Corte de energía

pérdida de energía eléctrica en un área

Para otros usos, consulte Corte de energía (desambiguación) .

Este artículo trata sobre fallas eléctricas accidentales. Para los diseñados intencionalmente, consulte apagón continuo .

Las luces de los vehículos proporcionaron la única iluminación durante la crisis eléctrica de Ecuador de 2009

Un corte de energía (también llamado un corte de energía , un cabo de potencia , un apagón , un fallo de alimentación , una pérdida de potencia , o un apagón ) es la pérdida de la potencia eléctrica de alimentación de red a un usuario final . ^[1]

Hay muchas causas de fallas de energía en una red eléctrica. Ejemplos de estas causas incluyen fallas en las centrales eléctricas , daños a las líneas de transmisión eléctrica , subestaciones u otras partes del sistema de distribución , un cortocircuito , falla en cascada , funcionamiento de fusibles o disyuntores .

Los cortes de energía son particularmente críticos en sitios donde el medio ambiente y la seguridad pública están en riesgo. Instituciones como hospitales , plantas de tratamiento de aguas residuales y minas generalmente tendrán fuentes de energía de respaldo, como generadores de reserva , que se encenderán automáticamente cuando se pierda la energía eléctrica. Otros sistemas críticos, como las telecomunicaciones , también deben tener energía de emergencia. La sala de baterías de una central telefónica generalmente tiene conjuntos de baterías de plomo-ácido para respaldo y también un enchufe para conectar un generador durante períodos prolongados de interrupción.

Tipos de cortes de energía

Apagón

Falla transitoria

Los cortes de energía se clasifican en tres fenómenos diferentes, relacionados con la duración y el efecto del corte:

• Una falla transitoria es una pérdida de energía típicamente causada por una falla en una línea eléctrica. La energía se restablece automáticamente una vez que se soluciona la falla.
• Una caída de voltaje es una gota en tensión en una fuente de alimentación eléctrica. El término caída de voltaje proviene de la atenuación experimentada por la iluminación cuando el voltaje cae. Las caídas de tensión pueden provocar un rendimiento deficiente del equipo o incluso un funcionamiento incorrecto.
• Un apagón es la pérdida total de energía en un área y es la forma más severa de corte de energía que puede ocurrir. Los apagones que resultan de o resultan en el disparo de las centrales eléctricas son particularmente difíciles de recuperar rápidamente. Las interrupciones pueden durar desde unos minutos hasta algunas semanas, según la naturaleza del apagón y la configuración de la red eléctrica.

Los apagones continuos ocurren cuando la demanda de electricidad excede la oferta y permiten que algunos clientes reciban energía al voltaje requerido a expensas de otros clientes que no obtienen energía en absoluto. Son una ocurrencia común en los países en desarrollo y pueden programarse con anticipación u ocurrir sin previo aviso. También han ocurrido en países desarrollados, por ejemplo, en la crisis de la electricidad de California de 2000–2001, cuando la desregulación gubernamental desestabilizó el mercado mayorista de electricidad. Los apagones también se utilizan como una medida de seguridad pública, como para evitar que una fuga de gas se incendie (por ejemplo, se cortó la energía en varias ciudades en respuesta a las explosiones de gas de Merrimack Valley), o para prevenir incendios forestales alrededor de líneas de transmisión mal mantenidas (como durante los cortes de energía de California en 2019 ).

Protección del sistema eléctrico de cortes

Las ramas de los árboles crean un cortocircuito en las líneas eléctricas durante una tormenta. Esto generalmente resulta en un corte de energía en el área abastecida por estas líneas.

En las redes de suministro de energía , la generación de energía y la carga eléctrica (demanda) deben ser muy cercanas a la misma cada segundo para evitar la sobrecarga de los componentes de la red, lo que puede dañarlos severamente. Los relés y fusibles de protección se utilizan para detectar automáticamente sobrecargas y desconectar circuitos con riesgo de daño.

Bajo ciertas condiciones, un componente de la red que se apaga puede causar fluctuaciones de corriente en los segmentos vecinos de la red, lo que lleva a una falla en cascada de una sección más grande de la red. Esto puede variar desde un edificio, a un bloque, a una ciudad entera, a una red eléctrica completa .

