Fundamentos de los Sistemas de Transmisión Eléctrica

Funciones de la Transmisión

• Transporte de energía: Movimiento de electricidad desde los generadores hacia los consumidores.
• Economías de alcance: Interconexión de diversas fuentes generadoras para optimizar recursos.
• Seguridad del servicio: Garantía de suministro continuo para los usuarios finales.
• Competencia de mercado: Facilita la participación de múltiples actores en el mercado eléctrico.

Componentes de la Infraestructura

Líneas de Transmisión

Los elementos principales incluyen la servidumbre, torres de suspensión o anclaje, conductores, cable de guardia, cadenas de aisladores, ferretería, amortiguadores, fundaciones y malla a tierra.

Subestaciones Eléctricas

Se componen de terreno, edificio de comando, barras, paños, transformadores de poder, bancos de condensadores y reactores.

Componentes de un Paño

Incluye el interruptor, desconectador de línea, desconectador de puesta a tierra, transformadores de corriente y de potencial, pararrayos, condensador de acoplamiento, trampa de onda y equipos de protección, control y medida.

Protecciones y Confiabilidad del Sistema

Las protecciones permiten aislar la subestación, línea o equipo en caso de falla, basándose en los siguientes criterios:

• Confiabilidad: Capacidad para detectar fallas y condiciones anómalas.
• Selectividad: Capacidad de desconectar únicamente los elementos fallados.
• Seguridad: Evitar interpretaciones erróneas de medidas de corriente (I) y voltaje (V) como fallas.
• Rapidez: Operación inmediata para minimizar la duración de la falla.
• Economía: Lograr el costo de protección más bajo posible.

Existen dos tipos de protecciones: la Principal (con óptima rapidez y sensibilidad) y la De Respaldo (actúa si la principal falla, sacrificando rapidez por economía).

Criterios de Confiabilidad

La calidad del sistema eléctrico se determina por:

• Suficiencia: Instalaciones adecuadas para abastecer la demanda.
• Seguridad: Respuesta ante contingencias y minimización de pérdida de consumos mediante respaldos y Servicios Complementarios (SSCC).
• Calidad de servicio: Dividida en calidad del producto, del suministro y del servicio comercial.

Cálculo de Potencias y Pérdidas

Potencia Activa (P): V I cos(φ) (MW). Representa la energía útil.

Potencia Reactiva (Q): V I sen(φ) (MVAR). Utilizada para generar campos magnéticos.

Potencia Aparente (S): V I (MVA). Es la suma vectorial de P y Q.

Pérdidas en Transmisión

Se originan por efectos óhmicos en la línea (I² * r = Pj), efecto corona y pérdidas en transformadores. Las pérdidas de energía anuales se calculan como: 8760 * Pj * Factor de carga de pérdidas.

Planificación y Estudios del Sistema

La planificación requiere la previsión de la demanda, planes de generación, simulación del uso del sistema, identificación de tramos congestionados y evaluación económica (inversión, operación y mantenimiento).

Estudios Técnicos Requeridos

• Estudios de uso: Modelos de simulación (SDDP, PLP, OSE2000) para despacho económico y costos marginales.
• Estudios de flujo de potencia AC: Determinan flujos de P, Q, S y tensiones por barra.
• Otros estudios: Cortocircuito, estabilidad transitoria, coordinación de protecciones y transitorios electromagnéticos.

Aspectos Económicos: VI y COMA

Valor de Inversión (VI): Suma de costos eficientes de adquisición (ingeniería, obras civiles, equipos, montaje, servidumbres, etc.). Es calculado por la Comisión Nacional de Energía (CNE) cada 4 años.

COMA: Costo anual de Operación, Mantenimiento y Administración de una empresa eficiente. Incluye personal, repuestos, seguros e impuestos.

Costos de pérdida: Se valorizan anualmente según los costos marginales (CMg) esperados en el nudo de conexión.

Tecnología de Transmisión en Corriente Continua (HVDC)

A diferencia del HVAC (Corriente Alterna), en HVDC la potencia transportada es independiente de la distancia. Es ideal para enlaces submarinos superiores a 130 km, donde el HVAC pierde capacidad por efectos inductivos y dieléctricos.

Ventajas de los Sistemas HVDC

• Técnicas: Conexión de redes asíncronas, mejora de la estabilidad y control de la corriente de cortocircuito.
• Ambientales: Menor servidumbre, menor efecto corona y campos eléctricos reducidos.
• Económicas: Menores costos de línea para distancias largas (superiores a la distancia crítica).

Aplicaciones en Chile

Chile proyecta y utiliza sistemas HVDC en proyectos estratégicos como la interconexión con Perú y Argentina, el sistema Kimal – Lo Aguirre y el potencial sistema Aysén de 2000 km.

Etiquetas: HVDC, ingeniería eléctrica, planificación energética, protecciones eléctricas, Subestaciones, transmisión eléctrica