Autor: Gilberto Enríquez Harper Fecha: inexistente

1. 32 3
TENDENCIAS EN EL DESARROLLO TECNOLOGICO
DE LOS
SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA
Gilberto Enríquez Harper
1. INTRODUCCION.
En los últimos años se ha observado la rapidéz con que se dan los cambios a
nivel mundial en los ámbitos político, económico, social y tecnológico. De
manera que prácticamente ningún país queda exento de esta dinámica, y por lo
mismo, es necesario hacer algunas reflexiones sobre la necesidad de establecer
las políticas y metodologías a adoptafl para que en ciertas áreas del cono-
cimiento que están estrechamente relacionadas con el desarrollo industrial, se
cuente con los elementos y puntos de referencia para una orientación apropiada.
Una de estas áreas que cae dentro de la ingeniería eléctrica, es la de los
SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA, que en su concepción más amplia
tiene una influencia importante en el desarrollo de la industria, y que en ¡a aplicación
de conocimientos de la ingeniería eléctrica, tanto en los ámbitos industrial como
en el académico y de investigación, se han observado cambios significativos en el
plano tecnológico, que hacen pensar en la necesidad de hacer una revisión de
conceptos considerando las tendencias futuras, el estado del arte y otros aspectos
asociados a esta disciplina de la ingeniería.

2. 2. ASPECTOS GENERALES DEL DESARROLLO HISTORJCO
DE LA INDUSTRIA ELECTRICA.
El grado de desarrollo de la industria eléctrica en la actualidad varía de país a
país, ya que algunos crean, poseen y desarrollan la tecnología, y otros son
sólo usuarios de ésta y eventualmente pueden llegar al desarrollo tecnológico.
Los orígenes de la industria eléctrica se remontan a los orígenes del alumbrado
hacia mediados del siglo XIX, en donde la iluminación pública se hacía por medio
de lámparas de gas, una forma muy usada en esa época al no haber otras
alternativas, aún cuando ésta no resultara ser muy práctica y segura.
Con la aparición de la lámpara de Edison, a partir de sus experimentos
preliminares, se creó la necesidad del suministro de energía eléctrica, de tal forma
que alrededor de 1880 se crearon las primeras compañías de "iluminación";
generándose entonces la Electricidad en Corriente Continua. El accionamiento
de muchos de estos generadores de corriente continua, conocidos también como
"Dinamos" se hacía mediante máquinas impulsoras accionadas por vapor. La
distribución se hacía en forma directa al voltaje de generación (al no haber
transformadores), alimentando los sistemas de distribución en forma subterránea
en algunos casos.
Estas compañías de iluminación eran de tipo local y aparecieron en muchas
partes de los Estados Unidos y otros países del continente europeo.
2

3. - Hacia finales del siglo pasado, aparecieron dos descubrimientos que
revolucionarían las formas de vida y causaron un gran impacto en la industria,
éstos dos descubrimientos fueron el Transformador y el llamado Motor de
Inducción. Con esto aparecieron las primeras Centrales Eléctricas con
generadores de corriente alterna, y a partir de esto, los sistemas de transmisión
y distribución de energía eléctrica han aparecido prácticamente en todos los
r puntos poblados del planeta.
duo
u
Hasta la década de los 60's en el siglo presente, el crecimiento de la industria
eléctrica fue notable, pero con la característica de ser conservadora con relación
a otro tipo de industrias en donde se dieron cambios tecnológicos más notables.
3. EL ESTADO DEL ARTE.
u'
En términos generales, se puede afirmar que en la actualidad la electricidad se
produce, transforma, transmite y distribuye sobre las mismas bases que se hacía
a principios del siglo.
Por lo que se refiere a los medios de producción de la energía eléctrica, a
excepción de la energía nuclear y del uso incipiente de las fuentes alternativas de
r energía, prácticamente se conservan las mismas formas de producción. La
pregunta es entonces:
r
¿ QUE ESTA SUCEDIENDO EN LA INDUSTRIA ELECTRICA?
3

