CONCLUSIONES. METODO BALANCE DE ENERGIA EN BAJA TENSIÓN PARA EL CONTROL DE PÉRDIDAS NO TECNICAS DE ENERGÍA Tema 1.2: Pérdidas Técnicas

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1 COMISIÓN DE INTEGRACIÓN ENERGÉTICA REGIONAL COMITÉ NACIONAL PERUANO V CIERTEC - SEMINARIO INTERNACIONAL SOBRE GESTIÓN DE PÉRDIDAS, EFICIENCIA ENERGÉTICA Y PROTECCIÓN DE LOS INGRESOS EN EL SECTOR ELÉCTRICO Área de Distribución y Comercialización Identificación del Trabajo: PE-94 Maceió, Brasil, Agosto de 2005 METODO BALANCE DE ENERGIA EN BAJA TENSIÓN PARA EL CONTROL DE PÉRDIDAS NO TECNICAS DE ENERGÍA Tema 1.2: Pérdidas Técnicas Autor: ING. EDGAR PÉREZ HUAMANLAZO Empresa: LUZ DEL SUR S.A.A. PALABRAS CLAVE Luz del Sur S.A.A. Rebrote Método Balances Simultaneidad Periodicidad Totalizadores DATOS DEL AUTOR RESPONSABLE Nombre: Edgar Pérez Huamanlazo Cargo: Ingeniero Analista Dirección: Garibaldi 1210 Lima 13 - Perú Telefono: eperezh@luzdelsur.com.pe OBJETIVOS De acuerdo a las normas del Ministerio de Energía y Minas del Perú el porcentaje de pérdidas de energía reconocida a las empresas distribuidoras en él calculo de la tarifa es 8.2% en el año Para llegar a este nivel las empresas de distribución tuvieron que desarrollar métodos de reducción y control de pérdidas eficaces. El presente trabajo tiene como objetivo mostrar un método de localización de pérdidas que sirvió para dirigir las inspecciones en la empresa eléctrica Luz del Sur S.A.A. METODOS La principal ventaja del presente método es el alto nivel de efectividad demostrado en su aplicación. La metodología desarrollada se basa en el concepto de los balances de energía aplicado en puntos de la red eléctrica de baja tensión. Además se toman en consideración criterios técnicos tales como; niveles de precisión de las mediciones de energía, principios de simultaneidad y periodicidad de las mediciones. Finalmente el método permite determinar el nivel de pérdidas de los puntos de la red de baja tensión y de esta forma dirigir eficientemente las inspecciones para determinar hurtos de energía. RESULTADOS El beneficio obtenido de la aplicación del método se mide en el ahorro de energía por la disminución de pérdidas en los puntos de la red de baja tensión. Se muestran ahorros de energía obtenidos en la sucursal Vitarte de la empresa Luz del sur en el periodo de Jul00 a Jul01. Estos ahorros se obtuvieron luego de instalar 600 totalizadores en dicha zona. Se detallan también los indicadores económicos VAN y TIR de la aplicación del método, los cuales fueron ventajosos luego de la aplicación del método. Además se muestra la comparación entre los ahorros de energía por mes del método balances de energía y un método estadístico. El ahorro promedio mes en el método balance de energía (31268 kwh) es mayor que ahorro promedio mes del método estadístico (7686 kwh) CONCLUSIONES Los criterios de diseño del método son importantes para disminuir los errores de calculo del nivel de pérdidas. El método resulta altamente eficaz para dirigir las inspecciones de los hurtos de energía y control de rebrote pérdidas. La aplicación del método resulta rentable según los indicadores económicos. 1

