UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERIA DE SISTEMAS, …dspace.ucacue.edu.ec/bitstream/reducacue/5618/1/MONOGRAFIA ESTUDIO... · COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO UNIDAD ACADÉMICA

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO

UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERIA DE SISTEMAS, ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

- I -

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA

UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA DE SISTEMAS,

ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

CARRERA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA.

ESTUDIO DE LAS REDES ELÉCTRICAS INTELIGENTES –

SMART GRID.

TRABAJO DE GRADUACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE

INGENIERO ELÉCTRICO.

PABLO ANDRES REINOSO SEGARRA

[email protected]

Director: ING. MICHAEL CABRERA MEJÍA

2013.



- II -

DECLARACIÓN:

Yo, Reinoso Segarra Pablo Andrés, declaro bajo juramento que el trabajo aquí

descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentada para ningún grado

o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se

incluyen en este documento.

La Universidad Católica de Cuenca puede hacer uso de los derechos

correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad

Intelectual, por su Reglamento y la normativa institucional vigente.

PABLO ANDRÉS REINOSO SEGARRA



- III -

CERTIFICACIÓN:

Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por el Tnlg. Reinoso Segarra Pablo

Andrés, bajo mi supervisión.

ING. MICHAEL CABRERA MEJÍA

DIRECTOR



- IV -

AGRADECIMIENTO:

Principalmente a Dios por haberme ayudado a lo largo de mi vida. A mi señora

madre por brindarme siempre su respeto, su amor y su apoyo incondicional con el

cual he logrado cumplir cada una de las metas que me he planteado.

A mí querida Universidad Católica de Cuenca y en especial a todos quienes

integran la Unidad Académica de Ingeniería de Sistemas Eléctrica y Electrónica. A

sus distinguidas autoridades, a su personal administrativo y docente. A todos mis

estimados profesores que a lo largo de mis años como estudiante compartieron sus

conocimientos y enseñanzas las cuales han contribuido a mi formación personal y

profesional.

A mi director de monografía Ing. Michael Cabrera Mejía por haberme brindado su

tiempo y su apoyo para realizar el presente trabajo de investigación, al igual que

todas aquellas actividades que con su respaldo como Profesor y Subdecano de

nuestra Unidad Académica se lograron realizar en beneficio de nuestra casa de

estudios superiores.

A todos ustedes mi eterno agradecimiento, mi gratitud y mi respeto.

Pablo Andrés Reinoso Segarra.



- V -

DEDICATORIA

A Dios nuestro creador y guía, a mi padre quien desde el cielo a pesar de su

ausencia física me ha ayudado a lo largo de estos años a continuar con mis sueños

y realizarlos.

Pero sobre todo a mi madre mí mejor ejemplo de vida, al ser más maravilloso que

puede haber en esta tierra quien ha estado conmigo en todos los momentos difíciles

y duros de la vida y que juntos hemos logrado superar. Por brindarme siempre su

ayuda y su apoyo, los cuales fueron fundamentales para la feliz culminación de mis

estudios universitarios.

No puedo dejar de nombrar a mis amigos, a mi familia y todos quienes de verdad

siempre me han apoyado a cumplir mis metas.

A todos ustedes mi eterno agradecimiento y mi gratitud. Que dios les page y les

bendiga siempre.

Con cariño.

Pablo Andrés Reinoso Segarra.



- VI -

ÍNDICE DE CONTENIDO. DECLARACIÓN: ......................................................................................................... II

CERTIFICACIÓN: ...................................................................................................... III

AGRADECIMIENTO: ................................................................................................. IV

DEDICATORIA ........................................................................................................... V

ÍNDICE DE CONTENIDO. ......................................................................................... VI

LISTA DE FIGURAS. ............................................................................................... XII

LISTA DE TABLAS .................................................................................................. XIV

RESUMEN ............................................................................................................... XV

ABSTRACT ............................................................................................................. XVI

CAPITULO I

INTRODUCCIÓN AL ESTUDIO DE LAS REDES ELÉCTRICAS INTELIGENTES – SMART GRID. ............................................................................................................. 1

1. INTRODUCCIÓN AL ESTUDIO DE LAS REDES ELÉCTRICAS INTELIGENTES – SMART GRID. ................................................................................................... 2

1.1. INTRODUCCIÓN. ............................................................................................... 2

1.2. MODELO ENERGÉTICO ACTUAL. .................................................................... 2

1.3. CONCEPTO DE UNA RED ELÉCTRICA INTELIGENTE - SMART GRID. ........ 3

1.4. DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE LA RED ELÉCTRICA INTELIGENTE - SMART GRID. .......................................................................... 5

1.5. OBJETIVOS DE LAS REDES ELÉCTRICAS INTELIGENTES – SMART GRID. ............................................................................................................................ 6

1.6. CARACTERÍSTICAS DE LA RED ELÉCTRICA DEL FUTURO. ......................... 7

1.7. BENEFICIOS DE UNA RED ELÉCTRICA INTELIGENTE - SMART GRID. ....... 9



- VII -

1.8. POSIBLES OBSTÁCULOS PARA EL ÓPTIMO DE DESARROLLO DE UNA RED ELÉCTRICA INTELIGENTE – SMART GRID. ......................................... 10

1.9. TRANSICIÓN HACIA LAS REDES ELÉCTRICAS INTELIGENTES - SMART GRID. ................................................................................................................ 11

1.10. LAS TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN Y LAS COMUNICACIONES (TIC)................................................................................ 12

1.11. ARQUITECTURA DE COMUNICACIONES DE UNA RED ELÉCTRICA INTELIGENTE - SMART GRID. ........................................................................ 13

1.12. MODELO CONCEPTUAL DE UNA RED ELÉCTRICA INTELIGENTE – SMART GRID. .................................................................................................. 15

1.13. CAPAS TÉCNICAS DE UNA RED ELÉCTRICA INTELIGENTE - SMART GRID. .......................................................................................................................... 16

1.14. POLÍTICAS PARA LA MODERNIZACIÓN DE UNA RED ELÉCTRICA INTELIGENTE - SMART GRID. ................................................... 16

CAPITULO II

FUENTES ALTERNATIVAS DE GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA, LAS MICRO REDES Y LOS SISTEMAS DE GENERACIÓN DISTRIBUIDA. ................... 18

2. FUENTES ALTERNATIVAS DE GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA, LAS MICRO REDES Y LOS SISTEMAS DE GENERACIÓN DISTRIBUIDA. .... 19

2.1. FUENTES DE ENERGÍA ALTERNATIVAS PARA LA GENERACIÓN ELÉCTRICA. ..................................................................................................... 19

2.1.1. CONCEPTO. ............................................................................................... 20 2.1.2. CLASIFICACIÓN DE LAS FUENTES DE ENERGÍA. .................................. 21

2.2. FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES. ........................................................ 21 2.2.1. ENERGÍA SOLAR. ...................................................................................... 21

2.2.1.1. Energía solar fotovoltaica. ..................................................................... 22

2.2.1.2. Energía solar térmica. ........................................................................... 26

2.2.2. ENERGÍA EÓLICA...................................................................................... 26 2.2.3 ENERGÍA HIDRÁULICA. ............................................................................ 30 2.2.4. ENERGÍA GEOTÉRMICA. .......................................................................... 31 2.2.5. ENERGÍA DE BIOMASA. ........................................................................... 32 2.2.6. ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA ELÉCTRICA. ..................................... 35

2.2.6.1. Almacenamiento en baterías. ................................................................ 35

2.2.6.2. Almacenamiento de aire comprimido. ................................................... 36



- VIII -

2.2.6.3. Almacenamiento cinético - volantes de inercia..................................... 36

2.2.6.4. Almacenamiento de energía en superconductores magnéticos. .......... 36

2.2.6.5. Almacenamiento en súper condensadores. ......................................... 36

2.2.6.6. Almacenamiento por hidrógeno............................................................ 36

2.2.7. ENERGÍA AZUL. ......................................................................................... 36 2.2.8. ENERGÍA UNDIMOTRIZ. ............................................................................ 37 2.2.9. ENERGÍA MAREOMOTRIZ. ........................................................................ 38

2.3. FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLE. .................................................... 38 2.3.1. ENERGÍA NUCLEAR. ................................................................................. 38 2.3.2. LOS COMBUSTIBLES FÓSILES. .............................................................. 39

2.4. MICRO REDES INTELIGENTES. .................................................................... 40

2.5. CENTRAL ELÉCTRICA VIRTUAL. ................................................................... 41

2.6. SISTEMAS DE GENERACIÓN DISTRIBUIDA (GD). ....................................... 41

CAPITULO III

LOS SISTEMAS DE TRANSMISIÓN Y DE DISTRIBUCIÓN EN LA RED ELÉCTRICA INTELIGENTE. .......................................................................................................... 43

3. LOS SISTEMAS DE TRANSMISIÓN Y DE DISTRIBUCIÓN EN LA RED ELÉCTRICA INTELIGENTE - SMART GRID........................................................ 44

3.1. INTRODUCCIÓN. .............................................................................................. 44

3.2. EL SISTEMA DE TRANSMISIÓN EN LA RED ELÉCTRICA INTELIGENTE – SMART GRID. .................................................................................................. 44

3.2.1. SISTEMA DE CONTROL DE ENERGÍA (EMS). ........................................ 45 3.2.2. SISTEMA DE SUPERVISIÓN, CONTROL Y ADQUISICIÓN DE DATOS (SCADA). .................................................................................................... 46 3.2.3. ELECTRÓNICA DE POTENCIA. ................................................................ 50

3.2.3.1. sistema de transmisión de corriente alterna flexible (facts). .................. 50

3.2.4. UNIDADES DE MEDICIÓN FASORIAL (PMU)............................................ 52 3.2.5. SUPERCONDUCTORES. ........................................................................... 54 3.2.6. SUPERCONDUCTIVIDAD. .......................................................................... 54 3.2.7. LAS SUPERREDES. ................................................................................... 54

3.3. RED DE DISTRIBUCIÓN ELÉCTRICA INTELIGENTE. ..................................... 55 3.3.1. AUTOMATIZACIÓN DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN ELÉCTRICA (DA). . 56 3.3.2. SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA (GIS). .............................. 63 3.3.3. EL SISTEMA SCADA EN LA RED DE DISTRIBUCIÓN ELÉCTRICA. ....... 64 3.3.4. SISTEMA DE GESTIÓN DE INTERRUPCIONES (OMS). .......................... 65 3.3.5. SISTEMA DE GESTIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN (DMS). ........................... 67



- IX -

3.3.6. LECTURA AUTOMÁTICA DE MEDIDORES (AMR). .................................. 68 3.3.7. INFRAESTRUCTURA DE MEDICIÓN AVANZADA (AMI). ......................... 69 3.3.8. AUTOMATIZACIÓN DE SUBESTACIONES. ............................................. 74 3.3.9. RECONFIGURACIÓN DE ALIMENTADORES. .......................................... 74

3.3.9.1. Configuración topológica de la red eléctrica. ......................................... 75

3.3.9.2. Equipos de maniobra. .......................................................................... 77

3.3.10. DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS INTELIGENTES (IED). ....................... 78 3.3.11. SISTEMA AUTOMÁTICO DE RECONFIGURACIÓN Y RESTAURACIÓN DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN............................................................................79

CAPITULO IV.

DESARROLLO DE NUEVOS SERVICIOS Y OPERACIONES EN LAS EMPRESAS DE DISTRIBUCIÓN ELÉCTRICA. ............................................................................. 81

4. DESARROLLO DE NUEVOS SERVICIOS Y OPERACIONES EN LAS EMPRESAS DE DISTRIBUCIÓN ELÉCTRICA. ................................................ 82

4.1. EL PROVEEDOR DE NUEVOS SERVICIOS. .................................................... 82 4.1.1. EL SISTEMA PREPAGO DE ENERGÍA ELÉCTRICA. ............................... 83 4.1.2. TARIFAS ELÉCTRICAS INTELIGENTES. ................................................. 85

4.1.2.1. Tipos de tarifas inteligentes..................................................................85

4.2. IMPLEMENTACIÓN DE NUEVAS OPERACIONES EN LAS EMPRESAS DE DISTRIBUCIÓN ELÉCTRICA. ............................................... 88

4.2.1. TELEGESTIÓN. ........................................................................................... 88 4.2.2. TELEMEDICIÓN. ......................................................................................... 91

4.2.2.1. La telemedición como aplicación encaminada a la reducción de

pérdidas en las empresas distribuidoras.............................................................92

4.2.2.2. Clasificación de las pérdidas de energía eléctrica. ........................... 92

4.2.2.3. Sistema de medición y gestión de pérdidas. ......................................... 94

4.2.2.4. Sistema de telemedición vía PLC (Power Line Communication)..... 95

4.2.2.5. Sistema de telemedición vía GPRS (sistema de transmisión de

paquetes vía radio)............................................................................................. 95

CAPITULO V.

EL MERCADO ELÉCTRICO Y LA PARTICIPACIÓN DE LOS CLIENTES EN LAS REDES ELÉCTRICAS INTELIGENTES – SMART GRID. ........................................ 96

5. EL MERCADO ELÉCTRICO Y LA PARTICIPACIÓN DE LOS CLIENTES EN LAS REDES ELÉCTRICAS INTELIGENTES – SMART GRID. ......................... 97



- X -

5.1. EL MERCADO ELÉCTRICO EN LAS REDES ELÉCTRICAS INTELIGENTES – SMART GRID. ..................................................................... 97

5.1.1. EL MERCADO ELÉCTRICO MAYORISTA (MEM). .................................... 97 5.1.2. MERCADO ELÉCTRICO MINORISTA. ....................................................... 97 5.1.3. RECURSOS ENERGÉTICOS DISTRIBUIDOS (DER). ............................... 98

5.2. EL PAPEL DE LOS CLIENTES EN LAS REDES ELÉCTRICAS INTELIGENTES– SMART GRID. ...................................................................... 98

5.2.1. LOS SISTEMAS DOMÓTICOS (EL HOGAR INTELIGENTE). .................... 99 5.2.2. ELECTRODOMÉSTICOS INTELIGENTES. ................................................ 99 5.2.3. AUTOMATIZACIÓN DE EDIFICIOS COMERCIALES. .............................. 100 5.2.4. TELEGESTIÓN DE EDIFICIOS. ................................................................ 101 5.2.5. SISTEMAS DE GESTIÓN DE LA ENERGÍA EN LA INDUSTRIA. ............. 101 5.2.6. EL VEHÍCULO ELÉCTRICO. ..................................................................... 101

CONCLUSIONES: ................................................................................................... 104

RECOMENDACIONES: .......................................................................................... 105

BIBLIOGRAFIA: ...................................................................................................... 106



- XI -

LISTA DE FIGURAS.

Figura 1. Modelo tradicional de un sistema eléctrico de potencia (SEP). ................... 2

Figura 2. Esquema eléctrico y del modelo de comunicación bidireccional en una red

eléctrica inteligente - smart grid. .......................................................................... 4

Figura. 3 Funcionamiento de una red eléctrica inteligente - smart grid. ..................... 5

Figura. 4 Integración de la infraestructura eléctrica con la infraestructura de la

información. ........................................................................................................ 12

Figura. 5 Arquitectura de comunicaciones para una red eléctrica inteligente - smart

grid. .................................................................................................................... 14

Figura. 6 Representación de los siete dominios de una red eléctrica inteligente y sus

flujos tanto eléctricos como de comunicación. ................................................... 15

Figura. 7 Fuentes alternativas de generación eléctrica, dominios, flujos de energía,

flujos de comunicación. ...................................................................................... 19

Figura. 8 Energías renovables: ................................................................................. 20

Figura. 9 Mapa de incidencia solar a nivel mundial. ................................................ 21

Figura. 10 Elementos de un sistema básico de energía fotovoltaica (cc/ca). ........... 22

Figura. 11 Diseño de una instalación solar fotovoltaica aislada o tipo isla. .............. 24

Figura. 12 Diseño de una instalación solar fotovoltaica conectada a la red. ............ 25

Figura. 13 Esquema de una instalación destinada a la compensación del gasto

energético (autoconsumo). ................................................................................. 25

Figura. 14 Vista de una central termoeléctrica de energía solar.. ............................. 26

Figura. 15 Esquema de una instalación de energía eólica. ...................................... 27

Figura. 16 Partes de un aerogenerador. ................................................................... 28

Figura. 17 Regulación de las palas de un aerogenerador. ....................................... 29

Figura. 18 Vista de las centrales hidráulicas. ........................................................... 30

Figura. 19 Esquema de una central hidroeléctrica. ................................................. 31

Figura. 20 Esquema de una central geotermica. ...................................................... 32

Figura. 21 Ciclo de la biomasa. ................................................................................ 33

Figura. 22 Esquema del proceso de incineración de RSU. - aprovechamiento

de los gases de vertedero. ................................................................................. 34

Figura. 23 Esquema de funcionamiento de una central de biomasa. ....................... 34

Figura. 24 Esquema de planta de una central de energía azul. ............................... 37

Figura. 25 Ejemplo del funcionamiento de una central undimotriz............................ 37

Figura. 26 Esquema conceptual del aprovechamiento de la energía de la marea. .. 38

Figura. 27 Esquema de funcionamiento de una central nuclear. .............................. 39

Figura. 28 Esquemas de una micro red. ................................................................... 40

Figura. 29 Generación distribuida. ............................................................................ 42

Figura. 30 Sistema de transmisión en la red eléctrica inteligente – smart grid. ........ 44

Figura. 31 Implementación de un SCADA. ............................................................... 47

Figura. 32 Esquema de conexión de equipos e interfaces de comunicaciones. ....... 48



- XII -

Figura. 33 Esquema de conexión para el MTU y RTU. ............................................ 48

Figura. 34 Esquema de conexiones de los elementos de un SCADA. ..................... 49

Figura. 35 Esquema de conexiones de la RTU. ....................................................... 49

Figura. 36 Sistemas de transmisión de energía eléctrica. ........................................ 50

Figura. 37 El equipo facts en las líneas de ca. ......................................................... 51

Figura. 38 Clasificación de los dispositivos FACTS. ................................................. 52

Figura. 39 Red fasorial. ............................................................................................ 53

Figura. 40 Implementación típica de un PMU en una subestación. .......................... 54

Figura. 41 Sistema de distribución en la red eléctrica inteligente –smart grid. ......... 55

Figura. 42 Funciones de monitoreo y gestión remota. .............................................. 57

Figura. 43 Automatización de la distribución / estado actual. ................................... 58

Figura. 44 El futuro de las redes de distribución. ...................................................... 59

Figura. 45 Ejemplo de funcionamiento del FDIR. ..................................................... 59

Figura. 46 Seccionamiento automático sobre alimentadores. .................................. 61

Figura. 47 Instrumentación en la automatización de la red de distribución. ............. 61

Figura. 48 Equipos y operaciones de una red de distribución automática. ............... 62

Figura. 49 Medios de comunicación en DA. ............................................................. 63

Figura. 50 Sistema de información geográfica GIS. ................................................. 64

Figura. 51 Sistema de gestión de interrupciones (OMS). ......................................... 66

Figura. 52 Alcance de los sistemas de medición inteligente. .................................... 69

Figura. 53 Comunicación bidireccional entre la empresa eléctrica y el cliente. ........ 70

Figura. 54 Infraestructura de medición avanzada AMI. ............................................ 70

Figura. 55 Infraestructura de medición avanzada ami. ............................................. 71

Figura. 56 Ubicación del concentrador de datos....................................................... 72

Figura. 57 Elementos y arquitectura de los sistemas AMI. ....................................... 73

Figura. 58 Subestación eléctrica. ............................................................................. 74

Figura. 59 Sistema radial simple............................................................................... 75

Figura. 60 Sistema radial con enlace. ....................................................................... 76

Figura. 61 Sistema en anillo. .................................................................................... 76

Figura. 62 Sistema mallado. ..................................................................................... 77

Figura. 63 Esquema de automatización de la red de distribución. ........................... 79

Figura. 64 Tipos de reconectadores. ........................................................................ 80

Figura. 65 Reglas del sistema de restauración y reconfiguración. ........................... 80

Figura. 66 Visión general del dominio del proveedor de servicios. ........................... 82

Figura. 67 Dispositivos utilizados dentro del sistema prepago. ................................ 83

Figura. 68 Sistema offline y sistema online. ..................................... 84

Figura. 69 Comparación del sistema convencional y el prepago. ............................. 85

Figura. 70 Curva de carga. ....................................................................................... 86

Figura. 71 Esquema de aplicación de la tarifa triple horario. .................................... 86

Figura. 72 Visión general de las operaciones de una red eléctrica inteligente – smart

grid. .................................................................................................................... 88



- XIII -

Figura. 73 Descripción en campo de un sistema de medición y gestión de pérdidas.

........................................................................................................................... 94

Figura. 74 Visión general del dominio del mercado eléctrico. ................................... 97

Figura. 75 Visión general del dominio del cliente. .................................................... 98

Figura. 76 El vehículo eléctrico. .............................................................................. 101

Figura. 77 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos. .................................. 102



- XIV -

LISTA DE TABLAS

Tabla I. Principales características en la implementación de las redes eléctricas

inteligentes - smart grid ………....……......………….......................……………… pág. 7



- XV -

RESUMEN

El presente trabajo de investigación está basado en el modelo de la "Red Eléctrica Inteligente – Smart Grid",

desarrollado por el IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers). Este modelo está definido por

siete áreas o dominios, los cuales constituyen la base para el desarrollo de la red eléctrica inteligente del futuro,

estos dominios son los siguientes: la generación eléctrica distribuida, la red de transmisión, la red de distribución,

el rol de los clientes en el sistema eléctrico, las operaciones, los mercados eléctricos y los proveedores de

nuevos servicios eléctricos. Las relaciones y las conexiones tanto eléctricas como de comunicaciones entre los

dominios antes señalados y toda la tecnología que será implementada para el óptimo funcionamiento de la red

eléctrica inteligente se desplegara a través de tres capas técnicas fundamentales: la capa de energía, la capa de

comunicaciones y la capa de aplicaciones. La suma de todos estos factores antes mencionados y la utilización

de las tecnologías de la información y las comunicaciones (TIC), la instalación de sensores y de los dispositivos

inteligentes (IED) harán posible obtener flujos de energía y comunicaciones de forma bidireccional entre las

empresas eléctricas y sus clientes, esta característica es muy importante al momento de gestionar toda la

energía que aportaran al sistema eléctrico las fuentes de energía renovable mediante los sistemas de generación

distribuida a pequeña y gran escala y la instalación de las denominadas micro redes inteligentes.

El sistema de transmisión en la visión de una red inteligente tiene como aspecto fundamental el elevar su

capacidad de transporte de energía, registrando el menor índice de pérdidas y al igual que el sistema de

distribución debe ser totalmente robusto y seguro ante cualquier ataque físico y cibernético.

Dentro de la red eléctrica inteligente, un aspecto de vital importancia es contar con una red de distribución que

tenga la plena capacidad de auto recuperación ante cualquier falla o incidente que provoquen la caída de la red

y la suspensión del servicio. Uno de los objetivos principales es localizar y aislar la falla de forma inmediata para

que esta afecte a la menor cantidad de clientes y a su vez restablecer el servicio en el menor tiempo posible,

para esto uno de los mecanismos es la re configuración automática de la red a través de sus alimentadores

primarios.

Con la instalación masiva de los medidores inteligentes y el desarrollo de sistemas como la telemediciòn y la

telegestión se podrá disponer en tiempo real de toda la información necesaria para realizar una facturación

eficiente y gestionar el consumo de energía por parte de los clientes. A la vez las empresas eléctricas tendrán las

herramientas necesarias para monitorear sus redes de distribución de tal modo que se logre reducir el nivel de

sus pérdidas técnicas y no técnicas, además de tener la capacidad de comunicación y control a distancia

mediante el nuevo concepto de los electrodomésticos inteligentes y los distintos dispositivos a ser instalados en

los hogares de los clientes. Un último factor de gran importancia es el brindar todas las facilidades a la conexión

de los vehículos eléctricos a la red.

Palabras clave: Smart Grid (red inteligente), Smart Metering (medición inteligente), TIC (tecnologías de la

información y comunicación), SEP (sistema eléctrico de potencia), IED (dispositivos electrónicos inteligentes),

EMS (sistema de gestión de energía), OMS (sistema de gestión de cortes), DMS (sistema de gestión de la

distribución), GIS (sistema de información geográfica), AMI (infraestructura de medición avanzada).

http://es.wikipedia.org/wiki/Medidores_inteligentes



- XVI -

ABSTRACT

The present research is based on the model of the "Smart Grid - Smart Grid” developed by the IEEE (The

Institute of Electrical and Electronics Engineers). This model is defined by seven areas or domains, which form

the basis for the development of the smart grid of the future, these domains are: distributed power generation,

transmission network, the distribution network, the role of customers in the electrical system, operations,

electricity markets and new electric services providers. The relationships and connections both electrical and

communications between the domains mentioned above and all the technology that will be implemented for the

optimal functioning of the smart grid will be displayed through three layers fundamental techniques : power layer ,

the communication layer and the application layer . The sum of all these factors mentioned above and the use of

information technology and communications (ICT ) , the installation of sensors and devices (IEDs ) make possible

to obtain energy flows and bidirectional communications between companies utilities and their customers, this

feature is very important when managing all the energy that contribute to the electrical system of renewable

energy sources through distributed generation systems to small and large scale and installation of micro -called

smart grids.

The transmission system in the vision of a smart grid is to raise its fundamental aspect of energy transport

capacity, recording the lowest rate of loss as the distribution system must be fully robust and secure against any

physical and cyber-attack.

Within the smart grid a crucial aspect is to have a distribution network that has the full capacity to self-recovery

any failure or incident which cause network downtime and service interruption. One of the main objectives is to

locate and isolate the fault immediately so that this affects the lower number of clients and in turn restore service

as quickly as possible, so that one of the mechanisms is the automatic reconfiguration of the network through

their primary feeders.

With the mass deployment of smart meters and the development of telemetry systems like remote management

and will be available in real time all the information necessary to perform an efficient billing and manage power

consumption by customers. While utilities have the necessary tools to monitor their distribution networks so as to

reduce the level of their technical and nontechnical losses, besides having the ability to communicate and remote

control using the new concept of the smart appliances and other devices to be installed in customer homes. A

final important factor is providing all facilities to the connection of electric vehicles to the grid.

Keywords: Smart Grid (intelligent network), Smart Metering (smart metering), TIC (information technology and

communication.), SEP (power system), IED (Intelligent Electronic Devices), BI (business intelligence), AGC

(Automatic Generation Control), EMS (energy management system), OMS (outage management system), DMS

(system distribution management), GIS (geographic information system), AMI (advanced Metering Infrastructure).



-1 -

CAPITULO I

INTRODUCCIÓN AL ESTUDIO DE LAS REDES

ELÉCTRICAS INTELIGENTES – SMART GRID.



-2 -

1. INTRODUCCIÓN AL ESTUDIO DE LAS REDES

ELÉCTRICAS INTELIGENTES – SMART GRID.

1.1. INTRODUCCIÓN.

En los últimos años la humanidad está experimentando un enorme crecimiento demográfico, tecnológico y

económico, todos estos aspectos son los que generan un enorme crecimiento en la demanda de energía y esto

a su vez se ve reflejado en la necesidad de obtener, aprovechar y optimizar el uso de los diferentes recursos

energéticos renovables existentes a nuestro alrededor con los cuales podremos obtener una energía eléctrica

más limpia es decir que contribuya a disminuir la actual dependencia por los combustibles fósiles los cuales

provocan la mayoría de las emisiones contaminantes al medioambiente. Una de las principales aplicaciones de

las fuentes de energía renovables es la generación distribuida y las micro redes, las cuales ayudaran al sector

eléctrico a abastecer las diferentes necesidades energéticas a nivel local y mundial y sobre todo cumplir su

misión dentro del aspecto social la cual es el permitir el acceso a la energía eléctrica a poblaciones que aún no

cuentan con este servicio mediante la explotación de sus recursos energéticos locales, logrando de esta manera

obtener mayores posibilidades de desarrollo.

La evolución y la implementación del concepto de la Red Eléctrica Inteligente - Smart Grid, no se torna solo

una necesidad sino una obligación para todas las partes vinculadas al sector eléctrico, las cuales deben dirigir

sus esfuerzos a desarrollar procesos operativos más eficientes permitiendo evolucionar de la red eléctrica

tradicional a una red eléctrica inteligente que sea más eficiente, confiable, la cual mejore la seguridad y la calidad

del suministro de electricidad de acuerdo a los avances de la era digital.

Toda la tecnología que se desplegara a lo largo del sistema eléctrico aspira a alcanzar un elevado nivel de

automatización dentro de la transmisión y distribución de energía eléctrica. La instalación de equipos y

dispositivos como los nuevos medidores electrónicos inteligentes, sensores y principalmente la implementación

de las Tecnologías de la Información y Comunicación (TIC) al sistema eléctrico, permitirán a las redes

inteligentes caracterizarse por gestionar un flujo bidireccional de energía e información, con lo que se podrá

ofrecer un mejor servicio y nuevas aplicaciones a los clientes como las encaminadas a reducir sus tarifas de

facturación en las planillas mensuales, controlar su consumo de energía y reducir los índices de pérdidas en las

empresas distribuidoras.

1.2. MODELO ENERGÉTICO ACTUAL.

Un Sistema Eléctrico de Potencia (SEP), está integrado por un conjunto de elementos y sistemas que

permiten generar, transmitir y distribuir energía eléctrica hasta los diferentes centros de consumo.

Fig. 1 Modelo tradicional de un sistema eléctrico de potencia (SEP).

1

A continuación realizaremos una breve descripción del actual sistema eléctrico de potencia:

1http://jmirez.files.wordpress.com/2011/05/diagrama_gen_dist_conventional.jpg

Sistema de

Generación

Patio de

maniobras Sistema de

Transmisión

.

Sub estación

Principal

Líneas de

Sub transmisión

Sub estación

de Distribución

Alimentador

Primario Consumo

13,8/138

Kv 138/69

Kv

69/22

Kv

22/220

Kv/V

http://jmirez.files.wordpress.com/2011/05/diagrama_gen_dist_conventional.jpg



-3 -

Sistema de generación: Es la parte fundamental del sistema eléctrico de potencia, ya que se encarga de

transformar la energía mecánica que proporcionan las distintas fuentes de energía renovable y no renovable en

energía eléctrica.

Sistema de transmisión: Es el encargado de transportar toda la energía en niveles de alta tensión a través de

grandes distancias desde donde se encuentran ubicadas las centrales de generación eléctrica. Uno de sus

principales elementos son las líneas de transmisión que se conectan a las subestaciones principales.

Subestaciones principales: En las subestaciones principales se encuentran las barras, los equipos de control,

medición, protección, interruptores y transformadores, los mismos que reciben la energía eléctrica desde el

sistema de generación a través de las líneas de transmisión y transforman el nivel de tensión para entregarlo a

las líneas de subtransmisión.

Líneas de sub transmisión: Estas líneas se encargan de transportar la energía eléctrica desde las

subestaciones principales hasta la subestaciones de distribución.

Sistema de distribución: Es el encargado de transformarla tensión a un nivel adecuado con el cual se pueda

dar un correcto suministro de energía eléctrica hasta los clientes o usuarios dentro del área de consumo.

Subestaciones de distribución: Se encargan de transformar la energía eléctrica que proviene desde las líneas

de subtransmisión a un menor nivel de tensión, la misma que será transmitida hasta los alimentadores primarios.

Alimentadores primarios: Son líneas de media tensión que transportan la energía eléctrica desde la

subestación de distribución hasta cada una de las estaciones de transformación y acometidas de media tensión.

Cada alimentador está dividido por varios seccionadores cerrados, los mismos que serán abiertos cuando ocurra

una falla.

Los alimentadores primarios se clasifican en: Troncal primaria trifásica y Ramales de alimentadores.

Los ramales de un alimentador son aquellas líneas que se derivan de la troncal primaria siendo estas

ramificaciones las que van hacia a cada una de las estaciones de transformación.

Estaciones de Transformación: Estos puntos de la red se encargan de transformar la energía eléctrica recibida

desde los alimentadores primarios a una tensión directamente utilizable para las redes secundarias, con valores

que van desde los 120 V o 240 V. Luego de este punto de transformación la energía es entregada al cliente a

través de la red secundaria de baja tensión.

1.3. CONCEPTO DE UNA RED ELÉCTRICA INTELIGENTE - SMART

GRID.

No existe un solo concepto estandarizado con el que su pueda definir a una red eléctrica inteligente, a

continuación citaremos algunos conceptos con los cuales podremos obtener una definición que nos ayude a

entender el alcance de las smart grid.

