cap 8 introducciÓn a la distribucion 2012-2013

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UNIVERSIDAD CATOLICA DE CUENCA FACULTAD DE ING. ELÉCTRICA


Sistema de Distribución Definición:

Un sistema de distribución de energía eléctrica es unconjunto de equipos que permiten energizar enforma segura y confiable un número determinado decargas, en distintos niveles de tensión, ubicadosgeneralmente en diferentes lugares.

Los sistemas de distribución de energía eléctricacomprenden niveles de alta, baja y media tensión.

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DISTRIBUCIÓN GENERALIDADES• La distribución de energía eléctrica es una actividad

cuyas técnicas están en un proceso constante deevolución reflejada en:

– El tipo de equipos y herramientas utilizadas,

– En los tipos de estructuras,

– En los materiales con los que se construyen las redesde distribución y

– En los métodos de trabajo de las cuadrillas deconstrucción y mantenimiento, reflejada también en lametodología de diseño y operación empleandocomputadores (programas de gerencia de redes ,software gráfico, etc).

FACTORES DE EVOLUCIÓN DE LAS REDES DE DISTRIBUCIÓN

• Expansión de la carga.

• Normalización de materiales, estructuras ymontajes.

• Herramientas y equipos adecuados.

• Métodos de trabajo específicos y normalizados.

• Programas de prevención de accidentes yprogramas de mantenimiento.

• Surgimiento de industrias de fabricación deequipos eléctricos.

• Grandes volúmenes de datos y planos.


Especificaciones Técnicas de un Sistemade Distribución

Los principales datos de sistema eléctricos son:

– la tensión nominal,

– la frecuencia nominal y

– su comportamiento en caso de cortocircuito.

Los sistemas de distribución de energía eléctrica comprenden niveles de:

– alta,

– baja y

– media tensión.7


MISIÓN DE UN SISTEMA DETRANSMISIÓN Y DISTRIBUCIÓN

1. Entregar potencia y Energía a sus clientes en sus lugares y lista para utilizarse

2. Llegar al cliente en forma confiable y sin interrupciones de servicio (mayor al 99,4% de confiabilidad)

3. La tensión debe entregarse en buena forma, apta para los equipos, libre de:

1. fluctuaciones,

2. Armónicos

3. Disturbios transitorios8


RANGOS ADMISIBLES DE CALIDAD DELSERVICIO ELÉCTRICO

1. Se acepta una variación de tensión del 5% (120V ± 6V)

2. Puede aceptarse incluso un 10% de rango de operación de tensión, pero no con una fluctuación del 10%

3. Es aceptable una variación instantánea del 3%, esta causa una percepción instantánea conocida como flicker

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OBJETIVOS DE UN SISTEMA DETRANSMISIÓN Y DISTRIBUCIÓN

1. Cubrir el área de servicio, llegando a sus clientes

2. Tener suficiente capacidad para cubrir el pico de demanda de los clientes

3. Proveer una entrega de energía eléctrica altamente confiable a los clientes

4. Proveer un voltaje de calidad estable a sus clientes

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LEYES DEL SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN1. Es más económico mover la energía a altas tensiones

2. Las tensiones de utilización son inservibles para latransmisión de energía eléctrica

3. Es costoso cambiar el nivel de tensión (equipos detransformación son muy costosos)

4. La producción de energía es más económico engrandes cantidades

5. La energía debe ser entregada en cantidadespequeñas a niveles de tensión bajos (120V -240V)

Un sistema de distribución económico se construyesobre estos conceptos

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PROYECTO INTEGRAL DE DISTRIBUCIÓNEs usual que la documentación técnica relacionada con un proyectode distribución incluya las siguientes partes:

• Las memorias descriptivas.

• Las notas de cálculo (criterios de diseño, secuencia de

cálculo, fórmulas básicas de cálculo).

• Las especificaciones técnicas sobre equipos y elementos.

• Los planos.

Se debe tener en cuenta las normas del Código Eléctrico Nacional ylas normas de cada una de las EDs. El Ingeniero deberá tenerpresente que sus diseños deben ser normalizados por las grandesventajas que esto ofrece durante las etapas de planeamiento,diseño, construcción operación y mantenimiento del sistema dedistribución. Así mismo, facilita el proceso de fabricación demateriales y equipos. 12

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REQUISITOS QUE DEBE CUMPLIR UN SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN

a) Aplicación de normas nacionales y/o internacionales.

b) Seguridad para el personal y equipos.

c) Simplicidad en la construcción y operación (rapidez en lasmaniobras).

d) Facilidades de alimentación desde el sistema de potencia.

e) Optimización de costos (economía).

f) Mantenimiento y políticas de adquisición de repuestos.

g) Posibilidad de ampliación y flexibilidad.

h) Resistencia mecánica.

i) Entrenamiento del personal.

j) Confiabilidad de los componentes.15


REQUISITOS QUE DEBE CUMPLIR UN SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN

k) Continuidad del servicio

l) Información relacionada con la zona del proyecto (ubicación, altitud, víasde acceso).

m) Información relacionada con las condiciones climáticas (temperatura,precipitaciones, velocidad del viento, contaminación ambiental).

n) Información particular referente a: requerimientos técnicos de losclientes, ubicación de cargas especiales e industriales, plano loteado(que contenga zona residencial, comercial, importancia de las calles,ubicación de otras instalaciones, nivel socioeconómico, relación conotros proyectos en la zona y características geotécnicas).

o) Regulación de tensión ( niveles máximos admisibles).

p) Pérdidas de energía ( niveles máximos admisibles).

q) Control de frecuencia.16


DISEÑO DE UN SISTEMA DE DISTRIBUCIÓNEl diseño de un sistema de distribución debe incluir:

a) La localización de la alimentación para el sistema

b) El conocimiento de las cargas

c) El conocimiento de las tasas de crecimiento de las cargas

d) Selección de la tensión de alimentación.

e) Selección de las estructuras de media tensión y baja tensión.

f) Localización óptima de subestaciones de distribución (transformadores de distribución).

g) Diseño del sistema de tierra.

h) Análisis de corrientes de cortocircuito.

i) Diseño de las protecciones de sobrecorriente.

j) Diseño de protección contra sobretensiones.17


SELECCIÓN DE EQUIPOS DE UN SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN

La selección de equipos para sistemas de distribución incluye:

a) La selección de las subestaciones de distribución incluidos losinterruptores, transformadores y gabinetes.

b) Selección de los conductores (cables aislados y/o desnudos).

c) Optimización del calibre de los conductores (calibre económico).

d) Selección en caso necesario de equipos para supervisión de lacarga y automatización del sistema para la operación bajocondiciones normales y anormales.

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SEP SISTEMA ELÉCTRICO DE POTENCIAEs aquel que produce, transporta y distribuyeenergía eléctrica a los clientes; los susbsistemas másimportantes son los de generación y distribución.

Actualmente nuestro país:

1. Empresas de Generación EG: (hidroeléctricas,térmicas, renovables)

2. Transmisión: Sistema Nacional Interconectado SIN

3. Empresas de Distribución ED

4. Grandes Clientes: (industrias)

5. Grandes comercios e instituciones

6. Clientes Regulados24

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CENTRALES DE GENERACIÓN

Son las que transforman las siguientes energías a eléctricas:

1. Mecánica

2. Hidráulica

3. Mareomotriz

4. Térmica

5. eólica

6. solar

En nuestro país podemos citar a:1. Central Hidroeléctrica Paute

2. Mazar

3. Agoyán

4. Termo Esmeraldas

5. Machala Power

6. Sistema Galápagos

7. LUCIERNAGA (Proyecto del ministerio de Electricidad)

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LÍNEAS DE TRANSMISIÓNSon aquellas que están ligadas a las centrales degeneración y transportan la potencia y la energíaeléctrica a las subestaciones principales

Admás de transportar la energía de un lugar a otro, laslíneas se construyen con un criterio de estabilidad.

El país dispone de la Empresa TRANSELECTRIC quiénadministra el anillo del SIN a tensiones de 138KV y230KV .

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SUBESTACIONES PRINCIPALES

Es el conjunto de barras, transformadores,interruptores, equipos de control, equipos demedición y protección; que reciben la potencia yenergía eléctrica desde el Sistema de Generación através del Sistema de Transmisión y distribuyen alSistema de Subtransmisión, generalmentedisminuyendo la tensión. Ej. Subestación Sinincay enOchoa León con patios de 230 y 69KV

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LINEAS DE SUBTRANSMISIÓN

Son aquellas que salen de las SubestacionesPrincipales y transportan la potencia y energíaeléctrica hasta la Subestaciones de Distribución. Ej.Línea S/E Cuenca Rayoloma a la S/E 03 Monay

Estas toman energía de las líneas de transmisión yentregan a las subestaciones a lo largo de sus rutas.

Algunas veces existen 2 líneas de Subtransmisiónentres subestaciones mejorando la confiabilidad delsistema.

