A continuación se van a describir los tópicos más importantes que hay que observar para realizar una integración con la red:
• Nivel de tensión al cual será conectado
• Nivel de corto circuito
• Coordinación de protecciones
• Seguridad del personal de mantenimiento
• Barreras económicas
• Aspectos normativos y legales
4.4.1 Nivel de tensión al cual será conectada la generación
El nivel de tensión de red al cual se conectará se decide en función de la potencia que se decida instalar. Por ejemplo aquellas instalaciones con una potencia instalada inferior a 100 kVA típicamente se conectan a baja tensión (BT) y las de más de 15 MVA en tensiones de cómo mínimo 132 kV [17]. Lógicamente los requerimientos son tanto mayores, cuanto
mayor es el nivel de tensión al que se conecten pues las potencias instaladas son mayores y la repercusión en la red puede ser más significativa.
4.4.2 Calidad de la energía
Los aspectos principales que hay que considerar son la producción de flicker y de armónicos.
Flicker
El "flicker" o parpadeo es el fenómeno de variación de la intensidad luminosa que afecta la visión humana, principalmente en el rango de frecuencias de 0 a 25 Hz. No se permite un rango de variación de tensión superior a un margen determinado +-V en el nodo al cual se conecte el generador. A nivel local las variaciones de voltaje son el principal problema asociado con la potencia eólica. Las tolerancias normales estáticas en los voltajes son +- 10%. Sin embargo, variaciones pequeñas y rápidas se vuelven un problema a niveles tan bajos como 0.3% en redes débiles – como sucede generalmente en áreas remotas donde las condiciones de viento son mejores [17].
Armónicos
La distorsión armónica se expresa como Distorsión Armónica Total (THD) y el nivel recomendado de compatibilidad en un sistema de MT es del 8% mientras que los nivelen indicativos de planeación para un sistema de MT son de 6.5% y del 3% en un sistema AT [17]. Basado en las amplitudes (o valores RMS) de las armónicas presentes en el voltaje, el THD puede ser encontrado como:
∑
= = 50 2 1 % 100 n n U U THD (4.38)donde Un son las armónicas individuales y U1 la amplitud fundamental (o valor RMS).
4.4.3 Nivel de corto circuito
El nivel mínimo de corto circuito de la red es otro de los límites que ponen las compañías suministradoras, y debe ser al menos 20 veces la capacidad nominal del generador eólico o solar. Este límite no es fácil de cumplir debido al hecho de que los vientos fuertes están disponibles en áreas no altamente urbanizadas, donde los sistemas principales son usualmente muy débiles [68]. Para la energía solar fotovoltaica no hay tantas restricciones debido a que la corriente de corto circuito que proporcionan los paneles solares está cerca de la nominal.
Las corrientes de falla en la red que interconectan los generadores síncronos y los asíncronos de las unidades instaladas de generación distribuida o parques eólicos pueden desconectar toda la red de distribución aún cuando ninguna falla haya ocurrido.
El nivel de corto circuito está determinado por la contribución de corto circuito combinada de la red aguas arriba y el de la generación distribuida, estos valores deben permanecer por debajo del valor de diseño de la red. Esta restricción es frecuentemente el mayor impedimento para la interconexión de nuevas instalaciones de generación distribuida en las redes existentes [69].
4.4.4 Coordinación de protecciones
Los requerimientos de protección estarán generalmente basados en el tamaño de las unidades generadoras y su carga y el impacto que pueda tener en el alimentador al que está conectada. Si el generador es pequeño y no hay exportación de potencia hacia al alimentador de la compañía suministradora, la protección pudiera ser mínima. Para generadores relativamente más grandes y cuando la potencia es entregada a la compañía suministradora, los requerimientos de protección pueden volverse más complejos [14]. En lo referente a las protecciones instaladas habría que hacer distinción entre las protecciones propias de la instalación, las cuales típicamente son llevadas a cabo por el cliente y las protecciones en la interconexión con ladistribuidora.
