ESQUEMA DE COMPENSACIÓN A USUARIOS POR MALA CALIDAD DE LA POTENCIA ELÉCTRICA

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1 Revista Investigaciones Alicadas N o. 7 (010) 18-4 ublicada en línea or la Universidad ontificia Bolivariana htt://convena.ub.edu.co/revistaalicada ISSN ESQUEMA DE COMENSACIÓN A USUARIOS OR MALA CALIDAD DE LA OTENCIA ELÉCTRICA Autor A. E. Díez, MSc *, J. A. Bohórquez, MSc *, J. A Loera, MSc * and G. J. Suárez IE * * Universidad ontificia Bolivariana, Cq. 1 #70-01, of , Medellín, Colombia, Recibido 1 Abril 010; acetado 5 Junio 010 Disonible en línea: 5 Junio 010 Resumen: En el resente artículo se resenta una rouesta ara incluir los indicadores THDv, st y Vumb, definidos inicialmente or (CREG, 1998) como estándares de la calidad de la otencia y osteriormente incluidos en (CREG, 005a) como variables necesarias ara medir la calidad de la otencia, en el esquema actual de calidad del servicio de distribución definido en (CREG, 008). Coyright 007 UB. Abstract: This aer resents a roosal to include THDv, st and Vumb indicators in the actual scheme of distribution ower quality, defined in (CREG, 008). Keywords: ower Quality, THDv, Vumb, st, Users 1. INTRODUCCIÓN Desde 1998, la regulación define los estándares de la calidad de la otencia, sin embargo sólo contemla el autocontrol y la comensación a usuarios or la duración y la frecuencia de las interruciones en el servicio de energía. (CREG, 000) ublica la metodología definitiva ara el cálculo, seguimiento y control de indicadores DES y FES, rouesta inicialmente or (CREG, 1998) y (CREG, 004) establece los límites ara los indicadores DES y FES actualmente vigentes. (CREG, 05), establece los requerimientos mínimos de los equios de medición ara el monitoreo de los estándares de la calidad de la otencia definidos or (CREG, 1998), adicionalmente establece la metodología de medida, registro, recolección y reorte de valores e indicadores. (CREG, 008) establece que la calidad del servicio de los sistemas de distribución local, se debe evaluar trimestralmente en términos de la calidad media brindada or el oerador de red a sus usuarios, comarada con una calidad media de referencia establecida ara cada eríodo de evaluación. Las calidades medias se exresan como un índice de discontinuidad que relaciona la cantidad romedio de Energía No Suministrada (ENS) or cada unidad de Energía Suministrada (ES). De esta manera a cada oerador de red se le alica un esquema de incentivos el cual, le hará disminuir o aumentar su cargo or uso, deendiendo de la calidad del servicio restado. Adicionalmente establece un esquema de comensaciones a los usuarios eor servidos, ara garantizar un nivel mínimo de calidad a los usuarios. Autor al que se le dirige la corresondencia: Tel. (+574) ext andresediez@yahoo.com (Andrés Emiro Díez Restreo).

2 A. E. Díez, J. A. Bohórquez, J. A Loera, and G. J. Suárez / Investigaciones Alicadas N o. 7 (010) 18-4 Esta nueva metodología establecida or (CREG, 008), deberá reemlazar el esquema vigente de la calidad del suministro establecido en (CREG, 000). Actualmente los diferentes oeradores de red se encuentran realizando el roceso de medida, registro, recolección y reorte de valores e indicadores establecidos or (CREG, 005), mientras se definen mecanismos de seguimiento y control que garanticen el cumlimiento de los indicadores y a su vez el buen roducto suministrado a los usuarios. Dada la necesidad regulatoria de establecer un mecanismo de seguimiento y autocontrol, y considerando el roceso de medición y registro de los indicadores exigidos or (CREG, 005), or arte de los oeradores de red, se realiza una rouesta de incluir dentro de los indicadores de la calidad de la otencia, los indicadores THDv, Vumb y st.. INDICADORES DE LA CALIDAD DE LA OTENCIA ROUESTOS Dadas las nuevas directrices de la Regulación Nacional resentadas en (CREG, 008), la cual sólo considera la indemnización a los usuarios eores servidos or la discontinuidad del servicio, es necesario disoner de un esquema de comensación a usuarios or el incumlimiento de los límites de los indicadores THDv, Vumb y st, que garanticen la buena calidad de la otencia eléctrica y contribuyan al mejoramiento continuo del sector. La justificación ara utilizar los indicadores rouestos se basa en: que son amliamente conocidos a nivel nacional e internacional y que son establecidos or (CREG, 005) como indicadores ara medir la calidad de la otencia. Se resenta entonces, el esquema de cálculo rouesto ara los indicadores THDv, Vumb y st. La rouesta se basa en el valor equivalente de la energía suministrada con mala calidad y or fuera de los límites ermitidos or la regulación. Cada indicador se define y se resenta acomañado de un método de cálculo rouesto, considerando un eríodo de liquidación trimestral similar al rouesto or (CREG, 008) y según el eríodo de registro cada 10 minutos rouesto en (CREG, 005a), ara los indicadores THDv, Vumb y st..1. Indicador de Distorsión Armónica de Tensión THDv La otencia ideal suministrada a un usuario es equivalente a: V 60Hz rms (1) R equiv De manera similar, la otencia armónica suministrada se uede exresar como: Armónica n i V Hi R equiv rms () Se uede entonces, exresar la otencia armónica suministrada en función de la otencia ideal como se muestra en la siguiente exresión. n i Armónica V Hi rms V rms 60Hz (3) Adicionalmente, la distorsión armónica total está definida como: THDv n i V Hi rms V 60Hz rms (4) Al integrar las relaciones (3) y (4), anteriormente resentadas, se obtiene la exresión equivalente ara la otencia armónica suministrada o otencia con mala calidad como se resenta a continuación: Armónica THDv (5) : otencia rms equivalente a artir de una onda a 60 Hz y libre de comonentes armónicas diferentes a la fundamental. 19