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SUBESTACIÓN DE DISTRIBUCIÓN

Recibe la potencia y energía de las líneas desubtransmisión y la reparte a lo largo de losalimentadores primarios, disminuyendogeneralmente la tensión. Ejemplo S/E 03 Monay alos alimentadores 0321, 0322, 0323, 0324 y 0325.

Las subestaciones de distribución son el punto deunión entre Transmisión y Distribución.

Estas ocupan una pequeña área de terreno yconsiste en equipamiento de alta y baja tensión,barras, interruptores, equipo de medición, casa decontrol

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SUBESTACIÓN DE DISTRIBUCIÓNEstas ocupan una pequeña área de terreno y están constituidas

por:

1. espacios de alta y media tensión

2. Barras para el flujo de energía

3. Interruptores

1. Transmisión

2. Subtransmisión

4. Equipo de medición

5. Casa de control

1. Equipo de protección

2. Equipo de medición

3. Equipo de Control

6. Transformadores 36


ALIMENTADORES PRIMARIOSSon líneas de media tensión que transportan lapotencia y energía eléctrica desde la Subestación deDistribución hasta cada una de las Estaciones deTransformación y Acometidas de Media Tensión.

Los alimentadores primarios son:

a) aéreos (montados en postes)

b) subterráneos (montados en ductos)

La distribución se da entre 2MVA hasta 30MVA,dependiendo del tamaño del conductor y el nivel detensión 37


ALIMENTADORES PRIMARIOSNormalmente de una subestación de distribuciónsalen de 2 a 12 alimentadores primarios

Y se clasifican en:

- Troncal primaria trifásica

- Ramales de alimentadores

Cada alimentador está dividido por variosseccionadores cerrados, los mismos que serán abiertoscuando ocurra una falla.

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RAMALES DE ALIMENTADORLas ramas de un alimentador son aquellas que sederivan de la troncal primaria y son generalmentemonofásicas o bifásicas. Estas ramificaciones son lasque sirven normalmente al cliente.

Un ramal de alimentador puede manejar unapotencia entre 10KVA hasta 2MVA.

Los ramales se toman de fases alternadamente con elfin de balancear el sistema.

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ESTACIONES DE TRANSFORMACIÓNSon las encargadas de transformar la potencia y laenergía eléctrica recibida desde los AlimentadoresPrimarios a una tensión directamente utilizable paralas cargas comunes y la suministra a las RedesSecundarias.

Estas bajan la tensión del valor primario al secundarioesto es a 120V o 240V. En sistemas aéreos lasestaciones de transformación van desde los 5KVA a166KVA.

Luego de la estación la energía es entregada al clientea través de la red secundaria.

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ACOMETIDAS DE MEDIA TENSIÓN

Son derivaciones de los Alimentadores Primarioshacia una carga que utiliza la tensión de mediatensión.

RED SECUNDARIA

Son las líneas de baja tensión que distribuyen a losclientes la potencia y energía que reciben de lasEstaciones de Transformación.

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TENSIONES USADAS EN EL PAÍS

Las tensiones no estandarizadas están entreparéntesis

– En transmisión: 138KV, 230KV

– En Subtransmisión: 69KV, (46KV), 22KV

– En alimentadores Primarios: (2,4KV), (6,3KV),(13,8KV), 22,8KV, (22KV), (23KV), (34,5KV)

– En redes secundarias (110V), (121V), (127V), 120V,(208V), (210V), (220V), 240V

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COMPOSICIÓN DE UN SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN

El sistema de distribución esta formado por:

– Subestaciones Principales

– Líneas de Subtransmisión

– Subestaciones de Distribución

– Alimentadores Primarios

– Estaciones de Transformación

– Acometidas de Media Tensión

– Redes Secundarias

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INTERRUPTORESEs necesario poder conectar segmentos de líneas enAlimentadores Primarios; los interruptores soncolocados en ubicaciones estratégicas con el fin deabrir o cerrar dos segmentos de línea.

Los interruptores pueden operar (NA) o (NC)

Los interruptores varían sus capacidades de potenciay en su capacidad de interrupción de cortocircuito;estos pueden ser: manuales, automáticos

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PROTECCIÓNUn equipo de protección debe estar diseñado paradetectar fallas y aislar el equipo dañado, aunquesignifique suspender la energía a algunos clientes.

En la mayoría de los casos se usan seccionadores losmismos que detectan condiciones inusuales einterrumpen el suministro eléctrico si un falla ocurreen el sistema.

Algunas veces existen ciertos requerimientosbasados en la longitud de los sistemas.

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REGULACIÓN DE TENSIÓNEl equipamiento de regulación de tensión incluye losreguladores de línea y los compensadores por caídade tensión, además de los cambiadores de taps delos transformadores ( estos dispositivos poseen

tomas con diferentes números de vueltas para

reflejar las variaciones de tensión).

El objetivo principal de estos equipos es mantener lafluctuación de tensión en los límites aceptables.

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CAPACITORESFACTOR DE POTENCIA: Es una medida del desfasamientoentre la tensión y la corriente. En un sistema ideal, la V yla I no tendrían desfasamiento.

El hecho de que la corriente llegue al pico un momentodespués que la tensión produce una caída de tensión.

Mientras mas malo es el factor de potencia, más sera lapotencia reactiva medidad en VAR, restando de lapotencia total entregada por el sistema; de esta manerauna línea debe llevar más energía para compensar lo quese pierde debido al efecto del factor de potencia,generando mayor caída de tensión y degenerando lacalidad del servicio.

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CAPACITORESCAUSAS DEL FACTOR DE POTENCIA: Entre lasprincipales podemos citar a:

– Motores de inducción (licuadoras)

– Aire acondicionado

– Compresores

CAPACITORES: Son equipos de regulación quepermiten corregir el factor de potencia (tratar deque sea igual a 1). Es mejor colocar cerca de losclientes pues los costos pueden ser mayores siubicamos en las subestaciones

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Por la forma en que se construyen los Sistemas deDistribución se pueden clasificar en:

1. Sistemas Aéreos

2. Sistemas Subterráneos

3. Sistemas Mixtos:


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1.Sistemas Aéreos:

Estos tienen soportados en postes de concreto, fibra, acero ymadera tratada los conductores de la red primaria y secundaria,así como los transformadores


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1.Sistemas Aéreos:

En esta modalidad, el conductor que usualmente está desnudo,va soportado a través de aisladores instalados en crucetas, enpostes de madera, de concreto o de fibra

Al compárarsele con el sistema subterráneo tiene las siguientesventajas:

• Costo inicial más bajo.• Son las más comunes y materiales de fácil consecución.• Fácil mantenimiento.• Fácil localización de fallas.• Tiempos de construcción más bajos.


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1.Sistemas Aéreos: Desventajas:

• Mal aspecto estético.• Menor confiabilidad.• Menor seguridad (ofrece más peligro para los transeúntes).• Son susceptibles de fallas y cortes de energía ya que estánexpuestas a:• descargas atmosféricas,• lluvia,• granizo,• polvo,• temblores,• gases contaminantes,• brisa salina,• vientos,• contactos con cuerpos extraños,• choques de vehículos y• vandalismo.


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1.Sistemas Aéreos: Partes principalesa) Postes: que pueden ser de madera, concreto, fibra o metálicos ysus características de peso, longitud y resistencia a la rotura sondeterminadas por el tipo de construcción de los circuitos. Sonutilizados para sistemas urbanos postes de concreto de 14, 12 y 10metros con resistencia de rotura de 1050, 750 y 510 kgrespectivamente.b) Conductores: son utilizados para circuitos primarios el ACSRdesnudos y en calibres 4/0, 3/0, 2/0, 1/0 y 2 AWG y para circuitossecundarios en cables desnudos o aislados y en los mismos calibres.Estos circuitos son de 3 y 4 hilos con neutro puesto a tierra. Paralelo aestos circuitos van los conductores de alumbrado público.c) Crucetas: son utilizadas crucetas de madera inmunizada o deángulo de hierro galvanizado de 2 metros para 13.2 kV. y 11.4 kV. condiagonales en varilla o de ángulo de hierro (pié de amigo).


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1.Sistemas Aéreos: Partes principales

d) Aisladores: Son de tipo ANSI 52, 53, 54 y 55 para media tensión ybaja tensión (carretes).e) Herrajes: todos los herrajes utilizados en redes aéreas de bajay mediana tensión son de acero galvanizado. (grapas, varillas deanclaje, tornillos de máquina, pernos, tuercas, espigos, etc).f) Equipos de seccionamiento: el seccionamiento se efectúa concortacircuitos y seccionadores monopolares para operar sin carga(100 A - 200 A).g) Transformadores y protecciones: se emplean transformadoresmonofásicos con los siguientes valores de potencia o nominales: 25 -37.5 - 50 - 75 kVA y para transformadores trifásicos de 30 - 45 - 75 -112.5 y 150 kVA protegidos por cortacircuitos, fusible y pararrayostipo válvula de 12 kV.