4. En general, las grandes líneas de desarrollo en la industria eléctrica toman como
aspectos relevantes a considerar:
- La calidad del servicio
- El impacto ambiental
- La economía
IR La transición entre lo actual y lo que se espera a futuro, considera como
importantes, entre otros temas, los siguientes:
no
° El estudio de las nuevas fuentes de energía.
• La incorporación de nuevos equipos de generación de energía eléctrica
con tecnología convencional.
• El desarrollo de distintas formas de transmisión.
° Las formas de almacenamiento cte la energía.
Los métodos de conservación de la energía
° El uso de los distintos métodos de telecomunicaciones aplicados en:
teleprotección, transmisión de datos y voz, aspectos específicos de
control y automatización, etc.
4

5. Tratar todos estos temas en un contexto general de las tendencias de la ingeniería
eléctrica requeriría demasiado tiempo, por esta razón, sólo se hará hincapié en lo
concerniente a los sistemas eléctricos de potencia, con algunas referencias a otras
áreas de la ingeniería eléctrica y electromecánica asociadas.
4. LAS TENDENCIAS EN LA INGENIERIA ELECTRICA
DE LOS SISTEMAS DE POTENCIA.
En la introducción de este trabajo, se ha mencionado a grandes líneas la
relación que históricamente ha existido entre la ingeniería eléctrica en la forma
clásica y la ingeniería electrónica. Esto tiene el propósito de ubicar cuáles son
las tendencias de desarrollo y en dónde se encuentran los problemas de
innovación tecnológica y de investigación, así como la relación que debe haber
con las instituciones de investigación y de enseñanza superior.
En lo que concierne a los sistemas eléctricos de potencia, para fines prácticos se
pueden considerar las siguientes áreas de conocimiento:
- Generación
- Transformación
- Transmisión
- Distribución
- Utilización
5

6. Cada una de estas áreas tiene relación con los conocimientos asociados a las
actividades de:
- Planificación
- Diseño
- Construcción
- Operación
r
- Considerando que las actividades de la ingeniería tienen como propósito final el
p
crear satisfactores para la humanidad, el proceso en la consecusion de estos debe
cumplir con ciertos requisitos básicos como son:
° Cuidar en grado extremo el impacto ambiental como una responsa-
bilidad generacional y asi evitar el deterioro del medio ambiente.
° Hacer un uso más eficiente y responsable de los recursos y crear una
cultura de calidad.
Las tendencias futuras están en parte basadas en los desarrollos actuales de los
SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA, que en general se puede establecer
que varían de país a país, pero si se trata de circunscribir lo que está ocurriendo
iba en México y su relación con las tendencias mundiales, habría que establecer una
panorámica de lo que se ha hecho en los últimos años y lo que se puede hacer
en los próximos, para de esta forma establecer de qué manera se puede trabajar
ma
6

7. en su conjunto para intentar caminar en una misma dirección y con esfuerzos -
OM
hasta donde sea posible unificados.
4.1. GENERACION.
En cuanto a tecnologías se refiere, la tendencia es hacia la diversificación de
las fuentes de energía y hacia la cogeneración. En este sentido es conveniente
- hacer reflexiones serias sobre la conveniencia de no generar mediante procesos
que impliquen combustión, ya sea como fuente primaria los derivados del
petróleo o el carbón. Las razones no son sólo de índole energético en cuanto
a la conveniencia de no quemar más petróleo y en su lugar sustituir por
carbón o cualquier otro combustible, son más bien de impacto ambiental hacia un
- futuro del orden de 30 años; en la medida que se estimulen más los procesos de
combustión se afectará más la atmósfera y se traducirá, entre otras cosas, en
modificaciones climatológicas importantes.
Por otra parte, los medios convencionales de generación se deben hacer más
eficientes, por lo que es urgente la adopción de tecnologías para medir la eficiencia
del cielo termodinámico, tendiendo a la automatización de las Centrales
Generadoras.
Una administración de la operación más eficiente requiere, además de contar con
la metodología apropiada para el llamado despacho económico de carga, la
adopción de esquemas de control a nivel de red para el sistema eléctrico de
LB
7