Existe un concepto de smart grid desarrollado por la Plataforma Tecnológica Europea de redes inteligentes, el

cual hace referencia a que una red eléctrica puede integrar de forma inteligente las acciones de todos los

usuarios conectados, desde la generación hasta el consumidor final, con el fin de garantizar eficiencia,

sostenibilidad, economía y seguridad en el suministro de electricidad. Una red inteligente utiliza tecnología digital

y cuenta con productos y servicios innovadores, junto con el control inteligente, comunicaciones y tecnologías

de recuperación automática con el fin de:



-4 -

Facilitar la conexión y el funcionamiento de nuevos sistemas de generación de diferentes

capacidades, tamaños y tecnologías.

Permitir a los consumidores el desempeñar un papel importante en la optimización de la

operación del sistema eléctrico.

Proporcionar más información a los consumidores y además de mejores opciones para elegir

su proveedor de energía.

Reducir significativamente el impacto medioambiental de todo el sistema de suministro de

energía eléctrica.

Mantener y mejorar los niveles existentes de la fiabilidad del sistema, la calidad y la seguridad

del suministro eléctrico.

Mantener y mejorar los servicios existentes de manera eficiente.

Fomentar el desarrollo de un mercado eléctrico integrado. “Ver [1]”

El IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), presenta la siguiente definición:

Smart grid es una red de suministro eléctrico altamente automatizada y ampliamente distribuida, caracterizada

por flujos de electricidad e información bidireccionales, capaz de monitorizar y responder a los cambios desde la

potencia de las plantas de generación hasta las preferencias de los usuarios.

Tecnologías involucradas:

• Gestión de información y datos.

• Gestión de la comunicación.

• Monitorización y control eléctrico. “Ver [2]”

Al citar y revisar estos antecedentes podemos señalar que una red eléctrica inteligente – smart grid es un

concepto de modernización del actual Sistema Eléctrico de Potencia (SEP), el cual integra electricidad y

comunicaciones basándose en la aplicación de las nuevas tecnologías digitales de información y comunicación

TIC. Estas aplicaciones avanzadas de automatización, sensorización, medición, adquisición de datos,

supervisión y control, permitirán que la red eléctrica del futuro tenga plena capacidad de entender, asimilar,

elaborar información y utilizarla adecuadamente, con el fin de garantizar y mejorar la confiabilidad, eficiencia,

economía y seguridad en el suministro de energía eléctrica, obteniendo grandes beneficios medio ambientales,

una elevada gestión de las empresas eléctricas y permitiendo brindarles a los clientes nuevos y mejores

servicios.

Fig. 2 Esquema eléctrico y del modelo de comunicación bidireccional en una red eléctrica inteligente - smart grid.

2

2SMART GRIDS Marco Conceptual/ Eduardo Caicedo Bravo Ph.D. / Junio 30 2011.



-5 -

1.4. DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE LA RED

ELÉCTRICA INTELIGENTE - SMART GRID.

Fig. 3 Funcionamiento de una red eléctrica inteligente - smart grid.

3

Actualmente, las redes eléctricas entregan la energía desde las grandes centrales de generación hasta los

clientes en un solo sentido (unidireccional) es decir generador – consumidor. El principio de funcionamiento de la

nueva red eléctrica inteligente – smart grid promueve la integración del sistema eléctrico con los sistemas de

información y comunicación para así obtener un flujo bidireccional de información y de electricidad entre el cliente

y la empresa eléctrica, con lo que se podrá garantizar un suministro de electricidad confiable, eficiente,

económico, seguro y totalmente sustentable.

Una Red Eléctrica Inteligente - Smart Grid, facilitará el establecimiento de sistemas de control que darán paso a

la integración de nuevos mecanismos de generación de energía eléctrica distribuida basados en recursos

renovables obtenidos por ejemplo de la energía solar y eólica por citar algunos ejemplos. Además se podrá

contar con dispositivos que permitan el almacenamiento de energía de diversas maneras para su posterior

utilización. La generación a gran escala mediante estos recursos renovables requiere una mayor capacidad en

las líneas de transmisión por lo que será necesario re potenciar las ya existentes con sistemas y tecnologías que

faciliten el transporte de grandes cantidades de energía registrando un mínimo de pérdidas en su trayecto hasta

los centros de consumo. La generación con recursos renovables a baja escala utilizan por ejemplo las mismas

3http://www.detea.es/static/galerias/imagenes/Atrevete_saber/distribucion_electrica.jpg

Gestión de la demanda.

Reduce el consumo en los periodos de

pico en la demanda

Viviendas.

Perturbaciones en la red

Micro red aislada.

Plantas de generación.

Plantas Industriales.

La energía de pequeños generadores reduce la demanda total de la red.

Generadores

. Parque eólico.

Oficinas.

Una red inteligente es integrada por micro redes totalmente monitorizadas y

autoadaptables.

Aplicaciones inteligentes

Desconectan la red en caso

de fluctuaciones.

Paneles solares

Ejecutan algoritmos

de gestión al instante Sensores.

Detectan fluctuaciones y perturbaciones, si es

necesario aislar áreas.

http://www.detea.es/static/galerias/imagenes/Atrevete_saber/distribucion_electrica.jpg



-6 -

instalaciones de los clientes, lo que les otorga un papel activo convirtiéndolos en cierto modo en pequeños

generadores de energía eléctrica la cual puede ser empleada para su propio consumo o como aporte a la red.

Al integrar tecnología digital al sistema de distribución se lograra gestionar la demanda y controlar la calidad del

servicio, al tener la capacidad de reconfigurar el sistema de distribución se conseguirá aislar una falla en la red y

de forma remota restablecer el servicio eléctrico buscando otras alternativas de conexión que faciliten la

reconfiguración de los alimentadores primarios.

A fin de reducir la excesiva demanda de energía durante las horas pico de consumo, las empresas encargadas

de la distribución y comercialización de energía eléctrica deberán emplear sistemas y tecnologías de medición y

comunicación con el fin de mantener una conexión constante con los dispositivos electrónicos inteligentes (IED)

ubicados en las instalaciones de los clientes, los cuales tienen la misión de proporcionar información constante

de cuando la demanda de energía es alta o baja y cuanta energía se está utilizando en un determinado

momento.

Para motivar la participación activa del cliente se debe establecer un cuadro de tarifas inteligentes, es decir estas

deben ser diseñadas de tal modo que se tomen en cuentan ciertos parámetros como la discriminación horaria,

los periodos estaciónales del año y las características propias de una determinada región natural.

En resumen, una red eléctrica inteligente se basa en el uso de sensores, comunicaciones, con capacidad de

gestión y control, de tal forma que se mejore en todos los aspectos las funcionalidades del sistema eléctrico,

volviéndolo inteligente y así pueda adquirir datos, comunicarlos, procesar la información recibida y ejercer un

total control de la red mediante una realimentación de información que le permita ajustarse a las variaciones y

requerimientos que puedan surgir en el funcionamiento de la red eléctrica. A continuación señalaremos los

aspectos más importantes dentro de este proceso:

Tecnologías de información.

Infraestructura de comunicaciones.

Técnicas de monitoreo y diagnóstico.

Sistemas expertos.

1.5. OBJETIVOS DE LAS REDES ELÉCTRICAS INTELIGENTES –

SMART GRID.

Las redes eléctricas inteligentes utilizan equipos y servicios innovadores, junto con nuevas tecnologías de

comunicación, control, monitorización y auto-diagnóstico que ayudarán a conseguir los siguientes objetivos:

Incrementar el uso de las fuentes de energía renovable para la generación de electricidad. Lo que

además habilitara el funcionamiento de nuevos sistemas como la generación distribuida y las micro

redes.

Desarrollar arquitecturas de generación descentralizadas, con la participación activa de los clientes,

incentivando la generación distribuida aprovechando de esta manera los recursos locales de energía.

Reducir los índices de contaminación al medioambiente producidos por el sistema eléctrico.

Implementar nuevas tecnologías para el almacenamiento de energía.



-7 -

Fortalecer y automatizar la red, alcanzando la autogestión de incidencias, tratando los errores

producidos en la red y asegurando el flujo eléctrico en todos los puntos, mejorando así la operación de

la red, los índices de calidad y las pérdidas registradas en la misma.

Avanzar en el desarrollo y florecimiento del mercado eléctrico, proporcionando nuevas funcionalidades y

servicios a los comercializadores y a los millones de clientes.

Optimizar el uso de los activos y de elevar la eficiencia en las operaciones desarrolladas por las

empresas eléctricas.

Gestionar de forma activa la demanda, proporcionando a los clientes una mayor cantidad de

información y opciones a la hora de seleccionar el suministro eléctrico, permitiéndoles gestionar sus

consumos y mejorar la eficiencia energética.

Alcanzar un elevado nivel de seguridad, con lo que el sistema eléctrico podrá afrontar posibles

desastres naturales, ataques físicos o ciber ataques, minimizando las consecuencias de los mismos y

siendo capaz de reanudar su actividad normal en el menor tiempo posible.

Facilitar la integración del vehículo eléctrico a la red eléctrica.

1.6. CARACTERÍSTICAS DE LA RED ELÉCTRICA DEL FUTURO.

A continuación, se representa en una tabla las principales características de una red eléctrica inteligente -

smart grid, realizando una comparación de las mencionadas características actuales con sus futuras

equivalentes:

Tabla I. Principales características en la implementación de las redes eléctricas inteligentes – smart grid.

Las diferencias señaladas en la tabla anterior deben ser complementadas con características propias en el

funcionamiento de las smart grid, las cuales permitirán apreciar el real alcance de estas nuevas tecnologías

reflejadas en los siguientes aspectos:

Impulsar la introducción de las energías renovables al sistema eléctrico: Esta es una de las características

más importantes de una smart grid ya que debe tener la plena capacidad de gestionar el funcionamiento y la

generación de electricidad a pequeña y gran escala mediante las diversas fuentes de energía renovable que

existen a nuestro alrededor. Uno de los aspectos más importantes es el desarrollar mecanismos que permitan a

Red eléctrica convencional Red eléctrica inteligente.

Funcionamiento electromecánico. Funcionamiento digital.

Sistema de comunicación unidireccional. Sistema de comunicación bidireccional.

Sistema de generación centralizado y en su

mayoría en base a combustibles fósiles.

Sistemas de generación distribuidos y en base a energías

renovables.

Sistemas y dispositivos de supervisión y

monitoreo limitados.

Despliegue de sensores y equipos a lo largo de la red eléctrica que

permitan un elevado nivel de control y supervisión.

Restablecimiento del servicio eléctrico de forma

manual.

Reconfiguración de la red y Restablecimiento automático del

servicio.

Poca Información acerca del consumo de energía

y su costo.

Información completa y en tiempo real a cerca del consumo de

energía y su valor económico.

Red vulnerable y propensa a sufrir daños y

perturbaciones continúas.

Red con una alta capacidad de reconfiguración y seguridad tanto

física como cibernética.



-8 -

la red inteligente controlar los flujos de energía generados y saber cuándo poder inyectarlos a la red o cuando

almacenar la energía para su posterior utilización, considerando siempre el mantener el equilibrio constante entre

la generación y la demanda de electricidad.

En este punto también podemos señalar la importancia en la gestión de los vehículos eléctricos, ya que estos

pueden ser considerados un medio de almacenamiento de energía debido a que sus baterías a más de ser

recargables en horas de menor demanda pueden también ser un aporte de energía a la red cuando esta última

se encuentre operando en horas pico de alta demanda, o, cuando algún tramo de la red experimente y sea

necesario una suspensión en el suministro de electricidad.

Eficiencia Operativa: Esta característica es el resultado de la operación en base a tecnologías digitales como

los medidores y dispositivos inteligentes, los cuales brindaran toda la información del funcionamiento del sistema

eléctrico en tiempo real, con esto se podrá ahorrar energía, reducir las pérdidas, gestionar de manera remota el

uso de ciertos artefactos eléctricos, implementar los nuevos electrodomésticos inteligentes, supervisar y

coordinar la generación, transmisión, distribución y el consumo de la energía eléctrica.

Calidad de servicio eléctrico: Una correcta y elevada calidad en el suministro de electricidad se ve reflejado en

la satisfacción del cliente y en el crecimiento de las empresas eléctricas, para esto, es vital el poder gestionar de

manera automática todas aquellas perturbaciones y acontecimientos que provoquen interrupciones continuos e

inesperados de energía. Esta característica va ligada a la anterior ya que en base a la información que se

obtiene de los diferentes equipos instalados en la red se puede tener un total conocimiento acerca de su estado

y tiempo de funcionamiento. De esta manera podemos anticiparnos y evitar el que se produzca alguna falla en la

red o si se produce tener la posibilidad de contar con fuentes alternas de alimentación y una adecuada

reconfiguración del sistema con la que no se pierda ni la estabilidad ni la eficiencia operativa.

Seguridad: La seguridad con la que debe funcionar una red eléctrica inteligente - smart grid debe ser de alto

nivel en diferentes aspectos como:

Seguridad física o de infraestructura: Gracias a la comunicación bidireccional que existirá dentro de

toda la red eléctrica, esta tendrá la capacidad de anticipar, identificar y reaccionar de manera inmediata

ante cualquier amenaza que se produzca en su estructura, aislando una falla y evitando que esta cause

mayores daños y efectos al resto del sistema eléctrico. La seguridad con la que se brinde el servicio

eléctrico dependerá de su capacidad de reconfiguración, la misma que garantizara su disponibilidad

continua.

Seguridad cibernética: Uno de los mayores desafíos que enfrenta el desarrollo de redes inteligentes

se relaciona con la seguridad cibernética de sus sistemas, la cual, se convierte en un problema crítico

debido a la posibilidad cada vez mayor de ataques cibernéticos que produzcan algún tipo de daño en el

software o una función específica que, a más de violar la seguridad y las protecciones del sistema

eléctrico provoquen riesgos de interrupciones de la red eléctrica, la pérdida de disponibilidad y control

de ciertos aspectos del sistema eléctrico y la privacidad de la información del cliente.

La importancia de la seguridad y la privacidad que deben tener los datos de los clientes se debe a que

la información que se puede obtener de la red eléctrica puede llevar a determinar qué tipo de equipos

eléctricos y electrónicos existe en un hogar, sus características de uso, el número de personas que

viven en un hogar y hasta sus costumbres (hora de levantarse y acostarse, horas habituales de salida y

entrada, comidas, lugares de la vivienda en los que pasan más tiempo, etc.). Así, el posible uso

indebido de toda esta información tendrá probablemente un nivel de importancia similar al de la

privacidad en internet y debe ser un punto de vital y especial atención por parte de las empresas

eléctricas y los organismos encargados de la regulación y el control del sistema eléctrico.

Economía: El beneficio económico que aportara una smart grid es altamente considerable gracias al

aprovechamiento de los recursos naturales locales para la generación de electricidad, los cuales no tienen

ningún costo en comparación con la compra de energía a otros países o de petróleo y de sus derivados que son



-9 -

utilizados en algunos casos para generar la electricidad que se necesita para satisfacer la demanda existente.

También aprovechando la elevada capacidad de gestión, supervisión y control que tienen las redes inteligentes

tanto las empresas eléctricas como sus clientes podrán ahorrar recursos económicos, debido a la reducción de

los costos de operación y mantenimiento del sistema eléctrico, la reducción de las perdidas comerciales y al

eficiente consumo de energía. Todo este ahorro de recursos ayudara especialmente a algunos gobiernos y

países en los cuales aún se tiene que subsidiar el costo de la energía eléctrica.

Gestión eficaz del consumo: Todos los equipos, dispositivos inteligentes y los sistemas de comunicación que

integran una smart grid permitirán a las empresas eléctricas y a sus clientes o usuarios el conocer y administrar

adecuadamente el consumo de electricidad. Por ejemplo se implementaran mecanismos de comunicación que

permitan informar de manera constante al cliente su consumo de energía y su respectivo costo, proporcionarle

avisos de suspensión de servicio o recomendaciones para la reducción del consumo y hasta llegando a contar

con aplicaciones que permitan el informar al cliente las características de consumo de un determinado

electrodoméstico, como el nivel de temperatura y consumo de su refrigeradora.

Menor impacto ambiental e independencia energética: Mediante la implementación de nuevos sistemas de

generación de electricidad en base a los recursos de energía renovables se lograra cubrir la actual y futura

demanda de energía minimizando el impacto ambiental producido por la dependencia y el uso descontrolado de

los combustibles fósiles.

1.7. BENEFICIOS DE UNA RED ELÉCTRICA INTELIGENTE -

SMART GRID.

La operación de este nuevo modelo de red eléctrica, producirá enormes beneficios entre los cuales

mencionaremos los siguientes:

Construcción de nuevas centrales de generación de electricidad mediante energías renovables.

Reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.

Beneficios para las empresas distribuidoras:

Reducir las pérdidas de energía, las empresas eléctricas podrán gestionar su energía de manera

autónoma, identificando y controlando el consumo de la misma.

Elevar su eficiencia, al tener la capacidad de realizar sofisticados análisis de sus características de

consumo, pudiendo identificar oportunidades que posibiliten la reducción del consumo.

Automatizar la infraestructura de la red eléctrica.

Brindar un mejor servicio al cliente, con mayores ventajas comerciales (nuevas tarifas, nuevos sistemas

de pago).

Mejor resistencia a perturbaciones en la red.

Automatizar las operaciones y del mantenimiento del sistema eléctrico convirtiéndolo en preventivo y

dotando a la red eléctrica de una capacidad de auto reparación.

Disminuir los costos de operación al optimizar el modelo de funcionamiento.



-10 -

Beneficios para los usuarios:

Se elimina la lectura manual del consumo de energía, con lo que desaparecen los consumos estimados,

los errores en la lectura de los medidores y los gastos operativos, con esto el cliente pagara únicamente

por su consumo real.

Se desarrollara un sistema de tarifas flexibles, con la finalidad de optimizar el consumo de electricidad.

Gestión remota del suministro de energía eléctrica.

Acceso a nuevas tecnologías, como los electrodomésticos inteligentes y los vehículos eléctricos.

Implementación del concepto de hogar Inteligente (Smart Home).

Posibilidad de desarrollar el sistema de prepago eléctrico.

1.8. POSIBLES OBSTÁCULOS PARA EL ÓPTIMO DE DESARROLLO

DE UNA RED ELÉCTRICA INTELIGENTE – SMART GRID.

Además de mencionar y analizar los múltiples beneficios y bondades de las redes inteligentes no podemos

dejar de señalar los obstáculos que se han presentado en virtud de algunas experiencias en su implementación a

nivel internacional. Algunos de estos obstáculos aun necesitan ser superados, uno de los más importantes es el

contar con estándares y protocolos universales que puedan adaptarse a la realidad y a las características

actuales y futuras de cada sistema eléctrico. Para tener una idea clara del camino que falta por recorrer para

alcanzar un total desarrollo de las smart grid señalaremos los siguientes puntos como los más importantes:

Factores de orden técnico:

Falta de acuerdos para el establecimiento de estándares y protocolos universales.

Falta de seguridad con respecto al desarrollo y el eficaz funcionamiento de las tecnologías existentes.

Falta de iniciativa e impulso necesario para transformar el actual modelo energético.

Factores de orden económico:

Los plazos elevados en los cuales se estima la recuperación de las inversiones.

El aumento de la competitividad del sector eléctrico.

La complejidad y los riesgos que pudieran presentarse en la gestión de la red.

El nivel de impacto y aceptación que se pueda alcanzar por parte de los clientes.

Factores de orden regulatorio:

La ausencia y los vacíos que aún existen con respecto a aspectos regulatorios que son necesarios para

la implementación y funcionamiento de nuevos conceptos como:

La generación distribuida.

Las micro redes.

Las centrales eléctricas virtuales.

El almacenamiento de energía.

El funcionamiento de los medidores inteligentes.

La seguridad de la información que se maneje.



-11 -

Las diferencias entre mercados eléctricos pertenecientes a un mismo sistema eléctrico.

Todos estos obstáculos podrán ser superados si se cuenta con el apoyo y la decidida actuación de todos los

agentes involucrados directa e indirectamente con el desarrollo del sistema eléctrico.

1.9. TRANSICIÓN HACIA LAS REDES ELÉCTRICAS INTELIGENTES

- SMART GRID.

La transición que ha tenido el sector eléctrico a lo largo de su historia va desde el siglo XIX pasando por la

era del carbón donde se inicia con el objetivo de dotar de electricidad y sus beneficios a la sociedad, luego en el

siglo XX con la era de los combustibles fósiles donde se produce la generación masiva de energía eléctrica,

llegando al siglo XXI donde aparecen nuevos conceptos dentro de la industria eléctrica motivados por los

grandes cambios demográficos, la escasez de recursos y el cambio climático, los cuales son antecedentes que

dan paso a la denominada nueva era de la electricidad, en la que esta fuente de energía será empleada en todas

las aplicaciones del día a día. En la actualidad se dará paso a una generación eléctrica totalmente

descentralizada e inteligente gracias al desarrollo de las fuentes de energía renovable y a la implementación de

las TIC, alcanzando un flujo de energía bidireccional. Existen varias experiencias internacionales que pueden

servir como hoja o mapa de ruta a nuestro país, a mediano o largo plazo, pero estas deben ser analizadas de

acuerdo a la realidad del sistema eléctrico ecuatoriano.

La red inteligenteda pasó a la automatización del sistema eléctrico mediante el uso de los dispositivos

electrónicos inteligentes (IED) por ejemplo en el control y la protección de subestaciones, habilitando la

posibilidad de realizar maniobras como cortes y reconexiones de forma remota.

Aplicando diferentes tecnologías se alcanzara el objetivo de reducir las pérdidas no técnicas de energía

provocadas por clientes de diferentes situaciones sociales. Al implementar un sistema de facturación inteligente

se eliminaran los errores en la lectura de los medidores y se obtendrá el valor real de consumo del cliente

(residencial, comercial, industrial) sin necesidad de enviar al personal encargado de la recolección de estos

datos. Hasta ahora el corte y reconexión del suministro eléctrico se lo realiza de forma manual y como

señalamos anteriormente la lectura del consumo por no ser en tiempo real tiene errores y no es confiable lo que

genera inconformidad y reclamos de los clientes, estos son temas de gran importancia ya que es necesario la

instalación de medidores inteligentes y de proveer de redes de comunicación para llevar toda información desde

los diferentes puntos de consumo hasta las empresas eléctricas y sus centros de comercialización y facturación.

Al hablar de una red eléctrica inteligente – smart grid, estaremos haciendo referencia a servicios y aplicaciones

de gran utilidad como:

Localización inmediata de interrupciones del servicio.

Sistemas automáticos de medidas (de forma remota).

Sistemas de control, supervisión y adquisición de datos (SCADA).

Gestión de fallas en los alimentadores primarios de la red de distribución.

Capacidad de respuesta ante eventos climáticos que afecten a las líneas de transmisión.

Mantenimiento e inspección preventiva de alimentadores.

Localización de fallas en las líneas de transmisión.



-12 -

1.10. LAS TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN Y LAS

COMUNICACIONES (TIC).

Fig. 4 Integración de la infraestructura eléctrica con la infraestructura de la información.

4

Todas las tecnologías que van a favor del desarrollo de las redes eléctricas inteligentes - smart grid están

encaminadas a transformar el actual modelo centralizado del sistema eléctrico en el que aún no existe una

verdadera comunicación generación – consumo, a un modelo donde la información circule en forma bidireccional

y pueda darse un mejor control del sistema eléctrico en sus diferentes niveles: generación, transmisión,

distribución y consumo, mediante una red paralela donde existan elementos de hardware, software y

telecomunicaciones cuya función integrada es la de monitorear, controlar y administrar la red teniendo la

posibilidad de comunicar todos los parámetros de funcionamiento de la red eléctrica a un centro de control y a

vez contar con la plena capacidad de tomar decisiones de forma distribuida mediante nodos o sensores

dispersos a lo largo del sistema eléctrico.

Como se puede observar en la figura 4, al combinar de forma efectiva y precisa la actual infraestructura eléctrica

con las tecnologías de la información y las comunicaciones (TIC), se podrá contar una sólida base para el

desarrollo de una red eléctrica inteligente, con la que se lograra una gestión activa de los flujos bidireccionales de

información y energía con el fin de automatizar todo el proceso de control mediante una red dinámica que

combina energía, telecomunicaciones e información.

El aporte de las tecnologías de la información y las comunicaciones (TIC), en la evolución de las redes eléctricas

es el siguiente:

Auto restauración: El manejar toda la información de la red eléctrica en tiempo real da lugar a la posibilidad de

realizan continuas evaluaciones de su operación y de esta manera detectar, analizar, responder y de ser

necesario reconfigurar y restaurar automáticamente los componentes o secciones de la red ante la caída de

alguna parte del sistema eléctrico. Además empleando estas nuevas tecnologías se puede adquirir datos,

ejecutar algoritmos de soporte de decisiones, advertir o limitar interrupciones de servicio, controlar

dinámicamente el flujo de energía, reducir la carga o re direccionarla con el fin de evitar el colapso de la red y

4Redes eléctricas: Aplicaciones realizadas / Edenor.



-13 -

proporcionar a nuestro sistema la capacidad de recuperación en el que la estabilidad y la confiabilidad se

mantienen fijos bajo todas las condiciones de operación.

Adicional a lo antes mencionado el diseño de la red debe ser de tal manera que se pueda aislar una falla en un

determinado lugar, sin que esta afecte por completo a todo el sistema.

Capacidad instantánea de recuperación: Una red eléctrica tiene la capacidad de recuperación cuando ante

cambios en su estructura o pérdida de nodos es capaz de mantenerse estable, conservando o reconfigurando los

flujos de energía para evitar el colapso de su funcionamiento, esta característica fundamental es alcanzada

gracias a métodos de control avanzados, los cuales tienen la misión de monitorear todos los componentes de la

red y facilitar su rápido diagnóstico, generando soluciones apropiadas para cualquier tipo de evento.

Las tecnologías de la información y las comunicaciones (TIC) son vitales para la automatización de un sistema

de distribución en una red eléctrica inteligente - smart grid. Esta evolución se produce por la necesidad evidente

de reunir y analizar los datos obtenidos tanto por los medidores electrónicos inteligentes como por los sensores

instalados en la red, los cuales facilitaran las tareas de supervisión y coordinación de los sistemas de control,

automatización y protección de la red de distribución eléctrica.

Funcionamiento de la red de Comunicación.

Para lograr una operación inteligente de la red eléctrica, la comunicación debe tener una estructura que le

permita llegar a cada componente y cada uno de los equipos inteligentes distribuidos geográficamente en la

totalidad de la red, los mismos que deben tener un rendimiento adecuado en cuanto al volumen de información

transferida, velocidad de transferencia y confiabilidad de la conexión.

Aplicaciones inteligentes.

Aplicaciones de monitoreo: Se encargan de recolectar los datos que provienen de los sensores, los

medidores inteligentes y los concentradores instalados en la red.

Aplicaciones de control y gestión: Estas aplicaciones se realizan mediante los sistemas de

comunicación bidireccional entre los dispositivos de campo y los operadores de la red.

Aplicaciones de protección y seguridad: Son las aplicaciones de mayor importancia ya que estas

deben tener un elevado nivel de confiabilidad especialmente en lo referente a las comunicaciones.

Para conocer que tecnologías de comunicación se deberán emplear en una determinada red de distribución, se

debe conocer que sistemas se encuentran ya funcionando en la red y las características propias de la zona

geográfica donde está operando, es decir si son áreas de alta densidad urbana o zonas rurales muy poco

pobladas. “Ver [3]”

1.11. ARQUITECTURA DE COMUNICACIONES DE UNA RED

ELÉCTRICA INTELIGENTE - SMART GRID.

La arquitectura de comunicaciones que integra una red eléctrica inteligente – smart grid, es el resultado de la

combinación de varias tecnologías de comunicación las mismas que están ligadas a cada etapa del sistema

eléctrico (generación, transmisión, distribución y consumo), según sus requerimientos, necesidades y su rango

de cobertura. Esta integración debe regirse estrictamente a estándares y protocolos bien definidos los que

permitan alcanzar un óptimo funcionamiento. La arquitectura de comunicaciones básicamente debe estar

estructurada por los siguientes elementos:

Red de Área doméstica (HAN – Home Área Network): Es una red de comunicaciones de corto alcance, la

misma que puede estar integrada por redes BAN (Building Área Network) o IAN (Industrial Área Network). Una



-14 -

red HAN puede conectar electrodomésticos y dispositivos inteligentes de monitoreo y sensores en el entorno de

una vivienda o edificio, esta red es compatible con las aplicaciones de gestión energética con los que a través de

la red de la empresa eléctrica se formara la infraestructura de comunicaciones y de energía. Al combinar las HAN

con la infraestructura AMI los clientes podrán monitorizar su consumo de energía a través de pantallas instaladas

en sus hogares o programar su consumo en función del precio de la energía. Las empresas eléctricas tendrán

garantizado el acceso directo a las cargas lo que les permitirá gestionar de forma más eficiente la demanda de

energía. Estas redes también están conectadas a otros elementos auxiliares del cliente, como los puntos de

carga del vehículo eléctrico, las fuentes de energía renovable y los dispositivos de almacenamiento.

Red de área local (LAN): Es una red de área local que permite la comunicación de distintos dispositivos en un

mismo entorno, siendo su área de cubertura limitada.

Redes de acceso: Son parte de las redes de comunicaciones, las cuales son las encargadas de conectar a los

clientes con las redes de telecomunicaciones.

Red de retorno: Es utilizada para interconectar redes entre si utilizando diferentes tipos de tecnologías

alámbricas e inalámbricas por ejemplo dentro de una smart grid puede conectar la red WAN a la red de acceso.

A demás agrega y transporta los datos de la red de telemedición de los clientes, muestra los parámetros críticos

de control de las subestaciones y la información de campo de los dispositivos de la red de distribución.

Red de área metropolitana (MAN): Es una red de alta velocidad que cubre unárea geográfica extensa por

ejemplo una ciudad. Puede conectar diversas redes LAN entre sí habilitando su comunicación como una solo

red.

Red de área amplia (WAN): Es una red utilizada para conexiones de larga distancia con centros de controles

regionales y nacionales, por lo general está integrada por varias redes de menor tamaño que usan diferentes

sistemas de comunicación. Una red WAN se compone de la red troncal y de la red de área metropolitana (MAN),

que en conjunto conectan la mayoría de los servicios de las redes troncales de los distintos proveedores de

servicio a lo largo de las líneas de transmisión eléctrica. La elección de una u otra tecnología depende de

factores como la confiabilidad, el costo, la seguridad y la infraestructura disponible.

Fig. 5 Arquitectura de comunicaciones para una red eléctrica inteligente - smart grid.

5

5Díaz, C. & Hernández, J. (2011). Smart Grid: Las TICs y la modernización de las redes de energía eléctrica –

Estado del Arte. Revista S&T, 66.



-15 -

Para que una red eléctrica inteligente - smart grid se integre exitosamente se debe realizar una transición de la

arquitectura actual a otra basada en estándares y protocolos ampliamente adoptados, cabe señalar que dicha

transición de un modelo arquitectónico a otro tiene costos elevados, lleva tiempo y requiere decisiones

estratégicas de diseño tanto en la red eléctrica como en la arquitectura de las TIC. “Ver [3]”

1.12. MODELO CONCEPTUAL DE UNA RED ELÉCTRICA

INTELIGENTE – SMART GRID.

El IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos y el NIST (Instituto Nacional de Estándares y

Tecnología) han desarrollado un modelo conceptual de referencia de las redes eléctricas inteligentes, el mismo

que consiste en el estudio de siete dominios fundamentales que van desde la generación hasta el consumo,

además este modelo define el flujo de comunicación bidireccional que debe existir entre cada uno de los

dominios que integran una red inteligente.

En el presente trabajo de investigación nos basaremos en este modelo y en el planteamiento de sus siete

dominios6, tratando temas fundamentales como su alcance, su desarrollo y las características de cada una de

las partes implicadas en la implementación de una red eléctrica inteligente – smart grid.

Los dominios que integran una red eléctrica inteligente – smart grid son los siguientes: Generación eléctrica,

Transmisión, Distribución, Clientes, Operaciones, Mercados y Proveedores de servicios.

En el IEEE, cada domino del modelo conceptual de la red eléctrica inteligente del NIST se expande en tres

capas técnicas, además cada dominio individual en sí, consta de varios elementos y subsistemas los

mismos que están conectados entre sí a través de redes de comunicaciones de dos vías y sus

respectivas rutas de energía. Estas conexiones son la base de la integración de las redes eléctricas

inteligentes – smart grid.

Fig. 6 Representación de los siete dominios de una red eléctrica inteligente y sus flujos tanto eléctricos como de comunicación.

