Perdidas de Energía en el Sector Eléctrico Un reto permanente para las empresas y la sociedad Módulo 3 Tema 1 Pérdidas Técnicas (Introducción) Profesores/Tutores: Ing. Tomás Di Lavello
Pérdidas de Energía Eléctrica Comisión de Integración Energética Regional Introducción Diferencia entre la energía demandada y la energía facturada. Las pérdidas totales se componen de: Pérdidas técnicas Inherentes al funcionamiento Explicación por Física Pérdidas no técnicas Inherentes a la actividad relacionada Explicación por intervención humana
Introducción Joule (en el cobre) Variables con la carga Técnicas Faraday (en el hierro) Invariables con la carga Pérdidas Corona (alta tensión) Accidentales Despreciables a nivel de tensiones de DIS Error de conexión Mal funcionamiento No Técnicas Administrativas Errores de lectura Errores de cálculo Fraudulentas Puenteos Bloqueos Vandalismo
Qué son las Pérdidas Técnicas? Al distribuir potencia a través de cualquier dispositivo eléctrico, ya sea un conductor, transformador, regulador, o lo que sea, se produce una cierta cantidad de pérdidas eléctricas debidas en algunos casos a la resistencia, o en otros a la magnetización necesaria del dispositivo para su funcionamiento. Estas pérdidas son el resultado de leyes inviolables de la naturaleza. Las pérdidas ocasionadas en las redes pueden ser medidas, gestionadas y hasta minimizadas a través de la ingeniería adecuada, pero nunca eliminarse por completo. 4
Pérdidas por efecto Joule. Se conoce como efecto Joule al fenómeno asociado a la disipación de calor de un conductor de resistencia R cuando circula una corriente I por el mismo. Esa Potencia P p de pérdidas técnicas disipada en forma de calor se puede escribircomop p = RxI 2. Podemos ver que estas pérdidas aumentan con el cuadrado de la carga, por lo que es fácil ver que: si duplicamos la potencia que fluye a través de un dispositivo se cuadruplican las pérdidas, y si triplicamos el flujo de potencia, aumentamos las pérdidas en un factor de nueve. 5
Pérdidas de Vacío. Los transformadores y reguladores tienen pérdidas relacionadas a la carga al igual que las líneas y alimentadores, pero también tienen un tipo de pérdida eléctrica que es constante, y que no es función de la carga, ellas son las pérdidas de vacío. Éstas no dependen de la carga y constituyen la energía eléctrica requerida para establecer un campo magnético en el interior de estos equipos, sin él que no podrían funcionar. Independientemente de si un transformador está alimentando a alguna carga, tiene que consumir una pequeña cantidad de energía, que por lo general es menos del 1% de su plena potencia nominal, simplemente porque se energiza y "está listo para trabajar". Estas Pérdidas de vacío son constantes durante las 8.760 horas del año. 6
El costo de las pérdidas. Aunque las pérdidas son un costo (a veces muy considerable), no siempre es posible reducirlas tanto como sería deseable. las pérdidas técnicas son un costo de operación necesario, que debe ser controlado y balanceado, comparándolo con otros costos. Por ejemplo un equipo de menor inversión inicial y de mayores pérdidas puede ser más costoso, si es evaluado durante un mismo período de vida, que otro equipo de mayor inversión inicial pero de menores pérdidas (más eficiente). 7
Pérdidas Técnicas en los flujos de carga Para que una demanda ubicada en el otro extremo de un conductor (Barra R) que será generada por una central de nuestra barra (Barra S), consuma una cierta cantidad Pr y Qr de potencia (en la barra R), la unidad de Generación que genera la energía deberá generar la potencia Pr que consumirá la demanda en la otra barra, y además deberá generar un poco más de potencia (el monto de pérdidas), la que será consumida por los elementos que transportarán la carga. 8
Pérdidas Técnicas en T&D Por ejemplo un sistema de T&D que entrega 1.250 MW en el pico a la demanda, podría llegar a tener pérdidas durante este pico de 100 MW (considerando todas las pérdidas en las líneas y transformadores de la red). Esto significa que la empresa debe disponer de esa generación extra, o comprar esa energía en el pico, para poder satisfacer esta demanda, cuyos costos se calculan utilizando el costo de producción de energía de la empresa en el momento de la carga máxima (pico), lo que suele ser considerablemente superior a su costo medio de producción de energía. El costo de la demanda también debe incluir una considerable porción del gasto en transmitirla y distribuirla. 9
