Ingeniero Civil Eléctrico / La generación distribuida (GD) es un hecho en nuestros días. Los avances tecnológicos han posibilitado la introducción de unidades de GD que aprovechan los energéticos primarios convencionales, así como los no convencionales, para la producción de energía eléctrica, satisfaciendo de este modo las crecientes necesidades de los usuarios. Bajo esta premisa, se hace estrictamente necesario conocer los efectos concretos que tiene este tipo de generación en las redes de distribución, la cual rompe el paradigma clásico de operación de los sistemas eléctricos. Dicho conocimiento permitirá mantener los estándares de calidad de servicio que exige la normativa técnica y también resguardar la seguridad de usuarios y de operadores de red. El objetivo general de este trabajo de título corresponde a la formulación de una metodología para la definición de los niveles máximos agregados de GD dentro de una red baja tensión, o bien, los niveles de penetración. Dicha metodología debe prestar atención a los posibles problemas que se presenten por el aumento de la GD en una red: variación de la tensión en la barra de conexión y las adyacentes, restricciones de capacidad de los conductores y equipos, variación de las pérdidas, así como efectos sobre la tensión por conexión/desconexión intempestiva de unidades de generación y la contribución al nivel de cortocircuito. La validación de la metodología se realizó con el software DIgSILENT Power Factory, a partir de la información provista por dos empresas de distribución. Se evaluaron dos casos de estudio, correspondientes a una red radial, de consumo residencial, ubicada en el área típica 1 y una red radial, urbana, presente en el área típica 3. El escenario analizado en las instalaciones fue de baja demanda, siendo éste el identificado como el caso crítico para la aplicación de la metodología. En ambas redes se realizó un análisis global y específico, tanto para introducción exclusiva de generación a partir de paneles fotovoltaicos como para un mix tecnológico que incluyó también tecnologías eólica y minihidro, verificando con ello la variación de todos los parámetros mencionados en el párrafo anterior. Los resultados obtenidos fueron 27% y 25% de penetración de GD (con respecto a la capacidad nominal del transformador de distribución de la red), respectivamente. Por otro lado, la experiencia internacional indica que el promedio permitido de penetración es de un 30%, mostrando que los valores obtenidos para cada red se hayan en el orden de lo desarrollado en otros países. Es importante mencionar que la metodología formulada y detallada en este documento corresponde a un insumo para la determinación del reglamento asociado a la Ley 20.571, también conocida como Ley Net Metering . Se propone como trabajo futuro la introducción de unidades de GD monofásicas en la red, analizando el efecto que tiene ello en los desbalances de potencia y tensión en las fases de los alimentadores de distribución.

Ingeniero Civil Eléctrico / Las microrredes se presentan como un tema que rompen con los paradigmas de transmisión de energía tradicionales. Esto se debe a que las microrredes incorporan la generación eléctrica en cercanía de los consumos, mediante redes en media y baja tensión, y en algunos casos, de forma aislada de los sistemas eléctricos de potencia. Este genera grandes desafíos tanto en operación de régimen permanente como en situaciones de contingencia. Entre estos desafíos se pueden destacar: la mayor variación temporal de la demanda y de la generación dada la significativa variabilidad de los recursos renovables; mayores niveles de pérdida y acoplamiento entre variables eléctricas y el déficit inercial debido a la baja presencia de máquinas rotatorias conectadas a la microrred. En microrredes, el control droop con pendiente fije es aplicado sobre los inversores de las unidades de generación y es el encargado de mantener una operación segura, confiable y correcta del sistema. Sin embargo, existen ocasiones en que el margen de potencia disponible para realizar el control droop no es constante dada la variabilidad de los recursos renovables de las unidades de generación. Bajo este desafío es que en esta memoria se realiza el estudio de una estrategia de control droop con pendiente variable aplicado a microrredes aisladas, con el objetivo de ajustarse ante las variaciones del margen de potencia disponible. En esta memoria se estudian los modelos de pequeña señal de una microrred específica, el impacto de los puntos de operación en cuanto a módulo de la impedancia de las cargas y de las pendientes del control droop para las variables de tensión y frecuencia; se obtiene una zona de operación estable que es utilizada posteriormente en simulaciones dinámicas, donde el sistema mide variaciones de carga para la elección de las pendientes máximas que garanticen la estabilidad del sistema. Finalmente se demuestra que es posible aplicar una estrategia de control con pendiente variable y compararla con una de pendiente fija, obteniendo resultados estables e inestables, para ciertas condiciones de operación del control droop variable. Además se presentan diferencias menores al 0,4% para el caso de frecuencia y 1,5% para el caso de tensión entre la estrategia de pendiente variable respecto a la de pendiente fija, para cuando el sistema operó de forma estable. Con lo anterior se plantea que la estrategia de control variable es limitada en cuanto a variaciones del punto de operación y es efectiva al momento de establecer criterios de elección de una pendiente para un punto de operación sabiendo niveles de generación disponibles.