7

Cabe recalcar, que este modelo es una guía y por ende no representa como se debe implementar de forma

definitiva la red eléctrica inteligente, ya que debemos considerar que básicamente la mayoría de los SEP son

similares en su parte técnica y operativa, pero existen algunas diferencias en los reglamentos, regulaciones,

políticas, realidades sociales y otras variables que dificultan la implementación exacta de este modelo, por esta

6 Dominio: Es una agrupación de alto nivel de organizaciones, edificaciones, individuos, sistemas u otros actores

que tienen objetivos y tipos de aplicaciones similares. Dentro de estos elementos pueden existir sub dominios. 7http://smartgrid.ieee.org/ieee-smart-grid/smart-grid-conceptual-model

http://smartgrid.ieee.org/ieee-smart-grid/smart-grid-conceptual-model



-16 -

razón y teniendo en cuenta que una red eléctrica inteligente es un nuevo concepto y un tanto difuso en algunas

aplicaciones y definiciones, este modelo conceptual de referencia se considera una excelente guía para todas las

partes interesadas en este tema, pues la transición hacia la red inteligente introduce nuevas consideraciones que

requieren una mayor coordinación para garantizar la evolución y operatividad de los futuros sistemas,

ajustándose a las nuevas regulaciones y responsabilidades del sector eléctrico.

1.13. CAPAS TÉCNICAS DE UNA RED ELÉCTRICA INTELIGENTE -

SMART GRID.

Dentro del modelo de referencia encaminado hacia la transformación del actual sistema eléctrico, se definen

tres capas técnicas de alto nivel, en las que se encuentran las tecnologías que integran la red eléctrica inteligente

– smart grid, siendo estas capas las siguientes:

Capa de energía: En esta capa se encuentran todo lo referente a generación de energía, transmisión,

subestaciones, red de distribución y consumo de energía.

Capa de comunicaciones: En esta capa tenemos todo lo referente a los sistemas de comunicaciones: las redes

de área local (LAN), red de área amplia (WAN), red de área de campo (FAN) / AMI y red de área residencial

(HAN), los cuales permiten el soporte de la infraestructura de las TIC.

Capa de aplicaciones: Esta capa involucra todas las aplicaciones que se pueden generar con la

implementación de la red eléctrica inteligente: Control de respuesta de demanda, facturación, control de averías,

monitoreo de carga, mercados energéticos, gestión en tiempo real y una nueva gama de servicios al cliente,

entre otras.

Cabe mencionar que en el transcurso del tiempo se requerirán cambios en estas tres capas técnicas, pero lo

más probable es que la capa de comunicaciones sea la que más cambios requiera. De las tres capas, la capa de

comunicaciones es la que posibilita la existencia de la red eléctrica inteligente, aunque la red no será

verdaderamente inteligente si no se desarrolla adecuadamente la capa de aplicaciones. La capa de

comunicaciones actúa como sistema circulatorio para interconectar los distintos sistemas y dispositivos de la

capa de energía con la capa de aplicaciones y así comunicarse por completo con la cadena de suministro de

energía. “Ver [4]”

1.14. POLÍTICAS PARA LA MODERNIZACIÓN DE UNA RED

. ELÉCTRICA INTELIGENTE - SMART GRID.

Una empresa o sistema eléctrico que pretenda iniciar un proceso de modernización con el fin de alcanzar los

estándares internacionales de las redes eléctricas inteligentes – smart grid, debe construir unos lineamientos de

desarrollo con base en los siguientes aspectos:

Incrementar el uso de tecnologías digitales de control e información.

Optimizar los recursos y las operaciones de la red eléctrica utilizando seguridad informática.

Implementar e integrar sistemas de generación distribuidos, incluyendo fuentes de energía renovables.

Incorporar la demanda en la toma de decisiones para incrementar la eficiencia energética.

Implementar tecnologías “inteligentes” para medición, control y comunicaciones de la red, para la

supervisión, operación y automatización de la red de distribución eléctrica.

Integrar equipos y dispositivos de consumo “inteligentes”.

Implementar e integrar tecnologías de almacenamiento de electricidad.



-17 -

Entregar a los clientes información oportuna y opciones de control.

Desarrollar estándares de comunicación e interoperabilidad de los equipos y sistemas conectados a la

red eléctrica.

Facilitar el cambio, eliminando barreras no racionales e innecesarias.



-18 -

CAPITULO II:

FUENTES ALTERNATIVAS DE GENERACIÓN DE

ENERGÍA ELÉCTRICA, LAS MICRO REDES Y LOS

SISTEMAS DE GENERACIÓN DISTRIBUIDA.



-19 -

2. FUENTES ALTERNATIVAS DE GENERACIÓN DE

ENERGÍA ELÉCTRICA, LAS MICRO REDES Y LOS

SISTEMAS DE GENERACIÓN DISTRIBUIDA.

Dentro del modelo para la implementación de las redes eléctricas inteligentes – smart grid, tenemos como

punto de inicio los sistemas de generación distribuida, los mismos que parten del estudio y desarrollo de las

distintas fuentes de energía renovables, las cuales al ser integradas a la red se convierten automáticamente en

sub sistemas de generación eléctrica complementadas por las tecnologías destinadas al almacenamiento de

energía, las cuales contribuirán a solucionar los problemas que se produzcan debido a la intermitencia de las

fuentes de energía alternativas.

Fig. 7 Fuentes alternativas de generación eléctrica, dominios, flujos de energía, flujos de comunicación.

8

2.1. FUENTES DE ENERGÍA ALTERNATIVAS PARA LA

GENERACIÓN ELÉCTRICA.

El consumo de energía es uno de los grandes medidores del progreso y bienestar de la sociedad a nivel

mundial. El concepto de crisis energética aparece cuando las fuentes de energía de las que se abastece la

sociedad se agotan, es así que un modelo económico como el actual cuyo funcionamiento depende de un

continuo crecimiento exige también una demanda igualmente creciente de energía. Puesto que las fuentes de

energía fósil pueden agotarse, es inevitable que en un determinado momento la demanda no pueda ser

abastecida, para evitar o prevenir que todo el sistema colapse es necesario que se desarrollen nuevos métodos

para obtener energía eléctrica, es ahí donde aparecen las fuentes de energía alternativas.

8http://smartgrid.ieee.org/ieee-smart-grid/smart-grid-conceptual-model




-20 -

Fig. 8 Energías renovables:

9

1. Solar, 2. Hidráulica, 3. Eólica, 4. Biomasa, 5. Mareomotriz, 6. Undimotriz, 7. Geotérmica.

2.1.1. CONCEPTO.

Las fuentes de energía son los recursos existentes en la naturaleza de los cuales la humanidad se beneficia

para desarrollar sus actividades, una fuente de energía alternativa es aquella que puede suplir a las energías o

fuentes energéticas actuales, ya sea por su menor efecto contaminante o fundamentalmente por su posibilidad

de renovación.

Las fuentes renovables de energía se basan en los ciclos naturales del planeta, son aquellas que se regeneran y

son tan abundantes que perdurarán las utilicemos o no por cientos o miles de años, estas fuentes de energía

renovables tienen como objetivos solucionar muchos de los problemas ambientales ocasionados por los

combustibles fósiles (carbón, petróleo, uranio, gas), recursos que son utilizados como fuentes de energía

convencionales, los cuales tienen como característica su tiempo de vida determinado hasta llegar a su límite y

agotarse, además que su uso generalizado y desmedido es responsable del cambio climático, el efecto

invernadero, las lluvias ácidas y la contaminación atmosférica, problemas producidos en gran medida por las

emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera. Al emplear a las fuentes de energía renovables con

responsabilidad podemos producir un tipo de energía limpia, la cual no destruye el medio ambiente y además

asegura una generación de electricidad totalmente sostenible a largo plazo, ofreciendo oportunidades de empleo

en zonas rurales y urbanas al promover el desarrollo de tecnologías locales.

Al analizar los perjuicios que ocasionan los combustibles fósiles, podemos llegar a la conclusión que se hace

urgente la necesidad de desarrollar las tecnologías necesarias con el fin de introducir y gestionar la generación

eléctrica en base a las fuentes de energía renovables, las cuales se perfilan como el futuro de las micro redes y

de la generación eléctrica distribuida tanto a pequeña y gran escala, todo esto dentro del modelo de la red

eléctrica inteligente – smart grid.

Nuestro planeta tiene abundantes y potenciales fuentes de energía renovable procedentes del sol, del viento, del

agua de los ríos, del mar, del interior de la tierra y de los residuos. Cada una de ellas tiene sus propios desafíos

técnicos en los cuales debemos trabajar, actualmente algunos sistemas renovables constituyen un complemento

a las energías convencionales fósiles, pero en un futuro cercano pueden llegar a ser su reemplazo definitivo.

“Ver [5]”

9http://www.glogster.com/paulag-/poster-glog-energias-renovables/g-6kriomnh8fuop1cls1c75a0

http://www.glogster.com/paulag-/poster-glog-energias-renovables/g-6kriomnh8fuop1cls1c75a0



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2.1.2. CLASIFICACIÓN DE LAS FUENTES DE ENERGÍA.

Fuentes de energía renovables:

El Sol: Energía solar.

El viento: Energía eólica.

Los ríos y corrientes de agua dulce: Energía hidráulica o hidroeléctrica.

El calor de la Tierra: Energía geotérmica.

Biomasa.

Almacenamiento de energía.

La llegada de masas de agua dulce a masas de agua salada: Energía azul.

Las olas: Energía undimotriz.

Los mares y océanos: Energía mareomotriz.

Fuentes de energía no renovable:

Los combustibles fósiles (el petróleo, el gas natural y el carbón).

Energía nuclear.

2.2. FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES.

2.2.1. ENERGÍA SOLAR.

La energía solar es una fuente de vida y origen de la mayoría de las demás formas de energía en la tierra. En

promedio, la energía de la luz solar que alcanza la tierra es de un kilovatio por metro cuadrado. La cantidad de

energía que el sol vierte diariamente sobre la tierra es muy superior a la energía que se consume al día en todo

el planeta.

Fig. 9 Mapa de incidencia solar a nivel mundial.

10

La energía solar tiene dos principales formas de aprovechamiento: producir electricidad y calor. En el primer caso

se conseguirá a través de la energía solar fotovoltaica y la segunda mediante la energía solar térmica.

10

http://www.dforcesolar.com/energia-solar/mapa-de-radiacion-solar-en-el-mundo/

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_solar

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_e%C3%B3lica

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_hidr%C3%A1ulica

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_geot%C3%A9rmica

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_azul

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_undimotriz

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_mareomotriz

http://es.wikipedia.org/wiki/Petr%C3%B3leo

http://es.wikipedia.org/wiki/Gas_natural

http://es.wikipedia.org/wiki/Carb%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_nuclear

http://www.dforcesolar.com/energia-solar/mapa-de-radiacion-solar-en-el-mundo/



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Al diseñar una instalación solar debemos analizar donde y como realizarla. Los paneles solares operan mejor si

son colocados en un lugar donde reciban luz y radiación solar plena. Pueden colocarse en el techo de una casa

u oficina, sobre una estructura de soporte, montados en la fachada o sobre el terreno. Es preferible evitar los

lugares que reciben sombra (vegetación, nieve, otros edificios, elementos constructivos, otros módulos, etc.), al

menos durante las horas centrales del día, ya que la sombra afectará a su rendimiento. Debido al cambio de

posición del sol durante el año, la inclinación ideal de los paneles varía en función de la latitud en la cual nos

encontremos, normalmente se utilizan 45° en térmica y 30° en fotovoltaica, pero la inclinación puede variar en

función de la aplicación, criterios de uso e integración arquitectónica. En cualquier caso es recomendable una

inclinación superior a los 15°, para permitir que el agua de lluvia se escurra. “Ver [6]”

2.2.1.1. Energía solar fotovoltaica.

La energía solar fotovoltaica es la que se obtiene a través de paneles solares fotovoltaicos expuestos al sol.

Esta energía es a nivel mundial la más difundida ya que tiene un enfoque económico y es la más viable para la

generación de electricidad en zonas remotas donde la red pública no ha llegado.

Una definición técnica para la energía solar fotovoltaica sería: "La energía solar fotovoltaica es una forma de

obtención de electricidad por medio de paneles solares fotovoltaicos. Los paneles o módulos fotovoltaicos están

compuestos por dispositivos semiconductores tipo diodo (células fotovoltaicas) que, al recibir la radiación solar se

estimulan y generan saltos electrónicos generando diferencias de potencial en sus extremos. El acoplamiento en

serie de estas células permite obtener tensiones en corriente continua, adecuados para alimentar dispositivos

electrónicos sencillos o a mayor escala esta corriente eléctrica continua generada por los paneles se puede

transformar en corriente alterna e inyectar en la red eléctrica para su consumo. “Ver [7]”

Fig. 10 Elementos de un sistema básico de energía fotovoltaica (CC/CA).

11

Componentes en la instalación de un sistema solar fotovoltaico.

Para poder hacer uso de la energía del sol se debe instalar todo un sistema que sea capaz de transformar la

radiación solar en energía eléctrica y así poder abastecer una vivienda o un grupo de ellas. A continuación se

presentan los componentes necesarios para instalar un sistema fotovoltaico:

Celdas fotovoltaicas: Una celda fotovoltaica es el componente que capta la energía contenida en la radiación

solar y la transforma en una corriente eléctrica, basado en el efecto fotovoltaico que produce una corriente

eléctrica cuando la luz incide sobre algunos materiales. Las celdas fotovoltaicas son hechas principalmente de

11

http://tecnoblogsanmartin.wordpress.com/category/tecnologia-3%C2%BA-e-s-o/unidad-5-energias- renovables/5-1-energia-solar/page/2/

http://tecnoblogsanmartin.wordpress.com/category/tecnologia-3%C2%BA-e-s-o/unidad-5-energias-renovables/5-1-energia-solar/page/2/

http://tecnoblogsanmartin.wordpress.com/category/tecnologia-3%C2%BA-e-s-o/unidad-5-energias-renovables/5-1-energia-solar/page/2/



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un grupo de minerales semiconductores, de los cuales el silicio es el más utilizado. Una celda fotovoltaica tiene

un tamaño de 10 por 10 centímetros y produce alrededor de un vatio a plena luz del día, normalmente las celdas

fotovoltaicas son de color azul oscuro y la mayoría de los paneles fotovoltaicos consta de 36 celdas fotovoltaicas.

Generalmente las celdas fotovoltaicas están protegidas mediante una cubierta posterior de aluminio o madera y

una pared frontal de vidrio anti reflectante.

Batería: Debido a que la radiación solar es un recurso variable, en parte previsible (ciclo día-noche), en parte

impredecible (nubes, tormentas), se necesitan equipos apropiados como baterías diseñados especialmente para

sistemas fotovoltaicos con la finalidad de almacenar la energía eléctrica cuando existe radiación para utilizarla

cuando se necesite. Estas baterías realizan tres funciones esenciales para el buen funcionamiento de la

instalación:

Almacenan energía eléctrica en periodos de abundante radiación solar o bajo consumo de energía

eléctrica.

Proporciona la energía eléctrica necesaria en periodos de baja o nula radiación solar. Normalmente en

aplicaciones de electrificación rural, la energía eléctrica se utiliza intensamente durante la noche para el

funcionamiento de lámparas o focos así como por un televisor o radio, precisamente cuando la radiación

solar es nula.

Proporciona un suministro de energía eléctrica estable y adecuada para la utilización de aparatos

eléctricos que requieran de una corriente mayor que la que pueden producir los paneles (aún en los

momentos de mayor radiación solar). Por ejemplo, durante el encendido de un televisor o durante el

arranque de una bomba o motor eléctrico.

Regulador o controlador de carga: Este es un dispositivo electrónico que controla tanto el flujo de la corriente

de carga proveniente de los módulos hacia la batería, como el flujo de la corriente de descarga que va desde la

batería hacia los aparatos de consumo. Conjuntamente con el regulador se recomienda adquirir controladores

tipo serie con desconexión automática por baja tensión (LVD) con indicadores luminosos del estado de carga.

Estas opciones permiten la desconexión automática de la batería cuando su nivel de carga ha descendido a

valores peligrosos. Generalmente, el regulador de carga es uno de los elementos más confiables de todo sistema

fotovoltaico, siempre y cuando se dimensione e instale correctamente.

Inversor de tensión: Tal como lo dice su nombre, los inversores transforman la tensión generada por los

paneles solares en corriente continua (CC) (12V, 24V, 32V 36V ó 48V), a una tensión en corriente alterna (CA)

de (110V, 220V), el cambio de tensión es necesario dado que los aparatos eléctricos se alimentan de uno u otro

tipo de corriente, pero en su gran mayoría utilizan corriente alterna CA.

Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica.

Conociendo que una instalación solar fotovoltaica tiene como objetivo producir energía eléctrica a partir de la

energía solar podemos tener algunas aplicaciones desde la producción de energía a gran escala para el

consumo en general o a pequeña escala para el consumo en pequeñas viviendas. La energía solar fotovoltaica

tiene tres aplicaciones fundamentales:

Las instalaciones fotovoltaicas aisladas de la red.

Las instalaciones fotovoltaicas con conexión a la red, donde la energía que se produce es utilizada para

la venta a la red eléctrica de distribución.

Producción de energía eléctrica destinada a la compensación del gasto energético (autoconsumo).

Sistemas solares fotovoltaicos aislados o tipo isla: Estas instalaciones aisladas de la red eléctrica se

emplean para generar electricidad destinada al autoconsumo sobre todo en aquellos lugares en los que no se

tiene acceso a la red eléctrica y resulta más económico instalar un sistema fotovoltaico como fuente de energía

limpia y alternativa que tender una línea entre la red eléctrica y el punto de consumo.

http://www.renova-energia.com/energia_renovable/energia_solar_fotovoltaica.html#1



-24 -

Las instalaciones aisladas de la red eléctrica se componen de: paneles solares, regulador, baterías e inversor,

existiendo diferentes tipos de combinaciones y la posibilidad de ser complementadas con otros generadores

como los aerogeneradores.

Fig. 11 Diseño de una instalación solar fotovoltaica aislada o tipo isla.

12

Las principales aplicaciones de los sistemas aislados son:

Electrificación de viviendas y edificios, principalmente para iluminación y electrodomésticos de baja

potencia.

Alumbrado público.

Aplicaciones agropecuarias y ganaderas.

Bombeo y tratamiento de agua.

Señalización y comunicaciones.

Antenas de telefonía aisladas de la red.

Para comprender la importancia de los sistemas solares fotovoltaicos aislados o tipo isla, conviene tener en

cuenta que aproximadamente una cuarta parte de la población mundial no tiene acceso a la energía eléctrica y

se calcula por ejemplo que existen cerca de un millón de personas en Ecuador quienes no tienen acceso a

electricidad por medio de la red pública.

Sistemas solares fotovoltaicos conectados a la red eléctrica: Por medio de los paneles solares (Generador

Fotovoltaico) los cuales actúan como una central de producción, se genera energía eléctrica a bajas tensiones en

corriente continua y esta corriente se transforma por medio de un inversor en corriente alterna. Mediante un

centro de transformación se eleva a media tensión y se inyecta a la red eléctrica.

El consumo de electricidad es independiente de la energía generada por los paneles fotovoltaicos, el usuario

sigue comprando la energía eléctrica que consume a la empresa distribuidora al precio establecido y además es

propietario de una instalación generadora.

12

http://www.enerhelia.es/eficiencia-energetica/instalaciones-energias-renovables/instalaciones-energia-solar- fotovoltaica/

http://www.enerhelia.es/eficiencia-energetica/instalaciones-energias-renovables/instalaciones-energia-solar-fotovoltaica/

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Fig. 12 Diseño de una instalación solar fotovoltaica conectada a la red.13

Para producir energía solar en los techos de la viviendas y poderla vender a red son necesarios una serie de

requisitos legales y técnicos por lo que es necesario recibir un buen asesoramiento, para poder obtener de una

cubierta el mayor rendimiento posible.

Producción de energía eléctrica destinada a la compensación del gasto energético (autoconsumo): La

conexión de instalaciones de producción de energía eléctrica de pequeña potencia a la red eléctrica abre una

nueva vía para aquellas personas que desean producir su propia energía para autoconsumo. Esta nueva

modalidad de producción de energía consiste en que los pequeños productores de energía solar (menos de

10Kw, unos 100 metros de cubierta) podrán inyectar la energía que produzcan a la red eléctrica y a su vez

consumirla, estableciéndose después entre la empresa y el cliente productor un balance de gasto - consumo de

manera que se reduzca o anule el gasto de energía.

Fig. 13 Esquema de una instalación destinada a la compensación del gasto energético (autoconsumo).

14

En cuanto al rendimiento en el caso de las instalaciones fotovoltaicas, estas generan electricidad durante todo el

año mientras reciban radiación solar. Los módulos fotovoltaicos generan electricidad incluso en los días

nublados, aunque el rendimiento energético se reduce proporcionalmente a la reducción de la intensidad de

radiación. Hay que señalar que la electricidad se genera a partir de la radiación solar, no del calor, por tanto el

13

http://www.enerhelia.es/energia-solar-fotovoltaica-con-conexion-a-red/ 14

http://asesorautoconsumo.wordpress.com/category/kit-autoconsumo/

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-26 -

frío no representa ningún problema para el aprovechamiento fotovoltaico. De hecho, como la mayoría de los

componentes electrónicos, los paneles fotovoltaicos funcionan más eficientemente a temperaturas menores,

siempre dentro de ciertos límites. “Ver [7]”

2.2.1.2. Energía solar térmica.

La energía solar térmica consiste en aprovechar la energía del sol para generar calor mediante el uso de

colectores o paneles solares térmicos con los que se puede calentar agua u otro tipo de fluido. Sus aplicaciones

que van desde la producción de agua caliente para el uso doméstico, calefacción o para producir la suficiente

energía mecánica que pueda generar electricidad. Como fuente de energía presenta como características

propias frente a las fuentes de energía convencionales (carbón, petróleo, gas natural, etc.) una elevada calidad

energética con un impacto ecológico prácticamente nulo al ser una fuente natural inagotable. Como dificultades

principales asociadas al aprovechamiento de este tipo de energía tenemos la variabilidad con la que esta energía

llega a la tierra debido a aspectos geográficos, climáticos y estaciónales.

Energía Solar Termoeléctrica: Una central termo solar es una instalación en la que a partir del calentamiento

de un fluido debido a la radiación solar y mediante un ciclo termodinámico convencional, pueda producir la

potencia necesaria para mover un alternador para generación de energía eléctrica como en una central térmica

clásica.

Constructivamente, es necesario concentrar la radiación solar para que se puedan alcanzar temperaturas

elevadas de 300 º C hasta 1000 º C, y obtener así un rendimiento aceptable en el ciclo termodinámico que no se

podría obtener con temperaturas más bajas. La captación y concentración de los rayos solares se hacen por

medio de espejos con orientación automática que apuntan a una torre central donde se calienta el fluido, o con

mecanismos más pequeños de geometría parabólica. “Ver [8]”

Fig. 14 Vista de una central termoeléctrica de energía solar.

15

2.2.2. ENERGÍA EÓLICA.

La energía eólica se obtiene a partir del aprovechamiento de la energía cinética del viento, la cual es

transformada en energía eléctrica por medio de los denominados aerogeneradores o generadores eólicos. Este

tipo de energía es también renovable y no produce emisiones contaminantes en el medio ambiente, no destruye

los recursos naturales y de todas las energías renovables es sin duda la más limpia y segura.

15

http://cmcsociales3.blogspot.com/

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-27 -

Antes de proceder a la instalación de parques eólicos productores de energía eléctrica se deben realizar estudios

exhaustivos de las condiciones del viento en la zona de construcción, ya que para obtener un pleno rendimiento

de los aerogeneradores se necesita viento de fuerza y velocidad lo más constante posible, sin cambios bruscos

al alza o a la baja. Las zonas más favorables para la ubicación de proyectos eólicos son las áreas costeras,

llanuras interiores abiertas, valles transversales y zonas montañosas donde existe mayor potencial de viento.

Las instalaciones de energía eólica pueden tener un elevado impacto a escala local debido principalmente a sus

grandes dimensiones, la elevada ocupación del territorio y los ruidos que genera su funcionamiento. Hay que ser

cuidadoso en la elección de los emplazamientos intentando afectar lo menos posible a los ecosistemas del

entorno y valorando las necesidades reales que se desean cubrir para evitar sobredimensionamientos

innecesarios. En lo que se refiere al ruido producido, éste sólo se percibe en la propia instalación y es menor que

el de otras instalaciones como las centrales térmicas. Además los parques eólicos se suelen emplazar en zonas

no cercanas a centros poblados.

Fig. 15 Esquema de una instalación de energía eólica.

16

Partes de un aerogenerador.

Los aerogeneradores se componen de:

La góndola: Contiene a todos los componentes claves del aerogenerador incluyendo el multiplicador y

el generador eléctrico. El personal de servicio puede entrar en la góndola desde la torre de la turbina. A

la izquierda de la góndola tenemos el rotor del aerogenerador, es decir las palas y el buje.

Las palas del rotor: Capturan el viento y transmiten su potencia hacia el buje. En un aerogenerador

moderno de 600 Kw. por ejemplo cada pala mide alrededor de 20 metros de longitud y su diseño es

muy parecido al del ala de un avión.

El buje: El buje del rotor está acoplado al eje de baja velocidad del aerogenerador.

El eje de baja velocidad: Conecta el buje del rotor al multiplicador. El rotor gira muy lento, a unas 19 a

30 revoluciones por minuto (r.p.m.), el eje contiene conductos del sistema hidráulico para permitir el

funcionamiento de los frenos aerodinámicos.

16

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o&xref=20070822klpingtcn_103.Kes

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-28 -

El multiplicador: Tiene a su izquierda el eje de baja velocidad y permite que el eje de alta velocidad

que está a su derecha gire 50 veces más rápido que el eje de baja velocidad.

El eje de alta velocidad: Gira aproximadamente a 1.500 r.p.m. lo que permite el funcionamiento del

generador eléctrico, está equipado con un freno de disco mecánico en caso de emergencia. El freno

mecánico se utiliza en caso de una fallaen el freno aerodinámico o durante las labores de

mantenimiento de la turbina.

El generador eléctrico: Suele ser un generador asíncrono o de inducción. En los aerogeneradores

modernos la potencia máxima suele estar entre 500 y 1.500 Kw.

El controlador electrónico: Es un ordenador que continuamente monitoriza las condiciones del

aerogenerador y a su vez controla el mecanismo de orientación. En caso de cualquier disfunción (por

ejemplo, un sobrecalentamiento en el multiplicador o en el generador), automáticamente detiene el

aerogenerador y llama al ordenador del operario encargado de la turbina a través de un enlace

telefónico mediante modem.

La unidad de refrigeración: Contiene un ventilador eléctrico utilizado para enfriar el generador.

Además contiene una unidad refrigerante por aceite empleada para enfriar este mismo tipo de líquido

utilizado por el multiplicador. Algunas turbinas tienen generadores refrigerados por agua.

La torre: Soporta la góndola y el rotor. Generalmente es una ventaja disponer de una torre alta, dado

que la velocidad del viento aumenta conforme nos alejamos del nivel del suelo. Una turbina moderna

por ejemplo de 600 Kw. tendrá una torre de 40 a 60 metros. Las torres tubulares son más seguras para

el personal encargado del mantenimiento de las turbinas ya que pueden usar una escalera interior para

acceder a la parte superior de la turbina.

El mecanismo de orientación: Está activado por el controlador electrónico que vigila la dirección del

viento mediante la veleta.

El anemómetro y la veleta: Las señales electrónicas del anemómetro son utilizadas por el controlador

electrónico del aerogenerador para conectarlo cuando el viento alcanza aproximadamente 5 m/s. El

ordenador detendrá el aerogenerador automáticamente si la velocidad del viento excede de 25 m/s, con

el fin de proteger a la turbina y sus alrededores. Las señales de la veleta son utilizadas por el

controlador electrónico para girar el aerogenerador en contra del viento, utilizando el mecanismo de

orientación.

Fig. 16 Partes de un aerogenerador.

17

17

http://www.ecovive.com/energia-eolica




-29 -

Funcionamiento de un sistema eólico.

El viento mueve la turbina que está colocada sobre una torre la cual ayuda a mejorar el rendimiento del sistema

ya que a mayor altura de la torre existirá mayor velocidad del viento, es importante que la ubicación del

aerogenerador este lejos de obstáculos como árboles o edificios que puedan crear turbulencias en el aire.

Entonces es así que grandes cantidades de energía del viento son convertidas en electricidad en un

aerogenerador. Los aerogeneradores en general, están preparados para funcionar de forma óptima cuando

el viento sopla dentro de un rango determinado de velocidades. La velocidad mínima que se requiere para

funcionar (3 m/s) se le llama velocidad de cut-in (de conexión) y la velocidad máxima (24 m/s) que no debe

superarse pues podría romper el mecanismo se llama velocidad de cut-out (de desconexión).

La transformación de la energía mecánica producida por el viento, en energía eléctrica se describe a

continuación de la siguiente manera:

El viento en movimiento realiza una presión contra las palas del aerogenerador y el perfil aerodinámico crea una

alta presión en un lado de la pala y una baja presión en el lado opuesto, la energía del viento es trasferida a las

palas y el rotor empieza a girar, el rotor está conectado a la multiplicadora, la velocidad de giro es aumentada en

la multiplicadora y transmitida al generador, cuando el generador alcanza una velocidad a la que puede producir

electricidad se conecta a la red y los giros de las palas continuaran a una velocidad de rotación constante.

La turbina se construye para suministrar la máxima producción de electricidad, por ejemplo a una velocidad del

viento de 15 m/s, cuando el viento sobrepasa esta velocidad parte del viento debe ser disipado para evitar un

exceso de carga en la turbina, en algunos diseños de aerogeneradores el control se realiza girando la totalidad

de la pala, lo que se llama regulación por cambio de paso, otros diseños de turbinas controlan la presión en el

perfil de la pala. Durante vientos superiores a 25m/s el ordenador activa el sistema hidráulico que gira el freno

aerodinámico de la pala, las turbinas con regulación por cambio de paso utilizan la hidráulica para girar la pala y

colocarla en forma paralela y así el rotor deja de girar. Las turbinas controladas por pérdida aerodinámica giran la

punta de pala utilizando resortes, luego de esto se activa el freno de disco y el rotor se detiene, cuando el viento

disminuye el ordenador vuelve a poner la turbina en marcha y continúa la producción de electricidad.

Fig. 17 Regulación de las palas de un aerogenerador.

18

Los aerogeneradores y el medio ambiente.

Un parque eólico no se puede construir sin antes realizar un estudio de impacto ambiental que determine su

viabilidad, pudiendo desestimarse una instalación rentable si hay efectos negativos para el entorno. El estudio

deberá analizar el emplazamiento elegido, el tamaño de la instalación y también la distancia entre el parque

eólico y las áreas sensibles, como son los asentamientos humanos y los espacios naturales protegidos. Al

finalizar la instalación y durante su funcionamiento se deben presentar informes medioambientales periódicos.

18

http://www.economiadelaenergia.com/energia/energia-eolica-marina-offshore/

http://guidedtour.windpower.org/es/tour/wres/variab.htm

http://www.economiadelaenergia.com/energia/energia-eolica-marina-offshore/



-30 -

La instalación de un parque eólico produce un impacto visual y ecológico en el terreno en que se asienta, se

requiere el movimiento de tierras y la construcción de carreteras para el acceso al parque eólico. En todo caso,

ninguna otra forma de generación eléctrica permite restaurar tan fácilmente el entorno al final de su vida útil.

“Ver [9]”

2.2.3 ENERGÍA HIDRÁULICA.

El agua es sin duda el elemento más esencial y característico de nuestro planeta. Además, es una fuente de

energía renovable con un enorme potencial de aprovechamiento gracias a la circulación constante de la energía

cinética contenida en su movimiento. El modo de aprovechar la energía cinética y transformarla en energía

mecánica y luego en eléctrica, es mediante la instalación de centrales hidráulicas en zonas donde este caudal de

agua en movimiento sea lo suficientemente elevado y regular.

La energía hidráulica se basa en aprovechar la caída del agua desde cierta altura, hasta llegar a las turbinas a

gran velocidad provocando un movimiento de rotación que finalmente se transforma en energía eléctrica por

medio de los generadores. Este es un recurso natural disponible en las zonas que presentan suficiente cantidad

de agua y una vez utilizada es devuelta río abajo. Su desarrollo requiere construir pantanos, presas, canales de

derivación y la instalación de grandes turbinas con el equipamiento necesario para generar electricidad.

Fig. 18 Vista de las centrales hidráulicas.

19

La invención del generador eléctrico y el mejoramiento de la turbina provocaron un gran desarrollo y crecimiento

de las centrales hidroeléctricas, de esta forma se pudo suplir en gran parte la creciente demanda de energía

eléctrica de inicios del siglo pasado. La construcción de las centrales con grandes presas para el

almacenamiento de agua, es con el fin de asegurar el funcionamiento de las mismas en caso de sequía.

A pesar del desarrollo tecnológico las centrales hidroeléctricas no han experimentado cambios mayores en lo

que respecta a su tecnología durante el siglo XX, lo que ha mejorado son los mecanismos destinados a elevar su

rendimiento. Existen varios tipos de turbinas cada una de ellas utilizadas de acuerdo a la altura del salto del

agua.

19

http://cmapspublic2.ihmc.us/rid=1134575220671_768670215_2532/Zentral%20Hidroelektrikoa.jpg

http://cmapspublic2.ihmc.us/rid=1134575220671_768670215_2532/Zentral%20Hidroelektrikoa.jpg



-31 -

Partes de una central hidroeléctrica.

