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Debera contener informacion (en toda la extension) sobre: PROLEC GE S. DE R. L. DE C. V. MEXICO Clasificacion segun temario: C SISTEMAS INTEGRALES CONTRA EL ROBO DE ENERGIA Autor/es: PEDRO PUENTE LOZANO, Ingenieria Mecanica y Electrica titulado por el Instituto Tecnologico y de Estudios Superiores de Monterrey, Campus Monterrey. Cuenta con una maestria en Direccion para Manufactura por la EGADE. Organismo: PROLEC GE Cargo: Gerente de plataformas tecnologicas HUGO ENRIQUE PARRA LOPEZ, Ingeniero Electrico titulado por el Instituto Tecnologico de Morelia con una Maestria en Ingenieria Electrica, por el mismo instituto.

Organismo: PROLEC GE Cargo: Ingeniero de desarrollo electrico. ABRAHAM IBARRA PUENTE, Ingeniero Mecanico Administrador titulado por el Instituto Tecnologico y de Estudios Superiores de Monterrey, Campus Monterrey. Organismo: PROLEC GE Cargo: Lider de plataformas tecnologicas DATOS DE LA EMPRESA Direccion: Boulevard Carlos Salinas de Gortari Km. 9. 25 Localidad: Apodaca, Nuevo Leon. Codigo Postal: 66600 Pais: Mexico Telefono: 80302000 (Ext. 2594) Fax: 80302500 (Ext. 2594) E-Mail: pedro. [email protected] com , abraham. [email protected] com 1

RESUMEN En el siguiente trabajo se muestra la evidencia de situaciones reales que sufren las companias de energia electrica en algunos paises con respecto al robo de energia (perdidas no tecnicas). Se presentaran los resultados particularmente para

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Mexico que cuenta con 2 companias para el suministro de energia electrica (Luz y Fuerza del Centro y Comision Federal de Electricidad). En promedio el 33% de la energia producida es obtenida de manera fraudulenta (Datos de LyFC), esto equivale a mas de $1,800 millones de dolares, tan solo registrados en 2007 por esta problematica.

En el desarrollo se propone una serie de requerimientos para reducir este problema que afecta a economias a nivel global. INTRODUCCION Las perdidas electricas “no tecnicas” (que no son originadas en el proceso “natural” de la generacion, transmision y distribucion de energia electrica) y particularmente el robo de energia, solamente se estiman y se clasifican segun las diversas formas en que se manifiestan, como sigue: • En la tabla 1 se muestra el panorama mundial sobre las perdidas de transmision y distribucion. . 1 MOTIVOS DEL DESARROLLO El fenomeno del robo de energia electrica ano con ano se incrementa, asi como el crecimiento desordenado de grandes nucleos de poblacion provocando que algunos usuarios recurran cada vez con mayor frecuencia a la conexion clandestina, con o sin equipo de medicion, inclusive, alterando los equipos de medicion (Watts/hr). Para enfrentar dicha problematica se han desarrollado tecnologias y practicas entre PROLEC GE y la paraestatal Luz y Fuerza del Centro.

En la siguiente figura se muestra un analisis del panorama mundial de perdidas no tecnicas, donde se indica el porcentaje de perdidas no tecnicas respecto a la energia generada en el ano indicado [1]. Tabla 1. Perdidas de transmision y distribucion por region. Region Paises 17 24 11 3 9 9 5 7 6 Perdidas 1980 (%) 7. 71 9. 68 14. 60 9. 67 13. 00 15. 50 25. 20 12. 14 8. 67 Perdidas 2000 (%) 7. 56 18. 18 19. 95 9. 38 17. 23 21. 68 27. 50 13. 22 7. 65