8. potencia, para lograr eficiencitar la automatización de la transferencia en
servicios auxiliares y la adopción de los disparos automáticos de generación e
incursionar seriamente en la rehabilitación y modernización de algunas de las
Centrales Eléctricas en operación.
Por lo que a las tecnologías de generación se refiere, parece ser que producir
energía eléctrica en los volúmenes requeridos por los distintos tipos de usuarios,
aún con los programas de ahorro de energía, no dejan alternativa en el corto plazo
a las fuentes alternativas de energía, y es por esto que, se podría esperar un
resurgimiento de la tecnología nuclear.
A nivel nacional, un mayor aprovechamiento de los recursos hidrológicos para
la producción de energía eléctrica y el uso de la llamada microgeneración
hidroeléctrica debe ser considerado seriamente
Por lo que a las formas convencionales de generación de energía eléctrica se
refiere, se debería considerar, dando menos peso a los aspectos económicos, la
conveniencia de establecer formalmente energías complementarias de tipo eólico
y solar en aquellos lugares que reunan condiciones adecuadas para esto.
La aplicación de la electrónica en los medios de control de la centrales eléctricas,
el desarrollo de simuladores, la aplicación de relevadores inteligentes, etc., es
parte de la "invasión" de la electrónica en las áreas de potencia. Esta tendencia se
13

9. dará en forma tan rápida y tan acelerada como continúe la evolución de la
microelectrónica y las formas de comunicación.
4.2. TRANSFORMACION.
Una forma común de interpretar el término transformación en los sistemas
eléctricos de potencia, es mediante las subestaciones eléctricas en cualquiera de
sus modalidades. En la actualdiad la tendencia es hacia su compactación
mediante distintas modalidades, que van desde el uso de medios aislantes diferen-
tes al aire (SF6 por ejemplo) hasta la adopción de nuevos criterios de diseño
aplicables con variantes a distintas capacidades y niveles de tensión, un ejemplo
de esto es el uso del derecho de vía de las líneas de transmisión para la
construcción de subestaciones en estos espacios.
Actualmente, y parece ser que es la tendencia futura, se practica la adopción de
esquemas de control y protección a base de sistemas microprocesados. Por lo
que a equipos se refiere, la aparición de distintas modalidades de aislamientos y
de materiales magnéticos, así como diseños y procesos de producción, han
incorporado variantes en las tecnologías y se puede pensar que en algunos casos,
como el de los transformadores de instrumento, en poco tiempo se sustituirán por
otros elementos distintos.
La protección, el telecontrol y las comunicaciones hacen un uso cada vez más

10. importante de la microelectrónica, el manejo digital de información y la electrónica
de potencia. Esto constituye, de hecho, el enfoque que en el mediano plazo se
continuará dando a la transformación.
-
4.3. TRANSMISION.
Es conocido que en la estructura de un sistema eléctrico de potencia, la
- transmisión representa un papel muy importante, ya que es el enlace entre los
nodos o puntos de union del sistema. En la actualidad la transmision de energia
eléctrica se hace por medio de corriente alterna, en algunos países se usa
- también la corriente continua para aplicaciones más específicas, como son los
enlaces y las uniones asíncronas.
En general, la transmisión en la forma convencional ha tenido una evolución
relativamente lenta y ésta ha sido tendiente a:
ILM
E ( ° Aumentar la confiabilidad.
M.
Optimizar los diseños mecánicos y reducir pesos.
° Compactar las siluetas.
°
Reducir los niveles de ruido y radio interferencia electromagnética.
(
10

11. r ° Usar aislamientos sintéticos.
° Incursionar en la transmisión hexafásica.
Compactar líneas e ir ¡ncrementando los niveles en las tensiones de
r transmisión.
El uso de cables subterráneos en alta tensión asociados a las subestaciones en
va SF6 se ha hecho una práctica común en las ciudades con restricciones de
espacio y de impacto por efecto electromagnético. El análisis del efecto de los
campos eléctricos y magnético en las líneas de transmisión representa, a
pesar de los estudios realizados hasta la fecha, un tema que aún tiene aspectos
por investigar.
4.4. DISTRIBUCION.
LO
Esta es un área en donde se encuentran las diferencias tecnológicas más
r
notables entre países y hasta entre ciudades de un mismo país. De hecho,
para una empresa eléctrica, la cara al público y una buena parte de la calidad del
servicio se ve a través de la distribución, pero paradójicamente es una de las
áreas a las que, con frecuencia, menos recursos se les dedica. Como se sabe,
( la distribución puede ser subterránea o aérea. La distribución aérea puede ser a
su vez con conductor desnudo (como es la práctica en México) o con conductor
- aislado. La tendencia actual es hacia un incremento sensible en la calidad del
r 11

