Sistemas de Distribución
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MUNDO ELECTRICO Vol. 2 JULIO 2011 CAIDAS DE TENSION PROTECCION AL SISTEMA PRIMARIO Circuitos que salen de las subestaciones de distribución y alimentan los transformadores de distribución. SECUNDARIO Distribuye potencia a los consumidores
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Diseño de sistemas de distribucion
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MUNDO ELECTRICO Vol. 2
JULIO 2011
CAIDAS DE
TENSION
PROTECCION AL SISTEMA
PRIMARIO
Circuitos que salen de las subestaciones de
distribución y alimentan los transformadores de
distribución.
SECUNDARIO
Distribuye potencia a los consumidores
MUNDO ELECTRICO 2011
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DISEÑO DE RED DE DISTRIBUCION DE ENERGIA ELECTRICA
n sistema o red de
distribución de
energía eléctrica es
un conjunto de equipos que
permiten energizar en
forma segura y confiable un
número determinado de
cargas, en distintos niveles
de tensión, ubicados
generalmente en diferentes
lugares. Este constituye la
parte del sistema de
suministro eléctrico cuya
función es el suministro de
energía desde las
subestaciones de
distribución hasta los
usuarios finales (medidor
del cliente).
La distribución de la energía
eléctrica desde
las subestaciones de
transformación de la red de
transporte se realiza en dos
etapas.
La primera está constituida
por la red de reparto, que
reparte la energía partiendo
de las subestaciones de
transformación hasta llegar
a las estaciones
transformadoras de
distribución.
La segunda etapa la
constituye la red de
distribución propiamente
dicha. Esta red cubre la
superficie de los grandes
centros de consumo
(población, gran industria,
etc.)
Los elementos que
conforman esta red son los
siguientes:
Subestación de
Distribución de
casitas
Circuito Primario.
Circuito Secundario.
U Ilustración 1. Red eléctrica
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PLANEAMIENTO DE SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN
eamos una red eléctrica (ILUSTRACIÓN
1), incluye un sistema de generación,
con sus plantas generadoras y
transformadores elevadores, un sistema de
transmisión con sus líneas de transporte y
transformadores, y un sistema de
distribución, también líneas y
transformadores.
El sistema de distribución puede considerarse
que inicia en una estación eléctrica de
potencia con transformadores, y líneas de
subtransmisión, que llegan a subestaciones
de distribución con otra transformación (a
media tensión) circuitos primarios,
derivaciones, transformadores de
distribución, y red secundaria que llega a los
usuarios.
Es necesario resolver los
distintos niveles de esta red
logrando optimizar las
soluciones en cada caso
adoptadas.
Los sistemas de distribución, ya sea que
pertenezcan a empresas privadas o estatales,
deben proyectarse de modo que puedan ser
ampliados progresivamente, con escasos
cambios en las construcciones existentes
tomando en cuenta ciertos principios
económicos, con el fin de asegurar un servicio
adecuado y continuo para la carga presente y
futura al mínimo costo de operación.
Para el manejo claro de los conceptos en la
ILUSTRACIÓN 2, se indica la clasificación
funcional de los componentes del sistema de
distribución.
V
Ilustración 2. Definiciones funcionales de componentes del sistema de distribución
Transformador de estación de potencia (principal).
Recibe potencia del sistema de transmisión la transforma y la entrega a la tensión de subtransmisión.
Sistema de subtransmisión. Circuitos que salen de la estación principal y alimentan las subestaciones de distribución.
Subestación de distribución. Recibe potencia del sistema de subtransmisión la transforma y la entrega a la tensión de los alimentadores primarios
Alimentador o Sistema primario
Circuitos que salen de las subestaciones de distribución y alimentan los transformadores de distribución
Transformador de distribución Transforma a la tensión de utilización
Red o sistema secundario Distribuye potencia a los consumidores
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Una serie de factores que intervienen en el diseño
de la red se encuentran bajo el control del
proyectista, la elección de unos fija el valor de otros.
La elección acertada de algunos factores optimiza el
diseño de la red. El estudio se puede hacer desde la
baja tensión hacia la alta, o en sentido contrario.
