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FORO REGIONAL “EFICIENCIA Y NUEVAS TECNOLOGÍAS EN LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS PARA LA REGIÓN ICA” Aplicaciones Smart Grid para mejorar la confiabilidad de los Sistemas Eléctricos Leonidas Sayas P OSINERGMIN Lima-Perú Julio 2013

1 SITUACIÓN ACTUAL Y PERSPECTIVAS

Política Energética de Largo Plazo (D.S. 064-2010-EM)

• • • • • • • • •

Matriz energética diversificada.

Abastecimiento energético competitivo. Acceso Universal al suministro energético. Mejoramiento de eficiencia en el uso de energía.

Autosuficiencia en la producción de energéticos. Mínimo impacto ambiental y desarrollo sostenible. Desarrollo de la industria del gas natural.

Fortalecer la institucionalidad del sector. Integración energética regional.

http://www.minem.gob.pe/

3

CARACTERISTICAS DEL SECTOR ENERGÉTICO - 2012 Producción de Electricidad por tipo de fuente de energía .

http://www.minem.gob.pe/

Producción de Electricidad por tipo de generación

4

MATRIZ ENERGÉTICA Se ha incrementado la dependencia del GN y de un solo gasoducto (Camisea-Lima). Por lo que se busca impulsar la inversión en centrales hidroeléctricas, y el desarrollo de gasoductos hacia el Sur y Norte del país. Estructura (%) participación del Agua en la Producción de Energía del SEIN al 2031 100% 90% 80%

91% 88% 87% 86%

76%

70%

75%79% 78%79%

74%75%

68% 60%

61%

63%

63% 58%58%

50%

59%

58%

66%67% 62%

80% 80% 80% 80%

79% 79%

71%

54% 53% 50%

40% 30% 20% 10%

http://www.minem.gob.pe/

Diesel

Residual

Carbón

Gas Natural

Biomasa

Agua

2031

2030

2029

2028

2027

2026

2025

2024

2023

2022

2021

2020

2019

2018

2017

2016

2015

2014

2013

2012

2011

2010

2009

2008

2007

2006

2005

2004

2003

2002

2001

2000

0%

5

POTENCIAL EN ENERGÍAS RENOVABLES // “OBJETIVO: EXPLOTACIÓN ESTRATÉGICA” Potencial Hidroeléctrico

69 445 MW (1) Potencial Eólico 22 450 MW (2) Potencial Geotérmico 3 000 MW (3) Potencial Solar (4) Sierra: 5.5 – 6.5 kWh/m2 Costa: 5.0 – 6.0 kWh/m2 Selva: 4.5 – 5.0 kWh/m2 (1) (2) (3) (4)

Atlas del Potencial Hidroeléctrico del Perú – (DGER-MINEM, BM y GEF), Marzo 2011 Atlas del Potencial Eólico del Perú – (http://www.foner.gob.pe/atlaseolicolibro.asp) Battocletti, Lawrence, B& Associates, Inc (1999) “Geothermal Resources in Peru Plan Maestro de Electrificación Rural con Energía Renovable en el Perú (DGER-MINEM)

El principal recurso energético renovable del Perú, es el hidroeléctrico. Si bien existe importante potencial de recursos Eólicos y Solares, la generación eléctrica en base a estos recursos no ofrecen la continuidad de servicio que se requiere para fortalecer la “Seguridad de Abastecimiento” en el SEIN. http://www.minem.gob.pe/

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Perú al 2012 35,7 TWh de Electricidad Consumida 40,9 TWh de Electricidad Producida 172 Mil Barriles por Día de Combustible Consumido 72 Mil Barriles por Día de Petróleo Producido 85 Mil Barriles por Día de Líquidos del GN Producido