12. MÑ
[ servicio, para ésto, como en otras áreas de los sistemas eléctricos de potencia, la
lo aplicación de las computadoras es un factor determinante, ya que se tiende a la
automatización de la operación, a la administración de la demanda y la reducción
ibo
de las pérdidas, así como la automatización en los servicios de atención al público.
Esta es una de las áreas de la ingeniería en donde se está haciendo una aplicación
importante de las telecomunicaciones y los dispositivos de control por medio de
(
microprocesadores.
La tendencia, siempre que los aspectos económicos lo justifiquen, es llegar al
nivel de usuario con funciones muy especificas.
• Por lo que se refiere a la calidad del servicio, no sólo se hace mención a
reducir el tiempo de interrupción al usuario, sino también a obtener una
energía "más limpia", es decir, sin ruido y sin distorsión, lo que significa reducir a
( los límites tolerables los problemas de parpadeo (flicker) y de presencia de
harmónicas. Esto se hace particularmente con el incremento notable que ha
- habido con las cargas eléctricas y el uso creciente de la llamada electrónica de
potencia.
1.
IM
E
12

13. 4.5. UTILIZACION DE LA ENERGIA.
Esta es un área muy amplia de casos a analizar, debido a la multiplicidad de
aplicaciones que tiene la energía eléctrica. Sin embargo, se puede hacer refe-
rencia aquellos casos que se pueden considerar como relevantes.
Un aspecto fundamental por las distintas implicaciones que tiene en los ámbitos
energético, ambiental y económico, es el del uso racional de la energía eléctrica
mediante programas de ahorro de energía . Estos programas tienen relación
directa con aspectos de diseño de las instalaciones, diseño de los equipos y
aparatos eléctricos, criterios distintos en las formas de operación de los sistemas,
uso de controladores para la administración de la carga; ésto, además de las
polfticas de incentivos que no tienen una relación directa con los aspectos
tecnológicos.
El uso de la cogeneracián en ciertos tipos de usuarios industriales, implica la
necesidad de adoptar criterios distintos a los convencionales sobre protección e
intercambio de flujos de energía, en especial si esto se hace a los niveles de
subtransmisión y distribución.
El uso de transporte eléctrico de tipo masivo, como es el caso del metro o de
los ferrocarriles eléctricos, es una necesidad y representa un área que no ha
sido suficientemente atendida y requiere de la participación de conocimientos
13

14. sobre tracción eléctrica, electrónica de potencia, telecomunicaciones, control y
automatización, entre las ramas del conocimiento de la ingeniería eléctrica.
5. SOBRE LA ORGANIZACION PARA LA INCORPORACION DE LAS
INNOVACIONES TECNOLOGICAS, LOS TRABAJOS DE DESARROLLO
TECNOLOGICO Y LA INVESTIGACION.
Para poder establecer una política conducente para hacer más eficiente las
actividades de ingeniería, desarrollo tecnológico e investigación en ingeniería
eléctrica, se debe hacer una revisión de las condiciones actuales a nivel nacional,
en cuanto al estado del arte, los recursos de que se disponen, el desarrollo
histórico que se ha tenido, la situación que guardan las instituciones de educación
superior e institutos de investigación en el área, así como el marco de referencia
mundial.
La ingeniería eléctrica, como algunas otras disciplinas de la ingeniería y en
general de la educación superior, ha sufrido los efectos de la crisis económica
de los últimos diez años, esto en forma independiente de que, desde antes ya se
tenían rezagos y serias limitaciones para su desarrollo. Lo anterior se ha manifes-
tado especialmente en limitaciones en cuanto a número y calidad de los recursos
humanos, y aún cuando en algunos casos se han hecho esfuerzos importantes
para subsanar estas deficiencias, no han sido suficientes como para decir que
exista un avance significativo.
14

15. En México, en general, los recursos dedicados a la investigación son raquíticos
y el área de la ingeniería eléctrica no es la excepción. Por otra parte, las
universidades e instituciones de educación claman por mayores apoyos
presupuestales para poder cumplir mejor con sus funciones.
En contra partida, las industrias se quejan del nivel que tienen los egresados de
las escuelas, y por lo que a la investigación se refiere, ésta prácticamente no
existe, a no ser por algunos esfuerzos aislados que se han hecho.
Quizás otro factor importante a considerar, es la orientación que se le da a la
investigación, ya que se tiene la sensación de que al menos en el área
electromecánica lo poco que se hace no tiene el enfoque apropiado, en parte
porque no existe una infraestructura que defina con precisión las líneas de
investigación y desarrollo tecnológico con una visión del futuro y que considere
a la actividad de la investigación como una inversión que no tiene que dar
necesariamente resultados en el corto plazo.
Tomando el marco de referencia del desarrollo que en la ingeniería eléctrica
tienen los llamados países desarrollados, y en particular en lo que a bienes de
capital se refiere, es claro que existe un atraso muy importante y que en la
( medida que el tiempo pasa se va haciendo cada vez mayor, y lo preocupante
es que no se toman las medidas apropiadas para llegar a superar este problema.
Ñia
E
E 15