Los sistemas de energía modernos están diseñados para ser resistentes a este tipo de falla en cascada, pero puede ser inevitable (ver más abajo). Además, dado que no existe un beneficio económico a corto plazo para prevenir fallas raras a gran escala, los investigadores han expresado su preocupación de que existe una tendencia a erosionar la resistencia de la red con el tiempo, que solo se corrige después de que ocurre una falla importante. En una publicación de 2003, Carreras y sus coautores afirmaron que reducir la probabilidad de pequeñas interrupciones solo aumenta la probabilidad de que ocurran más grandes. ^[2] En ese caso, el beneficio económico a corto plazo de mantener contento al cliente individual aumenta la probabilidad de apagones a gran escala.

El Comité Senatorial de Energía y Recursos Naturales celebró una audiencia en octubre de 2018 para examinar el " arranque negro ", el proceso de restauración de la electricidad después de una pérdida de energía en todo el sistema. El propósito de la audiencia era que el Congreso conociera cuáles son los planes de respaldo en la industria de servicios eléctricos en caso de que se dañe la red eléctrica. Las amenazas a la red eléctrica incluyen ciberataques, tormentas solares y clima severo, entre otras. Por ejemplo, el " Apagón del Noreste de 2003 " fue causado cuando árboles cubiertos de maleza tocaron líneas eléctricas de alto voltaje. Alrededor de 55 millones de personas en los EE. UU. Y Canadá se quedaron sin electricidad y restaurarla costó alrededor de $ 6 mil millones. ^[3]

Protección de los sistemas informáticos contra cortes de energía

Los sistemas informáticos y otros dispositivos electrónicos que contienen circuitos lógicos son susceptibles a la pérdida de datos o al daño del hardware que puede ser causado por la pérdida repentina de energía. Estos pueden incluir equipos de redes de datos, proyectores de video, sistemas de alarma y computadoras. Para proteger los sistemas informáticos contra esto, el uso de una fuente de alimentación ininterrumpida o 'UPS' puede proporcionar un flujo constante de electricidad si una fuente de alimentación principal deja de estar disponible durante un corto período de tiempo. Para protegerse contra sobretensiones (eventos en los que los voltajes aumentan durante unos segundos), que pueden dañar el hardware cuando se restablece la energía, se puede usar un dispositivo especial llamado protector contra sobretensiones que absorbe el exceso de voltaje.

Restauración de energía después de un apagón en un área extensa

Restaurar la energía después de un apagón en un área extensa puede ser difícil, ya que las centrales eléctricas deben volver a estar en línea. Normalmente, esto se hace con la ayuda de energía del resto de la red. En ausencia total de energía de la red, el llamado principio negro tiene que llevar a cabo para arrancar la red eléctrica en funcionamiento. Los medios para hacerlo dependerán en gran medida de las circunstancias locales y las políticas operativas, pero normalmente la transmisiónLas empresas de servicios públicos establecerán "islas de energía" localizadas que luego se acoplarán progresivamente. Para mantener las frecuencias de suministro dentro de límites tolerables durante este proceso, la demanda debe reconectarse al mismo ritmo que se restablece la generación, lo que requiere una estrecha coordinación entre las centrales eléctricas, las organizaciones de transmisión y distribución.

Inevitabilidad del apagón y sostenibilidad eléctrica

Comparación de la duración de los cortes de energía ( valor SAIDI ), en 2014.

Criticidad autoorganizada

Más información: Control de criticidad autoorganizado

Se ha argumentado sobre la base de datos históricos ^[4] y modelos informáticos ^{[5] [6]} que las redes eléctricas son sistemas críticos autoorganizados . Estos sistemas presentan perturbaciones inevitables ^[7] de todos los tamaños, hasta el tamaño de todo el sistema. Este fenómeno se ha atribuido al aumento constante de la demanda / carga, la economía de funcionamiento de una empresa de energía y los límites de la ingeniería moderna. ^[8]