30 Millones de Habitantes 400 Mil Millones de Nuevos Soles (140 Mil Millones de US$) de PBI

1.7 Millones de Vehículos

22,0 TWh (54%) Hidroeléctricaº

500 TJ/D de GN Consumido en el Perú

Autos Station Wagon Camionetas Omnibus a más Total

Miles de Unidades 767 44% 275 16% 438 25% 253 15% 1733 100%

7.5 Millones de Viviendas 5.5 Millones de Viviendas con Electricidad

700 Millones de Pies Cúbicos de GN Producido http://www.minem.gob.pe/

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EVOLUCION DE LA MÁXIMA DEMANDA Garantizar el abastecimiento oportuno y eficiente de la energía, que demanda el crecimiento y desarrollo socioeconómico. Crecimiento Medio Anual

2000-2005: 4,7% 2006-2010: 6,8%

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2011:

7,9%

2012:

6,0%

8

EXISTE UNA DEMANDA CRECIENTE Actualmente el Perú tiene una demanda creciente de potencia y energía

Elaboración Propia

9

ESTIMACIÓN DE LA DEMANDA POR ZONAS 2013-2018

Fuente: COES

10

2 PROBLEMÁTICA ENERGÉTICA EN EL PERU

LA PARTICIPACIÓN HIDROELÉCTRICA ESTÁ DISMINUYENDO Producción Hidroeléctrica Peruana Crecimiento Inferior a

la Demanda: En el período 2001 – 2012 la demanda creció 9.3 % anual pero la generación hidroeléctrica solo 2.2 % Fuente: SN Power – Exposición OLADE

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INTERRUPCIONES

Situación actual de la calidad del suministro

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INTERRUPCIONES

Indicadores Promedio 2005-2011 Empresas Distribuidoras Estatales Vs Privadas SAIFI vs SAIDI A NIVEL EMPRESA PROMEDIO AÑOS 2005- 2011

SAIDI

80.0 Electro Sur Este Hidrandina

70.0

Electro Centro 60.0 Electro Noroeste

Electro Oriente

50.0 Electro Norte

Electro Ucayali 40.0

Electro Sur Seal

30.0

Electro Puno

20.0

Edelnor

10.0 Luz del Sur

0.0 0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

SAIFI

14

INTERRUPCIONES Principales Causas de la Frecuencia de Interrupciones 2012 Total empresas Distribuidoras del Estado Otras E.E 20%

Fen. Nat. 19%

• 16% de SAIFI y 17% de SAIDI es debido a terceros (Hurtos de conductores, contactos accidentales, caídas de árboles, vandalismos, entre otras causas originadas por terceros)

Propias 45%

Terceros 16%

• 19% de SAIFI y 14% de SAIDI es por fenómenos naturales (descargas atmosféricas, fuertes vientos, entre otras causas climatológicas adversas)

Principales Causas de la Duración de Interrupciones 2012 Total empresas Distribuidoras del Estado Terceros 17%

Propias 52%

Otras E.E 17%

Fen. Nat. 14%

• 45% de SAIFI y 52 % de SAIDI por causas propias (mantenimientos y reforzamientos, fallas equipos y falta mantenimiento de componentes y servidumbres, entre otras causas).

• 20% de SAIFI y 17% SAIDI por Otras Empresas Eléctricas (mantenimientos, déficit de generación, fallas SEIN, entre otras causas originadas en OEE) 15

BENCHMARKING INDICADORES DE CALIDAD DE SUMINISTRO A NIVEL CAPITALES DE PAÍSES DE LATINOAMÉRICA COMPARACIÓN DEL SAIDI Y SAIFI PROMEDIO DE INTERRUPCIONES, PERIODO 2005-2008

SAIDI 17 16 15

ARG: Edenor

14

ARG: Edesur

ECU: Quito S.A.

13 CSR: CNFL

12

11 PAN: Edemet PER: Edelnor PER: Luz del Sur

10

9 8

COL: Condesa

BRA: Light

BOL: Electropaz

BRA: Electropaulo

7

6

URY: Ursea

5 GUA: Eegsa

4

PAN: Elektra

3 MEX: LyFC

2

1 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

SAIFI

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FACTORES LIMITANTES DE LAS REDES ACTUALES

 Operación de las redes en la proximidad de sus límites físicos, problemas de seguridad.  Dificultad para desarrollar las infraestructuras por rechazo social o por dificultad de disponer de fajas de servidumbre para las redes eléctricas.

