Artículos Técnicos

Uso de líneas de distribución en configuración multitensión y/o multicircuito

Resumen Ejecutivo
 

En el siguiente informe se realiza un análisis y comparación entre el uso de líneas de distribución en configuración multitencion o multicircuito para conectar a la red energías renovables, en donde se centrará la atención en mini centrales hidráulicas de pasada de una capacidad de 5 MW o inferiores. Muchas de estas energías renovables están ubicadas en sectores donde existen líneas de distribución, pero de baja capacidad, debido a que en primera instancia fueron diseñadas solo para cumplir su tarea de distribuir energía, no para conectar pequeños generadores en ellas. Agregar un circuito a estas líneas, aumenta la capacidad de transporte de potencia, abriendo la posibilidad a la instalación de proyectos eléctricos que no pueden hacer una línea de transmisión nueva por ellos mismos, debido que, al ser proyectos de baja capacidad, no es viable construirlo si es que hay que crear líneas muy largas para su conexión. Estos circuitos pueden ser de tres posibles congiguraciones, estas son líneas multicircuito desnuda, líneas multitencion desnuda (mixta) y línea multitencion protegida. Finalmente se decidió que la mejor opción para este problema particular es instalar líneas multitencion protegidas y compactas debido a sus variadas ventajas, dentro de las cuales destaca una reducción en los costos operativos, mayor seguridad a la hora de la mantención, son más amigables con el medioambiente, dan mayor confiabilidad, y finalmente, poseen mayor capacidad de potencia transmitida, debido al montaje de ternas múltiples manteniendo las alturas de los soportes convencionales, resultando al largo plazo, más viables y económicas que cualquier otra opción.

 

Introducción
 

En la actualidad, existe una gran preocupación por el nivel de contaminación que se le ejerce al planeta por causa de los gases de efecto invernadero, por lo cual se incentiva mucho a las nuevas fuentes de energía renovables, o cualquier fuente de energía limpia en general. En particular, en el sur de Chile existe un gran potencial para poder extraer energía de los caudales de sus ríos, a través de pequeñas centrales hidroeléctricas. No obstante, al ser pequeñas, no tiene ningún sentido económico crear largas líneas de transmisión para conectarlas a la red troncal, por lo que se han conectado directamente a las redes de distribución de la zona, en donde empieza a aplicar el concepto de generación distribuida. El principal problema es que estas redes de distribución, en un principio, no fueron diseñadas para transportar tales flujos de potencia que se les aplican si se conectan estas mini centrales, por lo que las líneas empiezan a colapsar. La principal solución a este problema es agregar un circuito a estos trazados para así aumentar la capacidad de transporte de flujo de potencia. La idea principal de este informe es determinar la configuración de circuitos más óptima a conectar, para satisfacer los flujos que se generarían si se conectaran más de estas mini centrales, en donde aparece la opción multitensión o multicircuito, además de analizar las principales dificultades de operación de estas centrales, de modo de entregar a los clientes finales, una energía que cumpla con todas las normas legales de calidad de servicio. Dentro de las dificultades de operación surge el concepto decontrol de voltaje en presencia de generación distribuida, análisis de cortocircuito, perdidas en las redes de distribución, entre otros. Adicional a esto, se analizaran el posible impacto ambiental y social de la construcción de nuevas mini centrales hidroeléctricas y sus respectivas líneas. Además de posibles modificaciones legales para incentivar aún más a la construcción de estas mini centrales, y así no tener ningún impedimento para lograr el incentivo de crear más centrales de este tipo y aumentar así la generación de energía limpia.

 
1.1  Mini centrales hidroeléctricas de pasada (1-5MW) en la zona
 

El área geográfica en la cual centraremos la investigación abarca a la VIII, XIV ya la X región de Chile. En cada una, distintas cooperativas se encargan de la distribución de electricidad, y en estas, se encuentran ya conectadas algunas mini centrales hidroeléctricas de pasada.

 

De acuerdo a lo definido en la Ley 20.257, una central hidroeléctrica es considerada renovable no convencional, en caso de que su potencia sea menor a 20 MW. En este trabajo centraremos el estudio a centrales de entre 1MW a 5MW de potencia, por lo que todas están consideradas como ERNC.