El diseño óptimo de la red puede
quedar definido con distintos
criterios, el criterio normalmente
adoptado es económico, respetándose
condiciones técnicas mínimas.
Por ejemplo se puede optimizar el conjunto de
transformadores de distribución y red secundaria
(de baja tensión).
Con el correcto diseño de la red se trata de obtener:
Calidad aceptable del servicio dado a los
usuarios.
Economía de diseño de la red de
distribución.
Combinación óptima de tensiones de
transmisión o subtransmisión y tensiones de
alimentadores, para satisfacer la expansión.
Correcto dimensionamiento de los circuitos
con aceptable utilización de los componentes.
Selección de los puntos del sistema donde
deben preverse económicamente regulaciones de
tensión.
En una red, en la cual se encuentran definidas las
cargas y su ubicación, al adoptarse una
configuración geométrica quedan definidas las
cargas en los distintos elementos. La adopción de
una tensión define la corriente en cada elemento
(línea).
Además, en esta fase de planeamiento se trata de
estudiar como los cambios en un parámetro o variable influyen en los restantes.
El problema general de diseño de una red implica definir:
- La red de baja
tensión (secundaria).
- Las estaciones
secundarias, cabinas,
centros de potencia de
media y baja tensión.
- El sistema de
distribución en media
tensión (primario).
- Las estaciones
primarias de alta a
media tensión.
- El sistema de
transmisión o
subtransmisión en alta
tensión.
.
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Las condiciones inmediatas se pueden prever con la tasa
de crecimiento actual, pero las condiciones del futuro
deben considerar tasas de crecimiento basadas en
periodos representativos, largos, el futuro lejano puede
ser víctima de la saturación, o de la aparición de otras
opciones que compiten.
odemos clasificar las redes en dos tipos, aquellas
para las cuales las cargas pueden suponerse
puntuales, de valor y ubicación definidas, y
aquellas en las cuales la carga sigue una ley de distribución
continua en la superficie del plano en el cual debe
realizarse la distribución de energía.
Las redes del primer tipo son concretamente las que
corresponden a industrias, mientras que las del segundo
tipo corresponden a distribución urbana.
En general se tiende a reducir la primera inversión, pero
este criterio no debe representar encarecimiento futuro,
por esto es muy importante planear para la situación final,
y luego identificar la necesidad presente.
Una vez que hemos identificado la distribución de centros
de carga, aparecen dos problemas, la red que debe llegar a
todos los usuarios y la red que desde la fuente de energía
debe llegar a todos los centros. También este problema
merece un análisis, se proyecta la red final, se busca lo que
inicialmente más conviene, teniendo presentes las
reservas que se deben hacer para el futuro.
l planeamiento no debe entrar en las soluciones de
detalle que seguramente en el transcurso del
tiempo perderán vigencia victimas del progreso
tecnológico (tanto en componentes como en materiales).
El fruto de este trabajo de
planeamiento debe quedar bien
documentado, para que cuando se
presenta la necesidad de construir las
obras y desarrollar la ingeniería de detalle no queden dudas de lo
que se debe hacer.
P
E
El dato más importante que afecta el planeamiento de una red:
carga actual
crecimiento de la carga
aumento del número de
cargas
modificación de cargas
por situaciones
especiales (depende del
desarrollo de algunos
clientes).
Fijadas las cargas se debe
buscar la red que las
satisface, sin bajar a
detalles menores, estos
serán objeto de trabajos
al momento de construir.
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SISTEMA DE PROTECCIONES
La Protección de los Sistemas Eléctricos de Distribución ha venido adquiriendo cada vez mayor
importancia ante el crecimiento acelerado de las redes eléctricas y la exigencia de un suministro de
energía a los consumidores con una calidad de servicio cada vez mayor. No son muy abundantes
las publicaciones que tratan este tema tan interesante y hoy en día tan necesario, a nivel de
distribución con un interés especial a la selección, aplicación y coordinación de los equipos de
protección comúnmente usados en estos sistemas.