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SITUACIÓN ACTUAL • Redes de distribución de MT principalmente radiales. • Flujo unidireccional de la energía, desde la generación hasta el usuario • Existencia de relés electromecánicos o electrónicos, con escasa o nula comunicación, cuyas seteos son efectuadas en forma manual. • Redes extensas (200 a 400 km), alta falla temporal. • Protección pasiva de redes (Seccionadores fusibles mal seleccionados) • Recierres sobre fallas, degrada el aislamiento de los componentes, quema de trasformadores. • Escaso o nulo Telecontrol en MT: las redes de distribución de AT y MT tienen instalados y utilizan SCADAs y aunque existe automatización en las Subestaciones SET, NO ES ASÍ en el resto del circuito hasta al usuario final. • Las maniobras manuales en la red de MT y sobre todo en los tramos de BT. • Escasa aplicación de TCT. 18

3 EVALUACIÓN DE INTERRUPCIONES DEL SUMINISTRO ELÉCTRICO POR EMPRESAS Y SECTORES TIPICOS

Electrodunas

Electrodunas

Principales causas de las interrupciones Principales Causas de la Frecuencia de Interrupciones 2012 Total empresas Distribuidoras del Estado Otras E.E 20%

Fen. Nat. 19% Propias 45%

 16% de SAIFI y 17% de SAIDI es debido a terceros (Hurtos de conductores, contactos accidentales, caídas de árboles, vandalismos, entre otras causas originadas por terceros)

Terceros 16%

Principales Causas de la Duración de Interrupciones 2012 Total empresas Distribuidoras del Estado

 19% de SAIFI y 14% de SAIDI es por fenómenos naturales (descargas atmosféricas, fuertes vientos, entre otras causas climatológicas adversas)

Terceros 17%

Propias 52%

Otras E.E 17%

Fen. Nat. 14%

Fuente: OSINERGMIN

 45% de SAIFI y 52 % de SAIDI por causas propias (mantenimientos y reforzamientos, fallas equipos y falta mantenimiento de componentes y servidumbres, entre otras causas).

 20% de SAIFI y 17% SAIDI por Otras Empresas Eléctricas (mantenimientos, déficit de generación, fallas SEIN, entre otras causas originadas en OEE)

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SOLUCIÓN (SMART GRIDS )

¿QUÉ SON LAS REDES INTELIGENTES? No existe una definición general y ampliamente aceptada. La EPRI la define como “… un sistema de potencia que puede incorporar millones de sensores todos conectados a través de sistema avanzado de comunicaciones y de adquisición de datos. Este sistema incorporará análisis en tiempo real a través de sistemas de cómputo distribuido que permite una actuación más predictiva que reactiva.”

28

EPRI: Electric Power Research Institute

28

Antecedentes

UN NUEVO MODELO CENTRADO EN EL CLIENTE

Se produce un cambio de paradigma, centrado en el cliente y la Gestión de la Demanda RED ACTUAL

Antes se gestionaba la oferta

SMART GRID

Ahora además se debe gestionar la demanda

REDES EMERGENTES DEL SIGLO XXI SMART GRIDS

Fuente: Presentación Colombia Inteligente - XI Congreso Internacional de Energía 2013

30

COMO MINIMIZAR LAS INTERRUPCIONES?  Conociendo el comportamiento de las redes  Con información en línea (Ubicación, aislamiento, restauración)

 Preparándose para circunstancias no previstas

SMART GRID

Fuente: World Economic Forum, http://www.weforum.org

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Partes interesadas.