2 1. INTRODUCCION El presente trabajo muestra el método Balance de Energía en Baja Tensión para el control de pérdidas no técnicas aplicado en la empresa de distribución eléctrica Luz del Sur S.A.A. que opera en la zona sur de la ciudad de Lima. El comportamiento de las pérdidas de la empresa Luz del Sur se muestra en la figura N 1, donde se observa que las pérdidas bajaron significativamente de 15.10% el año 1995 a 10.1% el año 1998, esto como consecuencia de la aplicación de diversos métodos y proyectos de inversión tales como Balances de energía en Media Tensión, Renovación de redes por redes antihurto en Zonas Marginales y Comerciales, Puesta en servicio de nuevos Centros de Transformación de Alta a Media Tensión (que hizo disminuir las pérdidas técnicas), Inspecciones y Cambios de Medidores en forma Masiva, Ordenamiento y Auditoria al Sistema Comercial de Facturación. Sin embargo entre los 1998 al 2000 las pérdidas se mantuvieron en 10%, debido principalmente a que los hurtos de energía ya no eran tan evidentes y además al efecto denominado Rebrote de Pérdidas, que significa los nuevos hurtos que se generan, esto hacia que todo lo que se lograba reducir en pérdidas era compensado por los nuevos casos que surgían. 16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% % 14% % 10% 10% 10% 9% 8% 8% FIG. 1 Pérdidas Luz del Sur Este escenario sirvió para implementar métodos que no solo redujeran pérdidas sino que también las controlaran de forma efectiva y rentable, de esta forma se desarrollo y aplico el Método Balance Automático de Energía en Baja Tensión que luego en un año de aplicación contribuyó a disminuir las pérdidas al nivel del 9.00% el año 2001 quebrando el nivel de 10%. 2. TEXTO Balances de energía en baja tensión. El balance de energía en baja tensión es la comparación de la energía que se distribuye en un punto y la energía que se vende o factura apartir de ese punto aguas abajo en un subsistema de distribución en baja tensión. El presente método se aplicó en puntos de balance ubicados a la salida del lado de baja tensión de las subestaciones de distribución, tal como se puede observar en el esquema eléctrico de la subestacion de distribución del anexo 1. Criterios para la determinar las subestaciones de distribución donde se aplicara el método. Lo conveniente es tener instalados medidores totalizadores fijos para balances de energía mensuales en todas las subestaciones de distribución con la finalidad de tener ubicadas las zonas con altas pérdidas en el área de concesión eléctrica, pero como esto representa una gran inversión se establece una prioridad de acuerdo a determinados criterios. En Luz del Sur en una primera etapa el año 2000 se instalaron 1932 medidores totalizadores fijos de subestaciones que significó el 35% del total de subestaciones de distribución y represento un control sobre el 50% de clientes y 53% de la facturación en baja tensión. Los criterios para determinar las subestaciones donde aplicar el método fueron principalmente considerar subestaciones con 2

3 un alto nivel de carga y además estadísticas de los suministros asociados a la subestacion, por ejemplo: Estadística de cantidad de hurtos reportados en él ultimo año. Estadística de cantidad de clientes morosos, cortados y retirados. Cantidad de clientes y energía que facturan. Información comercial del tipo de carga según la zona geográfica. - Zona de industria liviana - Zona de industria pesada - Zona comercial En el anexo 2 se muestra un ejemplo de instalación de medidores totalizadores de subestaciones de distribución en zonas de diferente tipo de carga. Instalación de los equipos de medición totalizadores fijos en subestaciones de distribución. El objetivo de instalación de equipos de medición, totalizadores fijos en subestaciones de distribución en baja tensión es obtener balances de energía periódicos para llevar un control permanente de las pérdidas en la zona que distribuye energía la subestacion. La instalación consta de las siguientes partes: Obras civiles: La ubicación del medidor totalizador de la subestacion debe ser externa y visible para que su lectura mensual pueda ser realizada aprovechando las tomas de lectura periódicas que se efectúan para la facturación de los clientes. En el anexo 3 se muestra la instalación de medidores totalizadores fijos en subestaciones. Instalación eléctrica: La instalación eléctrica comprende la instalación de los transformadores de corriente en baja tensión, el medidor trifasico y el conexionado entre ambos. El medidor totalizador instalado es matriculado en el sistema de clientes de la empresa a fin de obtener sus consumos mensualmente. Criterios de diseño del algoritmo del método A continuación se explicaran los criterios de diseño del algoritmo del método. 1. Datos de entrada. Energía distribuida: Se obtiene del medidor totalizador que registra la energía total que distribuye la subestacion. La información será obtenida mensualmente matriculando el medidor en el sistema de clientes para que sea leído periódicamente. Energía facturada: Se obtiene de la sumatoria de consumos medidos o facturados de los clientes que distribuye energía la subestacion. Esta información también se obtiene mensualmente del sistema de clientes. Se excluyen los consumos de los medidores totalizadores de edificios o grupos vecinales que pudieran estar dentro del radio de distribución de la subestacion, para no duplicar consumos. Sector de lectura apropiado: El medidor totalizador de la subestacion debe ser matriculado en el sistema en el mismo sector de lectura de los clientes que distribuye la subestacion de distribución, a fin de poner en fase energía distribuida y energía facturada. 2. Consideraciones de diseño del método. A continuación se muestran algunas otras consideraciones que se deben tener en cuenta para obtener un balance de energía confiable. Precisión de las medidas de energía. La precisión de los medidores de energía y los transformadores de corriente determinan los errores de medición. La precisión también esta determinada por la calibración del medidor, la cual debe verificarse periódicamente con un contador patrón cuya exactitud se derive 3