3 A. E. Díez, J. A. Bohórquez, J. A Loera, and G. J. Suárez / Investigaciones Alicadas N o. 7 (010) 18-4 V 60Hz rms : Tensión rms a artir de la onda de tensión a frecuencia fundamental (60 Hz). R equiv : Resistencia equivalente utilizada ara obtener una otencia media a artir de una tensión rms dada. armónica : otencia rms comuesta or las otencias armónicas rms obtenidas a artir de las diferentes comonentes armónicas de tensión. V Hi rms : Tensión armónica de cada comonente. THDv: tensión. Distorsión armónica total de Desués de definir la otencia armónica suministrada o con mala calidad, en función del indicador THDv, se uede roceder a establecer el indicador. Si se considera el intervalo de medición rouesto or (CREG, 005), los límites rouestos or (IEEE, 199), en cuanto a distorsión armónica total de la onda de tensión (THDv) y la liquidación trimestral semejante a la rouesta or (CREG, 008), el indicador se uede definir como: I ASc i Max [0;THDvi THDvm] (6) I ASci: Indicador de la otencia armónica suministrada en el circuito c en el eríodo i-ésimo. THDvi: Distorsión armónica total registrada en el eríodo i-ésimo. THDvm: Distorsión armónica total máxima ermitida or la regulación, según IEEE (199), El THDv debe ser inferior al 5%.ara los niveles de tensión 1, y 3. i: Cada uno de los eríodos de medida cada diez minutos durante un trimestre. A su vez se uede establecer la energía armónica suministrada y el valor que se debe comensar a los usuarios durante el eríodo de medida trimestral. EATc [kwh] n 3 CM (I As i 1 i ) DT 4 6 VCAc [$] (7) EATc CI (8) CI: Costo Estimado de la energía servida con mala calidad. Este valor se debe definir osteriormente como comlemento a este trabajo, junto con la forma de actualizarse al mes en el cual se efectúa la comensación. CM : Consumo romedio mensual del usuario durante el trimestre de evaluación, en kwh. DT : Días del trimestre. EATc: Energía armónica total en kwh a comensar en el circuito c. n: Número de mediciones registradas durante el trimestre cada 10 minutos según CREG (005a). VCAc: Valor a Comensar al usuario, ya sea trifásico o monofásico, or el incumlimiento del indicador THDv en el circuito c, al cual se encuentra conectado el usuario. i: Cada uno de los eríodos de medida cada diez minutos durante un trimestre... Indicador de Desbalance de Tensión Vumb La otencia ideal suministrada a un usuario es equivalente a: V 1 rms (9) R equiv De manera similar, la otencia suministrada or las comonentes de secuencia negativa y cero se uede exresar como: Vumb V rms V 0 rms (10) R equiv ara el cálculo de este indicador no se considera la comonente de secuencia cero debido a que los medidores sólo suministran registros de secuencia ositiva y negativa ara el cálculo del desbalance. De esta forma se uede exresar la otencia de secuencia negativa o otencia generada or desbalance de tensión, suministrada en función de la otencia ideal como se muestra en la siguiente exresión. 0

