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Reducción de pérdidas de energía por medio de descargas parciales
En la distribución moderna de energía, uno de los retos más importantes es minimizar las pérdidas de energía. Este artículo explora los tipos de pérdidas en los sistemas de distribución eléctrica, destaca la importancia de vigilar las descargas parciales y examina el papel de los vehículos de medición en las prácticas tradicionales de mantenimiento.
¿Cuáles son los tipos básicos de pérdidas de energía?
Las pérdidas de energía en las redes de distribución pueden clasificarse en tres tipos principales:
- Pérdidas Joule: Se producen debido a la resistencia de los conductores, lo que conduce a la disipación de calor. Estas pérdidas pueden reducirse optimizando el flujo de energía dentro de la red, por ejemplo reconfigurando las líneas de distribución para minimizar la disipación de energía relacionada con la resistencia.
- Pérdidas por descargas de corona: Las descargas de corona, un tipo de descarga parcial, se producen en campos eléctricos no uniformes. Factores como la curvatura del conductor, los contaminantes de la superficie o la acumulación de hielo contribuyen a que se produzcan. Estas descargas provocan fugas de carga, causando pérdidas de energía que, en determinadas condiciones, pueden alcanzar el 150% de los niveles de pérdida típicos.
- Pérdidas por fugas, que se producen por el flujo de corriente a lo largo de aisladores contaminados, como los cubiertos de polvo o hielo. Estas corrientes van acompañadas de descargas parciales, que degradan el aislamiento y aumentan las pérdidas al crear caminos conductores a lo largo de la superficie del aislante.
¿Cómo puede el control de las descargas parciales hacer frente a las pérdidas de energía?
La instalación de sensores de descargas parciales cerca de los equipos eléctricos, como subestaciones o transformadores, permite una vigilancia continua de estos fenómenos. Este enfoque ofrece varias ventajas clave:
- Prevención de crisis: Las descargas parciales indican la degradación del aislamiento, lo que permite un mantenimiento a tiempo y reduce el riesgo de avería del equipo.
- Optimización de pérdidas: La identificación de zonas con alta actividad de descarga permite realizar mejoras específicas, como el uso de conductores semiaislados que mitigan las pérdidas por efecto corona.
- Planificación eficaz del mantenimiento: La supervisión del aislamiento en tiempo real puede sustituir a los métodos de inspección tradicionales, como las pruebas periódicas con vehículos de prueba de cables.
Inspección tradicional con vehículos de ensayo por cable: ¿sirve de algo?
Antes de la llegada de los sistemas de monitorización continua, los equipos de mantenimiento dependían en gran medida de los vehículos de comprobación de cables para evaluar el estado del aislamiento de los equipos eléctricos. Estos vehículos suelen estar equipados con dispositivos de medición de alta tensión y sirven como laboratorios móviles de diagnóstico. En la práctica, el funcionamiento de estos vehículos conlleva importantes retos logísticos.
Un vehículo puede realizar una media de cinco inspecciones al día, cubriendo a menudo amplias zonas geográficas. Por ejemplo, E.ON explota 19.623 subestaciones en la República Checa, lo que requiere unas 4.000 inspecciones anuales, es decir, unas 20 inspecciones al día en todas las regiones.
Los vehículos deben realizar viajes de ida y vuelta a varias subestaciones, lo que aumenta el consumo de combustible y los costes operativos. Estas subestaciones suelen estar situadas tanto en zonas urbanas como rurales, y las ubicaciones rurales requieren distancias de viaje más largas. Esto repercute en la eficacia del mantenimiento tradicional y pone de relieve las ventajas de adoptar sistemas de supervisión continua.
La distancia media de viaje para una inspección de estaciones en la región de Bohemia del Sur, con punto de partida en České Budějovice, es de 36,8 kilómetros. Hay que tener en cuenta que, durante todo el trayecto, el equipo de a bordo de los vehículos funciona con el motor, lo que contribuye aún más al consumo de energía.
El clima: otro factor que influye significativamente en las pérdidas de energía
Las investigaciones indican que la meteorología influye significativamente en la aparición de descargas parciales. Aunque los valores medios de las pérdidas suelen basarse en datos meteorológicos, las condiciones locales -como la niebla frecuente, las heladas en regiones montañosas o el polvo industrial cerca de las fábricas- pueden provocar pérdidas reales más elevadas.
Las tablas siguientes muestran las pérdidas técnicas totales en la parte morava de la red de transmisión, según la meteorología actual:
| Condiciones meteorológicas | Pérdidas Corona (MW) | Porcentaje de pérdidas corona sobre el total de pérdidas técnicas para 10 MW (min) | Porcentaje de pérdidas corona sobre el total de pérdidas técnicas para 25 MW (máx.) |
| Claro | 0,4213 | 4,213 % | 2,8 % |
| Nieve | 1,3516 | 13,516 % | 5,4 % |
| Lluvia | 5,1031 | 51,03 % * | 20,41 % * |
| Escarcha | 15,2045 | 152,04 % * | 60,81 % * |
| Condiciones meteorológicas | Pérdidas Corona (MW) | Porcentaje de pérdidas corona sobre el total de pérdidas técnicas para 15 MW (min) | Porcentaje de pérdidas corona sobre el total de pérdidas técnicas para 57 MW (máx.) |
| Claro | 1,6108 | 10,73 % | 2,8 % |
| Nieve | 5,5197 | 36,79 % | 5,4 % |
| Lluvia | 19,823 | 132,15 % * | 34,77 % |
| Escarcha | 63,012 | 420,00 % * | 110,54 % * |
¿Cuáles son las ventajas económicas del control de las descargas parciales?
La implantación de sistemas de control de vertidos parciales ofrece importantes ventajas financieras y operativas:
- Reducción de los costes de mantenimiento: Los sistemas de supervisión automatizados reducen la necesidad de inspecciones laboriosas con vehículos de medición.
- Mayor seguridad operativa: La detección precoz de problemas minimiza el riesgo de averías, que pueden dar lugar a costosas reparaciones y peligros para la seguridad, como incendios.
- Decisiones de inversión fundamentadas: Los datos sobre pérdidas pueden orientar la adopción de tecnologías avanzadas, como los conductores aislados en zonas de pérdidas elevadas.
Estudio de caso: Análisis de pérdidas de energía en la República Checa
El proveedor de energía E.ON explota más de 19.600 subestaciones en la República Checa y realiza unas 4.000 inspecciones al año con vehículos de pruebas. Cada vehículo realiza cinco inspecciones diarias de equipos distribuidos por grandes regiones. Los vehículos deben realizar viajes de ida y vuelta a cada subestación, con distancias medias de viaje que varían en función de factores regionales. Además, el equipo de a bordo depende del motor para funcionar, lo que aumenta los costes operativos.
Del mismo modo, ČEZ Distribuce informó de unas pérdidas medias de 41 kWh/km en sus líneas de alta tensión en 2019. De ellas, aproximadamente el 20% se atribuyeron a descargas corona. Mediante la implementación de la monitorización en tiempo real y la mejora de la infraestructura, estas pérdidas pueden reducirse significativamente.
Conclusión
La adopción de la monitorización continua de las descargas parciales representa un gran paso adelante en la mejora de la eficiencia y la seguridad de los sistemas energéticos. Esta tecnología no sólo minimiza las pérdidas, sino que también mejora la planificación del mantenimiento y las decisiones de inversión. A medida que aumente la demanda de energía sostenible, la aplicación de este tipo de innovaciones será esencial para afrontar los retos del futuro.