El fraude, que generalmente son alteraciones del medidor o de la instalacion para que registre un consumo menor al real. La conexion clandestina (en Mexico conocida como “diablito”), causada principalmente por asentamientos irregulares que aprovechan las lineas de transmision de red secundaria cercanas. Irregularidades en la facturacion, por medio de la alteracion en el registro de lecturas. Europa Oriental Europa Occidental Africa America del Norte Sudamerica America Central y Caribe Sur de Asia Sudeste asiatico Este de Asia y Australia • • 2 SOLUCIONES ALTERNAS En los siguientes puntos se mencionaran las necesidades para reducir este problema, establecidas por el estudio de mercado, investigaciones del Centro de Tecnologia (Prolec GE) e informacion de las companias de distribucion electrica de Mexico y la metodologia utilizada. Algunos de los principales distribuidores de sistemas para la reduccion del robo de energia son: • • • • • • mercado, investigacion de patentes, entre otros. Como resultado de la investigacion, el sistema anti fraude debera de cumplir con los siguientes requerimientos basicos: Capacidad para multiples acometidas.

Facil instalacion en campo. 3. Seguridad en la instalacion de acometidas. (Instalador) 4. Vida util del dispositivo por lo menos igual a la del transformador. 5. Manipulacion del sistema de conexion y desconexion a acometidas. 1. 2. 3M ABB Neraljesa Siemens Tadeo Czerweny Tyco Para llegar al diseno final del sistema se contemplan los aspectos electricos, mecanicos, de seguridad, entre otros. 2. 2 Requerimientos electricos Los requerimientos del mercado, expresados por necesidades del cliente se traducen a conceptos tecnicos, que llevan a una especificacion de producto.

A continuacion, se mencionan los principales requerimientos electricos: a) Soporte cargas resistivas e inductivas en operacion de 50 – 80 Amps. b) Garantizar distancias electricas seguras, validadas por una prueba de impulso, aplicando 30kV a 50, 100 y 125% de la onda. c) Resistencia del aislamiento donde se conecta la acometida individual > 2 M?. d) Perdidas electricas en sistema de conexiones de acometidas de 3. 5 Watts como maximo. e) Para el analisis donde se instalara el sistema, se considera una asignacion de 0. 5 kVA por acometida. f) Utilizacion de cable aereo blindado para cada acometida. . 1 Requerimientos para el diseno Para el desarrollo del producto que haga frente a la problematica de perdidas economicas por robo de energia, se siguio la metodologia de Introduccion de Nuevos Productos, (NPI por sus siglas en ingles), la cual contempla diversas etapas, algunas de ellas son: • • • • • • Especificacion del producto. Generacion de ideas. Disenos conceptuales. Disenos a detalle. Pruebas conceptuales. Validacion del producto a traves de un prototipo. El proceso de NPI comienza con la necesidad de resolver un problema especifico, tal es el caso de nuestra investigacion.

Como tal, se tiene un analisis previo de los requerimientos que nuestro producto debe cumplir para satisfacer estas necesidades, particularmente para este desarrollo se incluyen los requerimientos del cliente, los analisis de 3 2. 3 Requerimientos mecanicos Igualmente que los requerimientos electricos, se obtienen los mecanicos, cumpliendo con ergonomia, antropometria y seguridad del operador: a) Resistencia termica del sistema de conexion – desconexion para acometidas de 100 °C en condiciones nominales y 140 °C en sobrecarga. ) Vida util del dispositivo por lo menos igual a la del transformador c) Impedir introduccion de elementos externos que provoquen una falla al sistema. Para la prueba se considera un cable calibre 14 (? =1. 63 mm) en las uniones de placas, puerta-tanque, bisagras. d) En caso de tener entrada de agua pueda drenar con facilidad. e) Operacion en condiciones estables sin dano alguno a temperatura de 50°C a 60°C en el interior del sistema. f) El sistema debe de soportar fuerzas de tension a los cables de acometidas de por lo menos 100 Kg sin sufrir danos ni desconexion.