 

Dentro de las principales ventajas de las centrales hidroeléctricaspequeñas encontramos que aparte de ser fuentes de generación limpia al no contaminar el medio ambiente, son económicas, dado que poseen bajos costos de operación y de mantenimiento. Son muy confiables debido a que poseen una larga vida útil. Poseen una alta eficiencia, la cual puede variar entre 70% y 90 %, que es muy superior a otras fuentes de energía. Si la comparamos con generación eólica o solar, posee un factor de planta elevado, generalmente superior al 50% (mientras que la generación eólica posee factor de planta menor al 30%), genera un mínimo impacto ambiental por emplazamiento y por operación, debido a que el agua se usa de tal manera que es devuelta aguas abajo, al cauce de donde se extrajo o, a un nuevo cauce.

 

La principal problemática de la instalación de estas mini generadoras es que, por lo general, se conectan a redes de distribución, redes las cuales no fueron diseñadas para transportar un excesivo flujo de potencia, por lo tanto, existe un límite de mini centrales a conectar, a menos que se aumente la capacidad de las líneas.

 

Dentro de las centrales ya instaladas en la zona encontramos la central Don Walterio, una mini central hidroeléctrica de pasada instalada en 2013 en la comuna de Rio Bueno en la región de Los Ríos, con una unidad instalada de 2.9 MW de potencia neta total, asociada a la distribuidora COOPREL, cuyo punto de conexión al sistema es en el alimentador Pilmaiquen Rucatayo.
Otra es la central Los Padres, puesta en servicio el año 2014 en la comuna de Quilleco en la región Del Biobío, con una unidad instalada con capacidad de 2.2 MW, asociada a la distribuidora COOPELAN, conectada en el alimentador de 23 KV Mampil.

 

También existe la central El Diuto, puesta en servicio el año 2011 en la comuna de Los Ángeles, región del Biobío. Esta central posee una unidad de 3.3 MW de potencia, y también está asociada a la distribuidora COOPELAN, su punto de conexión al sistema es en Manzanar (23 KV).

 

Otra central es la central Ensenada, puesta en servicio el año 2013, está ubicada en la comuna de Puerto Varas en la región De Los Lagos. Posee tres unidades mini hidráulicas de pasada de 1.2 MW de potencia, está asociada a la distribuidora CRELL, y está conectada al sistema en el alimentador Puerto Rosales.

 

Estas son algunas de las centrales más importantes, pero junto a estas también existen otras centrales más pequeñas ubicadas en la zona, como la central Contra con 0.3MW de potencia.

 

1.2.- Red de distribución actual y posibles problemas si se instalan más mini-centrales

 

El caso de estudio corresponde a las zonas donde operan las empresas distribuidoras Crell, Coopelan, Socoepa y Cooprel. Hoy operan 5 mini-centrales en estas 4 empresas.

 
1. Cooprel:
a) Central Contra 0,3 MW (2013)
b) Central Don Walterio 2,9 MW (2013)
2. Coopelan:
a) Central El Duito 3,3 MW (2011)
b) Central Los Padres 2,2 MW (2014)
3. Crell:
a) Central Ensenada 1,2 MW (2013)
4. Socoepa: Esta empresa no cuenta con centrales conectadas en su red.
 
Estas centrales inyectan su potencia directamente en la red de distribución correspondiente.
 

Dentro de los posibles problemas que se presentan al momento que conectar más generación distribuida, están la saturación de los conductores y la inversión del flujo de potencia en los alimentadores, lo que se traduce en la necesidad de cambiar las protecciones por equipos bidireccionales, entre otros. Es clave, para evaluar posibles conexiones futuras, conocer los estándares de construcción de la red de distribución que utilizan cada una de las empresas mencionadas.

 

Uno de los problemas a los que se enfrenta un generador pequeño es el costo de conexión. El artículo 149° DFL N°4 de 2007 dice que las obras adicionales necesarias para permitir la inyección de dichos excedentes de potencia deberían ser ejecutadas por los propietarios de los sistemas de distribución correspondientes y que sus costos serán de cargo de los propietarios de los medios de generación. Lo que puede ocurrir es que las empresas de distribución aprovechen estas instancias para mejorar la infraestructura de su red sin ser estas inversiones estrictamente necesarias para la inyección de estos excedentes.

