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Hoja contribución del Profesor Rafael Gil de la Universidad Central de Venezuela

 

HISTORIA DE LOS SISTEMAS DE POTENCIA

 

La Corriente Continua

Hasta finales del siglo XVIII, el hombre sólo conoció la electricidad estática. En marzo de 1800, Alessandro Volta presentó su pila voltaica, la cual fue durante dos tercios del siglo XIX la única fuente de corriente eléctrica. Las baterías derivadas de la pila voltaica alimentaron la primera industria eléctrica: la telegrafía, surgida a mediados del siglo XIX, e hicieron posibles los primeros pasos en electroquímica.

Las baterías eléctricas eran complicadas, costosas y de exigente mantenimiento. Los postulados de Faraday, en 1831, condujeron, durante la década 1870 - 80, a la puesta a punto en Europa, de una máquina de dimensiones practicas, capaz de operar por extensos períodos sin sobrecalentamientos peligrosos y de producir corriente esencialmente continua; era la dínamo.

La dínamo fue utilizada en alimentación de lámparas de arco para alumbrado, reemplazó a las baterías en procesos de electroplateado y fue utilizada en barcos.

En Venezuela, el químico Vicente Marcano, en el año 1873 realiza una demostración pública de aparatos de arco para el alumbrado urbano. La energía para tales fines provenía de una dínamo impulsada por una unidad de vapor. Un año más tarde, el doctor Adolfo Ernest realiza un experimento similar. Luego, para el año 1883, se iluminan algunos lugares públicos de Caracas con motivo de la conmemoración del centenario del natalicio del Libertador.

Para el año de 1888, es inaugurado el alumbrado público de la ciudad de Valencia. Maracaibo, por su parte inicia más tarde en ese mismo año un servicio similar.

La Corriente Alterna

El primer sistema experimental de corriente alterna en Norte América fue operado en 1886, consistente de un alternador monofásico de 500 V., 12 A., transformadores elevadores, línea de transmisión de aprox. 1400 m., transformadores reductores y cargas de iluminación. Esto fue realizado por un socio de George Westinghouse.

En 1888, el motor bifásico de corriente alterna es inventado por Nicola Tesla y perfeccionado posteriormente por Dolivo-Dobrovolski, quien introdujo el motor asincrónico trifásico en 1889. Con esto se abrió la posibilidad de utilizar la energía transmitida en corriente alterna no sólo para el alumbrado, sino que también para la transformación industrial de la energía eléctrica en energía mecánica.

La primera transmisión a distancia de la corriente alterna trifásica fue la transmisión de la energía eléctrica de una central hidroeléctrica de 200 kW. en Alemania, en 1891, a una distancia de 170 km. La tensión del generador se elevaba de 95 a 15000 V., tensión de transmisión y luego se reducía hasta 113 V. y se aplicaba a un motor asincrónico trifásico de 75 kW. que accionaba a una unidad de bombeo.

La Batalla de las Corrientes

Mientras tanto, la transmisión de energía a distancia en corriente continua presentó serios inconvenientes, pues para elevar la tensión a los niveles necesarios para la transmisión, se precisaba conectar en serie varios generadores de alta tensión, limitada a unos 7000 V. ( en algunos casos hasta 20 generadores en serie), y en la estación receptora varios motores de corriente continua. Ejemplo de esto fue una transmisión de 4650 kW. a 57.6 kV. en corriente continua que se realizó en Francia sobre una distancia de 180 Km.

El advenimiento de la corriente alterna, precipitó en la última década del siglo XIX la denominada batalla de las corrientes entre los defensores de la corriente continua y los de la corriente alterna, cuyos máximos exponentes fueron en Norte América Thomas Edison por la CC y George Westinghouse por la CA La pieza fundamental para la definición de esta controversia fue la facilidad de elevación de la tensión de transmisión en CA mediante transformadores. Esto inclinó la balanza a favor de la corriente alterna, cayendo en desuso la transmisión a distancia de energía en corriente continua por alrededor de medio siglo, cuando, como se verá más adelante, volverá a ser seriamente considerada.

La Corriente Alterna en Venezuela

En el año 1895, el ing. Ricardo Zuloaga funda la C. A. La Electricidad de Caracas, y en 1897, pone en funcionamiento dos unidades generadoras de 420 kW., 50 Hz., en la planta "El Encantado", instalada en el curso del río Guaire. La energía era transportada a la ciudad capital a través de una línea de transmisión a una tensión de 5000 V.

