Waste not, want not.
En cada etapa del sistema eléctrico, desde el generador hasta la toma de corriente, hay pérdidas de energía. Cuando se pierde energía, los servicios públicos deben generar o comprar energía adicional para satisfacer la demanda. En otras palabras, la ineficiencia cuesta dinero.
Una forma sencilla de calcular la pérdida en términos de costo es multiplicando el costo promedio de energía por megavatio-hora por las pérdidas totales de energía. Otra forma es averiguar el porcentaje de pérdida de la empresa de servicios públicos, que es la relación entre las pérdidas totales de energía y las fuentes totales de energía. El porcentaje medio de pérdida de energía pública es del 4,07%. Las pérdidas de más del 6% para los servicios públicos de energía pueden sugerir pérdidas físicas excesivas.
Hay un fuerte incentivo para que los servicios públicos puedan utilizar la mayor parte de la electricidad que tienen. La eficiencia no solo tiene que ver con el costo, sino que también es un buen indicador del rendimiento y la salud del sistema, y el monitoreo de varios elementos, como el exceso de calor de los transformadores y otros equipos, puede respaldar una mayor confiabilidad. La importancia de la eficiencia para los servicios públicos es la razón por la que es un componente tanto de la designación de Proveedor de Energía Inteligente como de Proveedor de Energía Pública Confiable.
¿De dónde vienen las pérdidas?
Algunas pérdidas del sistema son inevitables, y las pérdidas no se pueden eliminar por completo.
Casi dos tercios de la energía se pierde en la generación y transmisión de electricidad.
A nivel de distribución, que es lo que la mayoría de las empresas de servicios públicos gestionan, la mayoría de las pérdidas se producen en líneas (aéreas o subterráneas) y transformadores.
- Las líneas primarias y los reguladores pueden representar casi la mitad de las pérdidas del sistema de distribución
- Los transformadores representan aproximadamente el 27% de las pérdidas del sistema de distribución
Las pérdidas en otros dispositivos, como interruptores y disyuntores, representan una parte menor de las pérdidas, pero pueden ser significativas en las secundarias del sistema donde las corrientes tienden a ser altas.
Aquí hay un breve repaso sobre las formas en que los servicios públicos de energía pueden trabajar para reducir las pérdidas en conductores y transformadores.
Reduciendo las pérdidas de conductores
Los conductores permiten el flujo de corriente eléctrica. Los conductores también ofrecen resistencia al flujo de corriente, lo que resulta en pérdida de potencia. La pérdida de potencia (en vatios) está representada por la relación familiar:
P=I2R
La corriente transportada por el conductor en amperios (A) y la resistencia eléctrica en ohmios (Ω) se simbolizan como I y R, respectivamente. La resistencia aumenta con la longitud del conductor y disminuye con el área de la sección transversal del conductor. Al igual que fluye más agua a través de una tubería ancha que una estrecha, la carga eléctrica es mayor y la resistencia es menor en los cables con mayores áreas de sección transversal.
La resistencia, R, para un conductor está determinada por la siguiente ecuación:
R = pL / A
La resistividad de un objeto está representada por ρ (rho) y se mide en Ω m (ohmímetros). L representa la longitud, y A representa el área de la sección transversal del material. Las relaciones mostradas en las ecuaciones confirman que la resistencia del conductor aumenta con mayor longitud y disminuye con áreas de sección transversal más grandes.
Los conductores típicos utilizados en la nueva distribución aérea son 336.4 kcmil 26/7, lo que implica 26 hilos de conductor de aluminio que rodean 7 hilos de acero. El área del aluminio conductor es de 336,4 kcmil, donde un kcmil es mil mils circulares y un mils circular es el área de un círculo que tiene un diámetro de un mil (0,001 pulgadas). Los conductores más antiguos, como la línea de cobre #4 AWG, tienen una sección transversal de 41,7 kcmils.
El siguiente ejemplo simplificado se utiliza para mostrar cómo la reconductorización puede reducir las pérdidas de línea. Si una empresa de servicios públicos reemplaza el cable de cobre sólido #4 AWG con un cable de aluminio trenzado de 336.4 kcmil en su distribución, puede reducir la pérdida de energía en un factor de casi 5.
| Conductor | Varamiento | Circular mils | ampacidad Permisible | Resistencia ohmios/km | pérdidas en Línea de 100 amperios de carga en el extremo de una de 1 milla de la línea de |
| 4 AWG | Sólidos | 41,740 | 170 | 1.314 | 13.14 kW |
| 336.4 | 26/7 | 336,400 | 510 | 0.273 | 2.73 kW |
la Renovación o sustitución de los antiguos conductores es una importante pérdida de reducción de la técnica y puede proporcionar una mayor capacidad en el sistema. Si bien la reconducción es teóricamente una excelente opción para reducir las pérdidas, el proceso, incluido el nuevo hardware, es costoso.
Reducción de las pérdidas de transformadores
Los transformadores reducen la electricidad de alto voltaje de una línea eléctrica a un voltaje más bajo en el sistema de distribución. Las pérdidas de transformadores se dividen en dos categorías: pérdidas de carga (pérdidas de bobinado) y pérdidas sin carga (pérdidas de núcleo). Las pérdidas sin carga ocurren continuamente mientras el transformador está energizado y las pérdidas de carga varían a medida que cambia la carga.
La mayoría de las pérdidas de transformadores son pérdidas de carga, lo que hace que el cálculo de las pérdidas de carga sea un elemento esencial de cualquier evaluación de transformadores.
