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:
Introducción
Pérdidas de Energía Eléctrica
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
Introducción
Pérdidas Técnicas Joule (en el cobre) Variables con la carga Faraday (en el hierro) Invariables con la carga Corona (alta tensión) Despreciables a nivel de tensiones de DIS No TécnicasAccidentales Error de conexión Mal funcionamiento Administrativas Errores de lectura
¿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.
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
pde pérdidas técnicas disipada en forma de calor
se puede escribir como P
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.
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".
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).
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.
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.
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 costo medio anual de la energía, de 90 $/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.
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 (fc) como: el valor de la potencia
media anual, dividido el pico anual de la misma.
= = í ( )
í ( )
Luego se calcula el factor de pérdidas anual a partir de la siguiente fórmula:
é ( ) = . + 1 − . !
Siendo:
: factor de pérdidas anual. : factor de carga anual.
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 MWh que 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
Calculemos ahora el valor de la Energía de pérdidas y el costo de las mismas.
0 í é = 812345467 9 9 8760 = 45090,398760 = 1.183,3 ()ℎ
é = 0 í é 9 : ó = ⋯
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
Perdidas Tecnicas
•
Redes de Media y Baja Tension
•
Transformacion de MT/MT y MT/BT
•
Acometidas de clientes
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 Whn
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 lineaI
la corriente en amperiosPérdidas 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 Whk 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 lineaPérdidas Transformador de potencia
•
Perdida en el cobre (rH, rX)
Pérdidas en el Cobre
R1 Resistencia Primario
R2 Resistencia Secundario
I1 e I2 Corriente primaria y secundaria
Rcc Resistencia cortocircuito
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.