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1.Sistemas Subterráneos: Son aquellos en que las instalaciones se ocultan bajo tierra, enalgunas ocasiones las subestaciones MT – BT se instalan a niveldel suelo en locales o gabinetes.


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1.Sistemas Subterráneos: Son empleadas en zonas donde por razones de urbanismo,estética, congestión o condiciones de seguridad no esaconsejable el sistema aéreo. Actualmente el sistemasubterráneo es competitivo frente al sistema aéreo en zonasurbanas céntricas.

Ventajas:• Mucho más confiable ya que la mayoría de las contingencias

mencionadas en las redes aéreas no afectan a las redessubterráneas.

• Son más estéticas, pues no están a la vista.• Son mucho más seguras.• No están expuestas a vandalismo.


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1.Sistemas Subterráneos: Desventajas:• Su alto costo de inversión inicial.• Se dificulta la localización de fallas.• El mantenimiento es más complicado y reparaciones más

demoradas.• Están expuestas a la humedad y a la acción de los roedores.

Los conductores utilizados son aislados de acuerdo al voltajede operación y conformados por varias capas aislantes ycubiertas protectoras. Estos cables están directamenteenterrados o instalados en bancos de ductos (dentro de lasexcavaciones), con cajas de inspección en intervalosregulares..


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1.Sistemas Subterráneos: Partes PrincipalesDuctos: que pueden ser de asbesto cemento, de PVC o conduitmetálicos con diámetro mínimo de 4 pulgadas.Cables: pueden ser monopolares o tripolares aislado en polietilenode cadena cruzada XLPE, de polietileno reticulado EPR, en cauchosintético y en papel impregnado en aceite APLA o aislamiento secoelastomérico en calibres de 500 - 400 - 350 - 250 MCM, 4/0 y 2/0AWG en sistemas de 13.2 kV, 7,6 y 4,16 kV.

A pesar de que existen equipos adecuados, resulta difícil localizar lasfallas en un cable subterráneo y su reparación puede tomar muchotiempo, se recomienda construir estos sistemas en anillo con el fin degarantizar la continuidad del servicio en caso de falla.


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1.Sistemas Subterráneos: Partes Principales

Cámaras : que son de varios tipos siendo la más común la deinspección y de empalme que sirve para hacer conexiones, pruebas yreparaciones. Deben poder alojar a 2 operarios para realizar lostrabajos. Allí llegan uno o más circuitos y pueden contener equipos demaniobra, son usados también para el tendido del cable. La distanciaentre cámaras puede variar, así como su forma y tamaño.

Empalmes uniones y terminales: que permiten dar continuidadadecuada, conexiones perfectas entre cables y equipos y/o cajas deinspección en intervalos regulares..


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2. Sistemas Mixtos: En estos en la mayoría de los casos la red primaria estásoportada en postes y la red secundaria se oculta en ductos bajoel suelo

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Los Principales elementos constitutivos de unsistema de Distribución son:

1.Líneas primarias2.Transformadores de distribución3.Líneas secundarias4.Equipos de protección5.Acometidas y6.Equipos de medición

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CLASIFICACIÓN DE LAS CARGASSe clasifican de acuerdo a:

– Uso

– Ubicación

– Tarifas

– Dependencia de la Carga

– Efecto de la Carga en el Sistema

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CLASIFICACIÓN DE LAS CARGAS DE ACUERDO A SU USO

– Alumbrado

– Calefacción

– Ventilación

– Movimiento (energía mecánica)

– Electrónica

CLASIFICACIÓN DE LAS CARGAS DE ACUERDO A SU UBICACIÓN

– Urbana

– Rural

– Centros industriales y comerciales69


CLASIFICACIÓN DE LAS CARGAS DE ACUERDO A SU TARIFA

– Bloque (venta para la reventa)

– Residencial

– Comercial

– Industrial

– Alumbrado Público

– Otros

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CLASIFICACIÓN DE LAS CARGAS DE ACUERDO A SU DEPENDENCIA DE LA CARGA

– CRÍTICA: Aeropuertos, hospitales; en los cualescorren peligros vidas humanas cuando no existeenergía eléctrica

– IMPORTANTE: Fábricas, edificios públicos; en loscuales se tienen pérdidas económicas pero nohumanas por la falta de servicio eléctrico

– NORMAL: Usuarios residenciales, en los cuales laspérdidas económicas son mínimas

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CLASIFICACIÓN DE LAS CARGAS DE ACUERDO AL EFECTO DE LA CARGA EN EL SISTEMA

– PERMANENTE: Es una valor constante de carga quepermanece en el sistema. Ej: maquinaria deindustrias.

– CÍCLICA: Funciona durante períodos constantes detiempo todos los días. Ej: alumbrado público

– ALEATORIA: Depende de las costumbres de losclientes (viviendas)

– Transitoria: Dada en tiempos cortos. Ej: arranque demotores de grandes potencias.

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CLASIFICACIÓN DE LAS CARGAS DE ACUERDO AL EFECTO DE LA CARGA EN EL SISTEMA

– PERMANENTE: Es una valor constante de carga quepermanece en el sistema. Ej: maquinaria deindustrias.

– CÍCLICA: Funciona durante períodos constantes detiempo todos los días. Ej: alumbrado público

– ALEATORIA: Depende de las costumbres de losclientes (viviendas)

– TRANSITORIA: Dada en tiempos cortos. Ej: arranquede motores de grandes potencias.

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COSTOS DE UN SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN

Un sistema de distribución puede ser costoso por eldiseño, construcción y operación. El equipamientoen cada nivel incurre en dos tipos de costos:

- COSTOS DE CAPITAL: Incluyen:

- equipamiento,

- terreno,

- actividades de preparación del sitio,

- Construcción e instalación

Estos costos generalmente se realizan una sola vez.

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COSTOS DE UN SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN

- COSTOS DE OPERACIÓN: Incluyen:

- equipamiento de operación

- equipo de mantenimiento: inspeccionesperiódicas pudiendo requerir la reparación

de daños por tormentas o contingencias

- Impuestos y tasas

- Costo de pérdidas de energía y potencia

Estos costos generalmente son continuos operiódicos

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CLASIFICACIÓN DE ACUERDO A LAS CARACTERÍSTICAS DE LAS CARGAS

Dependiendo de las características de las cargas, los volúmenes de energía involucrados, y las condiciones de confiabilidad y seguridad con que deban operar, los sistemas de distribución se clasifican en:

– Industriales.

– Comerciales.

– Urbana.

– Rural.

– Redes de distribución suburbanas

– Redes de distribución turística

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Sistemas de distribución industrial.

Comprende a los grandes consumidores de energía eléctrica,

tales como las industrias del acero, químicas, petróleo, papel,etc.; que generalmente reciben el suministro eléctrico en altatensión.

Sistemas de distribución comerciales.Es un término colectivo para grandes complejos comerciales ymunicipales, como edificios, bancos, supermercados,escuelas, aeropuertos, hospitales, puertos, etc. Estos sistemastienen sus propias características, debido a las exigencias encuanto a seguridad de las personas y de los bienes, por lo querequieren de importantes fuentes de respaldo en casos deemergencia.

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Sistemas de distribución urbana.

Alimenta la distribución de energía eléctrica a poblaciones ycentros urbanos de gran consumo, pero con una densidad decargas pequeña. Son sistemas en los cuales es muy importante laadecuada selección en los equipos y el dimensionamiento.

Los programas de distribución urbana son desarrolladosindividualmente por cada empresa de energía y la mayoría de lasveces son planes de remodelación y recuperación de pérdidas. Lasprincipales características de las redes de distribución urbana sonlas siguientes:

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Sistemas de distribución urbana.• Usuarios muy concentrados.

• Cargas bifilares, trifilares y trifásicas.

• Facilidad de acceso.

• En general se usa postería de concreto.

• Es necesario coordinar los trazados de la red eléctrica con las redes telefónicas,redes de acueducto, alcantarillados y otras redes, igualmente tener en cuenta losparámetros de las edificaciones.

• Se usan conductores de aluminio, ACSR y cobre.

• Facilidad de transporte desde los proveedores de materiales y equipos al sitio dela obra.

• Transformadores generalmente trifásicos en áreas de alta densidad de carga ymonofásicos trifilares en áreas de carga moderada.

• El trabajo en general puede ser mecanizado.

• La separación entre conductores y estructuras de baja tensión y media tensiónson menores.

• En caso de remodelaciones y arreglos es necesario coordinar con las empresasde energía los cortes del servicio. 80


Sistemas de distribución rural.Estos se encargan del suministro eléctrico a zonas de menor densidadde cargas, por lo cual requiere de soluciones especiales en cuanto aequipos y a tipos de red. Debido a las distancias largas y las cargaspequeñas, es elevado el costo del kWh consumido. En muchos casosse utiliza la generación local en una fase inicial y posterior, puederesultar económica la interconexión para formar una red grande.