Los equipos normalmente utilizados para la protección de un sistema de distribución son los
siguientes:
Las cuchillas desconectadoras (llamados también Seccionadores)
son interruptores de una subestación o circuitos eléctricos que
protegen a una subestación de cargas eléctricas demasiado elevadas.
Órgano de Corte en Red es un interruptor-seccionador de aislamiento y corte en atmósfera de gas
inerte para redes aéreas de distribución en media tensión. Este elemento se integrará en el sistema
de distribución de energía eléctrica con el fin de obtener importantes mejoras en su fiabilidad.
Poseerá un sistema de telecontrol gracias al cual cuando se produzcan defectos en la red eléctrica,
podrán ser rápidamente detectados y aislados, realizando una reconfiguración remota de la red,
reduciendo gastos de desplazamiento y aumentando la calidad del servicio.
Un pararrayos es un instrumento cuyo objetivo es atraer un rayo ionizando el
aire para excitar, llamar y conducir la descarga hacia tierra, de tal modo que no
cause daños a las personas o construcciones
El fusible es el medio más sencillo de interrupción automática de
corriente en caso de cortocircuitos o sobrecargas. En baja tensión se
encuentran hasta de 600 A y de 250 a 600 Volt. En este rango, la
exigencia es que soporten continuamente la corriente nominal y que se
fundan en un tiempo máximo de 5 minutos con un 15% de sobrecarga.
Los Relés pueden manejar altos voltajes o elevadas potencias con pequeñas
tensiones de control. También ofrecen la posibilidad de control de un
dispositivo a distancia mediante el uso de pequeñas señales de control. Son
capaces de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de entrada,
por lo que pueden considerarse, en un amplio sentido, como amplificadores
eléctrico.
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CAIDA DE TENSION
Llamamos caída de tensión de un conductor a la diferencia de potencial que existe entre los extremos del mismo. Este valor se mide en voltios y representa el gasto de fuerza que implica el paso de la corriente por ese conductor. Así mismo, la caída de tensión es medida frecuentemente en tanto por ciento de la tensión nominal de la fuente de la que se alimenta. Por lo tanto, si en un circuito alimentado a 400 Voltios de tensión se prescribe una caída máxima de tensión de una instalación del 5%, esto significará que en dicho
tramo no podrá haber más de 20 voltios, que sería la tensión perdida con respecto a la tensión nominal. No existe un conductor perfecto, pues todos presentan una resistividad al paso de la corriente por muy pequeña que sea, por este motivo ocurre que un conductor incrementa la oposición al paso de la corriente, a medida que también va aumentando su longitud. Si esta resistencia aumenta, por consiguiente aumenta el desgaste de fuerza, es decir, la caída de tensión. Podríamos decir que la caída de tensión de un conductor viene determinada por la relación que existe entre la resistencia que ofrece este al paso de la corriente, la carga prevista en el extremo más lejano del circuito y el tipo de tensión que se aplicará a los extremos. La caída de voltaje es como la pérdida de presión en una tubería de agua. La corriente Eléctrica fluye por el conductor como el agua en una cañería y crea una pérdida. La pérdida es consecuencia de: El diámetro del cable, cuanto más pequeño más pérdida. El largo del cable. A mayor longitud del cable mayor caída de tensión. El tipo de metal utilizado como conductor. A mayor resistencia del metal mayor pérdida. El
cobre y el aluminio son los metales comúnmente utilizados como conductor siendo el cobre el de menor resistencia. (Ver Ilustración 5 ) Material
Resistividad
mm2/km a 20 ºC
Coeficiente de corrección por temperatura
1/ºC
Cobre 17,54 0,0039 Aluminio 29,5 0,0040 Aleación de Aluminio 33,3 0,0036
Ilustración 4. Tabla de material de conductores eléctricos.
La caída de tensión en el transformador de la subestación es fácilmente determinable en función de la carga, además debe tenerse en cuenta que frecuentemente este transformador tiene regulación de tensión bajo carga por lo que la tensión en las barras de la subestación puede ser fijada en el valor conveniente para la buena distribución.