Ejemplo de cálculo Consideremos un circuito de 31,5 kv, trifásico, con un alimentador aéreo trifásico con conductor del tipo 125/30 ACSR, con una corriente máxima nominal de 308 A @30 C (equivalentes a 16,8 MVA de capacidad), alimentando a una carga también trifásica de 10 MW en el pico y un 4,5% de pérdidas en el nivel primario (sólo en la línea) durante el pico (450 pérdidas kw en el pico) según se observa en la figura, y que tiene un factor de carga anual del 0,51 (51%) (más adelante veremos una fórmula para calcular este factor). Supongamos un costomedioanualdela energía,de90$/mwh. Veremos a continuación cómo se procede para calcular el costo de estas pérdidas anuales con el siguiente procedimiento: Para pasar las perdidas eléctricas de potencia a energía se utiliza el factor de perdidas anual, tanto para las pérdidas en el cobre de los transformadores ST/MT como en los conductores de ST. En este ejemplo calcularemos sólo las pérdidas en el conductor del nivel de 31,5kV. 10
Ejemplo de cálculo Primero, a partir de la curva de potencia de la demanda que circula por el alimentador, se calcula el factor de carga anual (f c ) como: el valor de la potencia media anual,divididoel pico anualde lamisma. = = í () í () Luegose calcula el factor depérdidasanual a partirdela siguientefórmula: é ( )=. + 1.! Siendo: : factor de pérdidas anual. : factor de carga anual. Xes una variable que depende de la forma de la curva de la carga, y que habitualmente toma valores: 0 0,3con un valor recomendado de X=0,15. 11
Ejemplo de cálculo Por ejemplo: si en todo el año (8760h), se tuvo una carga que en el pico consume 10 MW, y por el alimentador pasaron 44.900 MWhque fueron consumidos por la demanda, el factor de carga para ese año es de: = = 44.900 ().h. 8760h 10 () =0,51 é =. + 1.! =0,15.0,51+0,85.0,51! =0,3 CalculemosahoraelvalordelaEnergíadepérdidasyelcostodelasmismas. 0 í é = 8 12345467 9 98760=45090,398760=1.183,3 ()h é =0 í é 9 : ó= =1.183,3()h 990 $. ()h =106.501,8 $ ( ) 12
Ejemplo de Pérdidas Técnicas En Resumen:Las pérdidas eléctricas pueden tener un costo significativo, que a menudo es mayor que el costo de los equipos y su mantenimiento (durante la vida útil de los equipos), incluso cuando estos costos de pérdidas a largo plazo se descuentan utilizando métodos válidos de tiempo-valor del dinero. 13
Perdidas Tecnicas Redes de Media y Baja Tension Transformacion de MT/MT y MT/BT Acometidas de clientes Medidores de Energia
Pérdidas Técnicas
Pérdidas Técnicas en Redes de MT Pérdidas técnicas (Térmicas) por efecto Joule responden a la expresión: Ep = n R I² t Donde Ep Energia de perdidas Wh n es el número de conductores cargados en la línea (2 para monofásica o continua y 3 para trifásica) R es la resistencia en ohmios de la linea Ila corriente en amperios t el tiempo en horas
Pérdidas Técnicas en Redes de BT Pérdidas técnicas (Térmicas) por efecto Joule responden a la expresión: Ep = k n R I² t Donde Ep Energia de perdidas Wh k Factor de desbalance n es el número de conductores cargados en la línea (2 para monofásica o continua y 3 para trifásica) R es la resistencia en ohmios de la linea Ila corriente en amperios t el tiempo en horas
Pérdidas Transformador de potencia Perdida en el cobre (rh, rx) Perdida en el hierro (rhe)
Pérdidas en el Cobre R1 Resistencia Primario R2 Resistencia Secundario I1 e I2 Corriente primaria y secundaria Rcc Resistencia cortocircuito C Factor de carga PccPotencia de cc
Pérdidas en el Hierro Dependen del flujo magnético El flujo solo varía con la tensión y ésta suele ser constante. Las pérdidas en el hierro son constantes ya sea en vacío o en carga nominal. La corriente en vacío se puede obtener del ensayo de vacío
Rendimiento de un transformador el rendimiento del transformador será
Pérdidas Técnicas Medidor de Energía Perdida en circuito voltimetrico Perdida en circuito amperimetrico Consumo propio Medidor (W) Electromecanico 1F 2 Electronico 1F 0.6 Electromecanico 3F 4 Electronico 3F 1.5
Fin Modulo 3 Tema 1 GRACIAS POR SU ATENCIÓN