Son evidentes las enormes ventajas de disponer de energía eléctrica enlas zonas rurales del país. Nadie pone en cuestión la necesidad dedotar a dichos núcleos (corregimientos o extensiones territorialesdistintas de las aglomeraciones urbanas o suburbanas quecomprenden las zonas de explotaciones agrícolas, pecuarias oforestales y localidades que no sobrepasen los 3000 habitantes,excluyendo los sectores turísticos, residenciales o industriales) de unsuministro eléctrico seguro y eficiente.

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Sistemas de distribución rural.• Pero también es cierto que de estas instalaciones eléctricas no se

deriva una pura rentabilidad económica ya que los montos elevados delas inversiones necesarias no quedan remunerados por losrelativamente escasos originados por la venta de la electricidad,puesto que los consumos per cápita son muy inferiores a loscorrespondientes a las zonas urbanas e industriales. Por lo mismo, lamejor justificación de un plan de electrificación rural estriba en susefectos sociales. La electrificación rural se orienta, ante todo, asatisfacer una necesidad primaria, cual es el alumbrado de viviendas yde los asentamientos rurales, pasando luego a atender otrasexigencias menos perentorias y que producen una mayor "Calidadde vida", como los aparatos domésticos y la industrializaciónagropecuaria.

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Sistemas de distribución rural.• Es necesario, ante todo, realizar un inventario de todas las

colectividades rurales, para después, en base a criterios técnicosrazonables, desarrollar los proyectos oportunos para remediar lascarencias, finalmente hay que cuantificar las inversiones necesariaspara ello, y en base a criterios políticos y sociales, distribuirlas a lolargo del tiempo de duración del plan.

• La distribución rural en el país se esta desarrollando mediante elprograma: FERUM Fondo de Electrificación Rural y rbano Marginal.

• El desarrollo de estos programas tienen un alto contenido social yaque lleva el beneficio de la energía eléctrica a aquellas personas queson la base de la agricultura y la ganadería.

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Sistemas de distribución rural.• El manejo de estos proyectos exige un adecuado planeamiento en la

compra y suministro oportuno de materiales ya que las licitacionesrespectivas tienen trámites relativamente demorados.

• Las principales características de las redes de distribución rural son:1. Usuarios muy dispersos.

2. Cargas generalmente monofásicas.

3. Dificultades de acceso en las zonas montañosas lo que implica extra costos en eltransporte y manejo de materiales.

4. En zonas accesibles se usa postería de concreto.

5. En zonas de difícil acceso se usa postería de madera inmunizado.

6. Los transformadores por lo general son monofásicos 2H o 3H (Bifilares oTrifilares).

7. Conductores ACSR por lo general.

8. A menudo es necesario efectuar desmonte de la zona.

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Sistemas de distribución suburbanas.• Que tienen características intermedias donde puede existir gran

concentración de usuarios que tienen bajo consumo como lossuburbios o asentamientos espontáneos.

Sistemas de distribución turísticas• Donde los ciclos de carga están relacionados con las temporadas

de vacaciones, y donde se impone la construcción subterráneapara armonizar con el entorno.

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ASPECTOS GENERALES SOBRE PLANEAMIENTO DE SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN

Objetivos de planeamiento.

• Un buen planeamiento garantiza que el crecimiento de la demanda deenergía eléctrica sea satisfecha en forma optima con las mejorasrealizadas al sistema de distribución. Dichas consideraciones deben sertécnicamente adecuadas y razonablemente económicas.

• Su alto costo de inversión y su proximidad con el consumidor hacenque el sistema de distribución merezca la importancia y por lo tanto, sele coloque la atención debida.

• El objetivo general del planeamiento de sistemas de distribución es elminimizar los costos (de subestaciones, alimentadores laterales,transformadores, redes secundarias, de pérdidas de potencia yenergía) sometido a las restricciones (como valores permisibles devoltaje, caidas momentaneas de voltaje, flickers, asi como decontinuidad en el servicio).

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PROCESO PARA EL PLANEAMIENTO

– Las características de la carga determinan el tipo de sistemade distribución requerido.

– Una vez determinadas las cargas, se agrupan para conectarsea las líneas secundarias.

– A las lineas secundarias se les asigna un transformador dedistribución.

– Las cargas de los transformadores de distribución son luegocombinadas para determinar las demandas del sistema dedistribución primaria.

– Las cargas del sistema de distribución primaria, determinan eltamaño y localización de las subestaciones de distribución asícomo la ruta y capacidad de las líneas de transmisionasociadas. 87


PROCESO PARA EL PLANEAMIENTOEn la persecución de los objetivos, el planeador tiene influencia sobre:

a) Las adiciones y/o modificaciones de las redes de subtransmisión.

b) Ubicación y tamaño de las subestaciones de distribución.

c) Áreas de servicio de las subestaciones de distribución.

d) Localización de interruptores, suiches, tamaño de alimentadores.

e) Niveles de voltaje y caídas de voltaje en el sistema.

f) Localización de capacitores y reguladores de voltaje.

g) Cargabilidad de transformadores y alimentadores.

h) Impedancia, niveles de aislamiento y disponibilidad detransformadores.

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PROCESO PARA EL PLANEAMIENTOEl planeamiento no tiene influencia sobre:

a) Momento y ubicación de las demandas.

b) Frecuencia y duración de las interrupciones.

c) Costos de mano de obra, equipos y del dinero

d) Variaciones de los precios de combustibles y fuentes alternas de energía.

e) Cambios en las condiciones socioeconómicas y sobre las tendencias del crecimiento de la demanda.

f) Aumento o disminucion de la población.

g) Cambios de comportamiento como resultado de los avances tecnológicos.

h) Cambios en las condiciones económicas (PIB, inflación y/o recesión).

i) Regulaciones de los gobiernos nacionales y locales.

89


Factores que afectan el planeamiento del sistema de distribución.

a) Las proyecciones de carga, influenciadas a su vez por:

o Planes de desarrollo comunitario, industrial y municipal.

o Uso de la tierra.

o Factores geográficos.

o Datos históricos.

o Crecimiento de la población.

o Densidad de la carga.

o Fuentes de energía alternativas.

90


Factores que afectan el planeamiento del sistema de distribución.b) Expansión de subestaciones influenciada por:

o Factores económicos.

o Limitaciones de tamaño.

o Barreras físicas, tamaño físico y disponibilidad del terreno.

o Limitaciones de proyección.

o Capacidad y configuración actual.

o Proyección de la carga.

o Capacidad de enlace.

o Voltajes de transmisión.

o Rigidez de la transmisión.

o Limitación de alimentadores.91


Factores que afectan el planeamiento del sistema de distribución.c) Selección del sitio de la subestación influenciada por:

o Localización de subestaciones existentes.

o Regulaciones sobre el uso de la tierra y costos de la tierra.

o Disponibilidad del terreno.

o Localización de líneas de subtransmisión existentes.

o Proyección de la carga.

o Densidad de la carga.

o Proximidad a centros de carga.

o Limitación de los alimentadores.

Las alternativas resultantes deben ser evaluadas cualitativa ycuantitativamente, efectos beneficios vs efectos adversos, efectos deescala absoluta vs efectos de escala relativa.

92


Factores que afectan el planeamiento del sistema de distribución.

d) El costo total de la expansión influenciado por:o Las pérdidas de potencia y energía.

o Los costos de operación, mantenimiento, materiales.

o Los costos del capital.

e) Otros factores tales como:o Selección de voltajes primarios.

o Selección de rutas de alimentadores.

o Selección de tamaño de conductores, capacidad de equipos.

o Adecuacidad de sistemas existentes.

o Posibles cargas adicionales.93


Técnicas actuales de planeamiento de sistemas de distribución.

• El uso de las siguientes herramientas y programas está basado en ladiscrecionalidad del planeador y en la política de operación de lacompañía electrificadora: flujos de carga, cálculo de corrientes defallo y de cortocircuito, cálculo de caídas de voltaje y pérdidas,impedancias del sistema, proyección de cargas, regulación devoltaje, ajuste de reguladores, discriminamiento y ubicación optimade bancos de condensadores, etc.

• En la siguiente figura muestra un diagrama de bloques del procesode planeamiento de sistemas de distribución mas empleado.

94


Técnicas actuales de planeamiento de sistemas de distribución.• El criterio de aceptabilidad, representando las políticas de la

compañia, obligaciones de los usuarios y restricciones adicionalespueden incluir:

a) Continuidad del servicio.

b) La caída de voltaje máxima permisible por el usuario másalejado (permanente y momentánea).

c) La carga pico máxima permisible.

d) Confiabilidad del servicio.

e) Pérdidas de potencia y energía.

95


Técnicas actuales de planeamiento de sistemas de distribución.