Una central hidroeléctrica se compone de las siguientes partes:

La presa, es una barrera construida en el cauce del rio para retener y almacenar el agua. En la pared de la presa

se encuentran los desagües que sirven para controlar el agua que se deja pasar rio abajo. La presa provoca la

subida del nivel del rio y la inundación de los terrenos con la consiguiente creación de un embalse. Otra parte

importante de una central hidroeléctrica son las tuberías de conexión que sirven para llevar el agua del embalse

hasta la casa de máquinas. En la casa de máquinas se encuentran las turbinas y los generadores que acoplados

al eje de la turbina generan electricidad de alta intensidad y baja tensión. Esta electricidad posteriormente pasa a

un transformador que la convierte en alta tensión y baja intensidad en corriente continua CC, apta para su

transporte a grandes distancias con un mínimo de pérdidas. En la casa de máquinas también podemos encontrar

todos los equipos de medición y control.

Fig. 19 Esquema de una central hidroeléctrica.

20

Toda la energía generada se transporta desde la central a través de las líneas de transmisión eléctricas hasta los

centros de distribución donde un nuevo transformador la convierte en una energía eléctrica de baja tensión,

óptima para el suministro directo a los clientes tanto domésticos como industriales. “Ver [10]”

2.2.4. ENERGÍA GEOTÉRMICA.

Es una energía renovable que aprovecha la energía almacenada en forma de calor debajo de la superficie

sólida de la tierra. La energía geotérmica se origina en yacimientos de alta temperatura (superiores a los 100-

150ºC) y con la combinación de diferentes tecnologías, transforma el calor en energía eléctrica siendo un

método limpio y renovable. El proceso que se realiza en una central geotérmica es el siguiente:

Mediante un tubo, el vapor es transportado desde los yacimientos geotermicos hasta la superficie.

El vapor sube a una elevada presion la cual acciona una turbina.

La turbina gira a gran velocidad, lo que provoca el movimiento de un generador que produce energia

electrica la misma que sera enviada a la red.

Luego el vapor es enviado a un condensador donde es vuelto al estado liquido (agua).

El agua pasa a una torre de enfriamiento donde se baja su temperatura.

20

http://www.renovables-energia.com/2009/06/esquema-de-una-central-hidroelectrica/

http://www.renovables-energia.com/2009/06/centrales-hidroelectricas/

http://www.renovables-energia.com/2009/06/grandes-presas-del-mundo/

http://www.renovables-energia.com/2009/06/esquema-de-una-central-hidroelectrica/



-32 -

El agua se devuelve al terreno para recargar el deposito y completar el ciclo renovable de la energia.

Las plantas geotermicas tienen la ventaja de no producir ningun tipo de combustion como si lo hacen las

centrales a base de petroleo y carbon. El inconveniente que tiene este tipo de energia es que el agua caliente

extraida del subsuelo es liberada en la superficie cantaminando termicamente los ecosistemas al aumentar su

temperatura natural.

Antes de proceder a la explotación de un yacimiento geotérmico es necesario conocer:

La profundidad y el espesor del yacimiento geotérmico.

La calidad, caudal y temperatura del fluido.

La permeabilidad y porosidad de las rocas.

Una vez conocidos estos factores la explotación se realiza mediante sondeos, similares a los petrolíferos.

Asimismo, es necesario evitar la corrosión que suele producir el fluido geotérmico utilizando materiales no

atacables lo que hace que en general, este tipo de explotación precise de una inversión inicial muy elevada.

“Ver [11]”

Fig. 20 Esquema de una central geotermica.

21

2.2.5. ENERGÍA DE BIOMASA.

La biomasa es una fuente de energía procedente de manera indirecta del sol y puede ser considerada una

energía renovable siempre que se sigan ciertos parámetros medioambientales adecuados para su uso y

explotación. La biomasa primaria es vegetal, sin embargo, ésta puede ser transformada por otros seres vivos que

se nutren de la misma y generan la denominada biomasa animal o biomasa de los residuos animales. Asimismo,

diversas actividades industriales que manejan biomasa vegetal o animal generan subproductos, esto a su vez se

suma a los residuos sólidos urbanos (RSU) generados por los centros poblados los cuales son el producto de la

actividad cotidiana de sus habitantes.

La energía que se puede obtener de la biomasa es producida mediante su combustión directa similar al proceso

utilizado con los combustibles fósiles o a través de procesos que permiten conseguir otro tipo de combustible

como el biogás o los biocombustibles.

21

http://www.evwind.com/wp-content/uploads/2013/06/geotermica-latinoamerica-ciclo.jpg

http://www.evwind.com/wp-content/uploads/2013/06/geotermica-latinoamerica-ciclo.jpg



-33 -

Fig. 21 Ciclo de la biomasa.

22

Procesos para la transformación de biomasa en energía.

Combustión directa: Es el sistema más antiguo de extracción de energía de la biomasa, la misma que

previamente prensada en forma de bloques puede ser utilizada como sustituto del carbón o del petróleo en las

centrales térmicas realizando pequeños cambios en sus instalaciones. De igual manera el calor generado al

quemar la biomasa directamente puede ser utilizado en las plantas industriales para calefacción y para producir

vapor el cual puede ser utilizado en la generación de electricidad.

Una central de generación eléctrica con turbinas que se accionan con gas procedente de la biomasa es similar a

una central de vapor convencional, excepto que, en lugar de quemar combustible para producir vapor y así

accionar las turbinas, éstas últimas se accionan directamente con los gases calientes procedentes de la

combustión de la biomasa.

Biocarburantes: Son combustibles líquidos o gaseosos destinados para el transporte producidos a partir de la

biomasa, con el objetivo de sustituir a los combustibles fósiles y sus derivados como la gasolina. Podemos

señalar los siguientes:

Bioetanol.

Biodiesel

Biogas.

Tecnología utilizada en el aprovechamiento de los Residuos Sólidos Urbanos (RSU).

Para aprovechar y utilizar eficiente y correctamente los residuos sólidos urbanos (RSU), debemos establecer un

proceso el cual inicia con la recolección y transporte mediante camiones de los residuos generados por ciudades

o centros poblados hasta las plantas incineradoras, donde se los vierten en una fosa de almacenamiento, luego

dependiendo del tipo de instalación los residuos pueden directamente alimentar los hornos o pueden pasar a un

proceso de separación en distintos tipos de materiales con el propósito de reciclaje.

La combustión de los residuos tiene lugar en un horno, desde donde se transmite el calor generado por los gases

hacia una caldera donde el agua que circula por sus tubos se convierte en vapor, el mismo que será utilizado

para accionar una turbina de vapor, que al estar mecánicamente acoplada a un generador eléctrico se encarga

de provocar su movimiento y así generar electricidad, luego el vapor se condensa y pasa por una torre de

refrigeración.

22

http://antiguo.minenergia.cl/minwww/opencms/03_Energias/Otros_Niveles/renovables_noconvencionales/Tipos_Energia/biomasa.html





-34 -

Fig. 22 Esquema del proceso de incineración de RSU. - Aprovechamiento de los gases de vertedero.

23

La materia orgánica enterrada en los vertederos experimenta un proceso de descomposición que da lugar a la

generación de gases como el metano. Este gas puede ser captado mediante la instalación de tuberías

perforadas que permiten recogerlo y conducirlo a la superficie para su aprovechamiento.

Funcionamiento de una central de biomasa.

Una central de biomasa se ocupa de obtener energía eléctrica mediante diferentes procesos de transformación

de la materia orgánica. Básicamente el funcionamiento de una central es el siguiente:

La biomasa es recolectada y su combustión directa es utilizada para transformar el agua en vapor.

El vapor a presión que se obtiene del horno o caldera provoca el movimiento de una turbina.

El movimiento de la turbina conectada a un generador produce energía eléctrica. La tensión generada

es elevada para su transmisión a través de la red.

El vapor que sale de la turbina se vuelve a transformar en agua, la cual será utilizada en un nuevo

proceso.

Fig. 23 Esquema de funcionamiento de una central de biomasa.

24

La producción de energía eléctrica a partir de biomasa se puede obtener de distintas maneras:

23

http://www.fenercom.com/pdf/publicaciones/cuadernos-energias-renovables-para-todos-biomasa.pdf 24

http://4dlab.info/energia/energia-energia-renovable-la-biomasa.pdf

http://www.fenercom.com/pdf/publicaciones/cuadernos-energias-renovables-para-todos-biomasa.pdf

http://4dlab.info/energia/energia-energia-renovable-la-biomasa.pdf



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Centrales de biomasa para la producción exclusiva de electricidad.

Centrales de cogeneración de biomasa en las que se obtiene electricidad y calor.

Centrales térmicas convencionales (co-combustión), en las que la biomasa sustituye parte del

combustible fósil.

2.2.6. ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA ELÉCTRICA.

Los sistemas de almacenamiento de energía brindaran una disponibilidad continua de energía con el

propósito de solucionar algunos de los inconvenientes que pueden provocar al sistema eléctrico la intermitencia o

variabilidad temporal que existe en la mayoría de las fuentes de energía renovables. Otras aplicaciones

importantes de estos sistemas de almacenamiento es el servir como un mecanismo de respuesta ante la

demanda, es decir almacenar energía durante los periodos de baja demanda para utilizarla en los picos de

demanda e incluso satisfacer la demanda de energía cuando exista un desbalance entre la generación y el

consumo de electricidad. El proceso de utilización de estas tecnologías tiene como principio almacenar energía

de distintas maneras y formas, la cual será utilizada posteriormente en el momento que la demanda o las

circunstancias requieran la transformación de dicha energía en electricidad.

Entre los principales objetivos del almacenamiento de energía tenemos:

Elevar la eficiencia de los sistemas eléctricos al reducir la necesidad de centrales de generación de

respaldo.

Aumentar la confiabilidad de los sistemas eléctricos al evitar la interrupción del servicio eléctrico,

convirtiéndose en un mecanismo de respaldo ante la caída de la red.

Aumentar la disponibilidad y aprovechamiento de las fuentes de energía renovables.

Entre las tecnologías desarrolladas para el almacenamiento de energía podemos señalar las siguientes:

Almacenamiento en baterías.

Almacenamiento de aire comprimido.

Almacenamiento cinético – volantes de inercia.

Almacenamiento de energía en superconductores magnéticos.

Almacenamiento mediante súper condensadores.

Almacenamiento por hidrogeno.

Las centrales hidráulicas de bombeo.

2.2.6.1. Almacenamiento en baterías.

Se produce mediante el almacenamiento químico a través de acumuladores, estos sistemas tienen la doble

finalidad de almacenar y liberar electricidad alternando fases de carga y descarga. Estos acumuladores pueden

transformar la energía química generada mediante reacciones electroquímicas en energía eléctrica y viceversa.

La electricidad se produce en corriente continua y para su aplicación en centrales de potencia normalmente se

convierte a corriente alterna mediante un inversor.



-36 -

2.2.6.2. Almacenamiento de aire comprimido.

Este sistema funciona mediante el excedente de energía producido durante los periodos de baja demanda o

en las noches y es utilizado para comprimir el aire y almacenarlo en depósitos subterráneos o en cavidades

naturales que están geológicamente ubicados. Durante las horas pico en la demanda el aire comprimido será

utilizado en la producción de energía eléctrica.

2.2.6.3. Almacenamiento cinético - volantes de inercia.

En estos dispositivos la energía eléctrica se almacena como energía cinética que mueve un rotor. Un volante

de inercia al cual se lo puede describir como un disco pesado que gira y es acelerado por un motor eléctrico que

actúa como generador en reversa, retrasando el disco para posteriormente generar electricidad.

2.2.6.4. Almacenamiento de energía en superconductores magnéticos.

Este sistema almacena energía electromagnética mediante la circulación de corriente continua a través de

bobinas superconductoras. La energía almacenada se puede transmitir nuevamente a la red descargando la

bobina. El sistema utiliza un inversor para transformar la electricidad en corriente alterna (CA) a corriente

continua (CC) o viceversa. El almacenamiento de energía en superconductores magnéticos presenta menores

pérdidas de electricidad en comparación a otros métodos de almacenamiento de energía pero el alto costo de los

superconductores es la limitación principal para el uso comercial de este método de almacenamiento.

2.2.6.5. Almacenamiento en súper condensadores.

Estos súper condensadores son dispositivos ideales para almacenamiento de energía a corto plazo, tienen la

capacidad de ser cargados y descargados en muy breves periodos de tiempo del orden de segundos, lo cual los

hace especialmente apropiados para responder ante interrupciones del suministro eléctrico de poca duración.

2.2.6.6. Almacenamiento por hidrógeno.

El hidrógeno también se está desarrollando como medio de almacenamiento de energía. Este proceso

consiste en producirlo durante las horas de baja demanda para liberarlo en las horas pico en la demanda y de

esta manera generar electricidad utilizando un determinado tipo de celda de combustible.

2.2.7. ENERGÍA AZUL.

La energía azul genera energía eléctrica a partir del encuentro entre el agua del mar y el agua dulce. El

fenómeno se produce cuando dos soluciones de diferente concentración entran en contacto separadas por una

membrana, por la cual únicamente pasa el agua y en donde las moléculas de sal del agua de mar hacen que el

agua dulce pase a través de la membrana, lo cual incrementa la presión del agua de mar (presión osmótica25

)

que se utiliza para mover una turbina generadora de electricidad.

25

Presión osmótica: Es el proceso por el cual la mezcla del agua dulce con el agua salada se lleva a cabo

controlando la presión del lado del agua salada.



-37 -

Fig. 24 Esquema de planta de una central de energía azul.

26

2.2.8. ENERGÍA UNDIMOTRIZ.

La energía undimotriz se basa en la utilización de la energía cinética y potencial del movimiento de las olas

cuya energía mecánica es empleada directamente para la producción de electricidad. Existen diversos

mecanismos destinados a la captación de la energía de las olas por lo que se perfila como una de las más

prometedoras fuentes de energía renovable para los países marítimos ya que no causa daño ambiental y es

inagotable, las olas van y vienen constantemente.

En la siguiente figura se puede observar el esquema de operación mediante el cual se obtiene energía eléctrica a

partir de la fuerza de las olas.

Fig. 25 Ejemplo del funcionamiento de una central undimotriz.

27

26

http://www.solucionesespeciales.com/2012/02/noruega-primer-prototipo-de-energia.html 27

http://urdanetacmc1dpr28.wikispaces.com/Energia+Undimotriz

La turbina gira cuando el agua entra a la

cámara como cuando vuelve a caer al océano.

El movimiento de la turbina opera un

generador, el cual produce electricidad.

El nivel aumentado del agua comprime el agua dentro de la cámara, haciendo

girar una turbina.

Las olas entran a una cámara inclinada construida junto a

una orilla, que eleva el nivel

del agua en su interior.

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_undimotriz

http://www.solucionesespeciales.com/2012/02/noruega-primer-prototipo-de-energia.html

http://urdanetacmc1dpr28.wikispaces.com/Energia+Undimotriz



-38 -

2.2.9. ENERGÍA MAREOMOTRIZ.

Este tipo de energía se basa en el almacenamiento del agua del mar en un embalse formado al construir un

dique el cual contiene unas compuertas que al abrirse permiten la entrada del agua hasta llenar el nivel del

embalse cuando sube la marea. La generación de energía eléctrica se produce en el momento que baja la marea

y se produce el desnivel entre el embalse y el mar, en donde el agua retenida es liberada pasando a su salida

por las turbinas acopladas a un generador eléctrico.

Fig. 26 Esquema conceptual del aprovechamiento de la energía de la marea.

28

2.3. FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLE.

Las fuentes no renovables son aquellas cuyas reservas son limitadas y por tanto disminuyen a medida que

las consumimos, en este grupo tenemos el petróleo, el carbón, el gas natural y la energía nuclear. A medida que

las reservas son menores, es más difícil su extracción y su costo aumenta, inevitablemente, si se mantiene el

modelo de consumo actual los recursos no renovables dejarán algún día de estar disponibles, ya sea por

agotarse las reservas o porque su extracción resultará antieconómica.

2.3.1. ENERGÍA NUCLEAR.

Una planta nuclear es un tipo de central eléctrica en la que en lugar de combustibles fósiles, se emplea la

energía que se libera al dividir el núcleo de un átomo (fisión nuclear) o al unir dos átomos para convertirse en un

átomo individual (fusión nuclear). Cuando se produce una de estas dos reacciones físicas los átomos

experimentan una ligera pérdida de masa que se convierte en una gran cantidad de energía, la cual se emplea

para calentar agua que al convertirse en vapor acciona una turbina conectada a un generador que produce

electricidad. Este tipo de central nuclear tiene como inconveniente el tipo de residuos que produce los cuales

son de difícil eliminación y contienen un alto peligro de radiactividad lo que exige la necesidad de estrictas

medidas de seguridad y control.

28


http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_mareomotriz

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_nuclear





-39 -

Fig. 27 Esquema de funcionamiento de una central nuclear.

29

2.3.2. LOS COMBUSTIBLES FÓSILES.

Son sustancias cuyo origen es la acumulación hace millones de años de grandes cantidades de restos de seres

vivos, en esta clasificación tenemos al carbón, el petróleo y el gas natural.

El Carbón: Es una sustancia ligera de color negro, que procede de la fosilización de restos orgánicos vegetales.

El carbón se utiliza como combustible en la industria, en las centrales térmicas y en las calefacciones

domésticas, pero presenta serios impactos ambientales tanto en su extracción como en su combustión. El más

importante es la emisión a la atmósfera de residuos como el óxido de azufre, óxido de nitrógeno y dióxido de

carbono, estos gases se acumulan en la atmósfera provocando los siguientes efectos:

Efecto invernadero: Es el aumento progresivo de la temperatura media del planeta.

Lluvia ácida: Es provocada por los óxidos de azufre y nitrógeno, estos gases reaccionan con el vapor

del agua y en combinación con los rayos solares se transforman en ácidos como el sulfúrico y nítrico,

que se precipitan a la tierra en forma de lluvia.

El Petróleo: Se trata de una sustancia líquida de color oscuro menos densa que el agua, tiene aspecto aceitoso

y olor fuerte, formada por una mezcla de hidrocarburos (compuestos químicos que sólo contienen en sus

moléculas carbono e hidrógeno). El petróleo tiene múltiples aplicaciones entre ellas: gasolinas, gas, abonos,

plásticos, explosivos, medicamentos, colorantes, fibras sintéticas, etc. Por todas sus aplicaciones y utilidades

surge la necesidad de no malgastarlo como simple combustible en las centrales térmicas, en el transporte y en

usos domésticos.

El principal problema que presenta el petróleo como efecto contaminante son los derrames producidos dentro de

su proceso de extracción y transporte. Los mismos que afectan y alteran al suelo y al agua de forma irremediable

29

http://www.tecnun.es/asignaturas/Ecologia/Hipertexto/07Energ/130EnNuclear.htm

http://www.tecnun.es/asignaturas/Ecologia/Hipertexto/07Energ/130EnNuclear.htm



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en la mayoría de ocasiones. Utilizado como combustible también tiene influencia sobre los principales problemas

atmosféricos que ya hemos mencionado.

El Gas Natural: Consiste en una mezcla de gases que se encuentra almacenada en yacimientos ubicados en el

interior de la tierra, unas veces aisladamente (gas seco) y en otras ocasiones acompañando al petróleo (gas

húmedo). Su origen es semejante al del petróleo, aunque su extracción es más sencilla. Está compuesto

fundamentalmente por metano (CH4). El gas natural es un buen sustituto del carbón como combustible, debido a

su facilidad de transporte, su elevado poder calorífico y su menor efecto contaminante en comparación con los

otros combustibles fósiles, sin embargo también producen aunque en menor escala algunos inconvenientes

sobre la atmosfera.

2.4. MICRO REDES INTELIGENTES.

Las micro redes son pequeños y autónomos sistemas inteligentes de distribución eléctrica cuya operación se

da a partir de una combinación de sistemas de generación distribuida tanto convencionales pero en especial de

origen renovable, tienen el objetivo de garantizar la confiabilidad, la calidad y la continuidad en el suministro

eléctrico de tal forma que podrían funcionar tanto conectados a la red de distribución principal como aislados de

la misma cuando esta por algún motivo no esté disponible. Además su implementación facilitara a individuos,

empresas y comunidades generar su electricidad mediante su propio sistema de generación distribuida,

pudiendo autoabastecerse y operar de manera independiente o aislada, así como vender sus excedentes de

energía a la red principal, convirtiéndose así en parte activa del sistema eléctrico.

La operación de las micro redes representa una parte importante de una revolución energética en la que los

clientes y el medio ambiente serían sus principales beneficiarios. Uno de sus beneficios es el permitir llevar

energía eléctrica hasta donde antes era inviable aprovechando las fuentes de energía locales realizando una

instalación en isla, independiente de la red principal. Otro beneficio que presenta este tipo de sistemas es la

reducción de los costos de distribución al encontrarse las fuentes de generación y las cargas más cercanas.

Fig. 28 Esquemas de una micro red.

30

30

http://www.ecologiaverde.com/microrredes-electricas/

http://www.ecologiaverde.com/microrredes-electricas/



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2.5. CENTRAL ELÉCTRICA VIRTUAL.

El concepto de Central Eléctrica Virtual (CEV) consiste en utilizar a las TIC para interconectar la generación

de electricidad producida porlas diferentes fuentes de energía renovables así como por los sistemas de

almacenamiento, las cuales pueden estar distribuidos por todo el país, logrando gestionar su operación de

manera conjunta en la red eléctrica.

2.6. SISTEMAS DE GENERACIÓN DISTRIBUIDA (GD).

La generación distribuida se basa en el uso de las diferentes fuentes de energía renovables y de las

tecnologías de almacenamiento de energía y electricidad con el fin de diseñar y ubicar pequeñas centrales de

generación lo más cerca posible a los puntos de consumo, conectándose directamente a la redes de distribución

con lo que se minimizan las pérdidas debidas al transporte de energía a través de grandes distancias, se

incrementa la eficiencia operativa, se aumenta la confiabilidad del sistema eléctrico, se optimiza el uso de los

recursos renovables, se disminuye la contaminación ambiental y al reducir el tamaño de las centrales eléctricas

tradicionales la inversión económica destinada a su construcción, operación y mantenimiento también disminuye

considerablemente.

Aplicaciones de la Generación Distribuida (GD):

Las aplicaciones de los sistemas de generación distribuida dependen de las necesidades del cliente y los

requerimientos del sistema eléctrico. Entre las más conocidas tenemos:

Generación continúa: Consiste en generar electricidad de manera constante, funcionando de forma

paralela con la red de distribución principal.

Generación en punta: Se utiliza para suministrar energía eléctrica a la reden períodos de punta en la

demanda.

Generación aislada: El implementar sistemas aislados de generación distribuida conjuntamente con las

micro redes permitirá suministrar el servicio eléctrico a lugares o comunidades donde hasta ahora no ha

llegado la red eléctrica convencional.

Soporte a la red de distribución: Su finalidad es contribuir a la estabilidad y continuidad del suministro

eléctrico mediante la instalación de pequeñas plantas generadoras las cuales serán utilizadas en

periodos de altas demandas de energía en determinados lugares o al presentarse alguna falla en la red

principal.

Almacenamiento de energía: Su funcionamiento depende de la disponibilidad y del costo de operación

de la tecnología de almacenamiento que se podría utilizar.

Ventajas de la Generación Distribuida (GD).

Entre las principales ventajas que presenta la Generación Distribuida están:

Incremento en la confiabilidad: Actualmente los clientes conectados a la red de distribución dependen

única y exclusivamente de ella para abastecer sus necesidades de electricidad, si la red cae o se

produce una falla en un determinado punto, el suministro de electricidad simplemente se suspende, al

contar con un sistema de generación distribuida los clientes tendrán la posibilidad de separarse



-42 -

momentáneamente de la red principal para conectarse a su propio sistema de generación y

autoabastecerse de electricidad, logrando así evitar todas las complicaciones y la molesta espera hasta

que la red principal restablezca su servicio.

Aumento en la calidad de la energía: La generación distribuida acerca el punto de generación al punto

de consumo, con lo que al reducir la red de transmisión se logra que el cliente reciba una energía

eléctrica de mayor calidad y estabilidad.

Reducción del número de interrupciones del servicio eléctrico: Mediante las fuentes de generación

distribuida se podrá producirla energía eléctrica necesaria para estabilizar la red en caso de que ésta lo

necesite, disminuyendo de esta manera el número de interrupciones del suministro eléctrico hacia los

clientes y su dependencia hacia la red principal.

Incrementar el uso de las energías renovables: Los sistemas de generación distribuida brindan la

posibilidad de generar y almacenar energía para proporcionarla a la red principal cuando esta lo

necesite, resolviendo uno de los principales problemas de las energías renovables el cual consiste en

situaciones en las que la curva de generación no coincide con la de consumo.

Ahorro económico: Gracias a la reducción de la demanda en la red de distribución especialmente en

las horas pico.

Beneficios medioambientales: Al reducir de emisiones contaminantes gracias al uso de tecnologías

de generación distribuida basadas en las fuentes de energía renovables.

Fig. 29 Generación distribuida.31

31

http://www.slideshare.net/juasebgiraldo/presentacion-generacin-distribuida

Central térmica

Central

Eléctrica

Subestación.

Red de Transmisión

Red de Distribución

Antes:

Red eléctrica centralizada.

Futuro:

Red eléctrica descentralizada.

Vivienda

Industria

Centros

Comerciales.

Central

Eléctrica Central térmica

Red de Transmisión

Subestación.

Red de Distribución

Flujos unidireccional y bidireccional de la

energía y de las comunicaciones.

Sistemas renovables de

generación distribuida.

http://www.slideshare.net/juasebgiraldo/presentacion-generacin-distribuida



-43 -

CAPÍTULO III:

LOS SISTEMAS DE TRANSMISIÓN Y DE DISTRIBUCIÓN

EN LA RED ELÉCTRICA INTELIGENTE.



-44 -

3. LOS SISTEMAS DE TRANSMISIÓN Y DE DISTRIBUCIÓN

EN LA RED ELÉCTRICA INTELIGENTE - SMART GRID.

3.1. INTRODUCCIÓN.

Las redes de transmisión y distribución del actual sistema eléctrico de potencia deberán evolucionar y

experimentar grandes cambios motivados por los nuevos desafíos, requerimientos y necesidades operativas que

presentaran los sistemas de generación de origen renovable, la generación distribuida, las tecnologías de

almacenamiento, las micro redes, etc., los cuales están y deberán continuar siendo impulsadas con las fuentes

de energía del futuro, siendo la mejor respuesta ante la cada vez más creciente demanda de energía eléctrica.

Las diferentes aplicaciones de las TIC, el desarrollo de nuevas tecnologías como la electrónica de potencia y los

dispositivos electrónicos inteligentes son piezas fundamentales para alcanzar la automatización de las redes

eléctricas, la cual permitirá a las empresas vinculadas al sector eléctrico mediante una mínima intervención de su

personal monitorear, coordinar, controlar y operar de forma remota y dinámica los diferentes elementos y

sistemas que integran y participan en el funcionamiento del sistema eléctrico. Las nuevas e innovadoras

funciones y características de automatización con las que cuenta una red eléctrica inteligente proporcionara a la

operación del sistema eléctrico una total capacidad de reacción y autogestión ante posibles variaciones,

perturbaciones o cualquier circunstancia por la que repentinamente el suministro normal de electricidad se vea

afectado, en donde de darse estas circunstancias las redes inteligentes deberán auto recuperarse, primero

aislando la falla y luego reconfigurando sus alimentadores de energía con la finalidad de devolver el servicio

eléctrico a la mayor cantidad de clientes en el menor tiempo posible.

3.2. EL SISTEMA DE TRANSMISIÓN EN LA RED ELÉCTRICA

INTELIGENTE – SMART GRID.

Fig. 30 Sistema de transmisión en la red eléctrica inteligente – smart grid.

32

La etapa de transmisión dentro de un sistema eléctrico de potencia, tiene como función principal el

transportar la energía desde las centrales de generación eléctrica hasta las subestaciones de distribución. Desde

la visión de las redes eléctricas inteligentes – smart grid la red de transmisión a más de cumplir su función básica

deberá contar con los elementos y las aplicaciones necesarios que permitan contar con un flujo de energía y

32





-45 -

sobre todo un flujo de información de dos vías (bi direccional) con la que se pueda controlar la estabilidad del

sistema eléctrico mediante el equilibrio entre la producción y la demanda de energía eléctrica.

3.2.1. SISTEMA DE CONTROL DE ENERGÍA (EMS).

Uno de los puntos de desarrollo de las tecnologías de la información son los Sistemas de Gestión de Energía

EMS, los cuales están encaminados a centralizar y proporcionar en tiempo real toda la información del

funcionamiento del sistema eléctrico de potencia SEP, lo que permitirá a su operador supervisar y controlar el

estado de los equipos y las operaciones del SEP, el mismo que comúnmente se encuentra distribuido

geográficamente en diferentes regiones.

Principales funciones de un EMS.

Las funciones de un sistema EMS puede tener como soporte toda la información que le pudiera proporcionar el

funcionar conjuntamente con un sistema SCADA, con lo que se podrá tener un imagen clara y precisa del estado

del sistema eléctrico de potencia y así desplegar de manera efectiva todas las aplicaciones de este sistema entre

las que podemos mencionar:

Mediante la información obtenida a cerca del estado de operación de los elementos de la red, como los

interruptores y seccionadores se podrá establecer en tiempo real la configuración topológica más

adecuada para garantizar el funcionamiento efectivo y confiable del sistema eléctrico.

Proporciona la mejor aproximación a cerca del estado real de todo el sistema eléctrico de potencia SEP,

mediante la información proporcionada por el procesador topológico y las mediciones de potencia

activa, reactiva y de tensión provenientes del sistema SCADA.

Proporcionar al operador del sistema eléctrico la capacidad de analizar las diferentes condiciones que

se pudieran presentar en la operación del SEP, por ejemplo la conexión y desconexión de alguno de

sus elementos como líneas de transmisión, transformadores y generadores.

En base a la información obtenida un EMS proporcionara al operador del sistema eléctrico, una visión

clara de la situación actual del SEP, con lo cual podrá analizar y desplegar las posibles maniobras de

contingencia que harán frente a las situaciones de falla como salidas inesperadas de equipos como

generadores, líneas de transmisión, transformadores, etc.

Permite controlar de manera automática la generación de energía con lo que el sistema eléctrico de

potencia SEP estará en la capacidad de mantener su frecuencia y permitirá realizar interconexiones

eléctricas con otros países.

Proporciona las herramientas adecuadas que permitan de forma rápida y segura almacenar, recuperar y

graficar toda la información generada del SEP.

Permite disponer de una interfaz humano – máquina que presente al operador:

Diagramas de configuración del SEP.

Diagramas regionales del SEP.

Diagramas unifilares de interconexiones internacionales.



-46 -

3.2.2. SISTEMA DE SUPERVISIÓN, CONTROL Y ADQUISICIÓN DE DATOS

(SCADA).

Los sistemas SCADA están encaminados a facilitar y automatizar la gestión de los operadores encargados

del normal y eficiente funcionamiento de un sistema eléctrico. El nivel de automatización que introduce un

sistema SCADA a un SEP contribuye a mejorar a mejorar y controlar a distancia y en tiempo real el estado

operativo de los generadores, las líneas de transmisión, las subestaciones, las líneas de distribución y demás

equipos y dispositivos que conforman la red eléctrica. Todo lo señalado anteriormente contribuye a reducir los

tiempos de respuesta en los que la red reacciona ante perturbaciones, además recolecta los datos y entrega la

información necesaria para el análisis y la toma de decisiones sobre el estado de la red.

Existen estándares que se aplican directamente para los Energy Management Systems (EMS), por ejemplo, la

norma IEC 61968 / 61970, también conocida como el Common Information Model (CIM), la cual define un

lenguaje común relacionado con la industria eléctrica de potencia. El cumplimiento de esta norma permitiría una

integración mucho más clara, rápida y eficiente entre los diferentes sistemas SCADA.

Conceptos básicos.

La tecnología SCADA se basa en la adquisición de datos de procesos remotos. Las tareas de supervisión y

control generalmente están más relacionadas con el software SCADA, en el cual, el operador puede visualizar en

la pantalla del computador cada una de las estaciones remotas que conforman el sistema, los estados en el que

se encuentran, las situaciones de alarma y la toma de acciones físicas sobre algún equipo lejano. Las RTUs

(Unidad Terminal Remota) y los IEDs (Dispositivos Electrónicos Inteligentes), los cuales son los elementos que

generan y recogen los datos en campo se comunican con el SCADA a través de protocolos de comunicación en

tiempo real, como DNP 3.0, IEC 61850, ICCP o IEC 60870 - 6, que permiten la comunicación y cuentan por lo

general con sincronización con GPS.