 
1.3.- Posibles alternativas de líneas de distribución a conectar
 

Las alternativas que proponemos a continuación están condicionadas a las características técnicas de las líneas existentes actualmente en las redes de distribución.

 

I. Aumento de tensión del alimentador: Esto requiere cambiar el conductor, el soporte y las aislaciones. Como se asume que la línea cumple con la norma de estar al menos a 5 metros del suelo, no sería necesario un cambio de los postes.

 

II. Instalación de conductores en paralelo: Dependiendo de la disposición que tengan los conductores se pueden barajar varias formas de que otro circuito comparta los postes. Así se puede aumentar la capacidad del tramo. A continuación se muestran ejemplos de lo mencionado.

 

Poste urbano con doble circuito
Figura 1 Poste urbano con doble circuito

 
Poste urbano con doble circuito2
Figura 2 Poste urbano con doble circuito

 

En ambas figuras se observan redes de conductores en paralelo (doble circuito), en donde el la figura 1 los circuitos son de distinto voltaje (y poseen distinta separación entre ellos), además de poseer una configuración especial usando separadores. En la segunda figura los circuitos poseen el mismo voltaje, donde su disposición espacial es la tradicional.

 

1.4.- Elección o sugerencia de las líneas a construir basados en normas legales y técnicas.
 
Para tomar una decisión sobre la posible configuración a utilizar, es necesario conocer las especificaciones técnicas de cada una.

 

Existen dos opciones importantes, implementar multicircuito o multitension. Primero se explicara la opción de multicircuito y luego se expandirá a la explicación de la opción de multitension.

 
Multicircuito
 

Existen 2 opciones de multicircuito y se diferencian principalmente en contar con cable desnudo o cable protegido Space-Cab.

 

Poste urbano con doble circuito2
Figura 3 Multicircuito cable desnudo

 
· Multicircuito con cable desnudo: Como se muestra en la figura 3, esta opción requiere de crucetas y aisladores convencionales pero requiere de una considerable distancia entre circuitos.

 

Para entender mejor como se deben construir estas líneas se presenta un extracto del pliego técnico normativo RPTD N° 7 en su punto numero 6:

 
6 Distancias de seguridad en instalaciones de distribución
 
6.1 Separación horizontal entre conductores de líneas aéreas. La separación horizontal mínima entre conductores deberá ser:
 

a. En soportes fijos
Los conductores desnudos del mismo o de diferente circuito en soportes fijos (con aisladores rígidos) deberán tener la siguiente separación horizontal mínima en sus soportes:
– Líneas de baja tensión 150 mm
– Líneas de media tensión hasta 15 kV 300 mm
– Líneas de media tensión superior a 15 kV hasta 23 kV 380 mm
b. En aisladores de suspensión.
Cuando se usen aisladores de suspensión con movimiento libre, la separación entre los conductores deberá aumentarse para que, al inclinarse una cadena de aisladores hasta formar un ángulo de 30 grados con la vertical, la separación sea igual o mayor que la obtenida por medio de la letra a) anterior.

 

6.2 Separación vertical entre conductores de línea

 

6.2.1 La separación vertical, mínima en metros, entre conductores de línea localizados en diferentes niveles de una misma estructura, deberá ser la indicada en la Tabla N° 5.

 

tabla
 
6.2.2 Los conductores pueden instalarse a una separación vertical menor que la indicada en la Tabla N° 5, cuando estén colocados en un soporte vertical de varios conductores, que esté firmemente sujeto a un lado de la estructura y se cumpla con las siguientes condiciones:

 

a. Los conductores deberán ser de baja tensión, excepto si son cables de media tensión que tengan cubierta o pantalla metálica continua efectivamente puesta a tierra.

 

b. Todos los conductores deberán ser del mismo material.

 

c. La separación vertical entre conductores desnudos de baja tensión, no deberá ser menor que la señalada en la Tabla N° 6.

 
tabla6
 

Estas distancias mínimas no serán aplicables a cables aislados o preensamblados.