4 de patrones o estándares internacionalmente aceptados. Simultaneidad de las lecturas. Las lecturas de los medidores de energía apartir de los cuales se elabora el balance de energía deberían tomarse en forma simultanea. Para esto la matricula del medidor totalizador en el sistema de clientes debe ser en el mismo sector de lectura de los clientes asociados a la subestacion. Se pueden presentar los siguientes casos: a) Cuando los clientes asociados a la subestacion pertenecen a un solo sector de lectura. Así el sector asignado al medidor totalizador coincidirá con el sector de todos los clientes que mide el totalizador. Entonces las lecturas se tomaran de forma simultanea y se puede decir que la energía distribuida esta en fase con la energía facturada. Ver figura 2. Energía distribuida Energía facturada Sector de lectura(n) FIG. 2 Energías en fase b) Cuando los clientes asociados a la subestacion pertenecen a varios sectores de lectura, en este caso el sector del medidor totalizador será de acuerdo al sector más influyente en consumo de energía. En este caso la energía distribuida no estará en fase con toda la energía facturada, existiendo en error debido al desfasaje de toma de lecturas que se tratan de minimizar escogiendo un sector para el totalizador que abarque la mayor cantidad de energía facturada. Ver figura 3 Energía distribuida Facturada influyente 1 Sector de lectura n Facturada influyente 2 Sector de lectura n-1 Energía facturada ajustada a un mes FIG. 3 Energías desfasadas Para evitar el error por desfasaje de energías facturadas se debe ordenar los sectores de lectura de forma uniforme de manera tal que en una subestacion no existan mas de 3 sectores. Periodicidad de las lecturas. La periodicidad con que se puede realizar un balance esta determinada por la periodicidad con que se tomen las lecturas. Teniendo en cuenta que el medidor totalizador esta dentro de un sector de lectura, la toma de lecturas se efectúa con la periodicidad de la facturación es decir mensualmente. 3. Datos de salida. Energía Perdida: La pérdida de energía es la diferencia entre la energía distribuida y la energía facturada mensual, estos valores se mostraran mensualmente en el reporte de un sistema de información de consulta de pérdidas de energía. Las unidades de energía para balances de subestaciones de distribución se dan en kilo watts hora kwh. Energía Perdida = Energía distribuida mes Energía facturada mes (1) Porcentaje de Pérdidas: El índice de porcentaje de pérdidas es un error que se da entre la energía distribuida y la energía facturada. También se mostrara en el reporte de consulta de pérdidas de energía, del sistema de información de la empresa de distribución. 4