La protección de interconexión protege al generador contra daños del sistema de la compañía suministradora, así como también protege al sistema de la compañía de daños debidos a la generación que está siendo conectada. La protección generalmente se aplica al punto de interconexión. Algunas de las técnicas de protección que son usadas para la protección de interconexión son las siguientes [14]:
• Protección de fallas de fase y de tierra.
• Sobre / bajo voltaje (59 / 27)
• Sobre / bajo frecuencia (81)
• Anti-islas.
• Energización inadvertida del sistema de la compañía por la generación distribuida y sincronización.
• Desconexión manual de abrir y cerrar visible.
Para la protección anti-islas se pueden requerir los relevadores direccionales de potencia. Los relevadores de frecuencia y bajo/alto voltaje suministran una protección básica anti- isla. Los relevadores de sobre y bajo voltaje y frecuencia se ajustan con tiempos determinados por los estándares que estén siendo seguidos (ej. Estándar 1547 – 2003 o similares). Cuando el nivel de generación distribuida se ajusta a la carga de distribución, puede que no haya un cambio suficiente en el voltaje o en la frecuencia para que operen estos relevadores [14].
La generación debe sincronizarse correctamente con la compañía para asegurar que el generador no se dañe. Un relevador de revisión de sincronismo (25) es usado para asegurar esto.
Protección especial de interconexión – Si la generación es lo suficientemente grande para afectar la estabilidad del sistema de potencia, se puede requerir la protección para fuera de paso (out of step) (78) o para pérdida de sincronismo.
Protección básica para pequeñas unidades generadoras
La determinación de lo que es una generación de tamaño pequeño varía dependiendo del sistema particular al cual esté interconectado.
Figura 4.16. Protección básica de interconexión para generadores pequeños [14]
Generalmente se asume que un generador pequeño no exportará potencia, y, si queda en modo de isla, no será capaz de soportar la carga mínima del alimentador de la compañía. Por lo tanto serán suficientes los elementos de bajo/alto voltaje y frecuencia (ver figura 4.16).
Protección de interconexión para generación de tamaño medio.
Los generadores distribuidos más grandes incluirán los mismos relevadores que los empleados por los generadores pequeños. Adicionalmente estas instalaciones más grandes requerirán protección para aislar la generación de fallas que ocurran tanto en la misma unidad o en el sistema de distribución. Los dispositivos de protección de la generación distribuida generalmente serán requeridos para coordinarse con los relevadores de protección en el sistema de distribución, a menos que se acuerde de otro manera [14]. Los relevadores que usan estas instalaciones, además de los ya mencionados son:
• Relevadores no direccionales de sobrecorriente (51).
• Relevadores direccionales de sobrecorriente (67).
• Protección para desbalance de corriente de fase (46).
• Detección de desbalance de voltaje de fase (47).
• Relevador direccional de sobrecorriente de secuencia negativa (67Q).
• Relevador de sobrecorriente de voltaje controlado (51V).
Figura 4.17. Protección de interconexión básica para generación de tamaño medio [14]
La figura 4.17 presenta un esquema de protección de interconexión básica para generación de tamaño medio.
4.4.5 La seguridad del personal de mantenimiento
Siempre tiene que haber un desconectador visible cercano a la generación distribuida. Cuando hay una operación en isla de alguna unidad generadora, al mantener energizada una parte de la red, existe el riesgo de que el personal de mantenimiento no lo note y se pueda provocar un accidente.
4.4.6 Barreras económicas.
La falta de madurez de algunas tecnologías y la poca difusión que ello conlleva, hacen que los costes de la inversión inicial, así como el mantenimiento posterior, se disparen, resultando en una traba a su penetración. Todo esto, implica plazos de amortización muy altos que se traducen en un mayor riesgo para el inversor [50].
4.4.7 Aspectos normativos
Se tiene que vigilar que se cumpla con todos los aspectos legales y normativos. Para mayor detalle referirse al Apéndice A.