Apoyo (Instituciones de Investigación y/o desarrollo)

Política y Regulación OSINERGMIN

Usuarios (Industrial, Comercial y Residencial)

Gobierno MINEM

Empresas de Servicios Públicos de Electricidad Concesionarias

Fabricantes y Vendedores (Tecnología y Servicios

Agentes del Mercado Eléctrico y Comunicación

Fuente: OSINERGMIN, Elaboración Propia

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DONDE SE ENCUENTRAN LOS PAÍSES DE AMERICA LATINA

Beneficios Potenciales

Los Principales países de Latinoamérica se encuentran ubicados en cuatro cuadrantes, de acuerdo a su diversidad potencial en los Smart Grids

Marco Normativo Fuente: Northeast Group, llc – 30/11/2011 IV Smart Grid Latin America Forum São Paulo, Brazil

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PRINCIPALES APLICACIONES

• • • • • • • • • • •

GENERALES

PARA LAS CONCESIONARIAS

Innovación en sistemas eléctricos. Generación distribuida. Adaptación de recursos renovables. Solución a problemas ambientales. Mayor acercamiento a diversas zonas geográficas y demográficas. Mejoras en el control de carga. Facilita la conexión de generadores de todos los tamaños y tecnologías . Permitir a los clientes participar de la optimización del sistema. Proveer a clientes mayor información y alternativas de suministro . Reducir el impacto ambiental . Mejorar los niveles de confiabilidad y seguridad del suministro.

• Administración técnica de la demanda. • Administración técnica del despacho de potencia y energía. • Control de plantas eficientes. • congestión de líneas de transmisión e interconexiones. • sobrecarga de transformadores. • Evaluación de interrupciones en línea. • Control y monitoreo del equipamiento de las instalaciones eléctricas • Manejo de potencia activa y reactiva • Flujo optimo de potencia • Aplicar software de inteligencia artificial (redes neuronales, lógica difusa, algoritmos genéticos, etc.) 34

6 AUTOMATIZACIÓN DE REDES ELÉCTRICAS DE DISTRIBUCIÓN

SMART GRID Integración Renovables y Distribuida Vehículo Eléctricos

Monitorización y Control MT/BT

SMART GRID

Gestión de la Demanda

Medida y Hogar Inteligente

36

36

EVOLUCIÓN HACIA LOS SMART GRID

– 1era Etapa: Solucionar problemática de Interrupciones Automatizando la Distribución de energía eléctrica. 37

POR QUE AUTOMATIZAR LAS REDES DE DISTRIBUCIÓN – Mayor velocidad frente a las instalaciones actuales, las concesionarias compensan menos a los usuarios afectados

– Evitar que las empresas concesionarias sean multadas y/o Sancionadas por transgredir las tolerancias por interrupciones del servicio

– Se requiere mayor cantidad de información de la red para ejecutar maniobras preventivas

– Para Optimizar los flujos de cargas – Para efectuar un Mantenimiento más eficiente

38

PRINCIPALES ASPECTOS. – La automatización de los sistemas de distribución (Distribution Automation System - DAS) involucra diferentes disciplinas: operación eléctricos, protecciones, control, comunicaciones, sistemas de información y sus tecnologías en tiempo real, bases de datos, medición, etc.

– Herramientas

utilizadas

en

inteligencia

computacional

para

la

automatización:

o Tecnologías de información. o Comunicaciones o Automatización con procesamiento para redes inteligentes – El principal objetivo en la automatización de la distribución en las REI es Impactar los procesos eléctricos de distribución en administración/operación en mejor eficiencia y confiabilidad.

39

AUTOMATIZACION

40

MEDIOS DE COMUNICACIÓN – Los tele comandos para seccionamiento son enviados desde cada centro de control.

– Las variables de los puntos remotos son monitoreados desde el SCADA local de la subestación.

– Los medios de comunicación utilizados son de acuerdo a la infraestructura instalada:

o o o o o

Radio Fibra óptica – IP Network

PLC GPRS Otros.

41

CRITERIOS – Reordenar la topología del sistema eléctrico de distribución de media tensión.

– Se requiere planeamiento de la red de distribución. – Definir parámetros en la calidad del suministro hacia nuestros clientes.

– Plantear Los objetivos y reglas de operación del sistema eléctrico de distribución.