Entre las aplicaciones actuales de cables aereos, se encuentran las opciones de: • Redes aereas desnudas, donde se tiene vulnerabilidad. • Redes aisladas. i. Cable forrado. ii. Cable concentrico espiral (CCE). Actualmente, como medida preventiva, las companias de distribucion en Mexico han utilizado en las redes de baja tension cable forrado para evitar que se conecten a traves de estas lineas (red secundaria). A continuacion se detalla el blindaje por medio del CCE, el cable forrado es simplemente el cable con un recubrimiento polimerico. La solucion disenada sera presentada detalladamente en el CLADE, debido a estar en proceso de Patente en estos momentos) 2. 4 Blindaje de la red secundaria. Para asegura el blindaje de las redes de distribucion, una solucion es el uso de CCE que se caracteriza por ser cable suave de cobre, con aislamiento termoplastico de policloruro de vinilo (PVC) rodeado concentricamente por la linea de neutro a base de alambres de cobre desnudo suave, colocados en forma helicoidal y una cubierta termoplastica de polietileno negro de baja densidad (PEBD).

En la figura 1 se representa graficamente el CCE [2]. Este cable tiene como diferenciador, la capacidad de aislar la linea de conexion, por medio del neutro. En caso un corte en la pared exterior se tendria solo acceso al neutro, en caso de continuar con el corte se incurriria en una falla electrica por corto circuito. Figura 1. Cable concentrico espiral 3 REDES ENERGIA DE DISTRIBUCION DE La red de distribucion es el medio por el cual se transmite la energia y el potencial al usuario final.

Una red energizada se compone de lineas de transmision aereas, hibridas o subterraneas, cuyas dimensiones estan determinadas por las magnitudes de los voltajes y potencias a transportar, ademas de transformadores, 4 conectores, sistemas de proteccion y equipos de medicion y control [3]. Las redes se pueden caracterizar segun su nivel de tension de voltaje, ya sea en redes de alta (AT), media (MT) y baja tension (BT). La diversidad en los niveles de tension en las redes se justifica por las cantidades de consumos diversos y por la necesidad de optimizar las 2 perdidas de Joule ( I R ) en las lineas, siendo estas menores a mayores tensiones. . 1. Redes de BT Las redes de BT se emplean para abastecer consumos domiciliarios y la mayor parte de los industriales, utilizandose tensiones menores a 1 kV entre fases (usualmente niveles de 110 y 220 Volts monofasicos para consumo residencial y 500 a 600 Volts entre fases para consumos industriales de tamano medio. ) 3. 2 Redes de MT Las redes de media tension emplean voltajes comprendidos entre 1 kV y 100 kV entre fases y permiten transmisiones del orden de los Megawatts.

Se utilizan principalmente en instalaciones industriales de mayor capacidad, en redes de distribucion urbanas, rurales y subtransmision. En Mexico D. F. se ha establecido una tension de 23 kV para el sector Distribucion, el cual se utilizo como referencia del desarrollo. 3. 3 Redes de AT Finalmente, las redes de alta tension emplean voltajes mayores a 100 kV y se utilizan en sistemas de subtransmision, transporte e interconectados. Debido a su importancia, se requiere de equipos adecuados de aislamiento, control y proteccion para dar seguridad y calidad de servicio. 3. Costos de distribucion Los costos de distribucion se componen de tres elementos principales: a) Activos fijos, red instalada e inversion (redes nuevas y reinstalacion de equipo) b) El costo de operacion y mantenimiento de la red c) Perdidas de energia y potencia. En la tabla 2, se muestran las relaciones de costo que involucran diferentes topologias de redes de distribucion. Tabla 2. Relacion de costos de las diferentes topologias de redes de distribucion Actividad Construccion Tipo de Red Hibrido/Aereo Subterraneo/Aereo Aereo/Hibrido Mantenimiento Aereo/Subterraneo Relacion 3 6 4 19 Relaciones de Costos 3. 5 Red de distribucion area actual A continuacion se muestran los elementos basicos para la evaluacion de costos de una red para el mismo numero de usuarios y consumo (kVAs), como se observa en la Tabla. 3. Tabla 3. Elementos basicos para una red electrica (actual) Numero 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Elemento Poste de concreto reforzado Conector de aleacion Bastidor Retenida Cruceta Cuchillas (mantenimiento) Proteccion BT Apartarrayos (no se muestra) Conector de T (MT) Aislador (MT) Kit de baja tension (no se muestra) Cable blindado Transformador En la figura 2 se muestran los elementos basicos que componen una red de distribucion, donde se dara a conocer una tipica distribucion aerea [2] (ver figura 3) de una seccion que cuenta con 212 casas habitacion donde se requiere de los siguientes elementos: Figura 3 Diagrama esquematico de red aerea (3 ? ) La distribucion aerea tipica en la ciudad de Mexico (ver figura 4) se desglosa en una breve representacion de un segmento de 2 casas. Donde se aprecia de mejor manera el uso comun de transformadores trifasicos y red secundaria.