Si bien se ha demostrado que la frecuencia de apagón se reduce al operar más lejos de su punto crítico, generalmente no es económicamente viable, lo que hace que los proveedores aumenten la carga promedio con el tiempo o se actualicen con menos frecuencia, lo que hace que la red se mueva más cerca de su punto crítico. . Por el contrario, un sistema más allá del punto crítico experimentará demasiados apagones que llevarán a actualizaciones en todo el sistema y lo harán retroceder por debajo del punto crítico. El término punto crítico del sistema se utiliza aquí en el sentido de la física estadística y la dinámica no lineal, que representa el punto donde un sistema experimenta una transición de fase; en este caso, la transición de una red confiable estable con pocas fallas en cascada a una red poco confiable muy esporádica con fallas en cascada comunes. Cerca del punto crítico, la relación entre la frecuencia de apagón y el tamaño sigue unadistribución de la ley de potencias . ^{[6] [8]}

La falla en cascada se vuelve mucho más común cerca de este punto crítico. La relación poder-ley se ve tanto en datos históricos como en sistemas modelo. ^[8] La práctica de operar estos sistemas mucho más cerca de su capacidad máxima conduce a efectos magnificados de perturbaciones aleatorias e inevitables debido al envejecimiento, el clima, la interacción humana, etc. Aunque están cerca del punto crítico, estas fallas tienen un efecto mayor en los componentes circundantes. debido a componentes individuales que soportan una carga mayor. Esto da como resultado que la carga más grande del componente defectuoso tenga que ser redistribuida en mayores cantidades a través del sistema, lo que hace que sea más probable que fallen componentes adicionales no directamente afectados por la perturbación, provocando fallas en cascada costosas y peligrosas. ^[8]Estas perturbaciones iniciales que causan apagones son aún más inesperadas e inevitables debido a las acciones de los proveedores de energía para evitar perturbaciones obvias (tala de árboles, separación de líneas en áreas ventosas, reemplazo de componentes envejecidos, etc.). La complejidad de la mayoría de las redes eléctricas a menudo hace que la causa inicial de un apagón sea extremadamente difícil de identificar.

Los líderes rechazan las teorías del sistema que concluyen que los apagones son inevitables, pero están de acuerdo en que se debe cambiar el funcionamiento básico de la red. El Instituto de Investigación de Energía Eléctrica defiende el uso de características de redes inteligentes , como dispositivos de control de energía que emplean sensores avanzados para coordinar la red. ^[9] Otros abogan por un mayor uso de cortafuegos de corriente continua de alto voltaje (HVDC) controlados electrónicamente para evitar que las perturbaciones caigan en cascada a través de las líneas de CA en una red de área amplia . ^[10]

Modelo OPA

En 2002, investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL), el Centro de Investigación de Ingeniería de Sistemas de Energía de la Universidad de Wisconsin (PSerc), ^[11] y la Universidad de Alaska Fairbanks propusieron un modelo matemático para el comportamiento de los sistemas de distribución eléctrica. ^{[12] [13]} Este modelo se conoce como el modelo OPA, una referencia a los nombres de las instituciones de los autores. OPA es un modelo de fallas en cascada. Otros modelos de fallas en cascada incluyen Manchester, Falla oculta, CASCADA y Ramificación. ^[14] El modelo OPA se comparó cuantitativamente con un modelo de redes complejas de una falla en cascada : el modelo Crucitti-Latora-Marchiori (CLM),^[15] que muestra que ambos modelos exhiben transiciones de fase similares en el daño promedio de la red (pérdida de carga / demanda en OPA, daño de trayecto en CLM), con respecto a la capacidad de transmisión. ^[dieciséis]

Mitigación de la frecuencia de los cortes de energía

A menudo se demuestra que los efectos de tratar de mitigar las fallas en cascada cerca del punto crítico de una manera económicamente viable no son beneficiosos y, a menudo, incluso perjudiciales. Se han probado cuatro métodos de mitigación utilizando el modelo de apagón de OPA : ^[2]

• Aumente el número crítico de fallas que causan apagones en cascada: se muestra para disminuir la frecuencia de apagones más pequeños pero aumentar la de apagones más grandes.
• Aumentar la carga máxima de la línea eléctrica individual: se muestra para aumentar la frecuencia de apagones más pequeños y disminuir la de apagones más grandes.
• Combinación de número crítico creciente y carga máxima de líneas: se muestra que no tiene un efecto significativo en ninguno de los tamaños de apagón. Se prevé que la pequeña reducción resultante en la frecuencia de los apagones no valdrá la pena el costo de la implementación.
• Aumente el exceso de energía disponible para la red: se muestra para disminuir la frecuencia de apagones más pequeños pero aumentar la de apagones más grandes.