Existen diversos tipos de sistemas SCADA dependiendo del fabricante y sobre todo de la finalidad del sistema,

por esto, antes de decidir cuál es el más adecuado se debe tener presente si cumple o no ciertos requisitos

básicos:

Todo sistema debe tener una arquitectura abierta, es decir, debe permitir su crecimiento y expansión,

pudiendo adecuarse a las futuras necesidades de la red eléctrica inteligente – smart grid.

La programación e instalación no debe presentar mayor dificultad, debe contar con interfaces gráficas

que muestren un esquema básico y real del sistema eléctrico.

Deben permitir la adquisición de datos de todos los equipos que sean necesarios, así como la

comunicación a nivel interno y externo (redes locales y de gestión).

Deben ser programas sencillos de instalar, sin excesivas exigencias de hardware y fáciles de utilizar,

con interfaces amigables para el usuario.



-47 -

Fig. 31 Implementación de un SCADA.

33

Funciones del Sistema de supervisión, control y adquisición de datos (SCADA).

Dentro de las funciones principales realizadas por el sistema SCADA están las siguientes:

Supervisión: El operador podrá observar desde el monitor la evolución de las variables de control,

como cambios que se produzcan en la operación diaria de la red de transmisión, lo que permite dirigir

las tareas de mantenimiento y estadística de fallas.

Control: Mediante este sistema se puede activar o desactivar los equipos remotamente (por ejemplo

abrir o cerrar los interruptores) de manera automática y también manual. El operador puede ejecutar

acciones de control y podrá modificar la evolución del proceso en las situaciones irregulares que se

generen.

Adquisición de datos: Se encarga de recolectar, procesar, almacenar y mostrar la información

recibida en forma continua desde los equipos de campo.

Generación de reportes: Con los datos adquiridos se pueden generar representaciones gráficas,

predicciones, control estadístico, gestión de la producción, gestión administrativa y financiera, etc.

Representación de señales de alarma: A través de las señales de alarma se logra alertar al operador

frente a una falla o la presencia de una condición perjudicial ofuera de lo aceptable, estas pueden ser

tanto visuales como sonoras.

Transmisión de la información.

Para realizar el intercambio de datos entre los dispositivos de campo y la estación central de control y gestión se

requiere un medio de comunicación, el cual puede ser cableado (cable coaxial, fibra óptica, cable telefónico) o no

cableado (microondas, ondas de radio, comunicación satelital). La comunicación entre los dispositivos

generalmente se realiza utilizando dos medios físicos: cable tendido, fibra óptica, cable eléctrico o radio.

Comunicaciones.

En lo que se refiere a la comunicación deben existir tres elementos básicos:

Un medio de transmisión, sobre el cual se envían los mensajes.

Un equipo emisor que puede ser el MTU.

Un equipo receptor que se puede asociar a las RTU.

33

http://www.emb.cl/electroindustria/articulo.mvc?xid=1817

http://www.emb.cl/electroindustria/articulo.mvc?xid=1817



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En telecomunicaciones, el MTU y el RTU son también llamados “Equipos terminales de datos” (DTE, Data

Terminal Equipments). Cada uno de ellos tiene la habilidad de generar una señal que contiene la información a

ser enviada. Asimismo, tienen la habilidad para descifrar la señal recibida y extraer la información, pero carecen

de una interfaz con el medio de comunicación. La siguiente figura se muestra la conexión de los equipos con las

interfaces para el medio de comunicación. Los modems, llamados también “Equipo de Comunicación de Datos”

(DCE, Data Communication Equipment), son capaces de recibir la información de los DTE´s, hacer los cambios

necesarios en la forma de la información y enviarla por el medio de comunicación hacia el otro DCE, el cual

recibe la información y la vuelve a transformar para que pueda ser leído por el DTE

Fig. 32 Esquema de conexión de equipos e interfaces de comunicaciones.

34

Elementos del sistema.

Un SCADA está conformado por:

Unidad terminal maestra (MTU): La MTU es el computador principal del SCADA, el cual supervisa y recoge la

información de todo el sistema.

Unidad terminal remota (RTU): La RTU es un dispositivo instalado en una localidad remota del sistema y es el

encargado de recolectar los datos que posteriormente serán transmitidos hacia las MTU.

Interfaz Operador – Máquina: Es el entorno visual que brinda el sistema para que el operador se adapte al

proceso en el cual se desenvuelve.

Sistema de Comunicaciones: Se encarga de la transferencia de información del punto donde se realizan las

operaciones, hasta el punto donde se supervisa y controla el proceso. Lo conforman los transmisores, receptores

y medios de comunicación.

Transductores: Son los elementos que permiten la conversión de una señal física en una señal eléctrica (y

viceversa). Su calibración es muy importante ya que de ella depende el que no se presente ninguna confusión

con los valores de los datos obtenidos.

En la siguiente figura se observa un esquema referente a las conexiones del MTU y el operador, y del RTU con

los dispositivos de campo (sensores, actuadores).

Fig. 33 Esquema de conexión para el MTU y RTU.

35

34

http://www.alfinal.com/Temas/sistemascada.php 35

http://www.alfinal.com/Temas/sistemascada.php





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Fig. 34 Esquema de conexiones de los elementos de un SCADA.

36

Fig. 35 Esquema de conexiones de la RTU.37

36

http://www.alfinal.com/Temas/sistemascada.php 37






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3.2.3. ELECTRÓNICA DE POTENCIA.

En los sistemas eléctricos de potencia SEP el desarrollo de la electrónica de potencia está sustituyendo en

forma acelerada a los sistemas electromagnéticos tradicionales utilizados en la red de transmisión, esto se va

dando a medida que las empresas eléctricas reconocen la necesidad de mejorar la eficiencia y la funcionalidad

de su infraestructura existente. Una de las ventajas de esta nueva funcionalidad es la facilidad en la conexión de

las unidades de generación distribuida de pequeño tamaño y las fuentes de energías renovables tanto a los

puntos de consumo como a la red principal. Además, las nuevas tecnologías basadas en la electrónica están

permitiendo reducir enormemente las dimensiones de la infraestructura eléctrica, minimizando así su impacto

medioambiental, visual, liberando un espacio y unos valiosos recursos que pueden destinarse a otros usos.

Aplicaciones en los sistemas de transmisión de energía eléctrica.

En los últimos años, se ha dificultado la transmisión de la energía eléctrica debido a que existen cada vez

restricciones más severas para el uso del derecho de vía. Adicionalmente a esto, se deben construir en ciertos

casos líneas de gran longitud lo que introduce problemas en el transporte de potencia a grandes distancias

como: estabilidad dinámica, pérdidas eléctricas y el control del flujo de potencia. Todos estos antecedentes

señalados han motivado la necesidad de incorporar un concepto basado en la aplicación de la electrónica de

potencia, que se conoce (por sus siglas en inglés) como FACTS y cuyo propósito es dar flexibilidad a la

transmisión de la energía en base a dos objetivos principales:

Incrementar la capacidad de transferencia de potencia en los sistemas de transmisión.

Mantener el flujo en las trayectorias de la red para que se establezcan de acuerdo a las distintas

condiciones operativas.

Fig. 36 Sistemas de transmisión de energía eléctrica.

38

3.2.3.1. Sistema de transmisión de corriente alterna flexible (FACTS).

En los últimos años la demanda que soportan los sistemas eléctricos ha experimentado un incremento cada

vez mayor, esto conlleva a una serie de problemas como sobrecarga y subutilización del potencial de

transmisión, debido a lo anterior es necesario implementar sistemas que hagan más fácil y eficiente el transporte

de la energía eléctrica por ejemplo disminuyendo las pérdidas en las líneas. Uno de estos sistemas son los de

transmisión flexible (FACTS) que buscan principalmente reducir el impacto ambiental ya que pueden utilizar las

infraestructuras y la servidumbre de las líneas ya existentes para transmitir más potencia.

Los sistemas de transmisión flexible (FACTS), cubre un número de tecnologías que optimizan la seguridad, la

capacidad y la flexibilidad de los sistemas de transmisión de energía eléctrica, además permiten incrementar la

38

http://www.capital.com.pa/wp-content/uploads/2011/03/turbinas01_1_.jpg

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capacidad de las redes de transmisión existentes, mientras mantienen o mejoran los márgenes de operación

necesarios para la estabilidad de la red eléctrica. Al utilizar los sistemas de transmisión flexible (FACTS), se

puede hacer llevar más energía a los clientes con un mínimo impacto en el ambiente y a un menor costo de

inversión comparado con la alternativa de construir nuevas líneas de transmisión o plantas generadoras.

Fig. 37 El equipo FACTS en las líneas de CA.

39

Según el IEEE la definición de los sistemas FACTS es la siguiente: “Sistemas de transmisión de corriente

alterna que incorporan controladores estáticos y otros basados en electrónica de potencia para mejorar

el control e incrementar la capacidad de transferencia de potencia.”

Ventajas de los FACTS.

Incrementan la capacidad de transferencia de potencia en los sistemas de transmisión.

Mantienen el flujo en las trayectorias de la red para que se establezcan de acuerdo a las distintas

condiciones operativas.

Permiten una mayor capacidad de transferencia de potencia entre áreas controladas con lo que el

margen de reserva en generación puede reducirse considerablemente.

Previenen las posibles de caídas del servicio en cascada, limitando el efecto de las fallas en el sistema

y en los equipos.

Amortiguan las oscilaciones del sistema de potencia, las mismas que pueden dañar los equipos y limitar

la capacidad de transmisión disponible.

Otorgan la posibilidad de operar las líneas de transmisión cercanas a sus límites térmicos manteniendo

o mejorando la seguridad y confiabilidad en el sistema. Esto permite a las empresas ahorrar dinero

mediante la mejor utilización de sus activos (cables y equipos en general) acomodándose al aumento

de la demanda de energía por parte de los clientes.

Responden rápidamente a los cambios en las condiciones de la red, para proveer un control del flujo de

potencia en tiempo real, el cual es necesario cuando se produce un gran número de transacciones en

un mercado eléctrico.

Controlan el flujo de potencia activa y reactiva según se requiera.

Aumentan la seguridad del sistema en general a través del aumento del límite de estabilidad, limitando

las corrientes de cortocircuito y sobrecargas.

Proveen conexiones seguras a instalaciones y regiones vecinas.

Reducen los flujos de potencia reactiva en las líneas de transmisión y por lo tanto, aumentan la

capacidad de transporte de potencia activa.

Incrementan los niveles de carga y transferencia de los corredores de transmisión ya existentes, sin

sacrificar aspectos de seguridad o calidad del servicio.

Una propiedad única de los FACTS es la gran flexibilidad que presentan en los tres estados operativos

del sistema de potencia: pre-falla, falla y post-falla.

39

http://www.slideshare.net/fnuno/facts-flexible-ac-transmission-system




-52 -

Clasificación de los FACTS.

Los diferentes dispositivos FACTS pueden clasificarse en 2 grandes grupos, con la posibilidad de darse

combinaciones entre estos, los cuales se describen a continuación:

Fig. 38 Clasificación de los dispositivos FACTS.

40

Las aplicaciones básicas de los dispositivos FACTS son:

Control de flujo de potencia.

Incremento de la capacidad de transmisión.

Control de tensión.

Compensación de la potencia reactiva.

Mejoras de estabilidad.

Mejoras de calidad de potencia.

Mejoras de calidad de suministro.

Mitigación del efecto flicker.

Interconexión de generación renovable y distribuida.

La función de la electrónica de potencia es la gestión de la energía, por lo que el principal requerimiento de todo

equipo construido alrededor de ella es tener una alta eficiencia, además de:

Bajas pérdidas.

Alta densidad de potencia.

Bajas emisiones electromagnéticas.

Alta modularidad.

Ambiente operativo extremo.

Bajo costo.

3.2.4. UNIDADES DE MEDICIÓN FASORIAL (PMU).

En la actualidad la tecnología fasorial, es considerada como una de las más importantes tecnologías de

medición de los SEP ya que mediante el uso de satélites ofrece nuevas posibilidades para la supervisión,

protección, análisis y control en cualquier punto de la red eléctrica lo que ayudara a prevenir posibles situaciones

de inestabilidad, que podrían provocar un corte de energía eléctrica total o parcial.

40





-53 -

Red fasorial: La forma más simple para tener una red fasorial consiste de dos nodos: un medidor de fasores

conectado en un nodo, que se comunica con un concentrador de datos fasoriales en un segundo nodo.

Una red fasorial contempla los siguientes elementos:

La generación de las mediciones.

Sincronización de las mediciones.

La transmisión de la información.

La recopilación o concentración y procesamiento de la información.

Interface Hombre – Máquina.

Unidades de Medición Fasorial: Son unidades de medición de diferentes parámetros eléctricos, en periodos en

el orden de los microsegundos, miden las variables de tensión trifásicas en una subestación y las intensidades

de corriente en las líneas, transformadores y cargas conectadas a la subestación. El dispositivo prepara un

mensaje con la marca de tiempo y los datos del fasor en un formato definido en la norma IEEE 1344, de modo

que puede transmitirse a un lugar distante a través de cualquier enlace de comunicaciones que se encuentre

disponible. Los datos de secuencia positiva de los fasores de todas las subestaciones provistas de dichos

dispositivos se centralizan en un lugar apropiado utilizando un concentrador de datos o se intercambian entre

unidades locales para realizar las aplicaciones de protección y control.

Concentradores de Datos Fasoriales (PDCs): Estos dispositivos concentran y correlacionan todos los datos de

los fasores enviados por los PMUs con su respectivo rango de tiempo, para crear un extenso sistema que

contiene a diferentes grupos de mediciones, además los PDCs permiten realizar las siguientes funciones

adicionales:

Ejecutar varias revisiones de calidad en los datos de los fasores.

Revisar alteraciones en los rangos y grabar archivos de datos destinados para su análisis posterior.

Monitorear las mediciones globales del sistema.

Proporciona un número de salidas especializadas que permite tener una interfaz directa para un SCADA

o un sistema EMS.

Una computadora personal conectada a la salida de los PDC, mediante el uso de un respectivo software

proporciona al usuario la facilidad de calcular y presentar: frecuencias, tensiones, corrientes, MW y MVAR del

SEP.

Fig. 39 Red fasorial.

41

Aplicaciones de los PMUs en los sistemas eléctricos de potencia.

Las aplicaciones de los PMUs se las puede clasificar en tres grupos que son:

41

http://biblioteca.cenace.org.ec/jspui/bitstream/123456789/518/1/06%20Unidades%20de%20Medici%C3%B3n%20Fasorial%20-%20PMU.pdf





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Supervisión del sistema eléctrico de potencia SEP.

Implementación de sistemas de protección avanzados en los SEPs.

Esquemas de control avanzado. “Ver [13]”

Fig. 40 Implementación típica de un PMU en una subestación.

42

3.2.5. SUPERCONDUCTORES.

Los metales son materiales que conducen bien el calor y la electricidad, por ende cuando una corriente

eléctrica circula por un hilo conductor éste se calienta, provocando un fenómeno conocido como efecto Joule. En

un material superconductor esto no ocurre, estos materiales no ofrecen ninguna resistencia al paso de la

corriente eléctrica, esto significa que no se calientan, con lo cual no hay pérdida de energía al transportar la

corriente eléctrica debido al efecto Joule.

Los superconductores permiten conducir la corriente eléctrica sin pérdidas, por lo que pueden transportar

densidades de corriente en porcentajes muy superiores a los que transporta un cable de cobre. Si se lograra

contar con generadores, líneas de transmisión y transformadores basados en superconductores, obtendríamos

un elevado nivel de eficiencia y seguridad a lo largo de todo el SEP.

3.2.6. SUPERCONDUCTIVIDAD.

La superconductividad es una propiedad de algunos elementos que no presentan resistencia alguna al paso

de la corriente eléctrica ya que los electrones se desplazan sin colisiones y en zigzag a través de los cristales del

átomo, es decir materiales con resistencia nula, con los cuales se puede ahorrar la energía que se disipa en

forma de calor en los diferentes tipos de conductores debido a la colisión de los electrones entre sí y con los

átomos del material.

3.2.7. LAS SUPERREDES.

Se define a una super red inteligente como la infraestructura formada por redes superpuestas de corriente

alterna o continua de alta tensión [(HVAC) Corriente Alterna en Alta Tensión y Alta Tensión en Corriente

Continua (HVDC), respectivamente] para transmitir la electricidad generada por las fuentes de energía

42






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renovables a partir de una variedad de grandes y pequeños puntos de generación dispersos a grandes

distancias, los cuales deben tener la capacidad de gestionar la fluctuación tanto de la oferta como de la

demanda.

Las súper redes se caracterizan por su:

Flexibilidad en el equilibrio del sistema.

Gran capacidad para el transporte de energía a gran escala.

Largas distancias geográficas.

Este concepto de superred aparece en respuesta a las futuras aplicaciones en el mercado eléctrico en lo

respecta a los recursos de energía renovable y a la necesidad de contar con un sistema de transmisión de alta

tensión a gran escala, por lo que desde ya existe una tendencia común en considerar a las súper redes como un

sinónimo de redes eléctricas transcontinentales, las cualesservirán de enlace a las redes de alta tensión

existentes.

3.3. RED DE DISTRIBUCIÓN ELÉCTRICA INTELIGENTE.

La red de distribución esta eléctricamente conectada al sistema de transmisión y al cliente tal como se puede

observar en la Fig. 41. Una red de distribución inteligente además de sus múltiples tecnologías y sistemas de

automatización consta de nuevos componentes como el almacenamiento de energía y la incorporación de los

sistemas de generación distribuida. El nivel de confiabilidad de la red de distribución inteligente dependerá en

gran medida de su gestión, estructura y su topología.

Fig. 41 Sistema de distribución en la red eléctrica inteligente –smart grid.

43

Por mucho tiempo casi todas las tareas de telemedición y las comunicaciones de la red de distribución hacia

otros sistemas se han realizado de forma manual, esto ha ocurrido de manera similar con el principal sensor que

ha tenido la red de distribución el cual ha sido la llamada telefónica del cliente, el mismo que reporta sus quejas y

problemas con el suministro eléctrico para que la empresa realice el despacho respectivo de su personal

(cuadrilla) al campo para la revisión de la falla y la restauración del servicio eléctrico. Esta situación está

cambiando debido a la implementación de sistemas inteligentes que automatizan las tareas de este sector, en

este aspecto uno de los grandes adelantos son los sistemas de comunicación bidireccionales entre las empresas

eléctricas y sus clientes, el siguiente paso es permitir que la infraestructura eléctrica soporte el intercambio de

flujos de potencia, es decir que el cliente además de recibir y consumir energía pueda generarla y aportarla a la

red.

43





-56 -

Otro dominio beneficiado directamente con la evolución de la red de distribución es el de los proveedores de

servicios (comercialización de energía), los mismos que puede utilizar la infraestructura de comunicaciones del

sistema de distribución para comunicarse con el cliente, gestionar sus consumos y sus posibles aportes de

energía a la red eléctrica.

El concepto de una red de distribución de alta tecnología y futurista, aspira a dejar en el pasado el tipo de red

radial y reemplazarla por una topología de red enmallada y con flujos de comunicación y energía bidireccionales

e inteligentes. En el sistema eléctrico de potencia SEP, la red de distribución es el elemento final en la conexión

con los clientes por lo que en esta etapa se deben considerar todos los requerimientos necesarios para cubrir la

demanda de energía con un servicio de alta calidad, es por esta razón que se hace necesario que este sistema

sea cada vez más robusto, confiable y eficiente en la gestión de la energía. La implementación de los esquemas

de automatización de la red distribución deben considerar el volumen de equipos requeridos, así como el

desarrollo de funciones como:

Auto-recuperación (restablecer del servicio eléctrico en tiempos mínimos).

Alta fiabilidad y calidad de la potencia.

Resistencia a los ataques cibernéticos.

Admitir una amplia variedad de recursos energéticos distribuidos y opciones de almacenamiento.

Optimizar el uso de los activos de las empresas eléctricas.

Minimizar las operaciones y los gastos de mantenimiento.

Localizar las fallas que se produzcan en la red.

Reconfiguración de los alimentadores que forman las redes de distribución.

3.3.1. AUTOMATIZACIÓN DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN ELÉCTRICA (DA).

La automatización de la red distribución tiene la finalidad de mejorar la eficiencia operacional gracias a la

aplicación de sistemas y tecnologías que permitan monitorear, supervisar, controlar, medir, coordinar y operar de

manera remota los diferentes equipos y dispositivos que integran una subestación, los sistemas de comunicación

situados en un alimentador y en forma general toda la red de distribución.

Por medio de los sistemas de automatización se pueden recopilar datos directamente desde los dispositivos de

campo y entregarlos a un sistema de control jerárquico, el mismo que realiza el procesamiento de estos datos

convirtiéndolos en información que resulta útil para conocer el estado de la red en un momento dado y de esa

manera decidir si se requiere un mayor o menor suministro de energía desde las fuentes de generación. Desde

una perspectiva de diseño, los aspectos más importantes de este concepto se encuentran en las áreas de

protección y de conmutación (a menudo integradas en el mismo dispositivo). Estos dispositivos pueden

interrumpir la corriente de falla, vigilar las corrientes y tensiones en la red, comunicarse con uno u otro

alimentador y automáticamente reconfigurar el sistema para restaurar el servicio a los clientes.

La capacidad de rapidez y flexibilidad para reconfigurar una red de alimentadores es un componente clave de

las redes eléctricas inteligentes - smart grid, estas características habilitadas por los sistemas de automatización,

requieren la instalación de dispositivos que tengan la capacidad suficiente para aceptar y soportar la

transferencia de energía, además se requiere de un sistema de protección adecuado para aislar correctamente

una falla de la topología reconfigurada. Estos aspectos señalados tienen un impacto enorme en el diseño del

sistema eléctrico, actualmente, la mayoría de las redes de distribución están diseñadas sobre la base de un

alimentador principal con tres fases las que luego se ramifican en fases monofásicas laterales.

En base a lo expuesto anteriormente podemos señalar que una red eléctrica inteligente - smart grid tiene la

misión de gestionar que la alimentación hacia los centros de transformación sea rápida y de flexible

reconfiguración, por lo tanto, los futuros sistemas de distribución serán diseñados como una red integrada por



-57 -

líneas de distribución que se conectaran a múltiples subestaciones, con esto se pasara de un enfoque de

ramificación de los alimentadores a un sistema interconectado de alimentadores.

Tradicionalmente los sistemas de distribución coordinan los dispositivos de protección, en una red smart grid la

topología es flexible, por lo que desde la perspectiva de diseño, la topología y las protecciones del sistema

tendrán que ser coordinadas y planificadas para una variedad de posibles configuraciones. La Automatización de

la Distribución (DA), es una solución que permite a la empresa eléctrica monitorear, controlar y regular los activos

de la red de distribución en forma remota, logrando optimizar el flujo de electricidad desde la empresa eléctrica

hacia los clientes y asegurando que el servicio es suministrado de manera eficiente y confiable.

Fig. 42 Funciones de monitoreo y gestión remota.

44

Funciones para la Automatización de la Distribución (DA).

Las funciones principales de los sistemas de automatización para la red de distribución son las siguientes:

Automatización de las subestaciones.

Análisis topológico, ubicación de alimentadores y detección de puntos abiertos. Para lo cual es esencial

disponer del GIS.

Cálculo de flujo de carga y de cortocircuito.

Automatización de la línea de distribución.

Puntos de seccionamiento.

Reconectadores.

Reconfiguración de alimentadores.

Restablecimiento del servicio.

Control de banco de capacitores y regulación de tensión.

A las funciones anteriores también se suman las asociadas con los clientes:

Lectura remota de medidores inteligentes.

44

http://www.imasd.ziv.es/ziv/automatizacion-de-la-distribucion-electrica.html

http://www.imasd.ziv.es/ziv/automatizacion-de-la-distribucion-electrica.html



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Conexión y desconexión remota de clientes.

Control de cargas (DSM).

Dada la complejidad de los sistemas de distribución es importante considerar de manera estratégica, la

localización de los dispositivos de seccionamiento donde se incluirán las funciones de supervisión remota y de

control, que se combinan con el sistema SCADA.

Descripción de las funciones relacionadas con la automatización de las redes de distribución.

Fig. 43 Automatización de la distribución / estado actual.

45

Análisis en tiempo real: Para el sector eléctrico es cada vez mayor la necesidad de controlar y analizar mejor

los sistemas de distribución y para una red eléctrica inteligente - smart grid esta es una de las principales

prioridades. El Análisis en tiempo real se da gracias al uso de instrumentos analíticos, opciones de visualización

y sistemas de control, los que permitirán a los operadores gestionar la red de forma activa para lograr una mejor

eficiencia operativa pudiendo anticipar y evitar interrupciones del servicio y otros problemas de funcionamiento.

El análisis de la red en tiempo real es la combinación de sistemas informáticos y de comunicación encaminados

al análisis y al modelado de todos los elementos de la red (líneas, equipos, dispositivos) y las medidas de los

parámetros eléctricos como el nivel de tensión, corriente y el consumo del cliente para determinar en tiempo real

las características de la red.

El análisis es el medio por el que se llegara a tener una activa y plena gestión de la red eléctrica. Los datos en

tiempo real y los resultados del cálculo se utilizan para facilitar el despacho de la generación, los cambios en la

red, el control en línea de los equipos y del consumo del cliente. El análisis en tiempo real proporciona dos

importantes resultados:

45

http://www.slideshare.net/FiiDEM/3-automatizacion-distribucion




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Cálculos del presente y futuro de la red a muy corto plazo, en base a los valores de tensión y corriente

de los elementos de la red que son medidos y controlados en tiempo real.

Informar y mostrar los datos medidos y calculados en formatos y en plataformas adecuadas para que

puedan ser entendidos y utilizados por los operadores del sistema, con el fin de analizarlos y así

gestionar de forma activa la red.

Fig. 44 El futuro de las redes de distribución.

46

Detección, Aislamiento y Restauración de Fallas (FDIR): Una visión de una red de distribución moderna

deberá incluir características de auto recuperación, confiabilidad y seguridad para garantizar la calidad en el

servicio eléctrico. Para lograr estas características uno de los aspectos más importantes es la Detección,

Aislamiento y Restauración de fallas (FDIR), en donde se detecta una falla en un alimentador gracias a los datos

entregados por los sensores instalados en la red, de manera rápida se gestionan los equipos electrónicos

inteligentes IED para aislar la falla en la sección del alimentador, con lo cual se reduce el tiempo del servicio de

restauración de horas a minutos, en definitiva un sistema FDIR permite a la empresa eléctrica restablecer una

interrupción del servicio reconfigurando la red eléctrica de forma automática y remota.

Fig. 45 Ejemplo de funcionamiento del FDIR.

47

46

http://www.slideshare.net/FiiDEM/3-automatizacion-distribucion 47






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Beneficios:

Mantiene el normal suministro de electricidad, aislando la falla y reconectado las partes no afectadas de

la red, tanto aguas arriba y aguas abajo.

Mejora la eficiencia al reducir los tiempos de reparación y restauración del servicio eléctrico.

En el menor tiempo posible identifica la ubicación y el tipo de falla, lo que permite un despacho eficaz de

las cuadrillas de trabajo.

Control de Volt/VARs (IVVC): Esta función se enfoca en la gestión coordinada de la tensión y de la potencia

reactiva por medio del control simultáneo de los bancos de capacitores y los taps de los transformadores.

Beneficios:

Reducción de las pérdidas en la red energizando o des energizando bancos de capacitores conectados

a la red.

Asegura un óptimo perfil de la tensión, lo que contribuye a la normal operación y a la reducción de los

picos de carga en la red, con lo que se lograra mantener estable la tensión en los alimentadores.

Optimiza los niveles de tensión ante la variación de la carga.

Opera el sistema de distribución de manera eficiente sin violar las restricciones de carga y de tensión.

Soporta las necesidades de potencia reactiva de todo el sistema bajo condiciones de emergencia.

Asegura una alimentación adecuada a los puntos de consumo.

Reduce los requerimientos de generación para soportar la demanda y las pérdidas en la línea.

Procesamiento topológico (TP): El Procesamiento topológico es un sistema fuera de línea que determina la

topología y presenta la información de la red con precisión a través delos datos del sistema SCADA. El sistema

TP también proporciona una función para procesamiento de alarmas de modo que se puedan separar y eliminar

las alarmas que no requieran cambios topológicos.

Optima reconfiguración de la red (ONR): Esta función permite recomendar opciones de reconfiguración de la

red de distribución para minimizar las pérdidas de energía, manteniendo la tensión en el nivel deseado así como

el balance de cargas entre los transformadores de la subestación, los alimentadores y las fases de la red. Esta

función también es utilizada para la recuperación del suministro en caso de apagones y también en planes de

mantenimiento.

En otro aspecto, las tendencias para aplicar la automatización de la distribución en las redes eléctricas

inteligentes consideran los siguientes puntos:

Modernización de la infraestructura actual de la red de distribución: líneas, transformadores, equipo

primario, entre otros.

Incrementar los índices de confiabilidad en la operación de la red eléctrica.

El crecimiento en la población da por resultado un incremento en los servicios y en la demanda de

energía eléctrica, lo cual se ve reflejado en la necesidad de nuevas fuentes de generación de energía

renovable.

La ubicación de los dispositivos eléctricos para operar la red eléctrica por medio de la automatización requiere

considerar:



-61 -

Una reingeniería de la zona en estudio, la cual está conformada por los alimentadores en donde se

desean colocar los dispositivos automatizados. Este análisis debe considerar zonas conflictivas, índices

de confiabilidad, balance de cargas entre los alimentadores, distribución geográfica de los

alimentadores y la reducción de pérdidas.

En base a estudios de eficiencia energética, así como de confiabilidad se establecen los diseños y se

definen los puntos en donde deben instalarse los dispositivos destinados a la automatización de cada

alimentador y de los puntos de enlace entre alimentadores adyacentes. La instalación de los

dispositivos automatizados dividen a cada alimentador en varios segmentos, cada segmento se define

en función de la demanda de cada alimentador y de los alimentadores adyacentes, de manera que al

ocurrir una transferencia de carga automática de un segmento al alimentador adyacente seleccionado,

no ocasione una sobrecarga sobre este.

Fig. 46 Seccionamiento automático sobre alimentadores.

48

Instrumentación en la Automatización de la Distribución: La instrumentación en las redes de distribución

consta de equipos de protección con procesamiento avanzado para ser programados de acuerdo con la

configuración de las redes eléctricas de distribución. La medición de energía debe contar con diversas funciones

para procesar algoritmos con diferentes parámetros, como medición instantánea, estadísticas, control, tarifas,

programación de suministro y corte de energía. Los equipos de control, seccionamiento y los restauradores

deben permitir la reconfiguración automatizada de los alimentadores.

Características de los equipos: Las características básicas que deben tener estos equipos es la conectividad a

diferentes marcas, interoperabilidad por protocolos, transferencia de información, bases de datos etc.

Fig. 47 Instrumentación en la automatización de la red de distribución.

49

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http://www.slideshare.net/FiiDEM/3-automatizacion-distribucion 49






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Fig. 48 Equipos y operaciones de una red de distribución automática.

50

La gran mayoría de las características destinadas a las funciones de automatización de la distribución en la red

eléctrica inteligente se enfocan en:

Eficiencia energética.

Realizar un uso óptimo de los recursos eléctricos.

Optimizar la administración de la demanda, utilizando modelos de carga que permitan maximizar el uso

de los recursos eléctricos.

Reducir los picos de demanda y las pérdidas eléctricas.

Despacho automático de reactivos de la red de distribución.

Conectividad e interoperabilidad con los sistemas SCADA, DMS, OMS, los cuales deberán incluir en el

sistema más análisis y funciones de control para la operación del sistema en tiempo real.

Manejo de la participación del cliente a través de AMI y de los medidores inteligentes.

Incorporación de la generación distribuida.

Confiabilidad:

Predecir, localizar, aislar y analizar las fallas con o sin la intervención del operador, antes de que su

impacto pueda afectar la calidad del servicio.

Incorporar un sistema de mediciones AMI.

Comunicaciones.

Equipos inteligentes (IED’s).

Diagnóstico avanzado.

Control retroactivo.

Mantenimiento basado en la confiabilidad del equipo.

50

http://www.iie.org.mx/boletin022011/tenden.pdf

http://www.iie.org.mx/boletin022011/tenden.pdf



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Redes de telecomunicación: Con el fin de soportar el creciente avance de las tecnologías destinadas a la

automatización en las subestaciones (SAS), de las redes de distribución (DA) y de los sistemas de gestión para

los clientes (AMI) se requieren redes y enlaces de telecomunicaciones cada vez más rápidos, flexibles y

confiables. Es así que las redes de telecomunicación se consideran de vital importancia para el transporte de

datos, por lo que deben contar con una alta disponibilidad con el fin de garantizar el efectivo transporte de la

información desde los dispositivos de campo hasta los centros de control en el momento que sea necesario.

Las redes de telecomunicaciones por fibra óptica cuentan con sistemas de respaldo inalámbricos (sistemas de

radio punto a punto o punto multipunto, sistemas WiFi o WiMax, Microondas, Enlaces Satelitales, etc.) con el fin

de garantizar la disponibilidad y confiabilidad de la red.