 

d. Cuando el vano en líneas de media tensión superior e inferior, sea mayor a 90 m, a la separación vertical de 1 m, se deberá aplicar un incremento de 1 cm por cada metro en exceso de 90 m.

 

6.3 Altura mínima de conductores sobre el suelo La altura mínima del conductor sobre la superficie, medida en el punto más bajo dentro del ancho de la zona de cruce, será la indicada en la Tabla N° 7.

 

tabla7
 
Cuando se trata de cursos de agua navegables, el cruce sobre estas zonas y la determinación de la altura de los conductores, deberá coordinarse con la autoridad competente, de tal manera que se permita el paso libre de las embarcaciones.

 

La estructura con doble circuito con cable desnudo quedaría de la forma mostrada en la figura 4. Si se compara con un circuito simple se puede notar que el poste debe ser de mayor altura para instalar el segundo circuito 1 metro más arriba. Las medidas mostradas son referenciadas a una línea de 23 kV en un sector densamente poblado.

 

Doble circuito con cable desnudo
Figura 4 Doble circuito con cable desnudo

 

· Multicircuito con cable protegido: si bien esta opción considera más equipamiento de aislación, permite ocupar mucho menos espacio por potencia transmitida. Hoy empresas como Chilectra basa toda su expansión en esta tecnología por considerarla más económica, segura y estratégica pensando en una red cada vez más saturada.

 

Figura 5 Estructura de doble circuito con cable protegido
Figura 5 Estructura de doble circuito con cable protegido

 

La estructura mostrada en la figura 5 puede expandirse a 3, 4, 5 o la cantidad de circuitos que se requiera para aumentar la capacidad del alimentador. Lo anterior se puede hacer siempre y cuando el cable que se encuentre más cercano al suelo, cumpla con las distancias de seguridad especificadas en la tabla N° 7.

 

La diferencia principal entre ambas opciones es la significativa ventaja de la red aérea compacta por sobre la línea tradicional con conductores desnudos. Entre las ventajas más importantes se puede mencionar:

 

  • Reducción de costos operativos debido a una menor intervención de la red, relacionados con mantenimiento correctivo y preventivo.
  • El sistema de redes compactas permite aprovechar las estructuras existentes, así se puede reemplazar circuitos antiguos por líneas compactas sin la necesidad de remover postes o crucetas.
  • Este tipo de redes reduce los riesgos de accidentes del personal operativo de la compañía encargada de mantener y operar la red.
  • Al reducir considerablemente la sección intervenida por los conductores (franjas de seguridad, espacios de montaje, etc), se reduce la poda de árboles tanto en frecuencia como en volumen.
  • Se reducen las interrupciones de suministro por concepto de cortes programados o interrupciones accidentales.
  • Como ya se mencionó antes este tipo de instalaciones permite el montaje de varios circuitos en la misma infraestructura siempre que la altura lo permita como se muestra en la figura 6.

 
figura6
 

Como comparación adicional se presenta la diferencia que existe entre conductores aéreos desnudos convencionales y conductores compactos considerando que los conductores compactos son fabricados con aluminio puro.

 

Conductor de aluminio puro
Ilustración 7 Conductor de aluminio puro

 
Ilustración 8 conductor de aluminio con alma de acero
Ilustración 8 conductor de aluminio con alma de acero

 
Ilustración 9 conductor de aleación de aluminio
Ilustración 9 conductor de aleación de aluminio

 

En lo que se debe prestar atención de estos datos es en la resistividad de los conductores compactos, la cual es menor que las otras opciones, por lo que permiten una mayor capacidad de conducción con la misma sección del conductor.

 

La capacidad de los conductores se presenta en la ilustración 10.

 

Ilustración 10
Ilustración 10

 

El estudio del valor agregado de distribución nos da una referencia de costos de implementar cada una de las opciones.

 

Ilustración 11
Ilustración 11

 

La tabla de la ilustración 11 es un extracto de los datos entregados en el estudio de valor agregado del 2008. La segunda columna de la tabla representa la sección del conductor y la tercera columna el costo en pesos por kilómetro.

 
Multitension
 

Una vez ya explicada la opción de multicircuito es más sencillo explicar las exigencias de un circuito multitension.

