencia activa, potencia reactiva y energía.

Lo anterior requiere de gran cantidad de equipos de medida y llevar un registro adecuado de la información, lo que es un factor limitante por el costo asociado. Por esta razón la carga se estima de una manera indirecta con la ayuda de una serie de factores, como son, entre otros:

– factor de carga – energía consumida

– factor de coincidencia – número de usuarios

– factor de pérdidas – carácterísticas de la carga

– capacidad instalada

C) Consideraciones básicas para la estimación de pérdidas

Pérdidas de energía = Energía suministrada – Energía facturada

Esta forma presenta dos fuentes de error:

1. El resultado incluye la energía utilizada por los usuarios pero no pagada, tales como las por causa de: robo, lecturas erradas, aparatos descalibrados, etc. Esto es, incluye pérdidas no técnicas.

2. Las lecturas de los aparatos de medida realizadas en los diversos puntos del sistema no se realizan simultáneamente, presentando un desfase en el tiempo que puede ser importante (1 o 2 meses).

Para obviar los inconvenientes anteriores la estimación de pérdidas de energía se realiza primero estimando las pérdidas de potencia para uno o varios estados de la demanda, generalmente para demanda máxima del sistema y con dicha información se evalúan las pérdidas de energía.

  1. Herramientas utilizadas en la estimación de pérdidas


La exactitud de los resultados de la estimación de pérdidas de potencia y energía depende principalmente de:

– La calidad y cantidad de la información utilizada.

– El uso de modelos adecuados de acuerdo con la información disponible.

La solución del problema requiere manejar la gran cantidad de información y

realizar diversos cálculos. La estimación de las pérdidas de potencia utiliza alguna de las siguientes herramientas de acuerdo con la información disponible:

– Flujo de Carga.

– Estimación de Estado.

– Correlación con Circuitos o Sistemas Similares.

  • Flujo de Carga:


Herramienta ampliamente utilizada en el análisis de los sistemas eléctricos. Para su uso se requiere de la siguiente información general.

– Diagrama unilineal

– Parámetros eléctricos del sistema

– Carácterísticas de las diferentes barras del sistema (generación, carga, etc.)

– Valor de la demanda (activa y reactiva) en cada punto del sistema.

  • Estimación de Estado:


Es una técnica que permite estimar el estado de operación de un sistema eléctrico

basado en mediciones de tensión y potencias (flujos de) que asigna valores concordantes en aquellas partes del sistema donde no se tiene medición. Se obtiene así un “estimado confiable del estado existente del sistema”. Se definen las variables de estado, generalmente las tensiones de barras y se evalúa su estado (valor) utilizando técnicas estadísticas: a esta función se le denomina estimador de estado.

El estimador de estado informa momento a momento los valores de pérdida de

potencia que se presentan en el sistema. De forma similar al flujo de carga, para la

solución del estimador de estado se requiere de un proceso iterativo.

  • Correlación con Circuitos Similares:


Las pérdidas de un sistema se pueden estimar relaciónándolas con las pérdidas de

un sistema que se haya estudiado y tenga carácterísticas similares.

3

.- Metodologías de Estimación de Pérdidas

3.1.- Propuesta del Manual Latinoamericano y del Caribe para el Control de Pérdidas Eléctricas de la OLADE

Se basa en general en desarrollar para cada una de las partes en que se divide el sistema, un modelo eléctrico del mismo. Mediante el uso del flujo de carga, define valores de tensión (magnitud y fase) en los distintos puntos del sistema, lo que permite calcular las corrientes que circulan por los diferentes elementos y obtener con ellas las pérdidas de potencia correspondiente.

Las pérdidas técnicas totales se determinan sumando las de cada elemento y

agregándoles las que son independientes de la demanda (pérdidas en vacío en los

transformadores, efecto corona en líneas de transmisión).

 Para el cálculo de las pérdidas de energía se proponen dos métodos:

a) Utilizando el factor de pérdidas, que es la relación entre la condición de promedio y de máxima generación o demanda, según corresponda, con el cual se afecta las pérdidas de potencia determinadas para la condición de máxima demanda, y aplicada al intervalo de tiempo que se considere.

b) Efectuando estudios de flujo de carga en diferentes condiciones de demanda (máxima, mínima, media) para encontrar el valor de las pérdidas de potencia


Con los datos de pérdidas de potencia obtenidos, se ajusta una función que elaciona las pérdidas con la demanda total, obteniéndose un modelo de la forma:

PL= C1 + C2PD + C3PD^2

Donde PD = Demanda total del sistema

C1, C2, C3 = coeficientes determinados con el modelo estadístico.

 Las pérdidas en vacío de los transformadores y las de efecto corona en las redes de transmisión, se determinan por separado y se consideran constantes en cada intervalo de tiempo sumándose independientemente.

Una vez evaluadas las pérdidas de potencia mediante un flujo de carga para una serie de condiciones de la demanda, aplicando la función anterior, se obtienen las correspondientes para cada intervalo de tiempo considerado, sumándole además las pérdidas de vacío.

Con ello se obtiene luego las pérdidas de energía de cada intervalo como el

producto de la pérdida de potencia por la duración del intervalo considerado.

La pérdida total de energía se obtiene por la sumatoria de las que corresponden a cada uno de los intervalos considerados

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