La tendencia es contar con redes IP para el transporte de los datos, sin embargo este tipo de redes puede

presentar congestión en momentos en los que se presenta un gran volumen de información, es aquí donde las

redes de telecomunicaciones tienen el reto de ser lo suficientemente inteligente para permitir la priorización de

los datos importantes (por ejemplo datos de tiempo real) y retardar el envío de los datos menos importantes.

Fig. 49 Medios de comunicación en DA.

51

En la figura anterior se puede describir que los telecomandos para seccionamiento son enviados desde el centro

de control y las distintas variables en los puntos remotos son monitoreadas desde el SCADA local de cada

subestación eléctrica.

3.3.2. SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA (GIS).

Esta aplicación es el punto de partida o la base del modelado de una red eléctrica de distribución. Un Sistema

de Información Geográfica se puede definir como “un conjunto de funciones automatizadas que proporcionan

capacidades avanzadas de almacenamiento, recuperación, manejo y despliegue de datos localizados

geográficamente”. Otra definición existente es: “un conjunto poderoso de herramientas informáticas que

contribuyen a capturar, almacenar, recuperar, modificar y desplegar bajo demanda los datos ubicados en el

espacio en el mundo real”.

En un GIS se incluye toda información que proviene de los datos capturados por los sensores remotos, volcados

sobre una cartografía representativa de la superficie de la tierra a escala del mundo y del espacio real. Con la

aplicación de los GIS se han elaborado sistemas de información catastral, de imágenes reales de predios, de

51





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aplicaciones urbanísticas, de delimitación de propiedades, administración de recursos naturales y por supuesto

sistemas de información de redes eléctricas y de telecomunicaciones, entre otras aplicaciones.

Fig. 50 Sistema de información geográfica GIS.

52

Herramientas informáticas de configuración de una red eléctrica sobre un modelo GIS.

Estas aplicaciones son prácticamente indispensables para el despliegue y la configuración ágil y segura de

una red de distribución en la que se pueda encontrar toda la información necesaria: alimentadores,

seccionadores, transformadores, equipos de medición, capacitores, restauradores, acometidas, pararrayos,

sistemas de comunicaciones (fibra óptica, radio, microondas, satélite, etc.). Las herramientas informáticas

utilizadas deben simplificar la elaboración de la base de datos del modelo de la red, optimizando la conectividad

según las necesidades operativas de la red eléctrica con la base de datos geográfica, obteniendo soluciones

efectivas como la movilidad algo muy útil para coordinar las acciones del personal de campo y para completar el

sistema deben existir las herramientas necesarias que permitan la importación automática de la información de la

red a un sistema encargado de administrarla distribución de energía como lo es el DMS.

3.3.3. EL SISTEMA SCADA EN LA RED DE DISTRIBUCIÓN ELÉCTRICA.

Como mencionamos anteriormente, mediante este sistema que obtiene y procesa en tiempo real la

información del funcionamiento de los dispositivos inteligentes que se encuentran en lugares remotos y reenvía

estos datos al centro de control que se encarga de monitorear, manejar y gestionar la información recibida. Este

sistema generalmente cuenta con señales de entrada o de salida, controladores, redes, interfaces de usuario

(HMI), equipos de comunicación y el software asociado. El sistema se encuentra conectado a terminales remotas

(Remote Terminal Units o RTU).

Cualquier cambio o error en la configuración es inmediatamente anunciado, ya que estos sistemas son capaces

de auto modificarse para trabajar de forma óptima y permitir el monitoreo de la red en tiempo real, esto facilita la

adquisición de datos, como la lectura y el control del estado de los medidores, datos que son comunicados al

centro de control de manera periódica. Otro aspecto muy positivo es el de permitir que las personas puedan

intervenir en su funcionamiento, personalizando su sistema de acuerdo a sus necesidades.

52

http://geoportal.conelec.gob.ec/visor/index1.html

http://geoportal.conelec.gob.ec/visor/index1.html



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Los medidores inteligentes en la última década, se han convertido en una importante y amplia herramienta

utilizada no sólo para la lectura del consumo residencial, comercial e industrial, sino también para la adquisición

de algunos datos de la red de distribución. Los desafíos para el análisis en tiempo real y la gestión activa de la

red de distribución incluyen la consecución del pleno despliegue del sistema SCADA, los medidores inteligentes,

la obtención del ancho de banda necesario y de una adecuada velocidad de comunicación de datos.

Un SCADA realiza sus tareas de monitoreo y control especialmente en áreas físicamente alejadas unas de otras

por grandes zonas geográficas tal como sucede con las redes eléctricas. Un tema de delicada importancia es la

seguridaden el software de control, la cual debe ser robusta para proteger al máximo al sistema operativo contra

ataques cibernéticos como los “hackers” buscando siempre obtener una alta confiablidad contra esas

contingencias que hacen vulnerable el control y monitoreo de procesos de misión crítica, como lo son, sin duda,

las redes de distribución eléctrica.

Sensores: Para la eficiente operación de las redes eléctricas inteligentes – smart grid es necesario prevenir las

caídas de la red, para esto, es necesario un sistema que permita detectar las señales de inestabilidad en la red

con el fin de tomar las medidas necesarias para interrumpir y corregir los problemas. Las dificultades asociadas

con estos mecanismos, incluyen la coordinación y sincronización de los datos capturados en tiempo real por los

sistemas de control como el SCADA.

Los medidores inteligentes son medidores avanzados que miden el consumo y comunican esta información a

través de una red de comunicación a los centros de control y gestión de energía.

Wide Área Monitoring System (WAMS): Es una forma de comunicación que utiliza la tecnología SCADA y los

medidores inteligentes. El WAMS combina los medidores de fase que utilizan GPS para controlar el estado

global de la red. Los medidores de fase se colocan en lugares estratégicos dentro de la red tal como lo son las

subestaciones, esto con el fin de medir varios tipos de entradas y determinar de esta manera cualquier

inestabilidad que se produzca dentro del sistema eléctrico. Esta información es transmitida al centro de control

que es el encargado de recolectar, analizar y tomar alguna determinación a fin de eliminar el problema y evitar

que este se expanda.

Inteligencia Artificial: La Inteligencia artificial juega también un papel importante en las redes eléctricas

inteligentes - smart grid. Por ejemplo, en China, esta es utilizada para mantener la estabilidad y seguridad de las

redes de distribución eléctrica.

3.3.4. SISTEMA DE GESTIÓN DE INTERRUPCIONES (OMS).

El Sistema de Gestión de Interrupciones permitirá a los operadores de un SEP identificar y localizar las fallas

en la red de distribución eléctrica, con el objetivo de repararlas y así restablecer el servicio eléctrico en el menor

tiempo posible. Lo señalado anteriormente será posible gracias a la gestión que este sistema realiza a todas las

entradas de datos que pueden determinar la probable localización de la zona donde se produjo una interrupción

del servicio la cual puede ser detectada directamente por medio del SCADA, la información reportada por los

centros de atención de llamada de los clientes y los datos obtenidos en tiempo real gracias a la infraestructura de

medición avanzada desplegada en toda la red de distribución.

Un OMS permite reducir el tiempo y los recursos necesarios para solucionar las interrupciones del servicio

eléctrico, el nivel de análisis de un OMS reduce la necesidad de enviar al personal (Cuadrillas) de trabajo a

inspeccionar y localizar la falla dentro de los alimentadores primarios. Además, un OMS puede crear, enviar y

supervisar automáticamente el trabajo desarrollado por el personal encargado del mantenimiento y de las

reparaciones de la red, proporcionando las herramientas de software necesarias las cuales garantizaran su

seguridad en el trabajo.



-66 -

Las herramientas gráficas de este sistema permiten a los operadores de la red de distribución visualizar el estado de la red, el patrón de las llamadas recibidas, los daños o las fallas confirmadas, el lugar donde se originó y las tareas de los equipos encargados de la restauración del servicio

Fig. 51 Sistema de gestión de interrupciones (OMS).

53

Funciones.

El Sistema de gestión de interrupciones (OMS) es una aplicación que funciona sobre la infraestructura de un

SCADA, en donde sus funciones primordiales son:

Localizar el interruptor o seccionador que debe operar cuando exista una falla en el circuito de un

determinado alimentador.

Determinar las prioridades y posibilidades de reconexión administrando los recursos disponibles dentro

de la estructura de la red, esto para hacer frente a la emergencia, disminuir el área afectada y la

duración de la suspensión del servicio.

Proporcionar toda la información sobre el impacto de la falla, el número de usuarios afectados y generar

los reportes correspondientes a los administradores de la red, lo que genera confianza y satisfacción en

los clientes.

Calcular un tiempo estimado de la interrupción del servicio.

Gestionar las cuadrillas de campo para que participen en la restauración del servicio.

Calcular el número de elementos necesarios y los equipos de transporte requeridos para la reparación

de la falla.

Llevar estadísticas e índices de comportamiento del servicio, lo que determinará su grado de

confiabilidad.

El corazón de un módulo moderno de OMS está basado en un modelo detallado de la red de distribución y

obviamente soportado por la base de un GIS. Combinando las llamadas o quejas de los clientes afectados,

ubicados sobre el modelo de la red se puede predecir el área donde se localiza la falla y dado que las redes de

distribución eléctrica son radiales, todas las llamadas sobre una área en específico llevarán al OMS a determinar

cuál es el interruptor o seccionador que deberá ser operado para aislar la falla y poder restaurar el servicio al

mayor número de clientes posible.

53

http://energyco.com/soluciones/oms/

http://energyco.com/soluciones/oms/



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Un aspecto muy importante para la normal y eficaz operación de un OMS, es el contar con un esquema de la red

continuamente actualizado, lo que ayudara a determinar con precisión los clientes afectados y en tiempo real

conocer que clientes siguen fuera del servicio y quienes ya han sido restablecidos.

Las aplicaciones del OMS.

Dentro de las múltiples aplicaciones de un OMS, podemos señalar las más importantes:

Función de Localización, Aislamiento de Fallas y Restauración del Servicio: El OMS, al igual que el sistema

DMS deberá incluir una función de Localización, Aislamiento de Fallas y Restauración del Servicio, destinado a

restablecer rápida y efectivamente el servicio a la mayor cantidad de clientes y en el menor tiempo posible. Esta

función deberá determinar la localización de una falla en un alimentador y recomendar las acciones a seguir de

manera remota o local con el fin de aislar las secciones donde se ubique la falla y re energizar aquellas

secciones disponibles de los alimentadores. Esta acción se podrá realizar desde los mismos alimentadores o

desde fuentes alternas de electricidad que pudieren estar disponibles mediante el cierre del equipo de corte, lo

que permitirá maniobrar la transferencia de carga de un alimentador de una subestación con otros alimentadores

de la misma subestación o de otras subestaciones. De esta manera, los cortes de energía se limitarán al tiempo

que se requiera para completar la reconfiguración seleccionada.

Localización de Fallas: La función para la Localización de Fallas deberá iniciarse cuando ocurra el disparo

automático de un interruptor en una subestación o de un equipo de la red (reconectador, seccionador o

interruptor telecontrolado). Cuando un dispositivo actúa, esta función mostrará los indicadores de falla y la

posición de los seccionadores, reconectadores y otros elementos de maniobra localizados a lo largo del

alimentador, los cuales estarán conectados eléctricamente al interruptor del circuito en el momento del disparo.

Aislamiento de Fallas: Una vez que se identifica la sección del alimentador donde se registra la falla, se deberá

recomendar una secuencia de comandos de control remoto para abrir los interruptores equipados con las

comunicaciones necesarias para funcionar con el Sistema SCADA – OMS MWM -DMS. En el caso de no ser

factible el telecontrol, se recomendará una secuencia de comandos manuales según sea necesario para permitir

el aislamiento eléctrico de la sección con falla. Esto puede requerir que más de dos seccionadores (o

Reconectadores) sean abiertos.

Restauración del Servicio: Esta función deberá recomendar los comandos de control remoto que pueden ser

utilizados para restaurar el servicio eléctrico a las secciones disponibles (sin fallas) del alimentador.

Función de gestión de cuadrillas y ordenes de trabajo (MWFM): Esta función deberá proveer un acceso

conveniente a toda la información necesaria para que el operador de la red proceda a rastrear, contactar, asignar

y despacharlas programaciones de trabajo a una determinada cuadrilla según el trabajo a realizar, ya sea para

inspeccionar y luego reparar una falla o daño en la red o para realizar un mantenimiento preventivo. El nivel de

afectación de una falla en la red se puede presentar al operador mediante un esquema y en diferentes colores de

acuerdo con su estado, por ejemplo: predictivo, confirmado, restaurado, etc. El sistema registra el tiempo de

atención, el tipo de situación y los recursos humanos y materiales empleados. Además esta función permite al

operador de la red realizar un seguimiento geográfico y visual de las cuadrillas utilizando la información

proveniente de los GPS instalados en los vehículos del contratante.

3.3.5. SISTEMA DE GESTIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN (DMS).

El Sistema de Gestión de la Distribución (DMS) debe estar integrado a un SCADA y a un GIS, con lo que se

convierte en una poderosa herramienta que permite en tiempo real visualizar, monitorear y controlar la operación

segura y eficiente de la red de distribución eléctrica. Este sistema es un componente crucial para la



-68 -

implementación de las redes eléctricas inteligentes ya que mediante sus funciones de aislamiento de fallas y

restauración del servicio, se lograra la óptima reconfiguración de los alimentadores, además se puede determinar

con precisión la ubicación de una falla en la red, con esto se reducen los tiempos de restauración del servicio, se

minimiza la zona afectada por la falla y se proporciona una mejor gestión de la cuadrilla de trabajo, enviando a la

misma a una ubicación lo más cercana a la zona de falla. Un DMS también permite a las empresas eléctricas

gestionar la generación distribuida en base a las energías renovables, el desarrollo de sistemas como el de AMI

(Infraestructura de medición avanzada) o AMR (lectura automática de medidores) y la implementación de

diferentes herramientas encaminadas a mejorar la eficiencia de la red, el control en el aislamiento y la

recuperación tras la interrupción del suministro.

Las aplicaciones de un DMS deben ser capaces de facilitar la operación de las redes de distribución, pudiendo

señalar las siguientes:

Monitoreo y control de la red, con la incorporación de las micro redes y la generación distribuida.

Planificar, diseñar y optimizar la operación de la red de distribución.

Reducir sustancialmente las pérdidas eléctricas y los costos de operación.

Aumentar el rendimiento económico de la empresa eléctrica.

Mejorar la calidad del suministro de energía eléctrica a los clientes.

Administrar en forma más eficiente el mantenimiento de la red.

Uno de los mayores beneficios que pueden aportar a las empresas eléctricas el implementar este tipo de

tecnologías es el que hace referencia al control y eliminación de las pérdidas registradas en la red de distribución

ya sean estas técnicas o no técnicas.

Las pérdidas técnicas son aquellas que se presentan en los diferentes componentes de la red al transmitir o

transportar la energía de un lugar a otro. Un DMS permitirá gestionar estas pérdidas tanto en las líneas y en los

transformadores de distribución.

Las pérdidas no técnicas, son aquellas pérdidas eléctricas asociadas a hurtos, fraude y causas administrativas.

En este sentido un DMS podrá monitorear las pérdidas no técnicas, con lo cual se controlara la veracidad de las

lecturas de los clientes, se podrá detectar las conexiones clandestinas y la manipulación no autorizada de

equipos de medición (medidor inteligente) realizada por el cliente, entre otras.

3.3.6. LECTURA AUTOMÁTICA DE MEDIDORES (AMR).

AMR, es uno de los primeros sistemas que se desarrollaron para permitir recopilar y analizar

automáticamente los datos adquiridos con las lecturas de los medidores inteligentes ubicados en las

instalaciones del cliente. Esta tecnología habilita el funcionamiento de operaciones como la telemedición, la cual

consiste en la toma de lecturas del consumo eléctrico de manera remota para su posterior envió a través de una

red de telecomunicaciones hacia la empresa eléctrica, donde toda la información de las lecturas de los

medidores inteligentes es gestionada y destinada para la facturación del consumo de energía.

Los sistemas AMR plantearon los inicios de las operaciones de telegestión, lo cual incluye las funciones

necesarias para que las empresas eléctricas realicen determinadas acciones de control tales como corte y

reconexión del suministro. A pesar de que los sistemas AMR se muestran como una aplicación de gran utilidad,

esta tecnología es superada por los sistemas AMI (Infraestructura de Medición Avanzada) los cuales plantean

una infraestructura de comunicación bidireccional que permite el intercambio de información entre la empresa

eléctrica y el medidor inteligente ubicado en el predio del cliente. Además de realizar las funcionalidades de los

sistemas AMR, AMI también recolecta información adicional acerca del consumo energético y de otros



-69 -

parámetros eléctricos importantes para aplicaciones de gestión, control y supervisión, propios de una ingeniería

avanzada con miras a la implementación de la red eléctrica inteligente – smart grid.

Los Datos de los Medidores inteligentes.

El Análisis en tiempo real requiere datos medidos en la carga (clientes) como potencia y energía. Los medidores

“Inteligentes”, en la última década se han convertido en una importante herramienta que ha sido ampliamente

utilizada en países desarrollados no sólo para la lectura de consumo, sino también para la captura de datos

sobre el sistema de distribución. Desafortunadamente, en nuestro país aún es escasa la utilización de este tipo

de medidores.

Fig. 52 Alcance de los sistemas de medición inteligente.

54

3.3.7. INFRAESTRUCTURA DE MEDICIÓN AVANZADA (AMI).

El concepto de la “Red Eléctrica Inteligente - Smart Grid” está basado en la infraestructura de medición

avanzada AMI, mencionada infraestructura consiste en incorporar a los clientes al sistema eléctrico por medio de

la implementación de distintos dispositivos de gestión de energía como los medidores electrónicos inteligentes

los cuales no solo proporcionan una información detallada acerca del consumo del cliente, sino que también

notifican las fallas e interrupciones que se presentan en la red de distribución, además informan la calidad del

servicio que recibe el cliente mediante sus funciones de monitoreo y gestión en tiempo real.

El despliegue de nuevas redes de comunicaciones bidireccional entre estos medidores y la empresa eléctrica le

permitirá al operador del sistema gestionar los servicios de conexión y desconexión de forma remota, a mas de

tener información en tiempo real acerca del consumo de energía de cada cliente, con lo que al momento de

facturar la empresa eléctrica podrá eliminar las estimaciones en el consumo de los clientes lo cual siempre ha

sido motivo de quejas y discrepancias.

Las señales y la información acerca de los costos de la energía deberán proporcionar a los clientes incentivos

financieros para reducir su consumo de electricidad, para esto tenemos como opciones que el mismo cliente

determine la respuesta y las acciones que va a tomar, otra opción sería que mediante la gestión de los

dispositivos inteligentes se pueda disminuir el consumo de los electrodomésticos hasta que el período en el que

se experimente las horas pico en la demanda haya terminado, una última opción podría ser el cambiar el

consumo automáticamente y moverlo a los períodos de menor costo.

54

http://www.slideshare.net/FiiDEM/infraestructura-de-medicin-avanzada-ami-en-las-redes-inteligentes




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Fig. 53 Comunicación bidireccional entre la empresa eléctrica y el cliente.

55

Características de un sistema AMI.

Un sistema de medición inteligente tiene una gran variedad de características, entre las más destacadas

tenemos:

El control y registro de la demanda.

Medición bidireccional del flujo de energía (recepción y entrega).

El registro de hechos importantes en el suministro de energía, por ejemplo, cortes de energía.

Opción de conexión y desconexión remota de medidores.

Detección y ubicación de fallas en los alimentadores.

Gestión de carga de los vehículos eléctricos.

Medición y reporte de eventos, parámetros de calidad de energía (armónicos, interrupciones, tensión

mínima / máxima, perfiles de carga) con la capacidad de monitoreo en tiempo real.

Incorporación de los electrodomésticos inteligentes al concepto de la red eléctrica inteligente.

Gestión y administración remota.

Fig. 54 Infraestructura de medición avanzada AMI.

56

55

http://www.slideshare.net/FiiDEM/infraestructura-de-medicin-avanzada-ami-en-las-redes-inteligentes 56






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Beneficios de la implementación del sistema AMI.

Un sistema de medición inteligente tiene beneficios tanto para el cliente como para la empresa eléctrica.

Beneficios para el consumidor: Un sistema AMI proporciona la información y los medios necesarios para

controlar y administrar de manera eficiente el consumo y el uso de la energía en tiempo real, esto lo puede lograr

mediante la activación de los controles de los electrodomésticos inteligentes (refrigeradores, lavadores,

secadoras, aire acondicionado, iluminación, entre otros) de manera automática o manual.

Beneficios para la Empresa Eléctrica: Un sistema AMI proporciona una mayor información e influencia sobre

los patrones de consumo y uso de la energía de los clientes, lo que mejora el control de la demanda permitiendo

la aplicación de nuevos y modernos planes de tarifas inteligentes, además este sistema contribuye a elevar la

eficiencia y la confiabilidad del servicio eléctrico.

Elementos e Infraestructura del sistema AMI.

Los elementos que conforman el sistema AMI son los siguientes:

Medidor electrónico Inteligente: El principal objetivo de un medidor eléctrico siempre ha sido registrar de forma

precisa los consumos de energía de cada cliente, los cuales son verificados mensualmente por el personal de la

empresa eléctrica que debe acudir al sitio donde se encuentra la carga. Esta situación está cambiando, gracias al

desarrollo de la tecnología a nivel mundial se están implementando medidores electrónicos inteligentes los

cuales disponen de mayores y nuevas capacidades que los medidores eléctricos tradicionales.

Fig. 55 Infraestructura de medición avanzada AMI.

57

El medidor inteligente es el equipo que realiza la medición, el registro y el almacenamiento de toda la información

que se puede generar a cerca de los parámetros eléctricos referentes al consumo de energía, también verifica el

estado del suministro eléctrico y reporta todas aquellas situaciones de fallas o de manipulaciones no autorizadas

en la red. Toda la información es transmitida en tiempo real hacia los concentradores para luego transmitir todos

los datos al centro de control y gestión de la empresa eléctrica.

El medidor electrónico inteligente básicamente es un AMI que incluye como mínimo las siguientes

características:

Control de energía, actualización y programación del medidor de forma remota.

Capacidad de soporte para establecer el sistema de comunicación bidireccional.

Detectar y comunicar cualquier situación fuera de lo normal en la red eléctrica y verificar su estado ya

sea en interrupciones o restauración del servicio.

Capacidad para recolectar información de manera programada o cuando sea necesaria.

57

http://cidei.net/smart-meters-tecnologia-avanzada-para-la-medicion-del-consumo-energetico-en-los-hogares/




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Disponer de un sistema de seguridad robusto.

Disponer de alarmas ante manipulaciones maliciosas y no autorizadas.

Soporte de varios tipos de planes tarifarios, incluyendo el denominado Tiempo de Uso (Time Of Use

TOU), es decir precios de tarifas en rangos horarios.

Permitir opciones de maniobras a distancia (corte y reconexión).

Capacidad de visualizar y facilitar las lecturas de los datos de consumo y del tipo de demanda.

Disponer de un puerto HAN (Home Área Network).

Clasificación.

Los equipos de medida de energía eléctrica pueden clasificarse según sus características:

Tecnológicas: Medidores electromecánicos o electrónicos.

Funcionales: Monofásicos o trifásicos.

Energéticas: Medidores de potencia activa o reactiva.

Operativas: Dispositivos de tipo registrador o programables, los cuales habiliten las operaciones de

telegestión.

Concentrador de datos o puerta de Enlace (Getaway): Es un equipo con una mayor capacidad de

almacenamiento de información y se encarga de recolectar los datos de una determinada cantidad de medidores

inteligentes, para luego transmitir esta información sobre la red de comunicación hacia la empresa eléctrica.

Típicamente los medidores inteligentes se comunican con los concentradores vía radio frecuencia o utilizando la

tecnología PLC (Power Line Comunication).

Este recolector de información está ubicado en las subestaciones y en los transformadores de distribución y la

recolección se la realiza de forma programada, en intervalos de tiempo determinados.

Fig. 56 Ubicación del concentrador de datos.

58

Las características de un concentrador de datos varían de acuerdo al fabricante siendo las más importantes las

siguientes:

Monitorea el estado y el funcionamiento de los dispositivos inteligentes.

Recolecta y transmite la información de los medidores incluyendo datos del consumo y parámetros

eléctricos adicionales.

Detecta automáticamente los medidores inteligentes durante la instalación.

58





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Capacidades físicas robustas y resistentes al clima.

Capacidad de actualización remota.

Se puede instalar en cualquier punto de la red de distribución.

Seguridad cifrada de la información para garantizar su privacidad.

Soporta programas de respuesta a la demanda eléctrica.

Soporta varias tecnologías y medios de comunicación.

Red de comunicación: Es el medio por el cual se intercambia la información entre el concentrador de datos y la

empresa eléctrica. La infraestructura de comunicación de AMI puede contener varios medios y tecnologías para

la transmisión de datos incluyendo: redes inalámbricas, microondas, PLC, fibra óptica, entre otras, siendo

totalmente flexible ya que incluso se puede disponer de un sistema de comunicación hibrido. Las redes de

comunicación más utilizadas en los sistemas de medición inteligente son las siguientes:

Red inalámbrica (Wireless Network): Se refiere a las tecnologías que utilizan ondas

electromagnéticas para enlazar los nodos de comunicación, esto permite disponer de internet de alta

velocidad y habilitar la transmisión de datos sin la necesidad de una conexión física, por lo que existe

un significativo ahorro en comparación a todas las demás conexiones incluyendo el cableado, pero

como una desventaja considerable tenemos los niveles de seguridad.

Red PLC (Power Line Comunication): Se refiere a la tecnología que se aplica en las líneas eléctricas

convencionales, para permitir la transmisión de señales de radio habilitando la comunicación de datos.

Esta tecnología convierte a la línea eléctrica tradicional en una línea digital de alta velocidad lo que

permite entre otras aplicaciones el acceso de internet de banda ancha.

Sistema Global para las Comunicaciones Móviles (Groupe Special Mobile GSM): Es un sistema

estándar, destinado a la comunicación mediante teléfonos móviles que incorporan tecnología digital y al

ser así, esta tecnología permite a los clientes navegar por internet, además la red GSM puede ser

utilizada para la transmisión de datos AMI en empresas eléctricas que no disponen de su propia

infraestructura de comunicación.

Red Backhaul (Red de retorno): Permite la conexión entre todos los equipos de telecomunicaciones

encargados de realizar la transmisión de información. La red de retorno interconecta redes entre si y

constituye una parte fundamental de un sistema de telecomunicaciones.

Fig. 57 Elementos y arquitectura de los sistemas AMI.

59

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hhttp://www.slideshare.net/FiiDEM/infraestructura-de-medicin-avanzada-ami-en-las-redes-inteligentes





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Un problema crítico para el buen funcionamiento de los medidores inteligentes es el sistema de comunicación, ya

que este debe ser 100 % confiable y seguro desde y hacia el centro de control del sistema eléctrico. Teniendo en

cuenta la gran variedad de lugares y las condiciones del clima donde se aplican, este reto puede llegar a ser

tremendamente importante. Para ello se tienen varias alternativas de solución como las tecnologías de radio,

fibra óptica, satélite, sistema PLC, redes Wi-Fi o IP (Internet Platform).

3.3.8. AUTOMATIZACIÓN DE SUBESTACIONES.

Fig. 58 Subestación eléctrica.

60

Un sistema de automatización de subestaciones permite realizar funciones de protección, medición y

supervisión pero con la gran ventaja de que se incluye todo un sistema de comunicaciones entre las

subestaciones, la red de potencia y los niveles de control, con la finalidad de optimizar el manejo de los recursos

de capital y reducir los costos de operación y mantenimiento con una mínima intervención de operadores. Para

estos fines se incluyen elementos inteligentes que permiten obtener acceso local y remoto al sistema de potencia

y con esto tener la capacidad de realizar funciones manuales, remotas o automáticas y obtener los registros de

todos los eventos que ocurren en la red eléctrica.

3.3.9. RECONFIGURACIÓN DE ALIMENTADORES.

Los alimentadores primarios son los principales responsables de la continuidad de servicio eléctrico ya que

conducen la energía eléctrica desde las subestaciones hasta los transformadores de distribución. Generalmente

su configuración es radial por lo que las fallas que se produzcan y sobre todo su ubicación son de gran

importancia ya que estas pueden dejar sin servicio a un gran número de clientes. La cantidad de carga no

servida puede reducirse en gran medida, si el alimentador posee equipos de protección y transferencia de carga

entre otras alternativas.

En las redes eléctricas de distribución la reconfiguración y optimización de los alimentadores primarios permite

minimizar las perdidas, mejorar los niveles de tensión y equilibrar la carga de la red, utilizando para ello métodos

como la ubicación de banco de capacitores, el balanceo y la transferencia de carga, logrando así elevar el grado

de confiabilidad, eficiencia y calidad en el servicio eléctrico que se entrega a los clientes.

60

http://stmeu.wordpress.com/2010/01/13/sub-estaciones-electricas-y-retie/

http://stmeu.wordpress.com/2010/01/13/sub-estaciones-electricas-y-retie/



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La reconfiguración de los alimentadores primarios tiene la misión de obtener una mejor y eficiente condición de

operación y consiste en la transferencia de cargas desde alimentadores sobrecargados o aquellos donde se

produjo una falla, hacia los alimentadores que registren cargas menores. Con esto no solo se busca controlar el

nivel de carga en los alimentadores involucrados en la operación de la red, sino también mejorar los perfiles de

tensión a lo largo de ellos y reducir las pérdidas en la red debido por ejemplo al efecto Joule. La reconfiguración

de los alimentadores consiste en la modificación de la topología de un sistema de distribución y se logra

modificando los puntos de enlace entre alimentadores hasta llegar a una topología óptima, esta maniobra de

reconfiguración se efectúa normalmente abriendo o cerrando los dispositivos de corte existentes en el sistema de

distribución ya sean estos de enlace y de seccionamiento. Un alimentador completo o parte de un alimentador

puede servirse desde otro alimentador cerrando el interruptor de enlace que los une y realizando el

seccionamiento apropiado, con la finalidad de mantener una óptima operación de la red de media tensión.

El concepto de optimización puede obedecer a varios aspectos como:

Aislar una falla producida en un alimentador, sin que esta afecte a los alimentadores vecinos.

Reconfigurar de forma remota la topología de la red, tratando al máximo de minimizar el área donde

exista una falla.

Minimizar las pérdidas de energía.

Disminuir la sobrecarga de un alimentador.

Disminuir el grado de desbalance.

Mejorar los perfiles de tensión.

Restricciones para una reconfiguración de alimentadores.

Cualquiera que sea la topología de la red, se debe asegurar que cumpla con las restricciones mínimas que son:

Conservar la configuración radial de los alimentadores.

Todas las cargas deben ser alimentadas.

Todos los dispositivos de protección deben estar totalmente coordinados.

Los límites térmicos de las líneas, los transformadores y otros equipos, no deben excederse.

Los niveles de tensión deben estar dentro de los límites establecidos.

3.3.9.1. Configuración topológica de la red eléctrica.

Sistema radial simple: En el sistema de distribución es la configuración más simple y común que puede

presentarse. Es utilizada generalmente para servir a lugares con determinadas densidades de cargas y consiste

en un ramal principal que a su vez se divide en sub ramales que se encargan de alimentar a los transformadores

de distribución.

Fig. 59 Sistema radial simple.

61

61

https://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/gispud/redeselectricas/site/cap2/c2topo23.php



-76 -

Sistema radial con enlace: Es una de las configuraciones más utilizadas, los enlaces se los realiza a través de

seccionamientos, es decir mediante la apertura y cierre de seccionadores se cambia la estructura de los

alimentadores, lográndose así mejorar la operación y el servicio del sistema eléctrico.

Fig. 60 Sistema radial con enlace.

62

Sistema radial con division de fases: Se utiliza en sistemas rurales, donde no existen requerimientos de

cargas trifasicas y consisten en la utilizacion de una fase para cada sector, lo que facilita la medidion y el

mantenimiento puesto que los instrumentos son monofasicos y se puede determinar rapidamente que sector se

encuentra con problemas.

Sistema en anillo: Este sistema aumenta considerablemente la confiabilidad y la regulación de la tensión en la

red debido a que cada punto tiene dos caminos de alimentación, sin embargo el sistema de protección es más

complejo por lo que se debe tener especial cuidado para despejar y aislar un tramo de la red donde se presente

una falla.

Fig. 61 Sistema en anillo.

63

Sistema mallado: Este sistema se caracteriza por tener interconexiones en varios puntos, ofreciendo de esta

manera mayor confiabilidad, pero de igual forma que el sistema anterior el diseño de las protecciones se

complica y deben realizarse con elementos que no permitan un flujo de la red hacia la subestacion.