5 EnergíaPérdida % Pérdidas = (2) EnergíaDistribuida En el anexo 4 se muestra un ejemplo del reporte de salida de un sistema de información de balances de energía en subestaciones de distribución. Se observa el reporte de pérdidas de la Subestacion 411, donde notamos que el nivel de pérdidas esta aumentando, también se visualiza la opción para buscar el reporte de pérdidas por numero de subestacion. Los resultados de pérdidas obtenidos se pueden complementar con estudios de pérdidas técnicas. Tomando como referencia los valores de pérdidas técnicas se pueden descontar al porcentaje de pérdidas del balance de energía de la subestacion para hallar las pérdidas no técnicas en una subestacion distribución de baja tensión. Análisis de resultados obtenidos del balance de energía. Los resultados obtenidos se analizan teniendo en cuenta los errores promedio y máximos de los componentes que intervienen en el balance de energía. Ver tabla 1 Tabla 1 - Error de componentes del Balance. Componente Error máximo Error promedio Transformador de medición 1% 0,5% Equipo de medición 2% 1% Errores por desfase de energías 1% 0,5% Error promedio del balance de energía 2,0% La selección de las subestaciones con pérdidas que se envían a inspeccionar por posible hurto, requiere primero de un análisis de los resultados obtenidos teniendo en cuenta errores de los equipos de medición utilizados, errores de simultaneidad de energías (desfasaje de energía distribuida y facturada), disgregado de pérdidas técnicas. El segundo paso es seleccionar las subestaciones con pérdidas más altas. Evaluación económica de la aplicación del método. 1. Costo de instalación de totalizadores. Los costos de instalación de los totalizadores incluyen los costos de mano de obra y materiales. A continuación se proponen algunos costos promedios de instalación de totalizadores del proyecto desarrollado el año Costo mano obraus($) 54.5 Costo de materiales US($) Costo total de la instalación US($) Costo del desarrollo de un sistema de información de balances. El costo para el desarrollo del software incluye la generación automática y en forma mensual de reportes de balances de energía en la red del sistema de consultas de la empresa de distribución, lo que permite dirigir eficientemente la localización de zonas con alto índice de pérdidas. El diseño del software será sobre la base de los algoritmos descritos anteriormente. A continuación se muestran algunos costos promedios de programación del software. Costo de un programador 1500 Tiempo de ejecución(meses) 2 Total desarrollo del software US($) Costos de inspección y detección de hurtos derivados de la aplicación del método. Los costos de inspección incluyen la aplicación del método en campo. Estos costos dependen de la forma de operación una vez localizadas las pérdidas. A continuación se muestran los costos de operación promedio en una subestacion de distribución que alimenta a 300 clientes y que realiza tareas de inspección que incluyen mano de obra y materiales. 5

6 Mano de obra. Inspección de una subestacion : 5 dias Cantidad de inspectores necesarios: 3 Horas de inspección por dia: 8 horas Multiplicando estos 3 valores obtenemos el total horas-hombre para la operación en una subestacion promedio : 120 h-h A un costo promedio de 4.3 US $ dólares por la hora hombre se tendrá el Monto total de mano de obra para inspección en una subestacion :516 US $. Materiales Los materiales utilizados en la operación en una subestacion comprenden principalmente lo requerido para normalizar los equipos o redes que presentan irregularidades que generan pérdidas de energía. Monto promedio de materiales utilizados en la inspección y detección US($) :530.9 US $ De los montos descritos podemos concluir que el monto promedio que significa la operación en una subestacion de distribución para detección y normalización de irregularidades que generan pérdidas es US $ que incluye los costos de mano de obra y materiales (516 $ $). 4. Beneficio de la aplicación del método. El beneficio obtenido de la aplicación del método se mide por el ahorro de energía que representa la disminución de pérdidas en las subestaciones de distribución. En el anexo 5 se muestran algunos de los ahorros de energía por subestacion obtenidos en la sucursal Vitarte de la empresa Luz del sur en el periodo de Jul00 a Jul01. Estos ahorros se obtuvieron luego de instalar 600 totalizadores en dicha zona. Ahorro Jul00 - Jul01 (kwh) Subestaciones instaladas 600 Ahorro promedio kwh por subestacion instalada 625 kwh 5. Indicadores Económicos. Los indicadores económicos se calcularan para una inversión efectuada de Jul-00 a Jul- 01 en la sucursal Vitarte de la empresa de distribución Luz del Sur, donde se instalaron 600 totalizadores en subestaciones de distribución que representaron el 30% del total de subestaciones y el 60 % del total de energía vendida de la sucursal. A continuación se muestran los costos y beneficios en las tablas 2 y 3 y los indicadores económicos respectivos. Tabla 2 Costo de implementación Descripción Prec. Cnt Un.($ Invers ($) Und ) Costo de Instalación Costo de Desarrollo del Software Costo Operación (50 % del total instalado) Total Costo de Inversión US ($) Tabla 3 Beneficio en Energía Cnt Ahorro-mes Ahorro Unid kwh/totalizador kwh-mes Ahorro kwh-año , Se Asume: Precio de Compra de energía, Tarifa en barra kwh = 0,044 US$ Fuente : Tarifas y Estudios comerciales de Luz del Sur, año 2000 Tabla 3.1 Beneficio en dólares Ahorro- Cnt Unid mes US ($) /Totalizador Ahorro $- Mes Ahorro $-Año Total Beneficio Inversión US $ De acuerdo con los valores de costo de inversión, beneficios(ingresos) y una tasa de descuento de 18% para un horizonte de 10 6