Ingeniero Civil Electricista / La presente memoria tiene como objetivo estructurar la información referente a los métodos de cálculo de la capacidad de transporte de corriente en las líneas de transmisión. Este trabajo se enmarca en el proyecto desarrollado por el Centro de Energía de la Universidad de Chile para Transelec S.A. Este estudio se centra por una parte, en organizar los modelos y sistemas de monitoreo desarrollados a la fecha para la aplicación de la capacidad dinámica en las líneas de transmisión. Por otro lado, se plantea una metodología para la ubicación de dispositivos de monitoreo en tiempo real en una línea, que permite representar con un cierto grado de confiabilidad su capacidad de transmisión. Este método se basa en lograr un cierto valor de correlación entre la capacidad total de la línea y la capacidad medida de un conjunto de vanos. La clasificación de los distintas tecnologías de monitoreo en tiempo real permite determinar que el mejor método para calcular la capacidad dinámica de transmisión es el que combina mediciones de los parámetros meteorológicos, con mediciones de parámetros directos en el conductor (temperatura, etc.), aunque cabe señalar que es el que requiere mayor inversión. Respecto al método de ubicación de dispositivos, se muestra que se logra una buena representación de la capacidad de transmisión de la línea, mediante el uso de pocas mediciones puntuales. En particular en el tramo seleccionado para la aplicación de esta metodología, comprendido entre las subestaciones Nogales y Las Palmas (entrada en operación año 2014), se observa que con 14 sensores se puede obtener un 90% de confianza estadística. A partir de esto también se concluye que este método puede entregar mejores resultados si se consideran además los métodos tradicionales de repotenciación en las zonas más críticas de la línea. Como trabajo futuro se propone analizar el comportamiento de un sistema eléctrico con líneas con capacidad dinámica de transmisión, en particular analizando los beneficios económicos para el sistema. Además se propone desarrollar un método que permita establecer un trazado óptimo de líneas de transmisión basado en las condiciones meteorológicas en la zona.

Ingeniero Civil Electricista / Debido al constante incremento en la demanda de energía y al actual nivel de carga de las líneas de transmisión, se hace cada vez más necesaria la expansión del sistema de transmisión. En ocasiones la instalación de líneas de transmisión aéreas no es posible o conveniente. Esto ocurre cuando el trazado de la línea pasa por zonas donde existen obstáculos muy difíciles de sortear, como ríos, cruces de aeropuertos, zonas expuestas a avalanchas o zonas densamente pobladas. En estos casos una alternativa viable es la instalación de líneas subterráneas. En este trabajo se realiza un estudio de las distintas tecnologías de cables de potencia disponibles para líneas subterráneas en alta tensión AC, identificando los principales parámetros que permiten obtener una estimación preliminar de la capacidad de la línea directamente enterrados. Posteriormente se implementa una línea de transmisión de este tipo en el Sistema Interconectado Central entre las subestaciones Lo Aguirre y Cerro Navia. Para lograr una estimación de la capacidad de la línea subterránea, en primer lugar se determina los parámetros de diseño de los cables de potencia AC, con los que se modela una línea subterránea. Luego, identificando las condiciones de operación y ambientales que influyen en la capacidad de la línea, se busca establecer una relación entre la potencia activa que es posible transmitir a través de la línea subterránea en función de su longitud. Al tener una estimación de la capacidad de las líneas subterráneas, se realiza un estudio de flujo de potencia, con la herramienta computacional DigSILENT Power Factory y la base de datos del SIC del año 2010, con la intención de evaluar el comportamiento de la línea subterránea que conectara las subestaciones Lo Aguirre y Cerro Navia. De los resultados se concluye que la capacidad de la línea subterránea difiere considerablemente dependiendo de la tecnología del cable. La cargabilidad y longitud máxima de la línea queda restringida térmicamente, y eventualmente por variación de tensión. Se verifica que los cables son una fuente de reactivos que está sujeta al nivel de carga de la línea. Por lo que la implementación de una línea subterránea directamente enterrada a 220 kV en el SIC es factible hasta unos 33 km, pero se debe tener en consideración que su cargabilidad depende de la longitud de la línea y que la compensación de reactivos podría ser necesaria en algunas condiciones de operación.