Las cargas pueden ser alimentadas desde varias subestaciones, dando asi un servicio continuo. Ademas se

tiene una mejor regulacion de la tension.

62

https://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/gispud/redeselectricas/site/cap2/c2topo23.php 63




-77 -

Fig. 62 Sistema mallado.

64

3.3.9.2. Equipos de maniobra.

Entre los equipos de maniobra de una red eléctrica tenemos seccionadores, interruptores, reconectadores

entre otros. Estos elementos son indispensables en el manejo y operación del sistema eléctrico ya que se

encargan de la apertura y cierre de los alimentadores y de las subestaciones eléctricas, es por esta razón la

necesidad de contar con un sistema de comunicación directo entre estos equipos de campo y los

administradores de la red.

Para que el sistema de distribucion cumpla adecuadamente su funcion, ademas de lo descrito anteriormente,

debe poseer un adecuado y eficiente sistema de proteccion que cumpla con tres objetivos principales:

Seguridad del publico y del personal de la empresa.

Prevencion o disminucion de los daños en los equipos.

Confiabilidad y calidad de suministro de energia a los usuarios.

En forma general, un sistema de protecciones debe cumplir los siguientes principios basicos:

Selectividad: Las desconexiones en la red deben estar restringidas a la minima cantidad de clientes al

aislar una falla.

Sensibilidad: Los equipos de proteccion deben ser lo suficientemente sensibles para operar cuando se

presentan problemas bajo condiciones de minima falla y ser estables cuando en la red y en los equipos

protegidos este circulando la corriente maxima nominal.

Rapidez: Las protecciones deben operar de forma rapida para despejar oportunamente una falla y

minimizar los daños que pudiera provocar en los componentes del sistema electrico.

Para minimizar el efecto de las fallas sobre el ramal principal de un alimentador se debe hacer uso de los

equipos de proteccion que aislen la zona afectada por la falla mientras que la parte del alimentador que no se

vea afectada pueda ser transferida. Todas las ramificaciones del alimentador deben poseer, en el punto de

arranque equipos de proteccion. Usualmente para ramificaciones pequeñas se utiliza seccionadores fusibles y

para ramales de mayor importancia reconectadores. Es importante indicar que por mas pequeña que sea la

ramificacion, esta debe poseer algun equipo de proteccion, pues mas que proteger a ese ramal protegen al resto

del alimentador al limitar los efectos de una falla.

64




-78 -

Las combinaciones reconectador – seccionador o reconectador - fusible son muy tipicas en las redes de

distribucion y se las utiliza para proteger a la red tanto en la presencia de fallas transitorias como permanentes.

El problema en la proteccion de las redes electricas de distribucion ha venido adquiriendo cada vez mayor

importancia ante el crecimiento acelerado de todo el sistema electrico y la exigencia de un suministro de energia

a los clientes con una calidad de servicio cada vez mayor. Los equipos mas utilizados en los sistemas de

distribucion son:

El Interruptor: Esta ubicadoen la subestacion, especificamente en la cabecera del alimentador, posee

la capacidad interrumpir las corrientes de falla y tiene asociado un esquema de protecciones que

consiste en reles de sobrecorrientes para las fases y tierra, asicomo un sistema automatico de

reconexion.

Seccionadores: Son dispositivos utilizados para unir o separar de forma fisica y visible diferentes

elementos y componetes de un ramal de alimentadores, esto se lo realiza de forma que no se

interrumpa el funcionamiento del resto del sistema electrico. Por medio de los seccionadores se pueden

realizar trabajos de mantenimiento dejando sin tension una parte de la red electrica o bien para realizar

reparaciones en caso de algun percance o incoveniente.

Reconectadores automaticos: El reconectador es un interruptor con la funcion de reconexion

automatica, instalado preferentemente en las lineas de distribucion. Es un dispositivo de proteccion

capaz de detectar una sobrecorriente, interrumpirla y luego reconectar automaticamente la linea

afectada. Esta dotado de un control que le permite realizar varias reconexiones sucesivas, pudiendo

ademas controlar el intervalo y la secuencia de estas reconexiones. De esta manera si la falla es de

carácter permanente el reconectador abre la linea de forma definitiva despues de cierto numero de

operaciones programadas (generalmente tres o cuatro), de modo que aisla la seccion fallada de la

parte principal del sistema.

Localización de los interruptores para la reconfiguración de alimentadores.

Una vez que la óptima topología de la red ha sido establecida, se procede a definir la ubicación de los puntos de

corte y seccionamiento con el fin de habilitar lasmaniobras de reconfiguración que sean necesarias para mejorar

las condiciones de operación o para restablecer el servicio después de presentarse una o más fallas en el

sistema eléctrico. Estos dispositivos operan normalmente abiertos y se ubican en la partemás alejada posible

entre la subestación y dos alimentadores vecinos. Los seccionadores operan normalmente cerrados y se

distribuyen a lo largo de cada alimentador, de manera que proporcionen flexibilidad en su operación.

Restablecimiento del Servicio.

Las funciones de restablecimiento del servicio después de eventos o fallas del sistema de distribución, buscan

opciones que permitan normalizar el suministro eléctrico a la mayor cantidad posible de clientes.Para el efecto es

muy importante la posibilidad de disponer de puntos de corte y seccionamiento, en lo posible operados

automáticamente para aligerar la velocidad de respuesta y aumentar la confiabilidad de la reconfiguración de los

alimentadores.

3.3.10. DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS INTELIGENTES (IED).

Los IEDs son dispositivos que están en capacidad de intercambiar información con otros sistemas de nivel

jerárquico superior (sistemas de control) y estos a su vez se comunican unos a otros para determinar el estado

operativo de la red eléctrica. Los IEDs gracias a su gran capacidad para recolectar datos e información de las

subestaciones y de la red en sí, son considerados como parte fundamental hacia la interoperabilidad entre los

clientes, los operadores de las redes de transmisión y distribución, los operadores de las fuentes de generación y

los dispositivos inteligentes.



-79 -

3.3.11. SISTEMA AUTOMÁTICO DE RECONFIGURACIÓN Y RESTAURACIÓN DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN.

El sistema destinado a la restauración del servicio es una de las partes más importantes en la integración

delas redes eléctricas inteligentes – smart grid, razón por la cual debe estar basado en la plataforma de un

software totalmente confiable y eficaz para la reconfiguración automática de la red de distribución. Luego de

producirse una falla en la red el software debe restaurar rápidamente el servicio a todos aquellos segmentos del

circuito de alimentación que no se hayan visto afectados por dicha falla. Este sistema en un futuro no muy lejano

podrá utilizar el exceso de energía disponible de cualquier fuente alternativa (recurso de energía distribuida,

eólica, solar, convencional, dispositivos de almacenamiento, etc.) para restaurar el servicio en segundos a los

segmentos de la línea de un alimentador donde no exista ninguna falla, esto se deberá realizar sin sobrecargar

ninguna otra parte del sistema eléctrico. El sistema debe utilizar controles, comunicaciones de redes e

inteligencia distribuida de avanzada para aislar rápidamente una falla y luego restaurar el servicio a la mayor

cantidad de carga posible.

Esquema de automatizacion: El Esquema de automatización de las redes de distribución tiene como principio

el mantener o restablecer el servicio electrico a aquellas secciones del alimentador las cuales se encuentren

libres de falla, las mismas que hayan sido desconectadas debido a una falla en otra sección de la red. Un

sistema de restauracion debe reconfigurar la red automáticamente al esquema inicial cuando la sección de la

falla haya sido reparada. La lógica asociada a cada reconectador debe operar en este esquema sin necesidad de

comunicaciones o intervención del operador,utilizando la inteligencia integrada de los reconectadores.

Fig. 63 Esquema de automatización de la red de distribución.

65

Principio de operación: El sistema de restauracion reconfigura la red para restablecer el suministro de energía

a secciones de los alimentadores libres de fallas. Esto se logra por medio de los siguientes pasos:

Aislar la sección de la red donde exista la falla.

Reconfigurar la red para que las secciones libres de falla reciban el suministro normal de energia.

Automáticamente restaurar la configuración normal de la red cuando la falla es removida.

Tipos de Reconectador: Un sistema de restauracion puede definir tres tipos de reconectadores:

Un reconectador para el alimentador: Debera estar ubicado en un lugar lo mas cercano posible a la

subestación.

Un reconectador de puntos medios en la red: Es decir reconectadores ubicados en cualquier punto en la

red entre la subestacion y los puntos terminales de los alimentadores.

Un reconectador de unión o enlace: Este punto estara normalmente abierto y se encontrara donde

existan dos alimentaciones vecinos en sus respectivos puntos terminales.

65

http://www.schneider-electric.com.co/documents/press-release/automatizacin-de-redes.pdf



-80 -

Fig. 64 Tipos de reconectadores.

66

Reglas del sistema de restauracion y reconfiguración.

Regla A: El reconectador del alimentador se dispara cuando pierde el suministro de energía.

Regla B: Los reconectadores de puntos medios actúan sobre al grupo de protecciones B y entran en

modo de disparo cuando se pierde tensión en el lado fuente.

Regla C: El reconectador de enlace, se cierra solo cuando el suministro de tensión se pierde en uno de

los dos alimentadores.

Fig. 65 Reglas del sistema de restauración y reconfiguración.

67

66

http://www.schneider-electric.com.co/documents/press-release/automatizacin-de-redes.pdf 67

http://www.schneider-electric.com.co/documents/press-release/automatizacin-de-redes.pdf

Un reconectador para

el Alimentador Un reconectador para

puntos medios en la red

Un reconectador de

union o enlace


el Alimentador


puntos medios en la red Un reconectador de

union o enlace



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CAPITULO IV.

DESARROLLO DE NUEVOS SERVICIOS Y OPERACIONES

EN LAS EMPRESAS DE DISTRIBUCIÓN ELÉCTRICA.



-82 -

4. DESARROLLO DE NUEVOS SERVICIOS Y

OPERACIONES EN LAS EMPRESAS DE

DISTRIBUCIÓN ELÉCTRICA.

4.1. EL PROVEEDOR DE NUEVOS SERVICIOS.

Dentro del estudio de las redes eléctricas inteligentes – smart grid el domino del proveedor de servicios

integra a todos los componentes que tienen relación directa con los procesos de negocios como: facturación,

manejo de las cuentas de los clientes, servicio al cliente, entre otros. Este domino tiene su enfoque principal

dirigido a la gestión comercial de la energía, la misma que puede ser independiente debido al modelo de

competencia del mercado eléctrico. Debemos indicar que este modelo puede variar y depende de las políticas en

materia de energía establecidas en cada país. Este dominio también puede realizar tareas más avanzadas como

la gestión del uso de la energía y la generación a nivel residencial, además debe tener la capacidad de que en el

futuro pueda ser ampliado y evolucionar con la implementación de nuevos y mejores servicios.

Fig. 66 Visión general del dominio del proveedor de servicios.

68

Como se observa en la figura anterior el dominio del proveedor de servicios se enlaza con los dominios de

mercado, operaciones y el cliente. Las comunicaciones entre este dominio y el dominio del sistema de

operaciones son de especial importancia para el control de la red y para conocer constantemente su estado, las

comunicaciones con el domino de mercado y el cliente son fundamentales para permitir el crecimiento

económico mediante la puesta en marcha de nuevos y mejores servicios inteligentes, por ejemplo el dominio del

proveedor de servicios puede servir de interface al dominio del cliente para permitir su integración a los

mercados eléctricos.

Las empresas dedicadas al negocio de la prestación de servicios eléctricos podrán en el futuro crear nuevos e

innovadores productos y sistemas que permitan responder a las nuevas exigencias que demanda el

funcionamiento de la red eléctrica inteligente - smart grid. La implementación de nuevos servicios representa

oportunidades de un significativo crecimiento económico sin poner en riesgo la seguridad cibernética, la

confiabilidad del suministro y la estabilidad de la red eléctrica. Los principales desafíos de este dominio son el

desarrollo de adecuadas interfaces y normas que posibiliten el dinamismo del mercado y protejan la

infraestructura de la red.

68





-83 -

4.1.1. EL SISTEMA PREPAGO DE ENERGÍA ELÉCTRICA.

Actualmente en la mayoría de las redes de distribución, los clientes están conectados a la red sin ninguna

restricción en lo que se refiere a la cantidad de energía eléctrica que pueden consumir, debido a que este

consumo es simplemente registrado y esta información llega a los clientes a través de sus planillas, las mismas

que son pagadas mensualmente.

Un sistema de prepago eléctrico consiste en que el cliente deberá pagar con anticipación la cantidad de energía

que consumirá, esto lo hará comprando tarjetas de cierto valor económico asignados al Kw/hora, las mismas que

son ingresadas a un medidor prepago. De esta manera, la cantidad de energía que circulará hacia el domicilio

del cliente estará restringida al total del valor ingresado en el medidor. Cuando el saldo este por agotarse, el

medidor dará una alerta para que el cliente se preocupe de comprar una nueva tarjeta o hacer una nueva

recarga, antes de quedarse sin energía.

Fig. 67 Dispositivos utilizados dentro del sistema prepago.

69

Beneficios del sistema prepago.

Este sistema tiene una gran cantidad de beneficios tanto para los clientes como para la empresa que lo

implemente, iniciando desde el hecho de eliminar las interrupciones del servicio por falta de pago, lo cual incluye

cargos y trámites de reconexión, con costos mayores para el cliente.

Beneficios para el cliente: Desde el punto de vista de los clientes, este sistema les permite reducir

considerablemente el gasto en energía ya que cada persona podrá controlar lo que consume y comprar energía

en la medida que su capacidad económica se lo permita. Con esta nueva tecnología, los clientes podrán comprar

energía todas las veces que la necesiten y si su nivel de energía esta por agotarse podrán realizar una recarga o

una nueva compra sin importar si es fin de mes o no. Mediante los actuales avances tecnológicos en

telecomunicaciones se puede, incluso, realizar compras de energía online y revisar en una página web algunos

indicadores como por ejemplo, cuánta energía se ha consumido en un determinado periodo de tiempo.

Beneficios para el operador: Desde el punto de vista de la empresa eléctrica los beneficios en primer lugar se

dan, al eliminar la morosidad, ya que los clientes deben pagar antes de usar la energía, lógicamente, al no

generarse ninguna planilla mensual no hay opción de que el consumo de energía no sea pagado. La persona

que no paga la energía directamente se queda sin ella. Como no hay morosidad, no hay suspensiones de

servicio a quienes no paguen sus facturas, por lo que también se eliminan los costos de corte y reconexión. A

través de este sistema es el medidor inteligente quien automáticamente impide la llegada de energía si no se ha

cargado previamente una tarjeta.

69

http://www.baraderohoy.com/2009/11/19es-ley-el-sistema-prepago-de-uso-de-la energia-electrica/

http://www.google.com.ec/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=HEgluEiRTT89XM&tbnid=1UvQXktrN9h4pM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.baraderohoy.com/2009/11/19/es-ley-el-sistema-prepago-de-uso-de-la-energia-electrica/&ei=u0dhUor-MYr48gTR5oGYDA&bvm=bv.54176721,d.eWU&psig=AFQjCNGKH1_kEHDpfGx2CEDQNxS9xpiK0g&ust=1382193447620233



-84 -

En segundo lugar se eliminan algunos cargos especiales es decir, hay reducción de gastos para la empresa, lo

que se reflejara en la disminución de la tarifa que se les cobra a los clientes. Esta reducción se puede producir al

no tener que pagar al personal encargado de registrar las lecturas del medidor de cada cliente y al eliminar los

gastos relativos al procesamiento, emisión y entrega de las planillas mensuales. La implementación de un

sistema de prepago eléctrico permite reducir los hurtos de energía, al darles la posibilidad a ciertos clientes para

controlar sus hábitos de consumo y así evitar los posibles problemas sociales y legales causados por el robo de

electricidad.

Antecedentes Técnicos: Tradicionalmente el sistema de prepago se ha realizado en forma offline, es decir, las

tarjetas se venden en lugares específicos y los clientes deben acudir a comprarlas. Los dispositivos utilizados

para implementar el sistema prepago se denominan CDU (credit dispenser unit), estos dispositivos imprimen un

código o en algunos casos codifica una clave en una tarjeta magnética (dependiendo de la tecnología utilizada

en el medidor) con la que el cliente podrá registrar su saldo de electricidad en el medidor instalado en su

domicilio.

El sistema de venta offline, ha mostrado buenos resultados en los lugares donde ya ha sido instalado,

específicamente en sectores rurales, sin embargo, debido al avance de la tecnología se ha evolucionado a un

sistema de venta de energía eléctrica online, el cual, mejora indiscutiblemente la gestión del sistema de

comercialización y de consumo de energía para todas las aplicaciones del sistema prepago, aportando una

mejor calidad del servicio al cliente y sobre todo evitando posibles fraudes en el sistema de venta de energía. En

las figuras que se presentan a continuación, se observan los esquemas de funcionamiento del sistema de

prepago offline y online respectivamente:

Fig. 68 Sistema offline y Sistema online.

70

El sistema de prepago consta de tres componentes:

Medidor Controlador de Consumo Remoto (CCR): Es el dispositivo instalado en el domicilio del

cliente e integra la medición, el control y el accionamiento delas maniobras de conexión y desconexión

de manera automática.

Administrador Global del Sistema (AGS): Es el software utilizado para identificar al cliente y al

medidor, el cual tiene como aplicación la administración de la información y la generación de

estadísticas, características que permiten controlar por ejemplo el fraude ya que este software tiene

establecida una curva de consumo de cada cliente, la misma que al ser alterada inmediatamente

generara informes y alertas con la finalidad de movilizar al personal encargado de la supervisión del

sistema eléctrico. Este software puede ser modificado según las necesidades y requerimientos de las

empresas comercializadoras de energía eléctrica.

70

http://web.ing.puc.cl/-power/alumno10/prepago/antecentes-tecnicos.htm



-85 -

Comercialización, Activación y Recaudo (CAR): Es el sistema encargado de administrar de forma

correcta la logística de activación, recarga y el pago del servicio.

Fig. 69 Comparación del sistema convencional y el prepago.

71

4.1.2. TARIFAS ELÉCTRICAS INTELIGENTES.

Las tarifas eléctricas son el medio por el cual se establece un contrato de servicio para un determinado

suministro de energía eléctrica, en baja o media tensión entre la empresa distribuidora de energía y sus clientes.

Tarifas inteligentes: El diseño y la implementación de un nuevo esquema de Tarifas Inteligentes, es motivado

por la necesidad de utilizar la energía eléctrica generada de manera eficiente y con el objetivo de beneficiar al

cliente al brindarle algunas opciones de ahorro en su planilla mensual. Este sistema de tarifas inteligentes se

basa en la división del día en tramos horarios, asociándole a cada uno de ellos un precio diferenciado según la

demanda de energía registrada por cada empresa distribuidora.

Los diferentes precios asignados a cada tramo horario deben reflejar los costos que se producen para generar y

distribuir la energía eléctrica, proporcionando a la vez una señal al cliente para que consuma en los horarios de

menor costo, obteniendo de esa manera beneficios para las dos partes involucradas, por un lado el cliente paga

una tarifa menor y por otro las empresas eléctricas optimizan el trabajo de sus redes de transmisión y de

distribución utilizándolas en un porcentaje mayor y distribuido durante todo el día, evitándose así los

inconvenientes que surgen por los picos en la demanda de energía.

4.1.2.1. Tipos de tarifas inteligentes.

A nivel internacional existen diversas experiencias en el diseño e implementación de un sistema de tarifas y

facturación de energía de forma dinámica y eficiente, por ejemplo se han diseñado tarifas en las que se cuentan

dos tramos horarios (tarifas doble horario), o tarifas con tres tramos horarios (tarifas triple horario) las cuales

analizaremos a continuación:

Tarifa doble horario: En esta tarifa existen 18 horas de energía económica, frente a las 6 horas en

donde la energía tiene un precio mayor (horas en que se produce el pico de demanda en la red

eléctrica). Por lo tanto, el cliente tiene ¾ del día para consumir con un precio muy económico y ¼ del

día en donde el consumo debe minimizarse para lograr un ahorro en su planilla mensual.

71

http://www.afinidadelectrica.com.ar/articulo.php?idArticulo=79



-86 -

Esta tarifa está compuesta por dos periodos de tiempo, que pueden variar de acuerdo con las características

propias de la curva de carga de cada empresa:

Horas de punta: de las 17 a las 23 horas.

Horas fuera de punta: de las 23 a las 17 horas.

Fig. 70 Curva de carga.

72

Tarifa triple horario (Valle, Llano y Punta).

Este tipo de plan tarifario seria el ideal para implementarlo a un sistema de facturación que plantea la aplicación

de precios diferenciales mediante la división de la curva de carga en distintos períodos de tiempo en función de

la demanda diaria de energía. Para modo de ejemplo se podría establecer de la siguiente manera:

Horas de punta: de las 18 a las 22 horas.

Horas de llano: de las 7 a las 18 horas y de las 22 hasta las 24 horas.

Horas de valle: de las 0 hasta las 7 horas.

Estos horarios pueden ser modificados de acuerdo a la curva característica de cada empresa distribuidora,

según la región o el país.

Fig. 71 Esquema de aplicación de la tarifa triple horario.

73

Los cargos por la energía consumida pueden estar en función de:

72

UTE, curso tarifas eléctricas,Ing. Juan Carlos Patrone. 73

UTE, curso tarifas eléctricas,Ing. Juan Carlos Patrone.



-87 -

La distribución del consumo durante las distintas horas del día.

Nivel de tensión al cual está conectado el servicio.

Los diferentes precios fijados para las horas de Valle, Llano y Punta.

Cabe señalar que el cargo fijo de comercialización incluye los costos independientes del consumo (lectura,

facturación, cobranza, etc.).

Los cargos por potencia estarán en función de: Las cargas máximas medidas entre las fechas tomadas como

referencia para el cálculo de la planilla mensual según el precio fijado para las horas de punta, llano y el nivel de

tensión al cual esté conectado el servicio, sin dejar de recordar que el cargo por potencia en las horas valle debe

ser 0.

Facturación correspondiente a las horas del periodo valle: El costo de la tarifa para la facturación del

consumo de energía en las horas correspondientes al periodo denominado valle, será en general la misma tarifa

básica designada por los entes reguladores y la empresa encargada de la distribución y comercialización de la

energía eléctrica, sin ningún recargo por potencia consumida y sin ninguna restricción respecto a la cantidad de

energía a consumirse en este horario. Este cargo de valor 0 será asignado con el propósito de fomentar por

ejemplo la conexión de los vehículos eléctricos para su recarga energética en un horario de bajo consumo.

Facturación correspondiente a las horas del periodo llano: El costo de la tarifa para la facturación del

consumo de energía en las horas correspondientes al periodo denominado llano, será en general la misma tarifa

básica designada por los entes reguladores y la empresa encargada de la distribución y comercialización de la

energía eléctrica, pero bajo las siguientes condiciones:

La tarifa de consumo dentro de este periodo será la misma que la tarifa general establecida, pero se asignara un

límite de potencia a consumir para todos los clientes de acuerdo a las distintas categorías. Si la demanda

máxima de potencia medida es igual o mayor a la asignada en este periodo se procederá a aplicar un recargo en

la tarifa equivalente al 50% del costo de la potencia contratada, entonces al sobrepasar el límite establecido se

facturara tomando en cuenta el recargo del 50% sobre la tarifa básica.

Facturación correspondiente a las horas del periodo punta: El costo de la tarifa para la facturación del

consumo de energía en las horas correspondientes al periodo denominado de punta, tendrá en sí, un recargo

en la tarifa básica designada por los entes reguladores y la empresa encargada de la distribución y

comercialización de la energía eléctrica y estará sujeta a las siguientes condiciones:

En busca de redistribuir las horas de mayor consumo de energía y tratando en la medida de lo posible el

estabilizar la curva de carga de las empresas distribuidoras, la tarifa establecida dentro de este periodo tendrá un

recargo en base al criterio de los entes reguladores y las empresas eléctricas, además se podrá aplicar

restricciones en el cantidad de potencia a consumir, así como también se tendrá la capacidad de gestionar e

intervenir el consumo de cada cliente directamente desde el centro de control de la empresa eléctrica, esto

mediante la utilización de los distintos dispositivos y sistemas analizados en este presente trabajo de

investigación, con los cuales se lograra suavizar la curva de carga durante las horas de mayor consumo en el día

tratando de concientizar al cliente sobre el uso eficiente y racional de la energía eléctrica.

Cabe recalcar que este modelo debe ser minuciosamente analizado ya que varía y depende de factores como:

Estaciones climáticas: verano, invierno (aplicando el caso de nuestro país), siendo este un factor que incide

directamente en los hábitos de consumo de los clientes.

Región: Costa, Sierra, Oriente y región Insular (aplicando el caso de nuestro país). Este factor tiene igual

incidencia en el diseño y aplicación de las tarifas, ya que se deben tener muy en cuenta los hábitos de consumo,



-88 -

los horarios, los artefactos y electrodomésticos utilizados por las habitantes de diferentes regiones, los cuales

van a ser distintos irremediablemente.

Uno de los aspectos más importantes para el despliegue de uno u otro esquema tarifario y de un sólido sistema

de facturación inteligente, es la infraestructura de medición en base a los “medidores inteligentes” su

funcionalidad y la conectividad de estos dispositivos inteligentes.

4.2. IMPLEMENTACIÓN DE NUEVAS OPERACIONES EN LAS EMPRESAS DE DISTRIBUCIÓN ELÉCTRICA.

Fig. 72 Visión general de las operaciones de una red eléctrica inteligente – smart grid.

74

En este dominio se encuentran todas las futuras operaciones que contribuirán al óptimo y eficaz

funcionamiento del sistema eléctrico.

4.2.1. TELEGESTIÓN.

La telegestión se basa en la aplicación de distintas tecnologías de información y comunicación, las cuales

habilitan la telelectura y la gestión de forma remota o a distancia de los medidores inteligentes. Estos sistemas

permiten el intercambio de información y la realización de múltiples operaciones entre los centros de control de

las empresas de distribución eléctrica, los concentradores y los medidores inteligentes.

Mediante la telegestión la empresa eléctrica podrá conocer la curva de consumo de cada instalación, lo que

servirá para ofrecer a cada cliente un servicio más ajustado de acuerdo a sus necesidades, se podrá recomendar

al cliente diversas opciones para el consumo eficiente de su vivienda, indicándole por ejemplo el instante preciso

en el que se aplicara la tarifa de energía más económica en función de la curva de la demanda disponible en un

determinado momento. Gracias a las aplicaciones de la telegestión, el cliente dispondrá de importante

información, como el periodo tarifario en curso, la potencia contratada o la potencia máxima demandada, lo que

le permitirá replantear sus hábitos de consumo y así ahorrar energía.

74





-89 -

Los sistemas de gestión de energía utilizados conjuntamente con los medidores inteligentes permiten vincular al

cliente a la red como un elemento activo controlable, además ofrece a los comercializadores, distribuidores,

generadores y a los organismos de regulación una variedad de servicios y herramientas que posibilitan el control

y la gestión del sistema eléctrico. Las tecnologías de telegestión incluyen diferentes componentes técnicos que

pueden variar de acuerdo con las condiciones del mercado y de la regulación, con estos antecedentes podemos

destacar las siguientes características:

Lectura remota de energía y potencia.

Lectura remota de los parámetros de calidad.

Programación remota de tarifas.

Conexión y desconexión a distancia.

Medida y transmisión de los datos del consumo de electricidad.

Gestión automática de los medidores electrónicos inteligentes.

Implementación de una infraestructura de comunicación bidireccional entre los medidores y los agentes

que participan en el sistema.

Gestión de la demanda.

Permitir el desarrollo de nuevos servicios en el sistema eléctrico.

Fomentar la micro-generación, transformando al cliente en un productor de energía.

Aplicaciones y Servicios de los Sistemas de Telegestión.

El despliegue de un sistema de telegestión en un sistema eléctrico puede soportar un amplio rango de nuevos

servicios y aplicaciones entre las cuales podemos mencionar:

Facturación y servicios al cliente: Los sistemas de telegestión permitirán proporcionar a los clientes

una información detallada de sus consumos, siendo esta una función adicional al nuevo esquema de

facturación donde se eliminaran las lecturas estimadas, proporcionando así una total exactitud en el

sistema de facturación.

Detección de fraudes: La constante monitorización del sistema de telegestión sobre los medidores

inteligentes ayudara a evitar la manipulación no autorizada de este equipo, a más de poder registrar

cualquier variación del consumo fuera de lo normal o establecido.

Modificación del esquema tarifario: Actualmente, los esquemas tarifarios aplicados a los clientes

residenciales son invariables en el tiempo, esto puede cambiar drásticamente gracias a las aplicaciones

de la telegestión con las que se pueden plantear nuevos esquemas cuyo objetivo final sea cambiar los

patrones de consumo de los clientes residenciales.

Gestión inteligente: Del consumo de energía a nivel de toda la etapa de distribución hasta los clientes,

especialmente en los periodos de punta en la demanda, esto se produce gracias a la alta eficiencia que

debe tener el monitoreo continuo del consumo de los clientes, es decir la información que es

recolectada de los medidores inteligentes y de los concentradores, la cual es enviada a los centros de

control de las empresas distribuidoras. Esta es una de las características principales de las redes

eléctricas inteligentes – smart grid.

Operación y planificación de los sistemas de telegestión: El uso de los sistemas de telegestión va a

permitir a las empresas distribuidoras optimizar y desarrollar sus procesos y algoritmos utilizados en la

gestión de la red.

Localización de Fallas: El proceso de localización de fallas en la red se puede ver mejorado gracias a

la infraestructura de comunicaciones del sistema de telegestión y mediante el uso de la información

disponible en los concentradores, con esto se lograra detectar la pérdida del enlace por parte de los



-90 -

medidores inteligentes lo que significaría una falla en la línea. Para realizar un trabajo eficiente en esta

área es necesario contar con lo siguiente:

Conectar más sensores para detectar las posibles fallas y enlazarlos con el centro de control.

Utilizar dispositivos de media tensión para detectar rupturas de las líneas aéreas.

El crecimiento de los sistemas de generación distribuida, motivaran a reemplazar el sistema de

protección basado en fusibles por seccionadores, los que darán paso a un nuevo sistema de control en

BT.

Gestión de Averías: El proceso de gestión de averías en las empresas distribuidoras se puede ver

mejorado con el uso de los sistemas de telegestión, al contar con un diseño adecuado de la arquitectura

de la red eléctrica que permita la integración entre el sistema de telegestión y el sistema OMS se lograra

superar varias de las limitaciones en cuanto al tiempo de respuesta para restablecer el servicio eléctrico

y la calidad de los reportes obtenidos por el OMS.

A continuación, analizaremos en qué medida puede el sistema de telegestión afectar el ciclo de

duración de una avería, el mismo que se puede dividir en:

1. Notificación.

2. Verificación.

3. Reparación y restauración del servicio.

4. Reporte.

Notificación: Para la notificación de las averías, las empresas distribuidoras poseen un centro de

llamadas en el que los clientes notifican los problemas de suministro. Dependiendo de las

características del sistema de telegestión implantado, el proceso de notificación de una avería puede

ser mejorado analizando los mensajes de comunicación entre el medidor y los concentradores, de

manera que las averías puedan ser detectadas sin necesidad de recibir llamadas de los clientes.

Verificación: Con un diseño adecuado de la arquitectura entre el AMI y el OMS, la verificación de la

avería puede realizarse mientras el cliente se encuentra al teléfono o antes de que la incidencia sea

atendida. Con esta aplicación desde el centro de control se puede vigilar el correcto funcionamiento del

medidor con lo que el operador del sistema eléctrico puede realizar la comprobación de la falta del

suministro de energía, esto debido a que en un porcentaje significativo las llamadas son debidas a

problemas en la instalación propiedad del cliente.

Reparación y restauración del servicio: Una vez realizada la reparación de la avería, el OMS enviará

una señal de verificación al medidor, lo que proporciona un medio de verificación de la restauración del

servicio al cliente.

Reporte: Las notificaciones de restauración pueden ser utilizadas para mejorar la exactitud de los

informes de confiabilidad o reducir la necesidad de utilizar al personal de la empresa para recoger y

analizarla información obtenida de la red eléctrica.

Estimador del estado de la distribución: El uso de las medidas de tensión y consumo que

proporcionan los sistemas de telegestión pueden permitir la mejora de los estimadores de estados para

los sistemas de distribución. Hasta ahora, el principal problema al desarrollar este tipo de aplicaciones

es la falta de datos que permita una adecuada exactitud en las estimaciones. Como ejemplo de las

mejoras en el uso de estos sistemas se analizará la representación ideal para observar la carga

existente en cada transformador del sistema. La aproximación analizada incluye perfiles de carga que

se basan en los datos monitorizados por el sistema de telegestión.