Ilustración 3. Se realizan mediciones de la caída de tensión entre las barra interceldas y los ánodos para verificar el buen contacto entre ambas y además se mide la caída de tensión entre barra y plancha de los ánodos para chequear su unión.
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Caída de tensión de un conductor. Cálculo.
La caída de tensión es calculada utilizando la “Ley de Ohm”:
E = I x R
Dónde:
E es la caída de tensión [Volts]
I es la corriente que fluye por el conductor [Ampers)
R es la resistencia del conductor [Ohms]
Circuitos Monofásicos Circuitos Trifásicos Caída de tensión = Ampers X Resistencia del conductor cada 1000’ (300m) X distancia en miles de pies X 2 cables.
Caída de tensión = 0.866 X Ampers X Resistencia del conductor cada 1000’ (300m) X distancia en miles de pies X 2 cables.
Luego deberá restar el resultado de la fórmula a la tensión de trabajo del controlador. La resultante se debe
encontrar dentro del rango de tensión admisible especificada por el fabricante del controlador.
Caída de tensión de un alimentador. Calculo.
Los alimentadores presentan una caída de tensión que para ser calculada requiere conocimiento de varias
cosas:
Caída alimentador = (r * cosfi + x * senfi) * A * k * longitud / U^2
Siendo r, x características del alimentador
A, potencia que distribuye el alimentador, que es variable reduciéndose a medida que nos alejamos del
punto de alimentación, y cosfi factor de potencia de la carga
k es el factor que toma en cuenta la variación de carga a lo largo del cable, y que depende de la distribución
de carga longitud del alimentador desde el inicio hasta el fin.
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DISEÑO DE LÍNEAS DE SUBTRANSMISIÓN Y SUBESTACIONES DE DISTRIBUCIÓN.
a distribución de
energía como
actualmente se
desarrolla generalmente
parte da la alta tensión con
líneas de transmisión estas
llegan a estaciones
eléctricas donde arrancan
las líneas de subtransmisión
que llevan la energía a las
subestaciones de
distribución.
Cada subestación de
distribución alimenta a
través de líneas de
distribución (alimentadores
primarios) a los centros de
carga, y de éstos parte la
distribución a los usuarios.
De acuerdo a su instalación,
las Subestaciones de
Distribución puede ser tipo
convencional (de superficie
en caseta ó subterránea en
edificios), tipo aérea
(monoposte o biposte) y
tipo compacta (bóveda ó
pedestal).
En las estaciones eléctricas
de alta tensión, en las
subestaciones de
distribución, y en los
centros de carga se realizan
transformaciones entre la
tensión superior y la
inferior.
Los conceptos que se
aplican en el diseño de
líneas de subtransmisión no
son distintos de los que se
aplican a líneas en general,
se trata de lograr un diseño
confiable, que ocupe poco
espacio y económico.
Las subestaciones de
distribución
frecuentemente deben
realizarse con importantes
limitaciones de espacio, y
entonces este es el
condicionante base del
diseño. Se deben buscar las
soluciones compactas, y los
esquemas se han ido
modernizando más y más,
aprovechando equipos más
confiables y que ocupan
menos espacio.
Las subestaciones de
distribución generalmente
están en el centro de la
zona que atienden, en la
que distribuyen energía.
A veces es aconsejable
llevar las subestaciones de
distribución a las afueras de
la zona que se debe
atender, para que esto sea
posible el área que se debe
cubrir no puede ser muy
grande.
La ubicación de la
subestación fija
el tamaño de la
zona que debe
alimentar , los
alimentadores primarios
deben llegar hasta los
límites del área servida.
Según sea la carga del
alimentador y sus
características podrá ser
más o menos largo y esto
fija el área que se puede
cubrir.
Potencia_alimentador =
Potencia_subestación/
numero_alimentadores
L
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DISEÑO DE LOS SISTEMAS PRIMARIO
ormalmente se estructuran en forma
radial, en un sistema de este tipo la
forma geométrica del alimentador
asemeja la de un árbol, donde por el grueso
del tronco, el mayor flujo de la energía
eléctrica se transmite por toda una troncal,
derivándose a la carga a lo largo de los
ramales.