Figura 2 Esquema ilustrativo de los elementos de una red electrica (Monofasica – 1? ) Tabla 2 Tabla de costos estimados de red de distribucion (transformadores trifasicos) Cantidad 1 Pza 21 Pzas 300 Mts. 638 Mts. 1 Pzas Elemento Transformador 3? Postes de concreto 12 mts Red de MT 23 kV (kV-1/0-AWG-ACSR) Red de BT (120/240 V) Elementos de proteccion Total Costo ($ USD) $ 7,000 $ 6,000 $ 4,600 $10,500 $ 1,500 $29,600 Figura 4 Red de distribucion trifasica convencional (23 kV en media tension)

Los costos mostrados sobre el ejemplo son una aproximacion de los elementos basicos que se requieren para una distribucion trifasica con red secundaria [4]. 3. 6 Red de distribucion (Transformadores monofasicos) analizada Se dara a conocer una distribucion aerea de una seccion que cuenta con 212 casas habitacion donde se requiere de los siguientes elementos: 6 Tabla 3 Tabla de costos de red de distribucion (transformadores monofasicos) Cantidad 7 pza 21 pzas 738 mt 6 pzas Elemento Transformador 1?

Postes de concreto 12 mt Red de MT 23 kV (kV-1/0-AWG-ACSR) Elementos de proteccion Total Costo ($ USD) $14,000 $6,000 $11,200 $ 6,000 $ 37,000 Los costos mostrados sobre el ejemplo es una aproximacion de los elementos basicos que se requieren para una distribucion monofasica sin red secundaria. 4 Conclusiones El uso de sistemas de blindaje mecanico ayudan a reducir el robo de energia, al tener como plataforma de distribucion una red de media tension como primario, la conexion al transformador y la red hacia la acometida por medio de Cable Concentrico Espiral impide que los usuarios se conecten ilegalmente a las edes de distribucion, en caso de hacerlo incurriran en una falla que rapidamente sera detectada por las companias de distribucion. La solucion que esta en proceso de ser implementada en una colonia conflictiva de la Ciudad de Mexico ayudara a ser la referencia de los valores potenciales de reduccion de perdidas no tecnicas, que actualmente se estiman reduciran un 20% de los 1,800 millones de dolares que en 2007 fueron robados, estos datos estimados podran ser corroborados con los resultados experimentales de estas locaciones.

A pesar de tener un costo inicial mayor al cambiar la red de distribucion, es altamente recomendable la sustitucion de las redes. Otro de los beneficios del cambio de sistemas trifasicos a monofasicos es el tiempo de interrupcion del usuario (TIU), el balance de las cargas del transformador al que esta expuesto. Figura 5 Red de distribucion trifasica convencional (23 kV en media tension) Figura 6 Red de distribucion monofasica (23 kV en media tension) 7 5. Bibliografia Thomas B.

Smith; “ Electricity theft: a comparative analysis”. Ed. Elsevier, Energy Policy 32 (2004) Viakon http://www. viakon. com/products. aspx? p roductId=39 Anthony J, Pansini; “Guide to electrical power distribution systems” Ed. The Fairmont Press USA, Texas 2004 http://www. cfe. gob. mx/aplicaciones/otro s/aportaciones/menu_aportaciones. asp Seger, K. ; “Revenue Protection: Combating utility theft and fraud ”; Ed. Pennwell Books; USA; 2005; 1-16, 2553 Prolec GE: http://www. prolecge. com 1. 2. 3. 4. 5. 6. 8