-91 -

Para mejorar la estimación de la carga, algunas empresas distribuidoras deberán instalar sistemas de

telecontrol en determinados puntos de la red de distribución que proporción en datos a tiempo real a nivel

de subestación e incluso en algunos casos a nivel de los transformadores. Mencionadas medidas junto

con las realizadas por el sistema de telegestión, permiten el desarrollo de algoritmos de estimación de

estado que pueden ser usados para mejorar las condiciones de carga del sistema y realizar estimaciones

del funcionamiento de un determinado punto de alimentación de la red.

Control en la utilización de la red eléctrica: Utilizando las comunicaciones y la información que van a

proporcionar los sistemas de telegestión, podemos plantear una serie de aplicaciones y funcionalidades

para medir la carga de ciertos componentes de la red eléctrica que pueden ser aplicados en la

planificación y operación de la misma. Para realizar esta función debemos conocer el grado de

utilización de los transformadores de distribución, la carga de las líneas y el grado de desequilibrio.

Apoyo a la Generación Distribuida: El desarrollo de la generación distribuida se puede ver

beneficiado a corto plazo por la implementación de los sistemas de telegestión.

.

4.2.2. TELEMEDICIÓN.

La telemediciòn es una tecnología que permite la medición remota y el posterior envío de la información hacia

el operador del sistema y está encaminado a disminuir o eliminar el impacto económico que producen las

pérdidas eléctricas en especial las no técnicas de las empresas encargadas de la distribución de la energía

eléctrica. La telemedición consiste en el empleo de sensores o transductores ya sean estos analógicos o

digitales, destinados a la adquisición de datos a distancia. Los datos obtenidos son enviados a través de un

sistema de telecomunicaciones a una estación de control, lugar en el que estos datos recolectados son

administrados, procesados y visualizados. La aplicación de este sistema en las empresas distribuidoras les

permitirá administrar eficazmente la información de sus clientes, reducir sus costos, ofrecer innovadores y

mejores servicios al cliente además, puede proporcionar a la empresa distribuidora información en tiempo real de

los diferentes grupos de consumo de su sistema y facilitar la identificación de áreas de cobertura eléctrica que

necesiten soporte técnico.

Por otro lado, el conocimiento del sistema de distribución en tiempo real permitirá crear metodologías más

exactas del cálculo de las pérdidas eléctricas a más de saber el comportamiento de la demanda, predecirla y

proyectar su comportamiento con mayor exactitud.

La característica distintiva de un sistema de telemedición, es la manera en cómo se transmiten los datos y la

conversión de las cantidades medidas a las unidades o magnitudes que se deben transmitir para la medición a

distancia. Un ejemplo de la utilidad de un sistema de telemedición es la medición, transmisión y procesamiento

de magnitudes físicas como: potencia activa, corriente, tensión de servicio de un determinado cliente, etc.

Un sistema de Telemedición se compone de tres elementos esenciales: una unidad de emisión

(transductor o captador), una unidad receptora (un instrumento para la medida de una variable eléctrica) y un

circuito de enlace, o canal, mediante el cual la variable eléctrica (señal) originada en el emisor se traslada y se

introduce en el receptor.

Aplicaciones.

Este tipo de tecnología permite a las empresas distribuidoras tener el control desde sus oficinas sobre

actividades que puedan incidir en pérdidas eléctricas especialmente las no técnicas, mejorando la confiabilidad

en el corte y re-conexión del servicio eléctrico a los clientes, elevando la seguridad del sistema eléctrico y

evitando que el personal se movilice hacia zonas o barrios denominados conflictivos, a más de otras aplicaciones

como:



-92 -

Monitorear el desarrollo del consumo de energía.

Lectura de los medidores de energía.

Facturación inmediata.

Corte y re-conexión remota en forma instantánea.

4.2.2.1. La telemedición como aplicación encaminada a la reducción de pérdidas en las empresas distribuidoras.

Antes de realizar un estudio de la aplicación de los sistemas de Telemedición destinados a minimizar o

eliminar las pérdidas en una empresa distribuidora, es adecuado realizar una revisión del tipo de pérdidas y sus

características.

Definición de Pérdidas: Se define a las pérdidas como aquella energía que se pierde en cada una las partes

que conforman el sistema en especial el de distribución.

4.2.2.2. Clasificación de las pérdidas de energía eléctrica.

Una de las principales preocupaciones de una empresa eléctrica debe ser la evaluación constante del nivel

de pérdidas en todos sus subsistemas y de los componentes de la red eléctrica en su área de concesión de

forma que se puedan definir y establecer los mecanismos necesarios para su reducción. En vista de que el valor

de las pérdidas de energía es uno de los indicadores de la gestión técnico - administrativa de las empresas

eléctricas, es conveniente determinar la cantidad de energía que se pierde.

En un sistema eléctrico normalmente se identifican dos tipos de pérdidas que son:

Pérdidas Técnicas.

Pérdidas No Técnicas.

Las pérdidas de energía en su clasificación se pueden resumir en lo siguiente:

Pérdidas técnicas de energía: Las pérdidas técnicas se presentan principalmente por la resistencia de los

conductores que transportan la energía desde los lugares de generación hasta llegar a los clientes. Existen

las pérdidas de transmisión de alta tensión (resistivas, efecto corona) y las pérdidas en las líneas de

distribución (efecto joule) que se originan a partir de la resistencia de sus conductores (distribución primaria y

secundaria), así como las pérdidas en los núcleos de los transformadores de las subestaciones y en los que se

encuentran instalados en las redes de distribución (pérdidas por corrientes parásitas e histéresis).

Para el análisis de las pérdidas técnicas en un sistema de distribución, existen varios componentes como:

Redes primarias de media tensión.

Transformadores de distribución.

Redes secundarias de baja tensión.

Seccionamiento.

Acometidas y otros componentes.

Debido a los distintos fenómenos que se producen en los componentes de una red eléctrica se tiene la siguiente

clasificación:



-93 -

Las pérdidas según la función del componente:

Pérdidas por transporte.

En líneas de transmisión.

En líneas de subtransmisión.

En los circuitos de distribución primaria.

En los circuitos de distribución secundaria.

Pérdidas por transformación

En la transmisión / subtransmisión.

En la subtransmisión / distribución.

En los transformadores de distribución.

Las pérdidas por causas como:

Pérdidas por efecto corona.

Pérdidas por efecto joule.

Conexiones deficientes.

Pérdidas por corrientes parásitas e histéresis.

Pérdidas no técnicas de energía: Estas pérdidas no constituyen una pérdida real de energía en la red de

distribución, al contrario esta energía es utilizada por algún cliente ya sea dentro de los clientes registrados por la

empresa distribuidora como los que no lo están. El efecto que causan estas pérdidas no técnicas en general es

el perjuicio económico que sufren las empresas distribuidoras al no presidir ningún pago por sus servicios debido

a no registrar el consumo preciso de energía en sus redes.

Algunos estudios han determinado la relación directa entre la capacidad administrativa de una empresa eléctrica

y el nivel de sus pérdidas no técnicas, siendo ese nivel el claro reflejo del desempeño y de la capacidad

administrativa y operativa que tiene una empresa distribuidora para solucionar todos aquellos problemas que se

le pudieran presentar para su normal funcionamiento como: sistemas de medición defectuosos, la no aplicación

de procedimientos efectivos de facturación y la falta de control de las conexiones ilegales a la red eléctrica.

Todos estos aspectos antes mencionados son los que obligan a las empresas eléctricas a controlar sus índices

de pérdidas, adoptando para esto medidas como un mayor control de las conexiones ilegales a la red de

distribución, lo cual reducirá drásticamente el robo de energía, esto se podrá alcanzar al realizar mediciones

precisas del consumo de sus clientes, controlando y verificando las lecturas de los medidores de energía,

además de controlar el eficaz proceso de ingreso y actualización de su base datos, la cual debe contener los

registros de los clientes conectados al sistema y sus respectivas categorías tarifarias.

Clasificación de las pérdidas no técnicas.

Clasificación según la causa que las produce:

Consumo de energía porclientes no registrados por la empresa distribuidora o comercializadora.

Errores en la lectura del consumo.

Errores en el consumo estimado.

Errores en el procesamiento de la información.

Fraude o Hurto, mediante alteraciones del sistema de medición.

Clientes sin medidores.



-94 -

Clasificación por su relación con las actividades administrativas de la empresa:

Pérdidas durante el registro de consumos.

Pérdidas durante la facturación.

Pérdidas durante la recaudación.

4.2.2.3. Sistema de medición y gestión de pérdidas.

El Sistema de medición y gestión de pérdidas, tiene como objetivo optimizar la administración de las

cargas y registrar la cantidad de energía entregada, con lo que se logra una gestión eficaz en el manejo y

reducción de las pérdidas que tienen su origen en las instalaciones de los clientes residenciales, comerciales e

industriales, además de facilitarse el control y la detección de zonas conflictivas en la red de distribución (zona de

altas pérdidas no técnicas).

Descripción del sistema: El sistema está compuesto por medidores de energía agrupados de acuerdo a la

densidad del número de clientes, los mismos que se encuentran conectados a un “Concentrador Secundario”

(CS) que consta de un módulo electrónico a manera de memoria y cuya finalidad es almacenar la información de

la energía consumida por cada cliente, este módulo se encuentra interconectado a través de una red de

comunicación al “Concentrador Primario” (CP) cuya función es manejar y controlarla operación de los

concentradores secundarios.

Elementos del Sistema de medición y gestión de pérdidas.

Fig. 73 Descripción en campo de un sistema de medición y gestión de pérdidas.

75

Descripción de los elementos de un Sistema de medición y gestión de pérdidas.

El Concentrador Primario (CP).

Es un módulo inteligente con funciones como: almacenar la información de cadacliente, recibir los datos del

concentrador secundario y procesar toda la información para adoptar decisiones como corte, re-conexión y el

balance de cargas de cada alimentador.

75

http://www.monico.com.ar/perdidas%20no%20tecnicas/12%20sistema%20de%20medicion,%20corte%20y%20

reconexion%20%20ª%20distancia.pdf

Descripción:

A) Cliente.

B) Concentrador Secundario CS.

C) Terminal de Consulta y Lectura en kWh.

D) Concentrador Primario CP.



-95 -

Los principales datos recibidos por el concentrador primario son:

Lectura en kW/h de cada cliente, actualizado cada cierto periodo de tiempo.

Informaciones de alarmas generadas en los concentradores secundarios.

Las operaciones efectuadas por el concentrador primario son:

Reconexión del concentrador secundario.

Información del medidor.

Conectar y desconectar al cliente de la red.

Deshabilitar algún fraude.

Estado de la comunicación.

Concentrador Secundario (CS).

En cada concentrador secundario se conectan un cierto número de acometidas, Consta de una fuente de

alimentación y un módulo electrónico que es el encargado de la lectura del consumo de cada cliente. Este

módulo debe poseer candados de seguridad y un sensor el cual debe alertar al centro de control al producirse

una apertura no autorizada del módulo.

4.2.2.4. Sistema de telemedición vía PLC (Power Line Communication).

El sistema de telemedición vía PLC, utiliza las redes de distribución de energía eléctrica para realizar

la transferencia de datos. Es un sistema de lectura automática de medidores inteligentes, los mismos que

se comunican bidireccionalmente vía PLC con un equipo colector de datos instalado en la subestación de

distribución. El colector es capaz de transmitir los datos a distancia vía micro-onda, vía telefónica, GPRS,

fibra óptica o Ethernet, hasta un servidor instalado en el centro de control y facturación de la empresa

eléctrica desde donde se administrará la información, se generará las planillas de consumo a los clientes y se

permitirá la desconexión y conexión de forma remota.

4.2.2.5. Sistema de telemedición vía GPRS (sistema de transmisión de paquetes vía radio).

Las ondas radioeléctricas son un medio eficaz de establecer las comunicaciones con puntos móviles o fijos,

para el presente caso, el enlace de comunicación esta dado desde el medidor de energía hasta los centros de

control. Debido a que las ondas de radio poseen la facultad de ser trasmitidas a través del espectro

electromagnético, estas llegan a su destino sin ningún tipo de problema o pérdida de información, salvando toda

clase de obstáculos, pero considerando que el transporte de información depende de los rangos de distancia.

Esta tecnología permite a las empresas eléctricas enviar recibir y procesar datos de otros dispositivos que

conforman la red eléctrica inteligente. Además brinda las facilidades que las empresas eléctricas necesitan para

crear, descargar y ejecutar programas a nivel de los dispositivos de campo para realizar funciones específicas

como la automatización de la distribución, estructurándose no solo en un sistema de medición, sino en una red

inteligente de soluciones múltiples, capaz de monitorear los principales elementos del sistema eléctrico y facilitar

la administración de la distribución de energía eléctrica.



-96 -

CAPITULO V.

EL MERCADO ELÉCTRICO Y LA PARTICIPACIÓN DE

LOS CLIENTES EN LAS REDES ELÉCTRICAS INTELIGENTES – SMART GRID.



-97 -

5. EL MERCADO ELÉCTRICO Y LA PARTICIPACIÓN DE LOS CLIENTES EN LAS REDES ELÉCTRICAS INTELIGENTES – SMART GRID.

5.1. EL MERCADO ELÉCTRICO EN LAS REDES ELÉCTRICAS INTELIGENTES – SMART GRID.

Fig. 74 Visión general del dominio del mercado eléctrico.

76

En este dominio se realizan las respectivas transacciones de compra y venta de energía eléctrica, además se

ejecutan todas las tareas para intercambiar precios y equilibrar tanto la oferta como la demanda de energía.

Para obtener un equilibrio entre la producción y el consumo de energía son fundamentales las comunicaciones

entre el dominio del mercado y los dominios de generación y del cliente.

5.1.1. EL MERCADO ELÉCTRICO MAYORISTA (MEM).

Es el mercado integrado por los generadores, distribuidores y los grandes consumidores, en donde se

realizan todas las transacciones correspondientes a grandes bloques de energía eléctrica, incluyendo la

exportación e importación de energía. Para el correcto funcionamiento del mercado mayorista este debe ser

competitivo y establecerlos precios de la energía de manera transparente.

5.1.2. MERCADO ELÉCTRICO MINORISTA.

El mercado eléctrico minorista tendrá a futuro múltiples objetivos como ofreces costos menores de sus

servicios y una mayor diversidad de innovaciones y nuevos productos.

76





-98 -

5.1.3. RECURSOS ENERGÉTICOS DISTRIBUIDOS (DER).

Estas tecnologías son utilizadas debido a la necesidad de controlar y reducir la generación de electricidad

basada en la utilización en la utilización de combustibles fósiles y en su lugar promover la generación eléctrica

mediante el empleo de los sistemas de generación renovable y de micro generación a nivel local.

A futuro se puede crear mercados eléctricos basados en la generación distribuida que permitan la compra y

venta de energía entre las empresas eléctricas y sus clientes. Se debe tener presente que la generación

distribuida se puede presentar en los dominios de transmisión, distribución y del cliente. La problemática que se

puede producir es que la generación centralizada a gran escala perdería su mercado ya que al implementar la

generación distribuida disminuye la compra de energía por parte de las empresas distribuidoras. Este tema

puede tornarse polémico pues las grandes generadoras de electricidad podrían oponerse a las regulaciones

necesarias que permitan la implementación de la generación distribuida.

3.2. EL PAPEL DE LOS CLIENTES EN LAS REDES ELÉCTRICAS

INTELIGENTES– SMART GRID.

Fig. 75 Visión general del dominio del cliente.

77

La etapa final de la red eléctrica inteligente – smart grid es la que tiene relación directa con el cliente, ya que

luego de todo el proceso desde la generación, la transmisión, la transformación y la distribución de energía

eléctrica, es en este punto donde la electricidad es consumida. La finalidad en este dominio es brindar la

oportunidad al cliente para que pueda gestionar su propio consumo al igual que generar electricidad para su

autoconsumo o para inyectarla a la red eléctrica, todo esto se podrá realizar teniendo como característica

fundamental el continuar con el flujo bidireccional de información entre los clientes y todos los dominios de la red

inteligente.

Para el análisis de este dominio de la red eléctrica inteligente, se lo puede dividir en tres partes fundamentales,

en las cuales se puede aplicar las respectivas tecnologías y sistemas de automatización:

77





-99 -

Sector residencial.

Sector comercial.

Sector industrial.

5.2.1. LOS SISTEMAS DOMÓTICOS (EL HOGAR INTELIGENTE).

La domótica es un concepto que aplica distintas tecnologías en el hogar mediante el uso simultáneo de las

telecomunicaciones, la electrónica, la informática y la electricidad. La instalación de los sistemas domóticos

facilita al cliente de una empresa eléctrica, el poder gestionar y monitorizar inteligentemente todos sus consumos

de energía, aprovechando mejor los recursos naturales y adaptándose a las nuevas estructuras tarifarias al

consumir más energía eléctrica en las horas de menor costo, de esta manera el cliente obtendrá una

considerable reducción del valor económico de su factura o planilla mensual mientras gana en confort y

seguridad. Para lograr estos objetivos será necesario disponer de una serie de equipos que además de permitir

conocer el consumo y gestionar las órdenes de la empresa eléctrica, proporcionen las respectivas aplicaciones

destinadas a la comunicación y al ahorro energético. Este conjunto de aplicaciones es conocido como sistemas

domóticos, los cuales son capaces de realizar diversas funciones en las instalaciones de las viviendas y a la vez

recolectar la información que proviene de los distintos sensores, procesarla, realizar procesos automatizados y

transmitirla a las redes de comunicación. Con el desarrollo de estos sistemas los clientes residenciales del futuro

estarán preparados para la implementación de las redes eléctricas inteligentes smart - grid, brindando al sector

de la distribución eléctrica nuevas oportunidades de negocio debido a la modernización de las instalaciones en

las viviendas y consecuentemente al mayor número de equipos eléctricos que formarán parte de la red.

En la actualidad los sistemas domóticos ofrecen una gran variedad de funcionalidades orientadas a monitorizar el

consumo eléctrico de todas y cada una de las instalaciones de una vivienda: electrodomésticos, iluminación,

sistemas de comunicaciones, refrigeración, calefacción, etc. Esto permite hacer una gestión personalizada del

consumo (en un determinado periodo, ya sea horario, diario, mensual, etc.), así como detectar el mal

funcionamiento de los distintos equipos del hogar. El monitorizar la calidad del suministro eléctrico permite,

además, proporcionar de forma remota toda la información que requiere una empresa eléctrica para mejorar el

funcionamiento global del sistema de distribución ajustando la producción de energía a los hábitos de consumo.

La domótica tiene algunas aplicaciones como por ejemplo:

El control del encendido de electrodomésticos: Programando su funcionamiento en horarios en los que

el precio de la energía es menor.

Detección y gestión del consumo de los electrodomésticos.

Programación de la desconexión de circuitos eléctricos no prioritarios, antes de alcanzarla potencia

contratada.

5.2.2. ELECTRODOMÉSTICOS INTELIGENTES.

Un electrodoméstico inteligente es aquel que cuenta con los elementos relacionados con el uso y consumo

de energía eléctrica, los cuales son capaces de monitorear, proteger y ajustar de manera automática su

operación con la finalidad de satisfacer las necesidades del cliente y elevar el nivel de gestión del consumo de

energía en las empresas eléctricas. Su programación y control podrá ser realizo a distancia sin ninguna dificultad

gracias al uso del internet, llegando hasta la gestión mediante aplicaciones desarrolladas para teléfonos móviles.



-100 -

Algunas de las características más importantes de los electrodomésticos inteligentes son:

Las respuestas que pueden brindar a las señales de la empresa eléctrica, de manera que el cliente

pueda contribuir de forma manual o automática al control de la demanda en horas pico, así como a

situaciones de emergencia del sistema eléctrico colaborando por ejemplo a prevenir variaciones de

tensión y posibles fallas en la red.

El proporcionar información al cliente, le facilitara el decidir y mejorar el uso de la energía eléctrica.

Hoy en día se encuentra disponible la tecnología necesaria para incorporar en los electrodomésticos,

dispositivos electrónicos que los habiliten para enviar a la empresa eléctrica información en tiempo real

acerca de su consumo de energía, controlando así el uso de los electrodomésticos en los periodos en

que el costo de la energía es más alto o en el periodo de pico en la demanda.

Con esta tecnología, los perfiles de consumo de los clientes podrán conocerse a detalle, habilitando a la

empresa eléctrica y a sus clientes a trabajar en conjunto para la consecución de los objetivos de

beneficio común, esto conlleva a un control eficaz y eficiente del lado de la demanda.

Entre los sistemas de automatización que próximamente aparecerán en el mercado, los cuales estarán

destinados al control del consumo de energía, es decir al apagado y al encendido automático de los

electrodomésticos están el uso de internet de banda ancha, el desarrollo de las redes comunicación para

aplicaciones domésticas y la incorporación de dispositivos electrónicos de controlen los electrodomésticos. En

este sentido, las redes eléctricas inteligentes – smart grid, proporcionaran las herramientas necesarias para que

los clientes efectúen una administración eficiente de su consumo eléctrico. La supervisión continua del

funcionamiento de los electrodomésticos es una acción adicional para la optimización del consumo eléctrico en el

hogar, ya que a partir del análisis estadístico de los eventos funcionales del electrodoméstico es posible detectar

anomalías o condiciones de operación que pudieran provocar incrementos anormales en el consumo de

electricidad. El estado de la práctica y la tendencia tecnológica en la administración y la eficiencia energética, lo

está marcando el concepto de respuesta de la demanda (DR), en este contexto se encuentran los

electrodomésticos inteligentes y el elemento central de este concepto llamado sistema de administración de la

energía en el hogar, el cual, interconectado con los electrodomésticos a través de la red de comunicación HAN

forma una aplicación completa para el control del consumo y el uso de la energía en el hogar.

Control de los electrodomésticos inteligentes: Para el óptimo control de los electrodomésticos inteligentes, lo

ideal sería colocar un display remoto en el interior del domicilio de cada cliente con el objetivo de brindarle de

forma clara, la información referente a su consumo de energía eléctrica, así como proporcionarle la capacidad de

gestionar la operación de sus electrodomésticos de manera manual o automática (desde la empresa eléctrica o

desde el mismo display remoto). El medidor inteligente proporciona toda la información referente al consumo de

electricidad de cada cliente al concentrador de mediciones, el cual se encuentra instalado en el poste de

distribución de donde salen las acometidas hacia los domicilios. El concentrador de mediciones envía la

información necesaria (consumos, precios de energía, mensajes hacia el cliente, etc.) al display remoto, para

mantener informado al cliente sobre su consumo de energía eléctrica. Además envía la información (perfiles de

consumos, mensajes del cliente) a las oficinas de la empresa eléctrica para propósitos de control, monitoreo y

facturación. La información es procesada y desplegada en el servidor de la empresa mediante el software de

MDM.

5.2.3. AUTOMATIZACIÓN DE EDIFICIOS COMERCIALES.

Añadir “inteligencia” a un edificio contribuye a simplificar y optimizar su gestión, además de alcanzar un

significativo ahorro de recursos tanto energéticos como económicos a partir del monitoreo y control de sus

sistemas.



-101 -

Un edificio inteligente no es más que la unión de varias estructuras, en las cuales se desarrollan diferentes

actividades diseñadas con el fin de proporcionar confort y seguridad a sus usuarios. Al realizar el diseño de un

edificio inteligente se debe tomar en cuenta que el mismo sea flexible al avance de la tecnología, es decir debe

ser fácilmente “actualizable”. Así como la domótica en una residencia, la automatización de edificios es una de

las áreas de mayor importancia en el desarrollo de sistemas encaminados a brindar a los usuarios un gran nivel

de confort y seguridad pero sobre todo una correcta administración de su energía eléctrica.

5.2.4. TELEGESTIÓN DE EDIFICIOS.

La monitorización y gestión de la energía en los edificios es uno de los grandes retos de cara a la reducción

del consumo energético. La gran cantidad de edificios existentes y la necesidad de un control centralizado hacen

necesario el desarrollo de sistemas de telegestión en los edificios con los que se pueda monitorizar y registrar la

energía consumida tanto de forma local como remota.

5.2.5. SISTEMAS DE GESTIÓN DE LA ENERGÍA EN LA INDUSTRIA.

El sistema de gestión de energía en la industria debe ser considerado como un elemento básico para mejorar

la productividad de sus procesos, mediante la recolección y tratamiento de la información del consumo se podrán

establecer actividades posteriores para el ahorro de la energía eléctrica en una instalación industrial.

5.2.6. EL VEHÍCULO ELÉCTRICO.

El vehículo eléctrico es la solución a uno de los desafíos energéticos más importantes del futuro, el impacto

del transporte en el medio ambiente. Las denominadas redes eléctricas inteligentes – smart grid, en el marco de

las ciudades inteligentes serán la llave para garantizar un servicio de transporte más limpio y sostenible.

Fig. 76 El vehículo eléctrico.

78

A futuro la red eléctrica inteligente contará con la infraestructura necesaria para permitir el uso eficiente del

vehículo eléctrico, el cual funciona total o parcialmente por un motor eléctrico alimentado por baterías que se

recargan a través de una toma de corriente. El uso masivo de este tipo de vehículos reduce drásticamente las

emisiones de CO2 producidas por el uso de combustibles fósiles, con lo que representan una gran oportunidad

para combatir la contaminación atmosférica, el efecto invernadero y el calentamiento global.

78

http://forococheselectricos.com/category/ayudas-y-subvenciones/page/2



-102 -

Los principales motivos de este cambio son el:

Reducir la dependencia por el petróleo.

Reducir las emisiones contaminantes al medio ambiente.

En el futuro, el vehículo eléctrico puede jugar un papel importante en el equilibrio de la energía en la red, al servir

como una fuente distribuida de energía eléctrica almacenada.

Infraestructura de recarga: Para que el nuevo modelo de movilidad mediante la introducción del vehículo

eléctrico se desarrolle eficazmente, resulta indispensable el implantar las infraestructuras adecuadas de recarga,

de manera que la red de distribución eléctrica no se vea afectada negativamente debido a que el vehículo

eléctrico constituirá una carga adicional que estará distribuida por toda la red de baja tensión y que precisará de

un consumo eléctrico considerable.

La Recarga: La recarga de los vehículos debe ser programa para las “horas valle” de consumo, donde se estará

aprovechando una tarifa eléctrica más económica. El periodo de tiempo donde el vehículo pasa más tiempo

estacionado y por ende se debe proceder a su recarga es en el horario nocturno, de manera similar a los

teléfonos móviles. Para las recargas de los vehículos de deberán implementar algunos sistemas como: tarjetas

con microchips, diversos equipos de recarga para interiores de edificios y estacionamientos, estaciones de

recarga para exteriores e interiores, puntos de recarga rápida, además la instalación de los puntos de recarga de

vehículos eléctricos adaptados a la vía pública, los cuales deben poseer un diseño anti vandálico y un sistema de

energía eléctrica prepago mediante el uso de tarjetas adecuadas para este sistema.

Fig. 77 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos.79

La forma en la que se haría la recarga desde el punto de vista del suministro, debe hacer posible la recarga de

energía a grandes velocidades, esto para aquellos vehículos que estén preparados con los elementos necesarios

que permitan este tipo de modalidad. En la actualidad existen vehículos eléctricos adaptados para las dos

necesidades, con tomas de carga normal y una segunda toma para la carga rápida de energía.

En definitiva respecto a la infraestructura destinada a la recarga, esta no debe suponer ningún obstáculo

insalvable, si bien deben concretarse algunos aspectos en diversas áreas como: normalización, comunicaciones,

nivel adecuado de inteligencia, etc.). El objetivo más importante en relación a la recarga es el orientar a la

población al habito de recargar el vehículo en las horas valle y esto se conseguirá de forma efectiva al tener

métodos y formas de bonificar al cliente por su eficaz empleo de la energía.

79

http://forococheselectricos.com/category/ayudas-y-subvenciones/page/2



-103 -

Retos para el desarrollo del vehículo eléctrico.

De cara a la introducción masiva del vehículo eléctrico, existen algunos retos que deben ser considerados:

Mejorar la tecnología de las baterías para asegurar una mayor densidad de energía, durabilidad,

seguridad, menor costo y riesgo tecnológico.

El desarrollo de la infraestructura, inexistente actualmente.

La disminución en la diferencia del costo del vehiculó eléctrico con respecto al vehículo convencional.

El desarrollo de una gama de vehículos eléctricos.

Para superar estos retos se necesita la participación en conjunto de: gobiernos y empresas eléctricas.

La integración de los vehículos eléctricos se facilitara en gran proporción al contar con un sistema de telegestión

el cual debe constar dentro del despliegue que alcanza una red eléctrica inteligente – smart grid, el mismo que

permita el desarrollo de aspectos importes como:

La eficiencia energética, a través de la gestión de la demanda eléctrica.

La integración masiva de generación distribuida de origen renovable.

La integración masiva de los vehículos eléctricos a la red distribución.

Una visión futurista donde se dé la circulación mayoritaria de vehículos eléctricos en beneficio del medio

ambiente, la gestión de la energía y de los clientes ya no es una simple aspiración, sino una oportunidad al

alcance de la mano que beneficiara a todos.



-104 -

CONCLUSIONES:

Las redes eléctricas inteligentes – smart grid, gracias a la introducción y al aprovechamiento masivo de los

recursos naturales renovables en la generación de energía eléctrica se perfilan como una de las principales

opciones al momento de reducir el consumo excesivo de los combustibles fósiles, alcanzo de esta manera uno

de los principales objetivos el cual radica en contribuir de alguna manera a frenar el calentamiento global.

Para integrar un red eléctrica totalmente inteligente es de vital importancia la implementación de las distintas

tecnologías de la información y comunicación, mediante las cuales se podrá obtener desde la generación de

electricidad hasta el consumo de la misma un alto nivel de comunicación y flujos de energía de forma bi

direccional a través de todo el SEP. Esto ayudara a mantener un estricto control de la energía eléctrica que

proporcionan las empresas distribuidoras como también el consumo por parte de los clientes.

Mediante el desarrollo y la instalación de distintos sistemas de gestión y control con respecto a cada etapa del

SEP, se lograra monitorear el estado de la red con lo que se podrá supervisar y detectar en tiempo real

cualquier tipo de alteración ya sea esta por la propia operación del SEP o por alteraciones provocadas por los

clientes.

Las redes inteligentes mediante la utilización de nuevas tecnologías instaladas a lo largo del SEP proporcionaran

una variedad de aplicaciones que permitirán mejorar el nivel de transmisión de energía, logrando transportar

mayores cantidades de energía a través de grandes distancias registrando un mínimo rango de pérdidas.

La red de distribución será una de las etapas del SEP que presente los mayores beneficios, esto se deberá a la

instalación de dispositivos y sistemas inteligentes que proporcionaran a la red la capacidad de auto recuperación

y auto reconfiguración de los alimentadores primarios de la red de distribución para que responda de manera

eficaz ante cualquier falla o incidente que provoque una alteración en su funcionamiento, esto con una mínima

intervención del personal de la empresa eléctrica con lo que se obtiene el respectivo ahorro de recursos técnicos

y económicos.

Los clientes que formen parte de la red eléctrica inteligente conjuntamente con la empresa encargada de

proporcionarle el servicio tendrán la capacidad de supervisar, gestionar y controlar el consumo de energía,

pudiendo de forma interactiva controlar el consumo de las instalaciones eléctricas y los electrodomésticos que

forman parte de los hogares. Además el cliente estará en plena capacidad de generar a pequeña escala su

propia electricidad mediante la aplicación de tecnologías que permitan aprovechar los recursos renovables

locales para obtener energía eléctrica.

El nivel de seguridad tanto física como informática que brindan las redes inteligentes es alta, al contar con

sistemas de supervisión y monitoreo que permiten vigilar, controlar y reparar cualquier tipo de incidente que

afecte la normal operación del SEP, lo cual realiza en base a sistemas que se encargan de monitorear los

equipos y todos los componentes que integran las redes de transmisión y distribución eléctrica.

Las redes eléctricas inteligentes brindaran todas las facilidades para la masiva utilización del vehículo eléctrico y

los electrodomésticos inteligentes.



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RECOMENDACIONES:

En el caso de nuestro país continuar e impulsar en mayor escala los estudios que permitan la construcción e instalación de centrales de generación eléctrica en base a recursos naturales renovables, los cuales en algunos casos existen en nuestro país.

Para que todas las tecnologías, sistemas y dispositivos inteligentes que integran la red eléctrica del futuro alcancen un óptimo funcionamiento y puedan mostrar todo su potencial y sus beneficios es necesario el contar con normas, regulaciones, protocolos y políticas claras y de manera universal que permitan establecer tanto al estado, a las instituciones, empresas y a todos los profesionales vinculados al sector eléctrico una verdadera hoja de ruta que permita transformar el actual sistema eléctrico de potencia a una red dinámica e inteligente.

Al momento de implementar las distintas tecnologías y los sistemas que forman parte de la red eléctrica inteligente, es muy importante el considerar aspectos como sus características de funcionamiento, su capacidad de operación y que las mismas sean compatibles con otros sistemas y fundamentalmente pueden expandirse con el crecimiento a futuro.

Se debe tener especial atención a la seguridad informática con la que debe contar al momento de manejar la información de los clientes.



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