 

Le estructura en un poste es básicamente la misma que la de la configuración multicircuito, pero con la diferencia que cada circuito aplica las normas correspondientes a su nivel de tensión y las normas cruzadas como son las explicitadas en la tabla N° 5 para distancia entre conductores de distinta tensión. Se debe tener en cuenta que la información entregada en la tabla N°5 es para conductores desnudos y que para conductores protegidos (como es el caso de la red compacta) esa distancia es considerablemente menor.

 

Además de las consideraciones de distancias de seguridad entre conductores, la configuración de multitension debe agregar a las instalaciones los equipos correspondientes a esa tensión. Si a los postes que ocupa un alimentador se les agregan conductores de distinta tensión, este deberá contar con transformadores, protecciones, desconectadores, interruptores, condensadores, aislaciones y otros equipos adecuados para ese nuevo nivel de tensión. Todo esto hace que la opción de multicircuito sea considerablemente más cara que la opción multitension a menos que dentro de los planes de expansión de una subestación ya este incorporada la construcción de un nuevo alimentador y que éste pueda utilizar los postes de otro alimentador para ahorrar costos.

 

Existen casos en donde un alimentador debe pasar cerca de otro, o incluso puede darce el caso de que un par de alimentadores deba cruzarce. En estos casos se da la instancia perfecta para utilizar las instalaciones de uno de los alimentadores para el otro. A continuación se muestra un caso real tomado de la ruta CH-90 en el km 121. En la ilustración 12 se aprecia como dos alimentadores comparten la infraestructura y luego se separan para alimentar distintas zonas.

 

Ilustración 12
Ilustración 12

 
1.5.- Impacto social y ambiental debido a la instalación de nuevas redes de distribución.
 

El impacto social debido a la construcción de nuevas líneas de distribución o a la instalación de multi-circuitos en los postes ya existentes vienen dados principalmente por el impacto visual que estas instalaciones producen, por el impacto en la deforestación y el posible impacto en el turismo local.

 

Si se pretende incentivar la construcción de múltiples mini generadores hidroeléctricos de pasada se debe tomar en consideración que todos estos deben estar conectados a través de cables a las líneas de distribución (que, como veremos en el punto 3.6. Dificultades de operación, no necesariamente es la distancia más corta entre el generador y la red de distribución más cercana, si es que queremos un buen funcionamiento de nuestro sistema interconectado en general), y esto afectara fuertemente la belleza intrínseca del área o del sector, lo cual es relevante tomando en cuenta el turismo de la zona.

 

En el Río Petrohué, ubicado en la Región de Los Lagos, por ejemplo, se practica Rafting, el cual es uno de los deportes aventura más populares en el sur de Chile, consiste en dejarse llevar por la corriente de un río aguas abajo sobre una balsa. Claramente no se podrán realizar construcciones de centrales de pasada en este río, y si se pretenden construir, se tendrán problemas directos con el área de turismo de la zona. Asimismo probablemente se tengan problemas si se instalan redes de conexión a través o cerca de este río. Así como este, otros ríos son ocupados para otras actividades, como lo son la pesca, la cual da comienzo a su temporada entre los meses de noviembre y mayo en la Región de los Ríos.

 

También, como limitante a la construcción de más centrales hidroeléctricas, se encuentran los ríos protegidos por parques nacionales, como el Río Gol-Gol y parte del Río Pajaritos, los cuales alimentan el Lago Puyehue, el cual está protegido por el Parque nacional Puyehue. Este parque posee un superficie de 10.700 hectáreas, la cual está compuesta por más de 20 lagos, lagunas y ríos de gran caudal. Así como este, muchos otros ríos no estarán habilitados para la construcción.