96


Modelos de planeamiento de sistemas dedistribución

Los modelos matemáticos que son desarrollados pararepresentar el sistema y que son empleados por losplaneadores de sistemas de distribución para investigar ydeterminar los modelos de expansión óptima que porejemplo, seleccionen ubicación y expansión óptima,subestación, transferencia de carga óptima entresubestaciones y centros de demanda, rutas y calibresóptimos de alimentadores para el suministro de energía a lascargas dadas; sujetas a numerosas restricciones paraminimizar el valor presente de los costos totalesinvolucrados. 97


Modelos de planeamiento de sistemas dedistribuciónAlgunas de las técnicas de investigación de operacionesusadas en la generación de esta tarea son las siguientes.

o El método de la política alternativa que seleccione entrevarias, la mejor.

o El método de descomposición, en el cual, un problemagrande es dividido en varios pequeños y cada uno resueltoseparadamente.

o Los métodos de programación lineal y de programación porintegración que linealiza las condiciones de restricciones.

o Los métodos de programación dinámica.

98


Planeamiento de sistemas de distribución enel futuroPara establecer las futuras tendencias que hoy se vislumbran parael futuro de los procesos de planeamiento se debe tener encuenta:

a) Los factores económicos como la inflación, los gastos para adquisición de capital, el capital necesario para expansión de sistemas de distribución y las dificultades para elevar tarifas a los usuarios.

b) Los factores demográficos que evidencian problemas de inmigración hacia áreas urbanas.

c) Los factores tecnológicos que evidencian el desarrollo de las fuentes no convencionales y que pueden cambiar la naturaleza de las redes de distribución.

99


Planeamiento de sistemas de distribución enel futuroLos requerimientos de un programa de manejo de carga exitoso son especificados como sigue:

o Debe ser capaz de reducir la demanda durante periodos de carga critica del sistema.

o Debe resultar en una disminución de los requerimientos de generación nueva.

o Debe tener una relación costo/beneficio aceptable.

o Su operación debe ser compatible con el diseño y operación del sistema.

o Debe operar con un nivel de confiabilidad aceptable.

o Debe tener el nivel aceptable de conveniencia para el usuario.

o Debe tratar de reducir tarifas y ofrecer otros incentivos.100


Planeamiento de sistemas de distribución enel futuro

d) La relación costo/beneficio obtenida por la innovación.

e) Nuevas herramientas de planeamiento: las herramientas para eldiseño de redes serán optimizadas con respecto a muchos criteriosusando métodos de programación de investigación deoperaciones. Los editores de redes discriminan el programa desimulación extensivos, los cuales determinarán si la red propuestacomportamiento esperado y el criterio de crecimiento de carga.

101

102

INFLUENCI@ DE L@S INFLUENCI@ DE L@S INFLUENCI@ DE L@S INFLUENCI@ DE L@S

C@R@CTERÍSTIC@S DE C@R@CTERÍSTIC@S DE C@R@CTERÍSTIC@S DE C@R@CTERÍSTIC@S DE

L@S C@RG@S SOBRE L@S C@RG@S SOBRE L@S C@RG@S SOBRE L@S C@RG@S SOBRE

L@S REDES DE L@S REDES DE L@S REDES DE L@S REDES DE

DISTRIBUCIÓNDISTRIBUCIÓNDISTRIBUCIÓNDISTRIBUCIÓN



En la siguiente figura se puede observar que las características de la cargainfluyen en los sistemas de potencia y distribución, más no en viceversa. Lascaracterísticas de las cargas expresan el comportamiento de los usuariosfrente al sistema de distribución y por lo tanto, imponen las condiciones(donde está y como establece la demanda durante el período de carga). Lasempresas de energía pueden realizar control sobre algunas cargas paraevitar que el sistema colapse.

103


104

CARGA ELÉCTRICAEs el aparato o conjunto de aparatos eléctricos, conectados a unsistema eléctrico que demandan una potencia eléctrica. El valor de lapotencia demandada es el valor de la carga y normalmente se leconoce como demanda.

En un sistema trifásico la Potencia Activas está dada por:

� = 3 ∗ � ∗ � ∗ ��∅

Para efectos de análisis prácticos la tensión se puede considerarcomo constante, razón por la cual algunas curvas de ciclos de cargase acostumbran a representarlas en función de la corriente.


105

CARGA ELÉCTRICA RESIDENCIAL


106

CARGA ELÉCTRICA COMERCIAL


107

CARGA ELÉCTRICA INDUSTRIAL


108

CARGA ELÉCTRICA ALUMBRADO PÚBLICO


109

DENSIDAD DE CARGAEste concepto se puede establecer de dos formas, una de ellas se expresacomo la relación entre la carga instalada y el área de la zona del proyecto:(método más generalizado)

La otra forma corresponde a un diseño de detalle que establece la densidadde carga como la cantidad de kW por cada 100 metros de línea parasuministrar el servicio. Si se parte de un muestreo donde se dispone de lademanda en kWh por cada 100 metros, se puede convertir a kW comosigue:

Donde N es el número de usuarios homogéneos considerado.

La densidad de carga en kVA / 100 m requiere de la estimación del factor depotencia tal que:


110

CARGA INSTALADAEs la suma de todas las potencias nominales continuas de los aparatos deconsumo conectados a un sistema o a parte de él, se expresa generalmenteen kVA, MVA, kW o MW. Matemáticamente se indica como:

CI = ∑ Potencias nominales de las cargas


111

CAPACIDAD INSTALADACorresponde a la suma de las potencias nominales de los equipos (transformadores,generadores), instalados a líneas que suministran la potencia eléctrica a las cargas oservicios conectados. Es llamada también capacidad nominal del sistema.

CARGA MÁXIMA ( KW Ó KVA ) DMSe conoce también como la demanda máxima y corresponde a la carga mayor quese presenta en un sistema en un período de trabajo previamente establecido. En lafigura anterior, la carga máxima es la que se presenta a las 19 horas.

Es esta demanda máxima la que ofrece mayor interés ya que aquí es donde sepresenta la máxima caída de tensión en el sistema y por lo tanto cuando sepresentan las mayores pérdidas de energía y potencia.

Para establecer la DM se debe especificar el intervalo de demanda paramedirla. La carga puede expresarse en p.u de la carga pico del sistema; porejemplo, se puede encontrar la demanda máxima 15 minutos, 30 minutos y 1 hora.


112

NÚMERO DE HORAS DE CARGA EQUIVALENTE EH

Es el número de horas que requeriría la carga máximapara que se consuma la misma cantidad de energíaque la consumida por la curva de carga real sobre elperiodo de tiempo especificado. Esta dada por:


113

DEMANDA D( t) Es la cantidad de potencia que un consumidor utiliza en cualq uiermomento (variable en el tiempo) . El período durante el cual se tomael valor medio se denomina intervalo de demanda . La duración quese fije en este intervalo dependerá del valor de demanda que se deseeconocer, así por ejemplo, si se quiere establecer la demanda enamperios para la sección de un juego de fusibles, deberán seranalizados valores de demanda con un intervalo cero, no siendo elmismo caso si se quiere encontrar la demanda para aplicarla a untransformador o cable, que será de 10 o 15 minutos.

Para establecer una demanda es indispensable indicar el intervalo dedemanda ya que sin él no tendría sentido práctico. La demanda sepuede expresar en kVA, kW, kVAR, A, etc.

La variación de la demanda en el tiempo para una carga dadaorigina el ciclo de carga que es una CURVA DE CARGA (demandavs tiempo).


114

CURVAS DE DURACIÓN DE CARGA DIARIA CD C( t )La curva indica la duración de cada una de las demandaspresentadas durante el periodo de tiempo especificado.


115

CURVAS DE CARGA ANUALEstas curvas se deben dibujar en lo posible para los 4 años del período estadísticocomo se muestra en la figura 2.5 y muestran la forma como se está incrementandola carga durante dicho periodo y ayuda en la deducción de la tasa de crecimiento dela demanda.

Las curvas de carga anual estánformadas por los valores de lademanda a la hora pico en cadames, permiten una visualización delos crecimientos y variaciones delos picos mensuales y anuales. Elanálisis de las causas de estasvariaciones debe conducir aconclusiones prácticas sobre elcomportamiento del sistema y losfactores que lo afectan.


116

FACTOR DE DEMANDA Y FACTOR DE UTILIZACIÓN

El factor de demanda se define como la relación existente entre la demanda máximay la carga conectada, y como se dijo anteriormente no tiene unidades.

�� =�� á��

��

El factor de utilización es la relación que existe entre la demanda máxima de unsistema y su capacidad instalada. Mientras que el factor de demanda indica el gradocon el que se utiliza la carga conectada, el factor de utilización indica el grado con elque se utilizan los equipos que suministra la energía.

