Alimentadors primaris de distribució elèctrica als EUA

El sistema de distribució primària és la part del sistema de distribució elèctrica que hi ha entre la subestació de distribució i els transformadors de distribució. La formen els circuits anomenats alimentadors primaris o alimentadors de distribució (feeders).

Aquests s'extreu de l'alimentació principal primària, com es mostra en el diagrama de alimentador de distribució simplificat de la figura 1. Una distribució d’alimentació d'energia típic proporciona l'energia per a tots dos circuits, el primari i el secundari.

Figura 1

En els circuits del sistema de primari, trifàsic, a quatre fils i/o multigrounded són sistemes de transformació comuns amb neutre, com poden ser:
- 12.47Y / 7,2 kV,
- 24.9Y / 14,4 kV,
- 34.5Y / 19,92 kV,

El quart cable d'aquests sistemes connectats, és el neutre, i també és el terra en molts llocs per a tots dos circuits primari i secundari.

Les càrregues monofàsiques són ateses pels transformadors de distribució amb bobinats primaris que estan connectats entre un conductor de fase i el neutre.

Les càrregues trifàsiques poden ser subministrades per transformadors de distribució trifàsics o transformadors monofàsics connectats per formar un banc trifàsic. Els sistemes primaris funcionen típicament en el rang de 15 kV, però també estan guanyant acceptació en voltatges més alts.

L’alimentador primari generalment està seccionalitzat pels dispositius col·locats en diversos llocs de l'alimentador de reconnexió. Aquesta disposició minimitza l'abast dels circuits principals que queden afectats en cas d'avaria. Així, el reenganxament d'aquests dispositius, limita el tall al menor nombre de clients possibles. Això es pot aconseguir mitjançant la coordinació de tots els fusibles i reconnectadors conjuntament amb el principal alimentador primari.

En el diagrama anterior (figura 1), la tensió de la subestació de distribució és 12,47 kV F-F- i 7,2 kV F-N (això s'escriu convencionalment com 12,470Y / 7200 V). No obstant això, la tendència és anar cap a voltatges més alts de distribució a quatre fils primaris en el rang de 25 kV a 35 kV. Aquest alimentadors monofásics solen donar servei a les zones residencials que serveixen els quals, estan connectats entre fase i neutre en els sistemes de quatre fils.

L'ús d'alimentadors primaris subterranis, mitjançant cables de tres conductors radials, està augmentant. S'instalen a les zones urbanes, on la demanda de càrrega és gran, sobretot durant els mesos d'estiu, i els desenvolupaments residencials suburbans més nous.

Comparació
La configuració més senzilla i menys costosa (així com menys fiable) és el sistema de distribució radial que es mostra a la Figura 2a, perquè depèn d'una sola font d'alimentació.

Figura 2 (a) i 2 (b)

Com una garantia contra els talls, la majoria de companyies planifiquen els seus sistemes de distribució perquè puguin donar suport davant aquests esdeveniments. L'objectiu de tots els sistemes de distribució elèctrica és el subministrament econòmic i segur de l'energia elèctrica per atendre les càrregues elèctriques.

La fiabilitat de l'alimentació principal es pot millorar amb la instal·lació d'un sistema de distribució de bucle, com es mostra a la Figura 2b.

En els sistemes de bucle l'alimentador, disposa de diversos punts d'alimentació, coneguts com a "bucles" els quals, discorren a través de la zona de servei, entre diverses subestacions abans d'acabar a la subestació original. La col·locació estratègica dels interruptors en les subestacions permet al distribuïdor subministrar energia des de qualsevol direcció.

Font: Electrical Engineering

Els principals avantatges d'automatitzar la xarxa de distribució

Reptes econòmics
Cada vegada són més les empreses elèctriques que estan aplicant sistemes d'automatització de la distribució com una resposta als tres principals reptes econòmics als quals ha de fer front el sector:

1. L'augment del cost com a conseqüència de l'increment de la capacitat de generació
2. L'augment de la saturació de les xarxes de distribució existents 
3. Major sensibilitat per la qualitat de servei i l'atenció al client.

Per tant, les Operadores del Sistema de Distribució (DSO) que automatitzen la distribució, esperen que els costos aportin beneficis en el servei.
Aquests beneficis s'acumulen en les àrees que estan relacionades amb les inversions, les interrupcions i el servei al client, així com en àrees relacionades amb l'estalvi de costos operatius, com s'indica a continuació:

1. Reducció del temps en cas d'una incidència
Una subestació de distribució és com un hub elèctric per a la xarxa.

Una estreta coordinació entre l'equip de la subestació, els feeders o alimentadors de distribució, conjuntament amb l'equip associat, fan que augmenti la fiabilitat del sistema.

El control de la tensió reactiva s'aborda a través d'algoritmes experts, els quals vigilen dispositius de control de tensió a la subestació, en coordinació amb els dispositius de captació de la tensió de línia distribuïts els quals permeten reduir els temps de pèrdua de la línia.