 

Generalmente, dada la zona en cuestión, como las líneas deben cruzar áreas con gran cantidad de árboles, se deberá realizar una leve deforestación. Las Redes Compactas, como ya se vio, son más “amigables” con el entorno en que se instalan. Estas poseen una mejor interacción con la forestación, son más amigables con la reconfiguración de instalaciones peligrosas y generan una mejor preservación del medio ambiente, como se aprecia en la siguiente figura:

 
image036
 

Con respecto a la apreciación visual de las instalaciones eléctricas a instalar por parte de gente común, sin necesariamente con conocimiento de redes de distribución, se realizó una pequeña encuesta, en donde se pedía simplemente seleccionar cual es la red más amigable visualmente. En esta encuesta existen tres opciones a elegir, las cuales son nuestras tres posibles líneas a construir, estas son línea multicircuito desnuda, línea multitencion desnuda (mixta) y línea multitencion protegida. Siendo esta encuesta expuesta a las personas solo con estos antecedentes, su respuesta estará basada solo en la apreciación visual (y no en aspectos técnicos).

 

 1 Desnuda
1 Desnuda
2 Mixta
2 Mixta
3 Protegida
3 Protegida

 

De un total de 50 personas encuestadas (entre amigos y familiares) 7 optaron por la primera opción, 4 por la segunda y 39 por la tercera. Aquellos que eligieron la primera opción argumentaron que era la más común y ya estaban acostumbrados a ella ya que las líneas siempre han sido de esa forma. Los que optaron por la segunda (minoría) les parecía interesante la distribución del cableado. Pero aquellos que optaron por la tercera opción (la gran mayoría) hicieron gran hincapié en que es la más moderna, por lo cual les parecía ser la más segura (al ser línea multitencion “protegida”). También visualmente se ve más ordenada al tener los separadores. Con esto podemos concluir que las líneas multitencion protegida son las más aceptadas socialmente.

 

1.6.- Dificultades de operación.
 
1.6.1 Impacto de la generación distribuida en SEP de distribución radiales
 
La generación distribuida es por definición, fuentes generadoras pequeñas, por lo general menores a 10MW, en nuestro caso particular, se trata de mini centrales hidráulicas de 5MW o menores. Estas están conectadas a los alimentadores de distribución. La introducción de las fuentes de generación distribuida en algún sistema de distribución puede afectar de manera significativa el flujo de potencia y las tensiones de los clientes. Estos impactos pueden manifestarse ya sea positiva o negativamente, dependiendo de las características del funcionamiento del sistema y de la configuración del sistema en si. Los impactos positivos pueden ser Soporte de Tensión, Reducción de las Pérdidas, Mejora de la Confiabilidad del Sistema, entre otras. Pero el logro de estos beneficios no se obtiene con simplemente conectar una fuente de generación distribuida, las fuentes deben ser del tamaño adecuado, instaladas en el lugar adecuado, además deben ser confiables y deben cumplir ciertos criterios de funcionamiento. Por esto mismo, el lugar de conexión de una nueva fuente en un alimentador debe ser estudiado y modelado con anterioridad.

 

El parpadeo de tensión (Voltage Flicker) es un tema relevante y de interés en generación distribuida, pero es más significativo cuando esta generación es del tipo eólica o solar, en donde la generación de energía es más aleatoria y dependiente del clima. No se tomara en cuenta este efecto debido a que estudiaremos solamente centrales hidráulicas, las cuales poseen una alta confiabilidad. No obstante si en la zona se empieza a instalar fuentes eólicas será necesario estudiar este efecto. (No es probable que se instalen centrales foto voltaicas en la zona).

 

Es sabido que los rectificadores usados en generadores eólicos y solares inyectan armónicos a la red, pero sabemos que este no es el caso debido a la inexistencia de este tipo de generadores, no obstante, generadores como el generador síncrono puede ser fuente de armónicos. Dependiendo del diseño de las bobinas y de la no linealidad del núcleo y otros factores, pueden existir armónicos significativos. La tercera armónica es aditiva (debido a que están en fase) en el neutro, lo cual la hace una de las armónicas mas peligrosas .

 

La disposición de puesta a tierra del transformador y el generador tendrá un papel importante en la limitación de la penetración en el alimentador de los armónicos. Los arreglos pueden ser seleccionados para bloquear o reducir la inyección de terceros armónicos en el sistema. Si bien el problema de los armónicos no es tan grave como otros inconvenientes a estudiar con generación distribuida, se puede producir resonancia con bancos de condensadores, o problemas con equipos que son sensibles a los armónicos.