Hoy en día la demanda de la energía se ha incrementado por parte del consumo de los hogares, plantas industriales, transporte, entre otros; el COES (Comité de Operaciones Económicas del Sistema Interconectado Nacional), considera que es necesario la expansión de nuevas líneas de transmisión, que tengan la seguridad y confiabilidad para disminuir posibles colapsos por sobrecarga en el Sistema Interconectado Nacional a largo plazos. En la presente tesis, se realizará una metodología para el diseño de una Línea de Transmisión en 220 kV, donde se presenta los principales criterios y consideraciones al momento de evaluar y decidir cuál es la mejor ruta con el menor número de vértices y menores obstáculos, una correcta selección del conductor, estructuras, el sistema de puesta a tierra y la selección de la cimentación y otros. Se extraerá información del Código Nacional de Electricidad – Suministro 2011, Código Nacional de Electricidad – Utilización 2006, las principales Normas Internacionales de la IEC, el Reglamento Nacional de Edificaciones 2006, experiencias de proyectos ejecutados de líneas de transmisión en 220 kV, tesis, catálogos y de páginas webs como OSINERMIN, COES. En la presente investigación se elaborará 1 ejemplo de una línea de transmisión, en base a la metodología que es la misma para todas, lo que cambia en un diseño es el nivel de tensión, las condiciones ambientales y el tipo de terreno por donde recorre la línea de transmisión.

This thesis work involve an analysis and design of two types of surface foundations used in electrical transmission towers based on international and national standards applied to the reality of the country. This study is applied to a 43.1m high transmission tower that is part of a project called "Línea de Transmisión 220 kV La Virgen - Caripa". About the design of the foundations, compression and turning verifications are made to define the geometry and size in order to respect the bearing capacity of the ground (1kg / cm2), in addition the foundation is designed by punching, cutting, bending and the verification by removal. A metal tower is modeled in the SAP2000 software, having previously defined all the loads in the structure to obtain the compression and tensile reactions at the base, with this reactions manual calculations are carried out for the different verifications and compared with the results obtained by the SAFE software when modeling the superficial foundations in this program, thus resulting in verification by compression being the determining factor for the geometry of the foundation in soils with low resistance. Finally, the types of surface foundations designed for the transmission tower are compared in terms of cost, being the footings the most economical type of foundation in comparison with a foundation slab and the structural plans of these surface foundations are presented. / El presente trabajo de tesis trata el análisis y diseño de dos tipos de cimentaciones superficiales usadas en torres de transmisión eléctrica basándose en normas internacionales y nacionales aplicadas a la realidad del país. Este estudio es aplicado a una torre de transmisión de 43.1m de altura que forma parte de un proyecto denominado “Línea de transmisión 220 kV La Virgen – Caripa”. Para el diseño de las cimentaciones se hacen verificaciones por compresión y volteo para definir la geometría y cumplir con la capacidad admisible del terreno (1kg/cm2), a su vez el diseño por punzonamiento, corte, flexión y verificación por arranque de la estructura de concreto armado. Se modela una torre metálica en el programa SAP2000 habiéndose definido previamente todas las cargas que llegan a la estructura para obtenerse las reacciones de compresión y tracción en la base; con las reacciones halladas en la base se realizan cálculos por métodos analíticos y métodos numéricos (FEM) para las distintas verificaciones comparando así los resultados que se obtiene de las hojas de cálculo con el software SAFE al modelarse las cimentaciones superficiales dando como resultado que la verificación por compresión es el factor determinante para la geometría de la fundación en suelos con baja resistencia. Finalmente, se comparan los tipos de cimentaciones superficiales diseñados para la torre de transmisión en términos de costo resultando las zapatas aisladas el tipo de cimentación más económica versus una losa de cimentación y se presentan los planos estructurales de estas cimentaciones superficiales.

La presente tesis muestra el diseño de un algoritmo que detecta torres de alta tensión y clasifica el nivel de corrosión que presenta. El sistema recibe las imágenes capturadas por un dron que se desplaza por toda la línea de transmisión. Esta tesis forma parte de un proyecto que tiene como propósito la automatización del proceso de inspección de torres de alta tensión. En cuanto a la metodología, se establecieron 3 etapas donde cada una tiene su propio modelo de aprendizaje profundo. Primero, se tiene un detector basado en la arquitectura RCNN y VGG16 para obtener las coordenadas donde se encuentra ubicado el objeto de interés. Segundo, se tuvo que añadir un clasificador de torres, basado en la arquitectura Alexnet con optimizador Adam, ya que había una gran presencia de falsos positivos en la salida del detector debido a la poca cantidad de imágenes en el conjunto de datos. Tercero, se presenta un clasificador de corrosión, basado en la arquitectura VGG16 y optimizador Adam, que etiqueta, la región extraída y clasificada como en la salida de la etapa previa, con una de las 3 nomenclaturas: alta corrosión, baja corrosión e indeterminado. Finalmente, los resultados finales mostraron una precisión promedio de 0.6 en la etapa del detector, precisión del 99.5% al clasificar la torre, la cual refleja una mínima presencia de falsos positivos, y una exactitud del 89.5% al momento de etiquetar el nivel de corrosión del objeto detectado.