Pensando en una línea de tipo radial, a
medida que la falla ocurre más cerca de la
alimentación la separación del tramo fallado
asume más importancia, con falla en el
primer tramo todos los usuarios quedan
afectados.
Surge natural la conveniencia de alimentar la
línea desde ambos extremos, para superar
estas condiciones logrando contener el
número de afectados.
Los componentes de un alimentador primario
son:
*Troncal. En los sistemas de distribución estos
conductores son de calibres gruesos 336, 556 y
hasta 795 MCM, ACSR (calibre de aluminio con
alma de acero), dependiendo del valor de la
densidad de carga.
* Ramal. Parte del alimentador primario
energizado a través de un troncal, en el cual
van conectados los transformadores de
distribución y servicios particulares
suministrados en media tensión
Niveles de tensión
En nuestro país las tensiones normalizadas
que se utilizan en distribución son 13.8 y 24
kV, en el pasado también se utilizo la tensión
de 4.4 kV, en algunos casos particulares 34.5
kV,.
El Código Eléctrico Nacional establece que
para nuestro País (Venezuela) está normada
una Frecuencia de 60 Hz.
En nuestro caso puede ser interesante
examinar las tensiones del rango 20 – 24 kV,
que permiten máximo aprovechamiento de
los materiales fabricados y difundidos bajo la
tecnología europea, frente a este criterio la
tensión de 34.5 kV esta fuera de rango.
Carga
La distribución pública alimenta en general a
sus usuarios en baja tensión, pero cuando la
carga que estos representan supera ciertos
valores comienza a ser conveniente (para
ambas partes) desarrollar la alimentación en
media tensión.
Ilustración 5.El transformador de distribución es la liga entre los alimentadores primarios y los alimentadores secundarios.
N
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DISEÑO DE LOS SISTEMAS SECUNDARIOS
n la mayoría de los
casos son circuitos
radiales, salvo en los
casos de las estructuras
subterráneas malladas
(comúnmente conocidas
como redes automáticas)
en las que el flujo de
energía no siempre sigue la
misma dirección.
Los alimentadores
secundarios de distribución,
por el número de hilos, se
pueden clasificar en:
1- Monofásico dos hilos.
2- Monofásico tres hilos.
3- Trifásico cuatro hilos.
Para conocer las ventajas
técnicas y económicas
inherentes a los
alimentadores secundarios
de distribución se deben
realizar estudios
comparativos que
esclarezcan estos méritos y
permitan seleccionar el
sistema de distribución más
adecuado a las necesidades
del caso.
Niveles de tensión
secundarios.
a tensión secundaria, baja
tensión, que se utiliza en
distribución, usada en
nuestro ambiente es 120-
220-380-440 V, 380 V
trifásico (entre líneas)
recordemos que nuestra
frecuencia es 60 Hz. Esta
tensión es la normal en
Venezuela, mientras que en
Gran Bretaña la tensión
normal era 240 - 420 V,
hace ya algunos años en un
esfuerzo de unificación se
normalizo a nivel europeo
230 400 V.
En los países de 60 Hz,
como en nuestro País,
frecuentemente la
distribución (para
iluminación y cargas
pequeñas) es monofásica 2
* 120 V, 2 * 240 V, la
distribución de fuerza
motriz es 3 * 240 V, o 3 *
440 V y también se
encuentran otras
combinaciones.
Para poder distribuir
energía monofásica y
trifásica en estos últimos
sistemas una de las ramas
del triángulo 3 * 440 V tiene
punto medio (neutro), con
lo que se tiene una
distribución con 4 hilos,
pero con tensiones
compuestas el doble de la
tensión simple (fase
neutro).
E
L
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ELABORADO POR: TSU JOSE JAVIER GONZALEZ F.
V-16.643.907
![Reconfi guración de sistemas de distribución para ... · una red de distribución es encontrar una ... según datos de la UPME (Unidad de Planeación Minero ... [6]. Cada una de](https://static.fdocuments.in/doc/165x107/5bc4577a09d3f2f25b8b8788/reconfi-guracion-de-sistemas-de-distribucion-para-una-red-de-distribucion.jpg)