 

En caso de una falla mayor, el sistema eléctrico en su totalidad puede ser separado en islas individuales, esto se hace para que, una vez despejada la falla, se pueda volver a interconectar el sistema de una manera mas rápida y sencilla en comparación a si se hubieran desconectado todos los generadores por separado. Al tener generación distribuida, estos continuaran energizando estas islas, lo que aumenta la confiabilidad del SEP en general. Sin embargo, al ser todos estos generadores de baja potencia (menores a 5MW), al ocurrir una separación en islas, es probable de que se produzcan bruscos cambios en el voltaje y en la frecuencia. Todo esto dependerá, entre otros factores, de la cantidad de demanda del sistema, de la cantidad de generadores y de la ubicación de estos.

A continuación se analizaran en detalle las perdidas en presencia de generación distribuida, el control de voltaje y el análisis de cortocircuito en el punto de conexión.

 

1.6.2.- Perdidas en redes con generación distribuida.

Dentro de una de las principales dificultades en la operación de generación distribuida se encuentra las pérdidas de potencia. Es evidente que si la energía es generada de manera local, la energía que proviene de los grandes generadores lejanos a los centros de consumo será menor, y las perdidas por las líneas de transmisión, subtransmisión y distribución serán menores. El punto importante a considerar es cuanto se pueden reducir las pérdidas. Es necesario hacer una optimización de los puntos de conexión de la generación distribuida para poder reducir al máximo las perdidas. Esta optimización se realiza del mismo modo que se hace para reducción de pérdidas con condensadores con la diferencia de que una mini central no solo agrega potencia reactiva sino que también activa.

 

Una de las grandes dificultades de la generación distribuida es la limitación para escoger puntos de conexión ya que normalmente la red de distribución recorre ciudades y sectores densamente poblados, lo que se traduce en escoger el lugar “menos malo”. Además también debe tomarse en cuenta que se querrá conectar la mini central a la red de distribución más cercana con el fin de disminuir los costos de las líneas de conexión. Con todo esto en cuenta, el análisis de perdida en redes con generación distribuida se reduce a decidir en qué punto de la red se conecta la generación.

 
1.6.3 Análisis de corto circuito en redes con generación distribuida.
 

Dentro de las dificultades de operación de una mini central hidroeléctrica se encuentra el análisis de corto circuito, el cual posee algunos aspectos distintivos cuando se observa en una red de distribución con generación distribuida.
Las consideraciones del nivel de falla pueden ser un factor inhibidor o una influencia negativa para la conexión de generación distribuida a la red, en particular a nivel de media tensión. Se debe tener énfasis en la contribución del sistema que esta “aguas arriba”, el cual es es la principal fuente de corriente de cortocircuito.

 

Las redes de distribución son caracterizadas a través de su capacidad de diseño de cortocircuito, como por ejemplo la máxima corriente de falla aceptable. Un requisito fundamental para la conexión de fuentes de generación distribuida a la red, además de la regulación de voltaje y las limitaciones de la calidad de la energía, es que el nivel total de falla, determinado a travez de la combinación de la contribución de corto circuito de la red aguas arriba y de la red con generación distribuida, debe permanecer por debajo del valor de diseño de la red. Esta limitación es a menudo el principal factor que inhibe a las redes existentes.

 

En redes radiales de media tensión (MT) y baja tensión (BT), la contribución de corriente de falla de la red de aguas arriba está determinada prácticamente por la impedancia de cortocircuito de los transformadores AT / MT o MT / BT, que se selecciona (parámetro de diseño de los transformadores a instalar) lo más baja posible para mejorar la regulación de la tensión y el desempeño general de la calidad de energía de la red. Por lo tanto, la capacidad de cortocircuito de la red de distribución existente, particularmente a nivel de MV, está cerca del valor de diseño, lo que deja poco margen para la conexión de incluso cantidades moderadas de generación distribuida.

 
1.6.4.- Control de voltaje en presencia de generación distribuida.
 

El control de voltaje en sistemas radiales de distribución se efectúa a través de cambio en los tap de los transformadores alimentadores. Al conectar generación distribuida sin un adecuado estudio del comportamiento de la demanda, puede desencadenar que los perfiles de voltaje vistos desde el transformador alimentador, se vean dentro de los límites que fija la norma técnica de seguridad y calidad de servicio pero que en la realidad estos perfiles estén por debajo del límite. Este efecto se debe a que un generador instalado en las cercanías del transformador puede “borrar” información sobre lo que está ocurriendo aguas abajo.