4 A. E. Díez, J. A. Bohórquez, J. A Loera, and G. J. Suárez / Investigaciones Alicadas N o. 7 (010) 18-4 Vumb V rms (11) V 1 rms Adicionalmente, el desbalance de tensión está definido como: V rms Vumb (1) V 1 rms Al integrar las relaciones resentadas anteriormente, la exresión equivalente ara la otencia or desbalance o otencia con mala calidad es: Vumb : suministro. Vumb (13) otencia rms equivalente ideal de V 1 rms : Tensión rms de secuencia ositiva. Z equiv : Resistencia equivalente utilizada ara obtener una otencia media a artir de una tensión rms dada. S0 : otencia rms comuesta or las comonentes de secuencia negativa y secuencia cero. V 0 rms : Tensión rms de secuencia cero. V rms : Tensión rms de secuencia negativa. Vumb : otencia rms generada or el desbalance en la onda de tensión. Vumb: Desbalance de tensión. Desués de definir la otencia suministrada or el desbalance de tensión o con mala calidad, en función del indicador Vumb, se uede roceder a establecer el indicador. Si se considera el intervalo de medición rouesto or (CREG, 005), los límites rouestos or (IEEE, 199), en cuanto a desbalance de tensión y la liquidación trimestral semejante a la rouesta or (CREG, 008), el indicador se uede definir como: I DSci: Indicador de la otencia or desbalance suministrada en el eríodo de registro i-ésimo. Vumbi: Desbalance de tensión registrado en el eríodo i-ésimo. Vumbm: Desbalance de tensión máximo ermitido or la regulación, según (IEEE, 199), el desbalance debe ser inferior al %. i: Cada uno de los eríodos de medida cada diez minutos durante un trimestre. A su vez se uede establecer la energía suministrada or desbalance de tensión y el valor que se debe comensar a los usuarios durante el eríodo de medida trimestral. EDTc [kwh] VCDTc [$] n 3 CM (I Ds i 1 i ) DT 4 6 (15) EDTc CI (16) CI: Costo Estimado de la energía servida con mala calidad. Este valor se debe definir osteriormente como comlemento a este trabajo, junto con la forma de actualizarse al mes en el cual se efectúa la comensación. CM : Consumo romedio mensual del usuario durante el trimestre de evaluación, en kwh. DT : Días del trimestre. EDTc: Energía or desbalance total en kwh a comensar en el circuito c. n: Número de mediciones registradas durante el trimestre cada 10 minutos según CREG (005). VCDTc : Valor a Comensar al usuario trifásico or el incumlimiento del indicador Vumb en el circuito c, al cual se encuentra conectado el usuario. i: Cada uno de los eríodos de medida cada diez minutos durante un trimestre. I DSc i Max [0;Vumb i Vumbm] (14) 1

5 A. E. Díez, J. A. Bohórquez, J. A Loera, and G. J. Suárez / Investigaciones Alicadas N o. 7 (010) Indicador de fluctuaciones de tensión - st ara el caso del indicador st, se roone utilizar el equivalente de interrución ara valores de st sueriores a uno (1,0), mediante las curvas de suscetibilidad a st constante. Estas curvas establecen que ara un valor de st suerior a uno (1,0) existe un equivalente de interrución rectangular (tensión de suministro = 0.u.), que varía según la magnitud del st. Al arametrizar las curvas resentadas en la Figura 1, se debe establecer que ara cada valor de st suerior a (1,0); se uede obtener un valor de interrución rectangular (tensión de suministro = 0.u.) equivalente. Así ara un valor de st =, la interrución equivalente es aroximadamente ms. A continuación en Figura 1, se resenta las curvas de suscetibilidad a st constante, exlicadas or (Loera y Díez, 005) y contenidas en (CREG, 005b). TTIst n TIsti (17) i 1 sti: Valor del st en un eríodo i- ésimo de registro. Isti: eríodo. Indicador de st ara un i-ésimo TIsti: Tiemo [h] de las interruciones en el i-ésimo eríodo, causadas or el incumlimiento del st, los diferentes valores del TIsti se obtienen de la arametrización de las curvas de suscetibilidad a st constante. TTIst: Tiemo total [h] de la interrución causada or valores de st sueriores a uno (1,0). n: Número de mediciones registradas durante el trimestre cada 10 minutos según CREG (005). Finalmente, se uede establecer el valor de la comensación a los usuarios or las interruciones causadas or el incumlimiento del indicador st de la siguiente manera. VCT st c [$] 3 CM TTIst CI DT 4 (18) Fig. 1. Curvas de suscetibilidad st constante. Tomada de (Loera y Díez, 005). La arametrización de las curvas de suscetibilidad a st constante se debe realizar como comlemento a este trabajo, este documento sólo resenta el fundamento y la metodología de cálculo de los indicadores y las comensaciones resectivas. ara establecer las interruciones equivalentes causadas or valores de st sueriores a (1,0); se roone el siguiente método. Si sti 1, entonces Isti = 0 Si no, Isti = TIsti CI: Costo Estimado de la energía servida con mala calidad. Este valor se debe definir osteriormente como comlemento a este trabajo, junto con la forma de actualizarse al mes en el cual se efectúa la comensación. CM : Consumo romedio mensual del usuario durante el trimestre de evaluación, en kwh. DT : Días del trimestre. VCT st c: Valor a Comensar al usuario, ya sea trifásico o monofásico, or el incumlimiento del indicador st en el circuito c, al cual se encuentra conectado el usuario.