2. Qualitat
Els equips de telecontrol són essencials per mantenir la qualitat de l'energia a través de línies de distribució.

Les Unitats Terminals Remotes (RTU) a les subestacions, formen un tot conjuntament amb equips de monitorització de potència, els quals permeten detectar i corregir els problemes relacionats amb els feeders abans que aquests ocorrin, proporcionant un major nivell de satisfacció del client.

RTU per un Scada

3. L'OPEX
En el sistema s'hi pot integrar un algorisme de manteniment preventiu. La capacitat resultant per programar el manteniment, redueix els costos de mà d'obra, optimitza l'ús de l'equip i n'allarga la vida.

4. Reducció de costos de l'energia
La monitorització en temps real d'ús d'energia en tot feeder de distribució, proporciona dades que permeten a l'usuari final fer un seguiment dels seus patrons de consum d'energia, de manera que el seu ús permet assignar la responsabilitat a supervisors de primera línia i personal d'operació en els centres de control, amb la finalitat de reduir els costos generals.

5. L'ús òptim de l'energia
El control en temps real, com una part d'un sistema d'administració d'energia automatitzada, ha d'estar totalment integrat, proporcionant la capacitat de realitzar càlculs per reduir els pics de demanda, amb la conseqüent penalització.

6. Prestacions Econòmiques
Inversió i beneficis estan relacionats per aconseguir una automatització de la distribució, amb la finalitat de fer un ús més eficaç del sistema. Així doncs, les distribuïdores poden ser capaces d'operar més a prop dels límits físics dels seus sistemes. L'automatització de la distribució fa que això sigui possible, proporcionant una major disponibilitat amb millors dades per a la planificació, l'enginyeria i el manteniment.

Els beneficis d'inversions relacionades es poden aconseguir mitjançant l'ajornament dels increments de la capacitat de generació. Això permet un alliberament en la capacitat del transport i l'ajornament de noves subestacions de distribució.

L'automatització de la distribució pot proporcionar un equilibri en beneficis quantitatius i qualitatius en matèria d'interrupció, i també en el servei al client mitjançant la localització de falles a la xarxa de forma automàtica, disminuint el temps necessari per restaurar el servei des de les fronteres sense falla, i reduir els costos associats a les queixes dels clients.

7. Millora de la fiabilitat
Al costat qualitatiu, una major fiabilitat afegeix un valor percebut pels clients, el qual permet reduir el nombre de queixes.

Uns menors costos d'operació, són un altre dels grans avantatges de l'automatització de la distribució.
La reducció de costos d'operació s'aconsegueix a través de perfils millorats de la tensió, i del control del flux de reactiva.

Pantalla d'un sistema Scada

A més, l'adquisició i el processament de dades i la telemesura, són funcions que tenen un paper important en la reducció dels costos d'operació, i han de ser considerades una part integral de qualsevol sistema d'automatització de la distribució. A través d'una operació en temps real, l'ordinador de control pot localitzar els errors molt més ràpidament i controlar els interruptors i les reconnexions per redirigir ràpidament l'energia i minimitzar el temps total de pèrdua de servei, augmentant així la fiabilitat del sistema.

8. Compatibilitat
Finalment, l'automatització abasta moltes àrees funcionals i de productes, incloent sistemes informàtics, programari d'aplicació, RTU, sistemes de comunicació i productes de mesurament. No hi ha un sol proveïdor que proporcioni totes les peces. Per tant, per tal de ser capaç de subministrar un servei amb un sistema complet i integrat, és important que el proveïdor estableixi aliances i acords amb altres proveïdors.

Un sistema d'automatització de la distribució efectiva combina la funcionalitat i les capacitats complementàries,  que requereixen una arquitectura que faci flexible i "obert" per a poder donar cabuda a productes de diferents fabricants.

A més, un sistema d'automatització de la distribució sovint requereix d'interfícies amb el sistema existent per tal de permetre la migració, la integració i la vigilància de seguretat de xarxa.


Font: DC Transmission and Distribution – B.L.Theraja

Les 5 tendències del 2014 sobre xarxes intel·ligents

A primera vista, el 2014 no va ser un gran any en el món de les xarxes intel·ligents, amb desacceleracions en el desplegament de comptadors intel·ligents, automatització de la distribució i altres noves tecnologies clau de la xarxa, un rècord mediocre d'inversió en el capital risc en comparació amb l'any passat, i les incerteses creixents sobre la viabilitat financera de les distribuïdores tradicionals.

Però aquests reptes també van ajudar a definir les oportunitats per a les empreses, els distribuïdors i els reguladors que treballen en la construcció de la següent generació de la xarxa intel·ligent anomenada Xarxa intel·ligent 2.0.

Des del boom la construcció, abans de les inversió en xarxes d'AMI i la intel·ligència de la xarxa amb la finalitat de salvar les diferències entre les empreses i els seus clients i establir així les bases per a una coordinació entre les operacions d'energia i les distribuïdores, al 2014 es van produir alguns esdeveniments clau que indiquen cap a on ha d'anar la indústria, si es vol créixer.