 

A su vez, la instalación desmedida de generación distribuida puede llevar a elevar el voltaje en un alimentador ya que estos estos están pensados como canales unidireccionales para llevar la energía de las subestaciones a los consumos y no de un punto del alimentador o red de distribución a otro. Por lo tanto nuevamente el punto de conexión y la cantidad de generadores a instalar son un tema a analizar para cada sistema particular.

 
Conclusiones
 

Es claro que es necesario un estudio detallado de cada fuente de generación distribuida a instalar si es que se desean evitar problemas operacionales y operar con la mayor eficiencia posible la instalación, sin embargo, debido a la economía de estas pequeñas instalaciones, no es posible realizar un estudio detallado para cada uno de los generadores. Esto trae consigo gastos económicos. Para resolver esto, la generación distribuida debe ser estudiada y examinada con una “metodología de bajo costo” y así garantizar un funcionamiento exitoso solamente con el cumplimiento de los requisitos básicos. Desde esta perspectiva, es posible definir tres categorías de generación distribuida, los que claramente se pueden instalar según los códigos y normas sin requisitos especiales, los que están en el límite (pueden necesitar algunos estudios especiales limitados) y los que están claramente en la necesidad de estudios detallados de impacto del sistema y en requerimiento de equipos especiales. Para evitar que los proyectos requieran estudios de impacto costosos, los nuevos proyectos de generación distribuida pueden ser examinados en función de factores tales como: Niveles de falla del sistema, en particular en el punto de conexión de la fuente de generación distribuida, el tamaño de la unidad y su contribución neta en potencia, regulación de voltaje en el alimentador a conectar, la compatibilidad del transformador y de puesta a tierra del sistema, tamaño de la carga relativa de generación en el punto de interconexión. Estos y otros factores determinarán la probabilidad de causar un impacto significativo en el sistema y en los clientes adyacentes. La proyección puede hacerse manualmente o se puede hacer automáticamente por software. Se realizarían varios cálculos para determinar si la instalación de generación distribuida propuesta necesita un estudio detallado o se puede instalar sin preocupación significativa de los impactos adversos. En general, las instalaciones más grandes con mayor frecuencia necesitan estudios especiales, pero puede darse el caso de unidades más pequeñas que en ocasiones pueden requerir estudio especializado.

 

Esto ayudará a promover la instalación de generación distribuida y mantener un adecuado nivel de seguridad, aumentar la fiabilidad y rendimiento del sistema.

 

Con respecto a las líneas a construir, las redes compactas afloran como la mejor opción para conectar las mini centrales con las redes de distribución locales.

 

Con relación a las redes convencionales, las redes compactas presentan importantes ventajas, dentro de las cuales destacan la reducción de costos operativos, lo que implica una menor intervención en la red con reducción de costos de mantenimiento correctivo y preventivo. Además este sistema permite aprovechar las estructuras existentes pudiendo solucionar los problemas de las instalaciones peligrosas y reutilizar los alimentadores. Con respecto al medio ambiente, como ya se mencionó, estas líneas representan un menor impacto ambiental al reducir considerablemente los espacios de montajes Mejoran la calidad del servicio técnico debido a la drástica reducción de las interrupciones accidentales y cortes programados. Y finalmente, con respecto a la potencia transmitida, este tipo de instalación permite el montaje de ternas múltiples manteniendo las alturas de los soportes convencionales. La instalación de alimentadores de hasta cuatro ternas por postación disminuye la inversión inicial y posibilita una mayor potencia transmitida

 
Bibliografía
 
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Norma Técnica de Seguridad y Calidad de Servicio Noviembre 2014,

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Boutsika, Thekla, 2008, “Short-circuit calculations in networks with distributed generation”

Senjyu, Tomonobu, 2008, “Optimal distribution Voltage control and coordination with distributed generation”

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Se agradece a Pontificia Universidad Católica de Chile, Escuela de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Eléctrica, por el valioso aporte.

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