Crecimiento Constante

Con el inicio del siglo XX, el crecimiento de los sistemas de potencia es constante.

Con respecto a las tensiones y distancias de transmisión, para el año 1900, se habían logrado tensiones de 40 kV. a distancia de aprox. 100 millas. En 1907 se alcanzaron los 100 kV., 115 kV. en 1909, 150 kV. en 1913, 220 kV. en 1923, 287 kV. en 1936, 400 kV. en 1952, 500 kV. en 1959 y 735 kV. en 1965.

Para el año 1900, existía una variedad de frecuencias de operación: 25, 50, 60, 125 y 133 Hz., las que predominaron fueron: 50 Hz. en Europa y 60 Hz. en Norte América, estas frecuencias fueron impuestas a sus respectivas áreas de influencia.

Crecimiento en Venezuela

Durante los primeros años de este siglo, se formaron empresas aisladas de generación y transmisión de energía eléctrica en las ciudades más importantes del país. Muchas de ellas eran propiedad particular de un individuo o de una familia, algunas fueron empresas municipales o estatales que posteriormente pasaron a formar parte del núcleo de empresas del gobierno.

La técnica de esos tiempos estaba principalmente basada en aprovechamiento hidráulicos utilizando ríos relativamente pequeños, aunque a veces la caída neta era considerable. El uso de la electricidad era casi exclusivamente para el alumbrado y por consiguiente las potencias instaladas eran pequeñas. As! por ejemplo, la instalación en 1929 de la planta hidroeléctrica de Naiguatá, por la compañía Unión Venezolana de Electricidad, que contaba con dos generadores de 680 kW. cada uno, fue considerada en su tiempo como una instalación de gran envergadura.

En el año 1948, fue creada la Corporación Venezolana de Fomento (CVF), La cual tuvo entre sus misiones primordiales fomentar la industria eléctrica, agrupando las empresas públicas y adquiriendo aquellas empresas eléctricas en situación precaria. En 1954, se crean 15 compañías anónimas de electricidad distribuidas a todo lo largo del país, cuyo único propietario era la CVF. Estas compañías se fusionan en 1958 para dar origen a la C. A. de Administración y Fomento Eléctrico (CADAFE).

Uno de los objetivos básicos de CADAFE, fue integrar sus instalaciones aisladas en sistemas interconectados. El primer paso importante en esta dirección fue tomado en los años 1960 - 1962, cuando se interconectaron por medio de líneas de transmisión a 115 kV. las centrales termoeléctricas de La Mariposa, La Cabrera y Puerto Cabello con una capacidad total de 200 MW., sirviendo la zona que queda aproximadamente entre Caracas y Puerto Cabello.

En 1953, fue creada la Comisión de Estudios para la Electrificación del Caroní como una dependencia del Ministerio de Fomento, su labor culminó en 1960 con la puesta en servicio de la central hidroeléctrica Macagua I, con una capacidad instalada de 375 MW. En el año 1960 fue creada la Corporación Venezolana de Guayana (CVG) con el objeto de fomentar el desarrollo integral de la zona de Guayana. En 1963, La CVG Electrificación del Caroní C. A. (EDELCA), empresa filial de la CVG fue creada con el objeto de continuar el desarrollo eléctrico del río Caroní.

En el año 1968, entran en servicio dos líneas de transmisión a 230 kV., entre la central Macagua I y la S/E Santa Teresa en el Edo. Miranda, cercana a Caracas, con una longitud aproximada de 630 km. Esto constituyó La primera interconexión entre los sistemas de la C. A. La Electricidad de Caracas, CADAFE y EDELCA que en ese mismo año firmaron el contrato de interconexión. Entre 1968 y 1970 se realizó el cambio de frecuencia del sistema de la E. de C. de 50 a 60 Hz.

La fase inicial de la primera etapa de la central hidroeléctrica Raúl Leoni en Guri, con 575 MW. de potencia instalada, fue inaugurada en 1968. En el año 1977 se concluyó la primera etapa, la cual consta de 10 unidades generadoras con una capacidad total instalada de 3000 MW, además de dos líneas de transmisión a 400 kV. hasta la S/E Santa Teresa, con una longitud de 560 km., fueron puestas en servicio en 1970 y 1975 respectivamente. En 1986 fue finalizado totalmente el proyecto con 10 unidades adicionales que totalizan 7000 MW. y dos líneas de transmisión a 765 kV., una de 657 km. hasta la S/E La Arenosa en Tocuyito, Edo. Carabobo y la otra de 592 km. hasta la S/E la Horqueta en Villa de Cura, Edo. Aragua.