En el presente proyecto de tesis se realiza el diseño de un equipo de comunicación empleando las líneas eléctricas domésticas como canal. Se optó por el uso de las líneas eléctricas debido a que reúnen las ventajas de los medios inalámbricos (ausencia de cableado adicional, omnipresencia de la red) y de los medios cableados (seguridad ante intercepción de señales, confiabilidad, no saturación del espectro electromagnético). Para lograr los objetivos de esta tesis, se realizó un análisis del estado de las tecnologías actuales para establecer los criterios de selección de fabricantes. A partir de la selección de los fabricantes, se realizó el diseño de la estructura electrónica del equipo y las posteriores pruebas de funcionamiento. El equipo de bajo costo obtenido y las pruebas realizadas demuestran que esta tecnología es la más adecuada para una solución libre de cables para una red de control y automatización, ya que es inevitable requerir de los cables de energía para los dispositivos a interconectar.

El mantenimiento predictivo en líneas eléctricas es un trabajo necesario pues este garantiza que los usuarios de energía eléctrica tengan un servicio de calidad. Este trabajo se realiza con cámaras termográficas o de efecto corona ya que estas detectan potenciales fallos en las líneas. Las líneas eléctricas recorren todo tipo de terrenos, incluso algunos no accesibles por tierra, por lo que este mantenimiento se lleva a cabo usando helicópteros y vehículos todo terreno, lo que lo hace costoso, lento e ineficiente considerando que las líneas eléctricas se tienden por miles de kilómetros. Actualmente, también se hace uso de vehículos aéreos no tripulados para llevar a cabo este mantenimiento; sin embargo su operario debe volarlo a la vez que reconoce las fallas, por lo que este método también puede resultar lento y a la vez riesgoso para el sistema, pues el operario lo puede llevar cerca de las líneas eléctricas y dañar sus circuitos debido al campo magnético de estas. En el presente trabajo se buscó hacer un mantenimiento predictivo basado en termografía en líneas de alta y media tensión más rápido, sencillo, seguro y menos costoso comparado con los métodos convencionales para las empresas mediante el uso de un hexacóptero autónomo que lo lleve a cabo. Para poder lograr lo propuesto se hizo uso de una cámara termográfica que detecta los posibles fallos en las líneas, además de una cámara de profundidad que le da autonomía al sistema ya que con esta se pueden seguir las líneas, evitar obstáculos, mantenerse a una distancia preestablecida del suelo, entre otras características. Este sistema puede realizar la inspección a 30km/h, no necesita de operarios que lo manejen, se mantiene a una distancia segura de las líneas y a largo plazo resulta ser menos costoso que transportarse en helicóptero o en vehículos todo terreno para realizar la inspección.

Un alto porcentaje de fallas en las líneas en transmisión es producido por impactos de rayos. A su vez, en líneas con cables de guardia, las fallas más comunes producidas por descargas atmosféricas son las causadas por arco inverso, las cuales se deben a una elevación de potencial en la torre provocada principalmente por la corriente de rayo circulante por la estructura o que se drena vía la resistencia de puesta a tierra. En función de lo anterior, el objetivo principal de esta memoria es determinar el valor de diseño de la resistencia de puesta a tierra a pie de torre en líneas de transmisión de alta tensión con el fin de reducir la tasa de fallas producidas por arco inverso, como parte de la coordinación de aislamiento. La metodología llevada a cabo en este trabajo consistió en realizar una búsqueda bibliográfica especializada, para luego implementar un método de cálculo de la tasa de fallas producida por arco inverso en función del valor de la resistencia de puesta a tierra. El método fue desarrollado en VBA (Visual Basic for Applications), lenguaje de macros de Microsoft Excel. Los resultados que se obtuvieron con el programa fueron comparados con datos de operación reales de líneas de transmisión, donde se obtuvieron resultados aceptables. Además, se revisaron otros métodos para mejorar el desempeño de una línea de transmisión con respecto al impacto de rayos y se realizó un caso de estudio para una línea de transmisión de 345 kV ubicada en zonas cordilleranas altiplánicas del norte de Chile. Como conclusión, se logró comprobar que el programa de cálculo de la tasa de fallas producidas por arco inverso es adecuado para dar una estimación del valor de la resistencia de puesta a tierra, con el fin de obtener un desempeño aceptable para la aislación de una línea en relación al fenómeno de arco inverso. Como trabajo futuro se podrían realizar mejoras al programa, ya sea incluyendo más variables, o agregando la tasa de fallas de blindaje de las líneas.