7 años, obtenemos los indicadores económicos siguientes. VAN US$ TIR 29,3% B/C 1,6 Comparación del método balance de energía con un método estadístico. En el anexo 6 se muestra la comparación del ahorro de energía en kwh-mes obtenido del método balances de energía y el método estadístico control de la facturación en el periodo de un año(julio2000-julio2001), donde se observa que el ahorro promedio mes en el método balance de energía (31268 kwh) es mayor que ahorro promedio mes del método estadístico (7686 kwh). La aplicación del método resulta rentable según los indicadores económicos, donde él VAN resulta un valor altamente positivo y el valor del TIR esta muy por encima de la tasa de descuento establecida de 18%. El error promedio de los componentes que intervienen para realizar el balance de energía es 2%. El ahorro promedio mes del método balance de energía ( kwh) es mayor que ahorro promedio mes del método estadístico(7 686 kwh). Cabe mencionar que método estadístico control de la facturación consiste en extraer los descensos de consumo de un mes a otro de acuerdo al cargo o sector de facturación. (*) Cargo o sector de facturación: Es una parte del área de concesión que se define para el ciclo de lecturas. CONCLUSIONES: El método contribuyó a bajar las pérdidas en la empresa Luz del Sur en un periodo donde las pérdidas se mantenían estáticas. El método es aplicable principalmente para casos donde los hurtos de energía no sean evidentes y además para controlar las pérdidas en zonas de alto nivel de rebrote y reincidencia de hurto de energía. Los criterios de diseño del método son importantes para disminuir los errores de calculo del nivel de pérdidas. El método resulta altamente eficaz para dirigir las inspecciones de los hurtos de energía y control de rebrote pérdidas. 7

8 ANEXO 1: Esquema eléctrico de la Subestacion de distribución en Baja Tensión: Barra de MT 10/0.22 kv Barra de BT Transformador de Potencia Medidor totalizador Medidores de los Clientes Punto de balance - medición de energía distribuida (totalizador) Puntos de medición de la energía facturada por los clientes ANEXO 2: Zonas donde se aplico el método ANEXO 3: Ubicación del medidor totalizador en las subestaciones de distribución 9

9 ANEXO 4: Reporte de salida de un sistema de información de balances de energía ANEXO 5: Muestra de ahorros de energía obtenidos de la aplicación del metodo Mes SE Perdida Inicial Perdida Final Recupero Neto Irregularidad encontrada Energia (kw h) % P Energia (kw h) % P Jul % % Plasticos directo a la acometida Jul % % Residencia directo a la acometida Ago % % Textil factor errado Sep % % Metal mecanica manipulación de medidor Sep % % Plasticos clandestino Sep % % Fabrica de plasticos Oct % % Estudio Fotografico Feb % % Pozo Sedapal Feb % % Fabrica de Plasticos Feb % % Fabrica de Cauchos Mar % % Medidor Manipulado Jun % % Coneccionado defectuoso Jun % % Fabrica de plasticos S: Total de Ahorro Jul00 - Jul01 (kw h) Total de subestaciones instaladas 600 Ahorro prom edio kw h por subestacion instalada 625 ANEXO 6: Ahorro de energía método balances de energía y el método estadístico Jul-00 Ago-00 Sep-00 Oct-00 Nov-00 Dic-00 Ene-01 Feb-01 Mar-01 Abr-01 May-01 Jun-01 Balances de energía kwh-mes Método Estadístico kwh-mes 10