�� =�� á��

��


117


CAPACIDAD INSTALADA (SISTEMA DE ALIMENTTACIÓN)

120

110 CARGA CONECTADA

100 DEMANDA MÁXIMA

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0


118


De la figura anterior se tiene:Demanda Máxima 90KWCarga Conectada 105KWCapacidad Instalada 125KW

�� =�� á��

��

�� =90�

105�

�� = 0,857

�� &��'� �ó� =�� á��

��

�� =90�

125�

�� = 0,72


119

FACTOR DE CARGA

El factor de carga se puede definir como la relación existentede la demanda promedio y la demanda máxima. Este factor sepuede medir convenientemente con un medidor de energía quetenga un marcador de demanda máxima; el factor de carga secalcula entonces dividiendo la potencia promedio entre lapotencia máxima, el factor de carga es mayor que cero ymenor o igual a 1. Una carga constante tiene un factor decarga igual a uno.

Básicamente el factor de carga indica el grado con que semantiene el valor de la potencia máxima.


120

EJEMPLO

En la siguiente figura se muestra una carga eléctrica variable, cuya demandamáxima es de 10A y su factor de potencia es 0,95. Determine la energía utilizada enel año.Datos: V=120V

Cosfi=0,95

5 5 5 5 5

10 10 10 10

5 5 5 Idem; 5

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

I de

man

dad

a

Idem

* = � ∗ � ∗ ��+ ∗ ℎ ∗ #�í� �ñ�

* = 120 ∗ 5 ∗ 0,95 ∗ 16 ∗ 365

E= 3328,8KWh

* = � ∗ � ∗ ��+ ∗ ℎ ∗ #�í� �ñ�

* = 120 ∗ 10 ∗ 0,95 ∗ 8 ∗ 365

E= 3328,8KWh


121

EJEMPLO

La energía total utilizada es:

*5 = *1 + *2

ET=3328,8+3328,8ET=6657,6KWh

Utilizando el factor de carga también se puede obtener:

�. �. =�9:;<

�<=>

=

5 + 10 + 53

10=

203

10= 0,66667

* = � ∗ �� ∗ ��+ ∗5

1000∗ ��

* = 120� ∗ 10 ∗ 0,95 ∗24 ∗ 365

1000∗ 0,66667

* = 6657,63� ℎ


122

FACTOR DE PÉRDIDAS

El factor de pérdidas representa las pérdidas instantáneas@ ∗ �A de potencia en una resistencia cualquiera. Y está dadapor la siguiente ecuación:

�9B: =@ ∗ �<BC

A

@ ∗ �<=>A =

�<BCA

�<=>A

A si mismo el factor de pérdidas se puede calcular con laecuación de F.H. Buller y C.A. Woodrow en función del factorde carga:

�9B: = 0,3�� + 0,7��A

O también con la ecuación de H. Cotton y H. Barber

�9B: = 0,2�� + 0,8��A


123

FACTOR DE PÉRDIDAS

A si mismo en algunos casos se ha utilizado la expresión:

�9B: = 0,1�� + 0,9��A

Asi también la ecuación:�9B: = �� D,EFA

Dado que la energía (E) es igual al producto de la potencia porel tiempo, las pérdidas de energía se pueden determinar conayuda de la ecuación:

* = @ ∗ �9:;<A 5 = @ ∗ �<=>

A ∗ �9B:5


124

EJEMPLODetermine las pérdidas de energía eléctrica en kWh que se presentan en losconductores que alimentan a una carga P. El ciclo anual de carga es que se muestraen la figura. (Considere que un año tiene 8760horas); la resistencia es de 2 ohm, lamáxima corriente que circula es de 35 A, el voltaje es de 127V además determine laenergía total utilizada en el año y el factor de carga

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

�. �. =�9:;<

�<=>

=

15 6 35 6 153

35�

65

3

35� 0,619

* � � ∗ �� ∗ ��+ ∗5

1000∗ ��

* � 127� ∗ 35 ∗ 1 ∗24 ∗ 365

1000∗ 0,66667

* � 24102,745� ,


125

EJEMPLO

GHIJ = K, LGM + K, NGMO

GHIJ = K, L K, PQR + K, N ∗ K, PQR O

GHIJ = K, STLR

GHIJ = GM Q,NLO

GHIJ = K, PQR Q,NLO

GHIJ = K, SLT

U = V ∗ WXYZO ∗ GHIJ[

U = O ∗ LTO ∗ K, STLR ∗OS ∗ LPT

QKKK

U = QQQO, KTT ∗ \, NP

U = RNSQ, P]^_


126

FACTOR DE DIVERSIDADCuando se considera grupos de cargas individuales similares, como es el caso de

una serie de usuarios domésticos, existe una diversidad de empleo de los aparatoseléctricos propiciado por la diversidad de costumbres y necesidsdes.

El factor de diversidad �C`a se define como: “la relación que hay entre la suma delas demandas máximas individuales del sistema y la demanda m áxima delsistema mismo” , es decir

Gbcd =eXYZQ + eXYZO + ⋯ … … . eXYZh

eXYZi

=∑ eXYZc

hckQ

eXYZiEn Donde:Dmaxi = Demanda máxima de la i-ésima cargaDmaxs = Demanda máxima del sistema

El factor de diversidad es igual o mayor que la unidad; es igual a la unidad se lasdemandas de las cargas ocurren simultáneamente. Un grupo de cargas en el quelas demandas máximas no son coincidentes, tiene una demanda máxima menor quela suma de las demandas máximas de las cargas individuales, y en consecuencia, elfactor de diversidad es mayor que uno.


127

FACTOR DE COINCIDENCIAEl factor de coincidencia Glmc es el recíproco del factor de diversidad y seexpresa como:

Glmc =Q

Gbcd

=eXYZi

eXYZQ + eXYZO + ⋯ … … . eXYZh

=eXYZi

∑ eXYZchckQ

DIVERSIDAD DE CARGALa diversidad de la carga es la diferencia entre la suma de las demandasmáximas de las cargas de un sistema y la demanda máxima del sis tema,matemáticamente se expresa de la siguiente manera:

ecd = eXYZQ + eXYZO + ⋯ … … . eXYZh − eXYZi


128

EJEMPLOEn la siguiente figura se muestran los ciclos diarios de carga de dos serviciosconectados a un alimentador de baja tensión, y la demanda total de estas cargascombinadas. Determine: El factor de diversidad, el factor de coincidencia, y la

diversidad de la carga

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

CURVAS DE CARGAS 1, 2 y TOTAL


129

EJEMPLO

Gbcd =eXYZQ + eXYZO … . eXYZh

eXYZi

Gbcd =\ + N

QLGbcd = Q, QTL

Glmc =Q

Gbcd

Gbcd =Q

Q, QTLGbcd = K, \PN

ecd = eXYZQ + eXYZO + ⋯ … … . eXYZh − eXYZi

ecd = N + \ − QL

ecd = O]^


130

ECUACIONES EMPÍRICAS

Además de las ecuaciones anteriores, el factor de coinciden ciade un grupo de cargas homogéneas se puede calculara con lasiguiente ecuación empírica:

Glmc = K, T ∗ Q +T

Oo + L

En la que N es el número de cargas homogéneas.

Otra ecuación empírica que permite determinar el factor decoincidencia es:

Glmc = Glmcp +Q − Glmcp

o

En donde Glmcp es el factor de coincidencia de un númeroinfinito de cargas. En algunos sistemas Glmcp= 0,2


131

EJEMPLOEn la siguiente figura se muestra un arreglo de un transformador de bajatensión, que alimenta a 100 usuarios homogéneos cuya carga conectada esde 5KW, 0,9 de factor de potencia y con un factor de demanda igual a 0,6; sise sabe que el factor de coincidencia de estas cargas obedece a la

ecuación Glmc = K, T ∗ Q +T

OoqL, determine:

1.- La demanda máxima de cada usuario

2.- El factor de coincidencia de cada alimentador de baja tensión

3.- La demanda máxima esperada, para cada alimentador de baja tensión

4.- El factor de coincidencia de la carga representada por los 100 usuarios y

la demanda máxima del transformador.