1. Habilitació dels comptadors intel·ligents per l'anàlisi de back-office. Alguns dels 50 milions de comptadors intel·ligents que s'han desplegat en els Estats Units fins al moment, i desenes de milions més que s'estan instal·lant a Europa, Japó, Xina i altres grans mercats internacionals, no està clar que s'estigui obtenint el màxim profit. L'any passat es va centrar en un enfocament en la capacitat dels primers sistemes de les xarxes intel·ligents per a ser distribuït per a usos més enllà de com pot ser el funcionament essencial. De fet, alguns dels avenços ja estan en funcionament, a partir de les capacitats d'agregació de dades bàsiques i de gestió de la xarxa per assegurar que els mesuradors estan funcionant com s'esperava. No obstant, també s'estan expandint per utilitzar comptadors intel·ligents com sensors d'optimització de tensió o monitors de l'estat dels transformadors. També hi ha noves empreses com C3, AutoGrid, DataRaker (comprada per Oracle l'any passat), Verdeeco (comprat per Sensus a l'abril), les quals s'estan alineant amb els clients com a distribuïdors per oferir serveis de mesurament que permetin detectar pèrdues no tècniques, la desagregació d'energia i una gran gestió de moltes dades que tot just s'han començat a provar.

2. Els consumidors de les companyies i el compromís per una casa intel·ligent. Però les aplicacions de cara al client són la manera més popular per als distribuïdors per posar els comptadors intel·ligents i les seves dades, que poden ser utilitzades, avui en dia, d'acord amb GTM Research. El comptador intel·ligent és un enllaç d'utilitat fonamental per a les llars i les comanyies com són: Silver Spring Networks, Itron, Siemens eMeter i de Toshiba Landis + Gyr les quals, estan permetent treballar per una previsió avançada dels consums, compromisos dels consumidors, i la resposta de la demanda, així com vincles a un creixement intel·ligent, inversors solars, carregadors per a vehicles elèctrics i altres actius energètics distribuïts. Mentrestant, sorgeixen noves empreses com Zarcillo, Opower, Ceiva o Alarm.com, les quals estan aprofitant la seva domòtica conjuntament amb l'experiència de connectivitat per oferir una visió més clara de l'energia i control pels clients i pels distribuïdors. Tot això ha de permetre una major interactivitat amb els clients i els seus sistemes d'energia, ja que es convertiran en una part cada vegada més important per l'equació de la xarxa.

3. L'energia renovable i l'emmagatzematge d'energia. Entre els majors avenços d'emmagatzematge d'energia del 2014, hi ha el binomi entre l'energia solar fotovoltaica i les bateries com una solució vinculada a la xarxa potencialment rendible. GTM Research, projecta que l'energia solar del mercat dels EUA més l'emmagatzematge va créixer uns 40 M€ al 2014 i es preveu que creixi més de mil milions d'€ per al 2018.

4. Les microxarxes i centrals elèctriques virtuals. El terme micro pot significar moltes coses diferents: Des d'una petita reserva energètica, fins a un sistema de generació in situ a les instal·lacions crítiques com hospitals i bases militars, o també un complex amb interconnexió de potència solar localitzada, bateries, producció combinada de calor i electricitat (CHP) i sistemes de gestió d'energia d'edificis integrats. De fet, les microxarxes més avançades es convertiran en una part important del paisatge urbà que gestionaran les xarxes intel·ligents. També hi ha un altre tipus de microxarxa, la qual, sempre ha d'estar connectada a la xarxa (coneguda com a VPP). Una nova forma de plataforma de programari pels distribuïdors. Es basa en el sistema de gestió dels recursos d'energia distribuïda, els quals ja s'estan creant per administrar aquesta estreta relació entre les operacions de la xarxa de distribució i els dispositius de control de l'energia en el límits de la xarxa. L'any passat es vàren veure alguns avenços importants que van ser assolits en projectes d'aquesta naturalesa, com poden ser: Les microxarxes d'escala comunitària de Toronto Hydro i Duke Energy, els desplegaments dermos de SDG & E i la companyia de Nova York, Consolidated Edison.

5. La xarxa de distribució virtualitzada. Planejar amb anticipació i en temps real esdevindran capacitats tècniques importants per al proper repte dels distribuidors i els reguladors de la xarxa. Això vol dir que caldrà adaptar les normes ja que caldrà canviar la forma de com es construeixen i es paguen actualment els actius de la xarxa, i també l'energia que circula. De fet, serà necessari compartir els beneficis d'aquestes inversions per tal d'incloure els actius d'energia distribuïda que són de propietat del client (Prosumer). A Califòrnia, aquest procés ha pres la forma de plans d'inversió innovadors a llarg termini, els quals permeten als distribuïdors com Southern California Edison, signar acords de compra d'energia amb els proveïdors d'energia distribuïda i sistemes d'emmagatzematge d'energia agregats.

Font: The energy Collective