– Decidir las arquitecturas de control requeridas

42

7 EJEMPLOS DE APLICACIÓN SMART GRID EN DISTRIBUCIÓN

INTELIGENCIA GEOESPACIAL: LOCALIZACIÓN DE LA ZONA FALLADA GEOREFERENCIADA El uso de inteligencia geoespacial para ubicar fallas disminuirán hasta en un 80% los tiempos de localización de las incidencias y se optimizará la asignación de labores a las cuadrillas en terreno.

http://pixis.com.co/soluciones.aspx

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INTERRUPTORES INTELIGENTES SELF-HEALING ó Auto restauración: Sistema que realiza continuamente evaluaciones para detectar, analizar, responder y, cuando resulta necesario, restaurar componentes o secciones de la red.

Minimiza las interrupciones del servicio empleando nuevas tecnologías que puedan adquirir datos, ejecutar algoritmos de soporte a la decisión, advertir o limitar interrupciones, controlar dinámicamente el flujo de energía y restaurar el servicio rápidamente Un sistema con capacidad de recuperación en el que la estabilidad y la fiabilidad del sistema se mantienen bajo todas las condiciones cuando uno (contingencia N-1) o más (N-k contingencias) componentes resultan deshabilitados. Líneas de distribución dotadas de interruptores inteligentes para minimizar el número de usuarios afectados al producirse apagones.

Fuente: Duke –Energy USA

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SECCIONALIZADOR ELECTRÓNICO RESTABLECIBLE (SER) Un sistema electrónico para una protección lógica inteligente, principales características : • Dispositivo de protección para redes aéreas de distribución • Posee un sensor electrónico incorporado • Discrimina una falla temporal de una falla permanente • Mejora el sistema de coordinación con reclosers • Es montado en un seccionador estándar • Abre como un tubo porta fusible Para dar una indicación visual de una falla permanente • Después de reparar la falla simplemente se restablece Fuente: http://www.hubbellpowersystems.com/ - CHANCE Electronic Resettable Sectionalizer, tambien en ABB: Seccionalizador Autolink

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RECLOSER INTELIGENTE INTELLIRUPTER Único recloser que verifica la presencia de la falla antes de realizar el recierre. Es un Recloser por pulso que ha

revolucionado la protección para sistemas de distribución. Es una alternativa a los reconectadores automáticos de

Facilita la interrupción de falla, su aislamiento y restauración del circuito fallado en un solo paquete

circuitos convencionales, diseñado desde cero para adaptarse a las funciones avanzadas de automatización de la distribución, incluyendo el sistema de restauración automático SG que es una solución universal de redes inteligentes

que

incomparable.

El

ofrece

una

INTELLIRUPTER

interoperabilidad también

ofrece

funcionalidad SCADA y brinda beneficios significativos para la protección de líneas radiales. Y proporciona una mejor

segmentación

reconectadores

y

coordinación

convencionales

en

que

aplicaciones

los

de

restauración de anillo sin comunicación.

Fuente: S&C Electric Company - http://es.sandc.com/products/switching-overhead-distribution/intellirupter-pulsecloser.asp

47

RECLOSER INTELIGENTE TRIPSAVER II RECLOSER unipolar autónomo, montado sobre la base de un CUT-OUT. Disponible en capacidades de voltaje para clase de sistema de 15 kV y 25 kV. Al ser ideal para circuitos laterales que experimentan fallas momentáneas frecuentes, esta solución de redes inteligentes elimina la interrupción permanente del servicio eléctrico que ocurre cuando los fusibles laterales operan en respuesta a estas fallas temporales. También elimina las interrupciones momentáneas de los alimentadores en los casos

donde se dispara el interruptor automático de una subestación para proteger el fusible lateral durante una falla temporal. Este Recloser monofásico, autoalimentado y controlado electrónicamente utiliza

la tecnología de cámara interruptora en vacío. Se puede instalar en los montajes de corta circuito fusible tipo XS nuevos o existentes. Este Recloser no necesita programación ni baterías para tener

energía de respaldo

Fuente: S&C Electric Company - http://es.sandc.com/products/reclosers/tripsaver-dropout-recloser.asp

48

CORTACIRCUITO FUSIBLE TIPO XS DE TRIPLE DISPARO – RECLOSER PARA POBRES Tiene una base que permite colocar 3 CUT-OUT por polo, que luego de actuar el 1ro se transfiere la protección al 2do y luego al 3ro (“recloser para pobres”)

Es un corta circuito fusible tipo XS de triple disparo, ideal para situaciones donde las fallas momentáneas son comunes pero el alimentador se encuentra en un área alejada o de difícil acceso para las cuadrillas de línea. Cuenta con su contacto de transferencia de corriente giratorio.