Además del hallazgo de que cada estrategia de mitigación tiene una relación costo-beneficio con respecto a la frecuencia de apagones pequeños y grandes, el número total de apagones no se redujo significativamente por ninguna de las medidas de mitigación mencionadas anteriormente. ^[2]

AE Motter propuso un modelo complejo basado en red para controlar grandes fallas en cascada (apagones) utilizando solo información local . ^[17]

En 2015, MS Saleh presentó una de las soluciones propuestas para reducir el impacto de los cortes de energía. ^[9]

Indicadores clave de rendimiento

Las utilidades se miden en tres medidas de desempeño específicas:

• Índice de duración de interrupción promedio del sistema , medido en minutos
• Índice de duración de interrupción promedio del cliente , medido en minutos
• Índice de frecuencia de interrupción promedio del cliente

Ver también

• 2019 apagones venezolanos
• Apagón de Java 2019
• 2012 apagones en India
• 2003 Italia apagón
• 2011 apagón suroeste
• Cortes de energía en California en 2019
• 13-17 de febrero de 2021 Tormenta de invierno en América del Norte
• Poder quebradizo
• Eyección de masa coronal
• Protección de infraestructura crítica
• Ataque cibernetico
• Dumsor
• Pulso electromagnético (EMP)
• Conservación de energía
• Corte de internet
• Lista de cortes de energía importantes
• Lista de proyectos de almacenamiento de energía
• Apagón de la ciudad de Nueva York de 1977
• Apagón del noreste de 1965
• Apagón del noreste de 2003
• Sistema de gestión de cortes
• Defensa cibernética proactiva
• Energía renovable
• Apagón rodante
• Control de criticidad autoorganizado
• Red inteligente
• Fuente de poder ininterrumpible