6 A. E. Díez, J. A. Bohórquez, J. A Loera, and G. J. Suárez / Investigaciones Alicadas N o. 7 (010) Esquema general de comensación REFERENCIAS En Finalmente se resenta en la Figura, el esquema general ara el cálculo de la comensación a usuarios or la mala calidad de otencia. Fig.. Esquema general cálculo comensación a usuarios. 3. CONCLUSIONES Los indicadores THDv y Vumb, se calculan utilizando los valores rms de las ondas de tensión alicadas a una resistencia equivalente constante, or medio de las relaciones resentadas en este trabajo se uede exresar la otencia romedio y calcular la otencia suministrada or desbalance de tensión o or contenido armónico. La rouesta resentada en este trabajo, retende roorcionar las rimeras iniciativas ara autocontrol de la calidad de la otencia en Colombia, al incluir los indicadores THDv, Vumb y st, en un esquema simle y comatible con lo rouesto en (CREG, 008). El esquema resentado busca generar una metodología fácil y ráida ara el cálculo de los indicadores, la comaración con los límites ermitidos y el cálculo de comensaciones a los usuarios afectados or la mala calidad de la otencia. Hace falta investigación sobre el comortamiento actual del sistema Colombiano ara validar los límites actualmente vigentes y sobre las metodologías que ueden utilizar los Oeradores de Red ara el control de usuarios que afectan la calidad de la otencia. 3 BOHÓRQUEZ, A. (004) Evaluación de Fenómenos Calificadores de la Calidad de la otencia Eléctrica. Medellín, Universidad ontificia Bolivariana. BOLLEN, M. (000) Understanding ower Quality roblems: Voltage Sags and interrutions. New York, IEEE ress. CREG (1998) Resolución 070. Bogotá, CREG (000) Resolución 096. Bogotá, CREG (00) Resolución 08. Bogotá, CREG (004a) Resolución 103. Bogotá, CREG (004b) Documento-04. Bogotá, CREG (005a) Resolución 04. Bogotá, CREG (005b) Documento-017. Bogotá, CREG (008) Resolución 097. Bogotá, ICONTEC (1989) Tensiones nominales en sistemas de energía eléctrica a 60 Hz en redes de servicio úblico. NTC Bogotá, Instituto Colombiano De Normas Técnicas Y Certificación. ICONTEC (00) Calidad de la otencia CE - Definiciones y términos fundamentales.ntc Bogotá, Instituto Colombiano De Normas Técnicas Y Certificación. IEC (1990) Electromagnetic comatibility (EMC) art : Environment - Section : Comatibility levels for low-frequency conducted disturbances and signalling in ublic lowvoltage ower suly systems. IEC Geneva, International Electro-technical Commission. IEC (1997) Electromagnetic comatibility (EMC) - art 4: Testing and measurement techniques - Section 15: Flickermeter - Functional and design secifications. IEC Geneva, International Electro-technical Commission.

7 A. E. Díez, J. A. Bohórquez, J. A Loera, and G. J. Suárez / Investigaciones Alicadas N o. 7 (010) 18-4 IEEE (199) Recommended ractices and Requirements for Harmonic Control in Electrical ower Systems. IEEE 519. New York, Institute of Electric and Electronic Engineers. IEEE (1995) Recommended ractice for Monitoring Electric ower Quality. IEEE Standard New York, Institute of Electric and Electronic Engineers. IEEE (001) Voltage Sags Indices. IEEE Standard New York, Institute of Electric and Electronic Engineers. LOERA, J y DIEZ, A. (005) Modelo sintético y sistémico ara la evaluación de la calidad de la otencia. Medellín, Universidad ontificia Bolivariana. SOBRE LOS AUTORES Andrés Emiro Díez Restreo rofesor de la Universidad ontificia Bolivariana. Maestría en Transmisión y Distribución de la otencia Eléctrica. Armando Bohórquez Cortazar rofesor de la Universidad ontificia Bolivariana. Maestría en Transmisión y Distribución de la otencia Eléctrica. Jairo Augusto Loera érez rofesor de la Universidad ontificia Bolivariana. Maestría en Transmisión y Distribución de la otencia Eléctrica. Gabriel Jaime Suárez Londoño rofesor de la Universidad ontificia Bolivariana. Esecialización en Transmisión y Distribución de la otencia Eléctrica. 4