Hasta el año 1950, la E. de C. contaba sólo con pequeñas unidades de generación hidroeléctrica y algunas plantas diesel. Entre 1950 y 1959 se ponen en servicio las 5 unidades termoeléctricas a vapor de la planta Arrecifes con una capacidad total de 175 MW. Entre 1956 y 1966, las primeras seis unidades de Tacoa con un total de 340 MW. y entre 1978 y 1981, las tres unidades de 400 MW. c/u de la Ampliación Tacoa, que fueron repotenciadas a 460 MW. c/u en 1992 y 1993. En 1958 y 1959 se ponen en servicio las 2 unidades a gas con 20 MW. c/u de la planta El Convento y luego entre 1969 y 1978, los 204.4 MW. de la planta a gas O.A.M., en la cual 7 unidades de 20 MW. c/u serán sustituidas por 4 unidades de 100 MW. c/u para 1994.

El sistema de transmisión de la E. de C. consta de dos anillos, uno a 230 kV. y el otro a 69 kV., que rodean a la ciudad de Caracas, desde allí se hace la distribución de la energía eléctrica a tensiones de 30, 12.47, 8.3 y 4.8 kV.

CADAFE en 1973, pone en funcionamiento el complejo hidroeléctrico José Antonio Páez, con 4 unidades de 60 MW. c/u, ubicado en el río Santo Domingo, entre los estados Mérida y Barinas. Entre 1978 y 1985, se ponen en funcionamiento las cinco unidades de 400 MW. c/u de la Planta Termoeléctrica del Centro con su sistema de transmisión asociado a 230 y 400 kV. En 1987, entra en funcionamiento la central San Agatón, con dos unidades de 150 MW. c/u, conformando la primera etapa del complejo hidroeléctrico Uribante-Caparo, ubicado entre los estados Táchira y Mérida.

Sistemas Interconectados

Se dice que dos o más sistemas o compañías forman un sistema interconectado, cuando establecen conexión eléctrica entre ellas, con la finalidad obtener beneficios económicos mutuos en la prestación del servicio eléctrico.

En estado normal, la operación de un sistema iterconectado está dirigida a la utilización eficiente de las diferentes plantas de generación. Entre las diferentes compañías se intercambia la energía eléctrica de bajo costo, debido a que comprar energía de otros sistemas puede ser más económico que producirla en sus propias plantas.

Para que sea posible un intercambio de energía satisfactorio para todas las partes, debe existir, en un determinado momento, una compañía A con plantas ociosas cuya producción de energía sea menos costosa que lo que le costaría generar en sus propias plantas a otra compañía B que necesite esa energía. La compañía B compra entonces la energía a la compañía A a un precio inferior que el que le costaría producirla, obteniendo un beneficio económico y la compañía A también se beneficia al vender energía que no está utilizando en satisfacer el consumo de sus cargas.

Debido a que los valores máximos de la demanda de las diferentes compañías no se producen simultáneamente en el tiempo, la capacidad de generación instalada de cada compañía puede ser menor que la requerida si no existiese la interconexión, debido a que cuando se produce la demanda máxima de una compañía, las restantes, que no estarán en su momento de máxima demanda, podrán cederle la capacidad ociosa que tengan, con la que aquella satisfacerá una parte de su demanda máxima. El sistema interconectado debe poseer la capacidad de generación instalada para suplir la demanda máxima del conjunto, la cual, como consecuencia de la diversidad de las demandas máximas de cada compañía, es menor que la suma de estas.

Al ser posible instalar unidades de generación de mayor tamaño, se obtiene el beneficio de la denominada economía de escala.

La no coincidencia entre compañías de altas demandas durante períodos largos de tiempo, por ejemplo estacionales o anuales, permite la elaboración de programas de mantenimiento de unidades generadoras sin necesidad de instalar unidades adicionales en cada compañía.

En condiciones de emergencia, la interconexión de sistemas permite que la capacidad de generación de reserva de cada una de las diferentes compañías, sea menor que la necesaria si estuviesen aisladas, puesto que al producirse una eventualidad, cualquier compañía puede hacer uso de la capacidad de reserva de las otras. En consecuencia, cada compañía invierte menos en capacidad de generación de reserva; lo cual, obviamente, también es un beneficio de carácter económico.


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