5.- La capacidad del transformador


132

EJEMPLO

10 usuarios

20 usuarios

30 usuarios

40 usuarios


133

EJEMPLO

�� =�<=>

��

�<=> = �� ∗ ��

�<=> = 0,6 ∗ 5

�<=> = 3KW

Glmc QKrsr = K, T ∗ Q +T

Oo + L

Glmc QKrsr = K, T ∗ Q +T

O ∗ QK + L

Glmc QKrsr = K, PQ

Glmc OKrsr = K, T ∗ Q +T

Oo + L

Glmc OKrsr = K, T ∗ Q +T

O ∗ OK + L

Glmc OKrsr = K, TT

La demanda máxima de cada usuario:

El factor de coincidencia de la carga de cada alimentador


134

EJEMPLO

Glmc LKrsr = K, T ∗ Q +T

Oo + L

Glmc LKrsr = K, T ∗ Q +T

O ∗ LK + L

Glmc LKrsr = K, TS

Glmc SKrsr = K, T ∗ Q +T

Oo + L

Glmc SKrsr = K, T ∗ Q +T

O ∗ SK + L

Glmc SKrsr = K, TL


135

EJEMPLOLa demanda máxima de cada alimentador será:

Glmc =eXYZi

∑ eXYZchckQ

eXYZiVtutv QKr = Glmc ∗ ∑ eXYZcQKckQ

eXYZiVtutv QKr = K, PQ ∗ L ∗ QK

eXYZiVtutv QKr = Q\, L ]^

Glmc =eXYZi

∑ eXYZchckQ

eXYZiVtutv OKr = Glmc ∗ ∑ eXYZcQKckQ

eXYZiVtutv OKr = K, TT ∗ L ∗ OK

eXYZiVtutv OKr = LL]^

Glmc =eXYZi

∑ eXYZchckQ

eXYZiVtutv LKr = Glmc ∗ ∑ eXYZcQKckQ

eXYZiVtutv LKr = K, TS ∗ L ∗ LK

eXYZiVtutv LKr = S\, P ]^

Glmc =eXYZi

∑ eXYZchckQ

eXYZiVtutv SKr = Glmc ∗ ∑ eXYZcQKckQ

eXYZiVtutv SKr = K, TL ∗ L ∗ SK

eXYZiVtutv SKr = PL, P]^


136

EJEMPLOEl factor de coincidencia de la carga representada por los 100 usuarios y demanda del transformador será:

Glmc QKKrsr = K, T ∗ Q +T

Oo + L

Glmc QKKrsr = K, T ∗ Q +T

O ∗ QKK + L

Glmc QKKrsr = K, TQO

Glmc =eXYZi

∑ eXYZchckQ

eXYZiVtutv QKKr = Glmc ∗ ∑ eXYZcQKckQ

eXYZiVtutv QKKr = K, TQO ∗ L ∗ QKK

eXYZiVtutv QKKr = QTL, P]^

ewJYxm =eXYZ

Mmi∅

ewJYxm =QTL, P

K, PewJYxm = 170,66KVA170,66KVA170,66KVA170,66KVA

La capacidad del transformador seselecciona del valor superior más cercano.


137

DEMANDA COINCIDENTE

La demanda coincidente elmc de una carga, que forma parte de unsistema compuesto de N cargas homogéneas, es igual a la deman damáxima del sistema eXYZ entre el número de cargas, es decir:

elmc =eXYZ

oAsí mismo de la ecuación:

elmc =Glmc eXYZc

o

La finalidad de un estudio de carga de un sistema es determina r lamagnitud de su demanda máxima, al determinar la demandacoincidente es solamente una parte del proceso de cálculo. A si,entonces, para conocer la demanda máxima del sistema, una ve zconocida la demanda coincidente, basta con aplicar la ecuac iónelmc =

eXYZ

o.


138

EJEMPLOEn la siguiente figura se muestra un arreglo de un transformador de bajatensión, que alimenta a 130 usuarios homogéneos cuya carga conectada esde 3KW, 0,92 de factor de potencia y con un factor de demanda igual a

0,55, determine:

1.- La demanda máxima de cada usuario

2.- El factor de coincidencia de cada alimentador de baja tensión

3.- La demanda máxima coincidente, de la carga de cada circuito y de la

carga del transformador.

4.- La demanda máxima esperada de cada circuito

5.- La demanda del transformador


139

EJEMPLO

15 usuarios

25 usuarios

35 usuarios

45 usuarios

50 usuarios


140

EJEMPLO

�� =�<=>

��

�<=> = �� ∗ ��

�<=> = 0,55 ∗ 3

�<=> = 1,65KW

Glmc QTrsr = K, T ∗ Q +T

Oo + L

Glmc QTrsr = K, T ∗ Q +T

O ∗ QT + L

Glmc QTrsr = 0,575

Glmc OTrsr = K, T ∗ Q +T

Oo + L

Glmc OTrsr = K, T ∗ Q +T

O ∗ OT + L

Glmc OTrsr = K, TSN

1.- La demanda máxima de cada usuario:

2.- El factor de coincidencia de la carga de cada alimentador


141

EJEMPLO

Glmc LTrsr = K, T ∗ Q +T

Oo + L

Glmc LTrsr = K, T ∗ Q +T

O ∗ LT + L

Glmc LTrsr = K, TLS

Glmc STrsr = K, T ∗ Q +T

Oo + L

Glmc STrsr = K, T ∗ Q +T

O ∗ ST + L

Glmc STrsr = K, TOP

Glmc TKrsr = K, T ∗ Q +T

Oo + L

Glmc TKrsr = K, T ∗ Q +T

O ∗ TK + L

Glmc TKrsr = K, TOS


142

EJEMPLO2.- La demanda coincidente de cada circuito y del transformador para

N=1 eselmc QT =

Glmc eXYZc

o=

K, TNT ∗ Q, PT

Q= K, RS\]{t

elmc OT =Glmc eXYZc

o=

K, TSN ∗ Q, PT

Q= K, RKO]{t

elmc LT =Glmc eXYZc

o=

K, TLS ∗ Q, PT

Q= K, \\Q]{t

elmc ST =Glmc eXYZc

o=

K, TOP ∗ Q, PT

Q= K, \PN]{t

elmc TK =Glmc eXYZc

o=

K, TOS ∗ Q, PT

Q= K, \PS]{t


143

EJEMPLO3.- La demanda máxima esperada de cada circuito y del trasformador

será:

eXYZ QT = elmcQT ∗ o = K, RS\]{t ∗ QT = QS, OOKVA

eXYZ OT = elmcOT ∗ o = K, RKO]{t ∗ OT = OO, TT]{t

eXYZ LT = elmcLT ∗ o = K, \\Q]{t ∗ LT = LK, \LT]{t

eXYZ LT = elmcLT ∗ o = K, \PN]{t ∗ ST = LR, KQT]{t

eXYZ LT = elmcLT ∗ o = K, \PS]{t ∗ TK = SL, O]{t


144

EJEMPLOEl factor de coincidencia de la carga representada por los 100 usuarios y demanda del transformador será:

Glmc QLKrsr = K, T ∗ Q +T

Oo + L

Glmc QLKrsr = K, T ∗ Q +T

O ∗ QLK + L

Glmc QLKrsr = K, TKR

Glmc =eXYZi

∑ eXYZchckQ

eXYZiVtutv QLKr = Glmc ∗ ∑ eXYZcQLKckQ

eXYZiVtutv QKKr = K, TKR ∗ Q, PT ∗ QLK

eXYZiVtutv QKKr = QKR, Q\]^

ewJYxm =eXYZ

Mmi∅

ewJYxm =QTL, P

K, ROewJYxm = 111118,6718,6718,6718,67KVAKVAKVAKVA

La capacidad del transformador seselecciona del valor superior más cercano.


TIPOS DE SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓNSegún su topología existen 3 tipos de redes y estasson:

– Radial

– Lazo

– Red

145


RADIAL

DEFINICIÓN:

- Esta formada por troncales primarias yramales en los que la energía sigue un solocamino de la fuente a la carga. para el flujo depotencia

146


RADIALCARACTERÍSTICAS

- Cada alimentador suministra una cierta carga enmarcada por lazona de influencia del alimentador.

- En este arreglo los seccionamientos que unen alimentadoresdiferentes, están abiertos, en caso de emergencia se cierran y abrenen forma estratégica para transferir carga y aislar el tramo donde selocaliza la falla

- La mayoría de Empresas de Distribución utilizan el sistema radial

– Menor costo

– Simplicidad en la planificación, diseño y operación

- En Norteamérica el 99% del sector eléctrico es construido consistemas radiales

147


RADIAL

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RADIAL

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LAZO O ANILLOAunque su funcionamiento es radial dispone delequipamiento necesario para efectuar el anillado delsistema; y este consiste en dos caminos hacia el cliente;este sistema es muy usado en Europa.

Desventajas:

– La capacidad de sus equipos deben ser de tal forma quepueda manejar la capacidad de todo el sistema

– Alto costo

– redes más complejas (cálculos y coordinación deprotecciones)

Ventajas

– Mayor confiabilidad150


LAZO

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LAZO

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MALLADA O ANILLOEs muy aplicado en sistemas subterráneos; la mayoría desistemas no usan red mallada en alimentadoresprimarios, más bien lo tienen en redes secundarias.

Realizar un sistema mallado permite no tenerdependencia de un alimentador.

Desventajas:

– Es el más complejo

– Es el más costoso

Ventajas

– Es el más confiable

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MALLADA

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TIPOS DE SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓNSegún su número de fases, pueden clasificarse en:

a) 1 fase 2 conductores (1F2C): Se usa enalimentadores primarios y redes secundarias

b) 1 fase 3 conductores (1F3C): Se usa en redessecundarias, es muy común en zonas rurales, sederiva de un trafo monofásico con fase partida

c) 2 fases 2 conductores (2F2C): Se usa enalimentadores primarios y redes secundariasusadas para alumbrado público.