16. Está claro que los recursos que se asignan a las investigación en el área en
cuestión y en general dentro de las ingenierías, son insuficientes, que el
número de personas dedicadas a la investigación es reducido y poco incen-
tivado, que existen muchos problemas concretos por resolver y no se tiene la
organización apropiada para hacer un mejor uso de los pocos recursos existentes,
ni siquiera para apoyar a las instituciones de educación superior que pasan por
problemas muy serios y que tienen deseos de incorporarse en forma activa a
los procesos de transformación que se están dando y vendrán en los umbrales
del próximo siglo.
La tendencia para la organización de la investigación, el desarrollo tecnológico y
la incorporación de las innovaciones tecnológicas en la ingeniería eléctrica, es
hacia:
° La definición de un catálogo preciso de líneas de investigación y
desarrollo a seguir.
° El levantamiento de un censo confiable de recursos humanos y
materiales que existen en las instituciones de investigación y educación
superior.
° La definición de grupos de trabajo y temas de investigación asociados
a éstos y, la creación de una organización rectora de la investigación
en esta área que defina prioridades a nivel nacional, impulse proyectos
y apoye a la actividad científica en el campo de la ingeniería eléctrica.
16

17. do
r
6. CONCLUSIONES.
Este trabajo presenta un aspecto general de la panorámica actual de los
Sistemas Eléctricos de Potencia y cuáles son las tendencias que se tienen. Se
trató de dar esta presentación, sin profundizar en ningún aspecto específico o
tratar algún caso concreto en particular, debido a que quizás en este momento
E sea más importante establecer a grandes líneas hacia dónde se debe ir y cómo
hacerlo, que presentar un trabajo específico con el detalle y rigor que requeriría.
[
De lo anteriormente expuesto se puede concluir, en lo general, que es
importante establecer con claridad una política de investigación y desarrollo
tecnológico que permita fijar las áreas prioritarias, establecer los grupos de
trabajo, cuantificar recursos y necesidades e integrar los elementos de apoyo
necesarios. En lo particular se debe poner atención a los siguientes aspectos:
Incorporación de nuevas fuentes de generación, incluyendo las llamadas fuentes
no convencionales.
•1
Poner énfasis en las alternativas para nuevas formas de transmisión y
ha transformación de energía, iniciando a la brevedad proyectos piloto que
F permitan evaluar las bondades, cuantificar el problema y formar recursos
humanos.
-
r 17

18. Orientar a las instituciones de educación superior e investigación a que pongan
atención en sus planes y programas de estudio, así como en sus programas de
investigación a temas como:
áft °
Electrónica de potencia y sus aplicaciones en la ingeniería eléctrica.
1 °
Tracción eléctrica.
° Telecomunicaciones e informática (transmisión digital de datos, redes,
diseño asistido por computadora, etc.).
° Automatización y control.
° Robótica.
Fomentar un intercambio permanente, mediante creación de consejos o
modalidades similares, entre la industria eléctrica y las instituciones de educación
superior y de investigación.
Establecer los canales de comunicación entre las industrias y entre éstas y las
instituciones de investigación y enseñanza superior, sobre bases reales y efectivas
que conduzcan a programas de beneficio mutúo en forma inmediata.
- 18

19. REFERENCIAS
1
1. Programa de obras e inversiones del sector eléctrico. CFE. Oct. 1991.
E 2. Costos y parámetros de referencia para la formulación de proyectos de
r inversión en el sector eléctrico. CFE. 11 a. Edición.
3. Diagnóstico de las instituciones de investigación superior y posgrado en
México.
CONACYT 1989.
E
-
4. Electrical Systems. EPRI. 1985. 1991.
Trends in Power System Engineering Powertech Labs. Inc. 1991.
Science applications. SAIC. 1991.
1
1
u
t
izo