La capacidad del transformador, o el tamaño eléctrico de un transformador, se clasifica en kVA. La carga de kVA del transformador es el producto de la corriente y el voltaje. kV es la tensión nominal del transformador en kilovoltios y I es la corriente del transformador en amperios. El producto es aproximadamente el mismo en el lado primario o secundario del transformador.
Transformadores monofásicos kVA loading = kV * I
Transformadores trifásicos kVA loading = √3 kV * I
El voltaje para circuitos trifásicos en la expresión anterior es el voltaje de línea a línea y la corriente a la que se hace referencia es la corriente de línea. La carga del transformador está clasificada en kVA y es tres veces la carga por fase, suponiendo que las fases estén aproximadamente equilibradas. La expresión es válida para devanados conectados delta y wye.
El voltaje en un sistema de distribución debe mantenerse en o cerca del valor nominal. Las pérdidas de carga del transformador, que varían estrechamente con el cuadrado de la corriente, también varían aproximadamente con el cuadrado de la carga de kVA del transformador. Las pérdidas de carga y las pérdidas sin carga a la carga nominal del transformador se pueden obtener de los datos del fabricante o de las pruebas realizadas en el transformador.
Algunos ejemplos de opciones tecnológicas que los fabricantes utilizan para mejorar la eficiencia incluyen:
- Aceros de núcleo eléctrico de grado superior
- Diferentes materiales conductores
- Ajustes en la configuración del núcleo y la bobina
Las utilidades también pueden incorporar garantías contra los valores de pérdida de transformador en los acuerdos de compra con los fabricantes, como por ejemplo::
- Requiere pruebas ampliadas del fabricante para grandes lotes de transformadores con documentación de prueba de apoyo.
- Requiere visitas in situ del personal de servicios públicos durante las pruebas del fabricante.
- Utilizando un laboratorio independiente para probar muestras de transformadores.
- Que requieren ajustes de precio para transformadores que no cumplen con el rendimiento de pérdida garantizado.
Otras estrategias para reducir y monitorear la pérdida de transformadores incluyen:
- Compra de transformadores nuevos (y reguladores de voltaje) basados en una evaluación de costos del ciclo de vida.
- Usar la función de compensación de caída de línea en los reguladores de voltaje para evitar exponer los transformadores más cercanos a los reguladores a voltajes superiores al 5% de la potencia nominal.
- Utilizar el transformador de capacidad más pequeño posible para cada instalación, considerando factores como la temperatura ambiente durante la carga máxima, la duración de la carga máxima esperada y el crecimiento esperado de la carga; esto puede descartar el uso de transformadores completamente autoprotegidos (CSP), cuya capacidad de sobrecarga está limitada por el funcionamiento automático del disyuntor secundario integral.
- Mantener registros de los clientes conectados a cada transformador operativo y supervisar la carga del cliente en cada transformador; asegúrese de que todos los transformadores abandonados se hayan desconectado de la línea primaria.
Otras formas de Reducir las pérdidas
Hay muchas más formas de medir y reducir las pérdidas del sistema de distribución, algunas más fáciles de implementar y otras asociadas con mayores gastos. Los pasos más costosos generalmente implican un análisis de ingeniería y de costos del ciclo de vida económico.
- Examine regularmente el rendimiento del sistema y asegúrese de tener una imagen precisa de su factor de carga.
- Identificar áreas problemáticas con pérdidas físicas.
- Priorice las actualizaciones según el mayor costo de energía o la pérdida de demanda.
- Mantenga corrientes iguales (equilibradas) en las tres fases del circuito de alimentación tanto como sea práctico.
- Utilice el conductor económico más grande para los nuevos circuitos primarios y mantenga los circuitos secundarios lo más cortos posible.
- Utilice el conductor de mayor tamaño económico para nuevos circuitos primarios y evalúe los beneficios de la construcción trifásica frente a la monofásica; evite la aplicación de reguladores de voltaje aguas abajo de la subestación cuando sea posible.
- Analice los bancos de condensadores para verificar que el tamaño y la ubicación del condensador se ajusten correctamente a la carga del alimentador.
- Instale condensadores para corregir el factor de potencia en función de las características del alimentador medido, el modelado asistido por computadora y el análisis económico de costos del ciclo de vida.
- Verifique cada multiplicador de medidor registrado en el sistema de facturación con los multiplicadores correspondientes marcados en los medidores cada dos años.
- Realice pruebas y calibraciones de medidores regularmente. Pruebe medidores monofásicos para clientes cada ocho años, medidores polifásicos cada seis años y medidores de alto uso (que generan más del 3% de los ingresos totales del sistema) anualmente.
- Instale equipos de medición / supervisión de subestaciones para cada alimentador para obtener, como mínimo, perfiles de voltaje, corriente y factor de potencia en relación con el tiempo.
- Convierta circuitos monofásicos largos y sustancialmente cargados en trifásicos.
- Convierta uno o más alimentadores a un nivel de voltaje más alto
- Reconduzca los troncos de los circuitos de carga pesada existentes, comenzando en el extremo de la fuente.
El aumento de la eficiencia ayuda a seguir manteniendo la ventaja de la energía pública en confiabilidad y asequibilidad en comparación con nuestros pares. Únase al servidor de listas de servicios de energía para compartir consejos y estrategias adicionales para reducir las pérdidas.
Las empresas de servicios públicos con esfuerzos de eficiencia energética sobresalientes deben considerar solicitar la designación de Proveedor de Energía Inteligente. Las solicitudes vencen el 30 de abril.