Referencias

1. "Apagón: gobierno anuncia restauración de energía 'Phase Wise', pide a la nación que ejercite la paciencia" . La billetera . 10 de enero de 2021 . Consultado el 10 de enero de 2020 .
2. Carreras, BA; Lynch, VE; Newman, DE; Dobson, I. (2003). "Evaluación de la mitigación de apagones en sistemas de transmisión de energía" (PDF) . 36ª Conferencia Internacional de Hawaii sobre Ciencias de Sistemas . Hawai. Archivado desde el original (PDF) el 1 de abril de 2011.
3. Kovaleski, Dave (15 de octubre de 2018). "Audiencia del Senado examina la capacidad de la industria eléctrica para restaurar la energía después de apagones en todo el sistema" . Daily Energy Insider . Consultado el 23 de octubre de 2018 .
4. Dobson, I .; Chen, J .; Thorp, J .; Carreras, B .; Newman, D. Examinando la criticidad de los apagones en modelos de sistemas de energía con eventos en cascada . 35ª Conferencia Internacional Anual de Hawái sobre Ciencias de Sistemas (HICSS'02), 7 al 10 de enero de 2002. Big Island, Hawái. Archivado desde el original el 12 de septiembre de 2003 . Consultado el 17 de agosto de 2003 .
5. Carreras, BA; Lynch, VE; Dobson, I .; Newman, DE Dinámica, criticidad y autoorganización en un modelo de apagones en sistemas de transmisión de energía (PDF) . Conferencia internacional de Hawái sobre ciencias de sistemas, enero de 2002, Hawái.
6. Hoffmann, H .; Payton, DW (2014). "Supresión de cascadas en un modelo crítico autoorganizado con propagación de fallas no contiguas" (PDF) . Caos, solitones y fractales . 67 : 87–93. Código bibliográfico : 2014CSF .... 67 ... 87H . doi : 10.1016 / j.chaos.2014.06.011 .
7. Carreras, BA; Newman, DE; Dobson, I .; Poole, AB (2000). Evidencia inicial de la criticidad autoorganizada en los apagones del sistema de energía eléctrica (PDF) . Actas de la Conferencia Internacional de Hawái sobre Ciencias de Sistemas, 4 al 7 de enero de 2000, Maui, Hawái. Archivado desde el original (PDF) el 29 de marzo de 2003 . Consultado el 17 de agosto de 2003 .
8. Dobson, Ian; Carreras, Benjamín A .; Lynch, Vickie E .; Newman, David E. (2007). "Análisis de sistemas complejos de series de apagones: falla en cascada, puntos críticos y autoorganización" . Caos: una revista interdisciplinaria de ciencia no lineal . 17 (2). doi : 10.1063 / 1.2737822 .
9. Saleh, MS; Althaibani, A .; Esa, Y .; Mhandi, Y .; Mohamed, AA (octubre de 2015). Impacto de la agrupación de microrredes en su estabilidad y resistencia durante apagones . 2015 Conferencia Internacional sobre Redes Inteligentes y Tecnologías de Energía Limpia (ICSGCE) . págs. 195-200. doi : 10.1109 / ICSGCE.2015.7454295 . ISBN 978-1-4673-8732-3.
10. Fairley, Peter (2004). "La red eléctrica rebelde" . Espectro IEEE . 41 (8): 22-27. doi : 10.1109 / MSPEC.2004.1318179 . Consultado el 24 de junio de 2012 .
11. "Centro de investigación de ingeniería de sistemas de potencia" . Junta de Regentes del Sistema de la Universidad de Wisconsin. 2014 . Consultado el 23 de junio de 2015 .
12. Carreras, BA; Lynch, VE; Dobson, I .; Newman, DE (2002). "Puntos críticos y transiciones en un modelo de transmisión de energía eléctrica para apagones por fallas en cascada" (PDF) . Caos: una revista interdisciplinaria de ciencia no lineal . 12 (4): 985. Bibcode : 2002Chaos..12..985C . doi : 10.1063 / 1.1505810 . ISSN 1054-1500 .  
13. Dobson, I .; Carreras, BA; Lynch, VE; Newman, DE (2001). "Un modelo inicial para la dinámica compleja en los apagones del sistema eléctrico". Actas de la 34ª Conferencia Internacional Anual de Hawaii sobre Ciencias de Sistemas . pag. 710. doi : 10.1109 / HICSS.2001.926274 . ISBN 978-0-7695-0981-5.
14. Nedic, Dusko P .; Dobson, Ian; Kirschen, Daniel S .; Carreras, Benjamín A .; Lynch, Vickie E. (2006). "Criticidad en un modelo de apagón de falla en cascada". Revista Internacional de Energía Eléctrica y Sistemas Energéticos . 28 (9): 627. CiteSeerX 10.1.1.375.2146 . doi : 10.1016 / j.ijepes.2006.03.006 . 
15. Crucitti, P .; Latora, V .; Marchiori, M. (2004). "Modelo para fallas en cascada en redes complejas" (PDF) . Revisión E física . 69 (4 Pt 2): 045104. arXiv : cond-mat / 0309141 . Código Bibliográfico : 2004PhRvE..69d5104C . doi : 10.1103 / PhysRevE.69.045104 . PMID 15169056 . Archivado desde el original (PDF) el 24 de abril de 2017.  
16. Cupac, V .; Lizier, JT; Prokopenko, M. (2013). "Comparación de la dinámica de fallas en cascada entre modelos centrados en la red y de flujo de energía". Revista Internacional de Energía Eléctrica y Sistemas Energéticos . 49 : 369–379. doi : 10.1016 / j.ijepes.2013.01.017 .
17. Motter, Adilson E. (2004). "Control y Defensa en Cascada en Redes Complejas". Cartas de revisión física . 93 (9): 098701. arXiv : cond-mat / 0401074 . Código Bibliográfico : 2004PhRvL..93i8701M . doi : 10.1103 / PhysRevLett.93.098701 . PMID 15447153 . 

Enlaces externos

Medios relacionados con apagones de energía eléctrica en Wikimedia Commons

• Disparo en cascada en una red eléctrica
• Blackout , charla TED de Marc Elsberg
• Tres grandes problemas para restaurar la energía después de un apagón espacial
• AE Motter y Y.-C. Lai, Ataques basados ​​en cascada en redes complejas, Physical Review E (Comunicaciones rápidas) 66, 065102 (2002)
• Cómo funcionan las cosas: apagones