Esto elimina la posibilidad de una interrupción permanente del servicio en respuesta a una falla momentánea. Y los tres

cortacircuitos de tres disparos utilizan la misma construcción de eslabones fusibles Positrol® y tubos fusibles Multi-Wind

Fuente: S&C Electric Company - http://es.sandc.com/products/fusing-outdoor-distribution/three-shot-fuse-cutout.asp

49

8

BENEFICIOS

• Controla toda la red eléctrica desde la red de alta tensión, media y baja tensión, con el fin de ahorrar energía, reducir costos, aumentar la confiabilidad del servicio, etc. • Controla tanto de la provisión como del consumo. Por ejemplo monitorear y operar de manera optima el alumbrado publico, los equipos y artefactos de edificios en máxima demanda, prever picos de producción de parques solares y eólicos para mantener estable la red y se evitarán apagones y desconexiones generalizadas propias de las redes descentralizadas. • Permite migrar a un modelo de producción energética distribuida donde los consumidores serán también productores (mediante la extensión de energías renovables en hogares) y sólo se recurra a la red cuando se tenga déficit, ofreciendo sus excedentes al sistema en los momentos en que, a lo largo del día, no se tenga consumo 51

• Incrementa la satisfacción de los usuarios, al reducir de manera significativa los tiempos de restablecimiento en el suministro.

• Reduce los accidentes debido a que no se tiene la premura por restablecer lo más pronto posible el suministro.

• No se afecta a terceros ni al medioambiente. • Se contribuye con la rentabilidad de las concesionarias al llevar cabo proyectos con altas tasas de retorno.

• Mejora los índices de confiabilidad. • Prepara la red para el automatismo real del sistema de media tensión global y para la segunda etapa de implementación de Smart Grids. 52

9 CONCLUSIONES

 Marco regulatorio en proceso, ni nacional ni europeo, que ampare el desarrollo de las redes inteligentes, ni si quiera se cuenta con el apoyo institucional y económico para su investigación y desarrollo

 Las interrupciones de energía eléctrica significan falta de ingresos para las Concesionarias y por ello es necesario impulsar mejoras en la distribución de energía eléctrica, menor duración y menor frecuencia de fallas.

 Se tienen retos grandes por resolver en la automatización de la distribución.  Establecer estrategias y acciones para llegar a contar con sistemas de alta eficiencia en la automatización de la distribución.

 Para alcanzar la propuesta de la automatización de la Distribución en REI

54

 La interoperabilidad de los sistemas es importante y fundamental para el desarrollo de estos proyectos de automatización.

 El ciudadano promedio percibirá la mejora de la calidad del servicio eléctrico aplicando los Smart Grid en los problemas de interrupciones del servicio eléctrico.

 Iniciar con proyectos pilotos para probar la viabilidad de las aplicaciones propuestas y que solucionarían la problemática actual de la calidad del servicio eléctrico

 Asimismo, se debe considerar ser coherente con el nivel de desarrollo de los estándares de interoperabilidad, y evitarse hagan inversiones masivas en infraestructura que podría quedar obsoletas al no ser compatible con los estándares de la industria

55

MUCHAS GRACIAS!!!! FORO REGIONAL “EFICIENCIA Y NUEVAS TECNOLOGÍAS EN LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS PARA LA REGIÓN ICA” Aplicaciones Smart Grid para mejorar la confiabilidad de los Sistemas Eléctricos Leonidas Sayas Poma OSINERGMIN Lima-Perú Julio 2013