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TIPOS DE SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓNSegún su número de fases, pueden clasificarse en:

a) 2 fases 3 conductores (2F3C): Se usa enalimentadores primarios y redes secundarias, espoco su uso

b) 3 fases 3 conductores (3F3C): Se usa entransmisión, Subtransmisión y alimentadoresprimarios principalmente para cargas balanceadas

c) 3 fases 4 conductores (3F4C): Se usa enalimentadores primarios y redes secundarias, seutiliza con cargas desbalanceadas es el más usado

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TIPOS DE SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN

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TIPOS DE SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓNSegún su constitución física, pueden clasificarse en:

a) Sistema aéreo: Se usa con conductores desnudos oaislados (este para parques y bosques)

b) Sistema subterráneo: Su costo es 3 a 4 vecesmayor que el aéreo pero tiene mayor confiabilidad

c) Redes adosadas: Su costo es intermedio entre elaéreo y el subterráneo.

d) Redes preensambladas: Se usan en áreas verdes ycomo precaución contra el robo de energía

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159



TIPOS DE REDES PRIMARIAS DE DISTRIBUCIÓN

Según el número de fases e hilos, pueden clasificarseen:

a) Trifásica tres hilos

b) Trifásica cuatro hilos

c) Monofásica dos hilos

d) Monofásica un hilo

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TRIFÁSICA TRES HILOS

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Las redes primarias trifásicas con tres hilos requieren unamenor inversión inicial en comparación con las redestrifásicas a cuatro hilos, ya que no tienen el cuarto hilo quetrabaja como neutro.

Además los transformadores en estos sistemas tienenneutro flotante en el lado primario.

En su mayoría este tipo de redes se utilizan en zonasurbanas


TRIFÁSICA TRES HILOS

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TRIFÁSICA A CUATRO HILOS

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Las redes primarias trifásicas con cuatro hilos requieren unamayor inversión inicial en comparación con las redestrifásicas a tres hilos, ya que se agrega el costo del cuartohilo que trabaja como neutro.

Además los transformadores en estos sistemas secaracterizan por tener el neutro conectado a tierra en ellado del primario.

En su mayoría este tipo de redes se utilizan en zonasurbanas


TRIFÁSICA A CUATRO HILOS

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MONOFÁSICA A DOS HILOS

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Las redes monofásicas a dos hilos se originan de redestrifásicas ya que son derivaciones de líneas trifásicas de treso cuatro hilos que sirven para alimentar a transformadoresmonofásicos, pudiendo recibir estos la tensión plena defase (en el caso de las líneas trifásicas a 3 hilos) o la tensiónde fase neutro (en el caso de las líneas trifásicas a 4 hilos).

Este sistema es usado principalmente en zonas rurales, o enzonas de baja densidad de carga.


MONOFÁSICA A DOS HILOS

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SISTEMA MONOFÁSICO DOS HILOS

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En este sistema la carga se alimenta de un transformador

monofásico con un secundario a dos hilos.


EJEMPLO SISTEMA MONOFÁSICO DOS HILOS

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Un transformador de una potencia de 10 KVA alimentado

por un voltaje de 120V, con una longitud del hilo de 40m de

calibre 14 AWG pCu=0,01786. Determine la Corriente y la

Potencia de Pérdidas..

CALIBREAWGó MCM

SECCIONmm2

FORMACIONNo. de hilospor diámetromm.

CAPACIDADDECORRIENTEAMP.

14 2,08 1 x 1,63 35


MONOFÁSICA A UN HILO

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Las redes primarias monofásicas de un hilo se originan de redestrifásicas que permiten alimentar a transformadores monofásicos.

A estas redes primarias se les conoce como sistemas SWER por sussiglas en inglés (Single Wire Earth Return), (Distribución con un hilocon retorno por tierra).

En los sistemas SWER el hecho de utilizar tierra como conductor deregreso obliga a tomar ciertas medidas, una de ellas es introducir untransformador de aislamiento para contrarrestar efectos contrahumanos y animales.

Este tipo de redes se utilizan principalmente en zonas rurales.


VENTAJAS DE UN SISTEMA SWER

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• Se elimina el conductor neutro a lo largo de la instalaciónobteniéndose un ahorro en el costo entre el 15% al 20%.

• La instalación del transformador de aislamiento permiteaplicar la tensión plena a la línea y reduce la corriente decortocircuito.

• La caída de tensión es de un 20% a un 40% inferior al de unalínea convencional

• Requiere menores gastos de mantenimiento• Permite mayores vanos al tener menor tensión mecánica.• Permite la instalación de la línea en menor tiempo• Los trabajos con línea energizada son menos difíciles debido

a que no existen problemas de separación entre fases.


MONOFÁSICA A UN HILO

172

173



RED

ES S

ECU

ND

AR

IAS

DE

DIS

TRIB

UC

IÓN

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REDES SECUNDARIAS DE DISTRIBUCIÓN

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En la mayoría de los casos las redes secundarias son de

operación radial.

Los sistemas de redes secundarias de distribución, por el

número de hilos, se clasifican en:

1. Monofásico dos hilos

2. Monofásico tres hilos

3. Trifásico tres hilos

4. Trifásico cuatro hilos

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TIPOS DE TRANSFORMADORES

Por su forma constructiva los transformadoresse clasifican en:

1. Sumergidos

2. Secos

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Transformadores sumergidos

El circuito magnético y los devanados están sumergidos en un

dieléctrico líquido que garantiza el aislamiento y la evacuaciónde las pérdidas calórificas del transformador. Este líquido sedilata en función de la carga y de la temperatura ambiente.

Transformadores secos

El circuito magnético está aislado con un aislante seco. La

refrigeración se consigue por medio del ambiente. Estetransformador tiene la ventaja de no presentar riesgo de fuga ocontaminación. En contraparte requiere precauciones deinstalación y mantenimiento (local ventilado, eliminación delpolvo).

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DESIGNACIÓN SIMBÒLICA DE LAS CONEXIONES DE TRANSFORMADORES

La conexión de los devanados trifásicos se designa

con:

– las letras Y, D y Z para los devanados de alta tensión

– e y, d, z para los de baja tensión

– Si el punto neutro de los devanados en estrella o enzigzag es accesible para su conexión, lasdesignaciones se convierten en YN o ZN e yn o zn.

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DESIGNACIÓN SIMBÒLICA DE LAS CONEXIONES DE TRANSFORMADORES

180


CONFIGURACIONES DE CONEXIONES DE TRANSFORMADORES

La configuraciones de conexión de lostransformadores más usados son:

– Estrella / Estrella (Y,y)

– Estrella / Triángulo (Y,d)

– Triángulo / Estrella (D,y)

– Estrella / Zigzag (Y,z)

– Triángulo / Zigzag (D,z)181


– Estrella / Estrella (Y,y): Robusta, sencilla yaccesible, pero inadecuada en régimendesequilibrado y con corrientes muy fuertes.

– Estrella / Triángulo (Y,d): Buencomportamiento en régimen desequilibrado yausencia de armónicos de tercer orden, perono es posible la distribución BT con cuatrohilos (no hay neutro en el secundario).

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• Triángulo / Estrella (D,y): Sin neutro en el primariopero con posibilidad de neutro en el secundario (puestaa tierra y distribución con 4 hilos).

• Estrella / Zigzag (Y,z): Primario adecuado para AT (altatensión), posibilidad de punto neutro puesto a tierra,ausencia de armónicos de tercer orden, buencomportamiento en régimen desequilibrado, caídas detensión interna pequeñas pero mayor costo y volumen,y realización más delicada.

• Triángulo Zigzag (D,z): Similar calidad que la anterior,con mejor comportamiento en régimen desequilibradopero sin neutro en el primario.

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SELECCIÓN DE TRANSFORMADORESLas principales características son:

1. Potencia

2. Cantidad

3. Taps

4. Tensión del Primario y Secundario

5. Aspectos constructivos

6. Mantenimiento

7. Temperatura

8. Costo

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1.- Potencia: la potencia del transformador estádeterminada por la magnitud de la carga que sealimentará y la perspectiva de aumentos futuros deconsumos.

2.- Cantidad: cuantos transformadores se requieren,por ejemplo para una potencia de 200KVA, existen lasalternativas, un transformador de 1 x 200 KVA, 2 x 100KVA, 4 x 50 KVA, la solución dependerá de lo que sequiera invertir y de lo estratégico de la carga.

3.- Taps: cantidad y valores de las derivaciones en elprimario y secundario para disponer de una mayorflexibilidad para optimizar los niveles de la tensiónsecundaria.

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4.- Tensión del Primario y Secundario:corresponden a la tensión primaria existente yla necesidad de tensión secundaria.

5.- Aspectos constructivos

– La disponibilidad de taps.

– La instalación (intemperie, bajo techo).

– Protecciones (incorporadas): temperatura, presión.

– Refrigeración: Ventilación forzada; Circulación delaceite forzada.

– Componentes de montaje.

– Cambiador de taps bajo carga., etc.186


6.- Mantención del Transformador: además dechequear periódicamente las condicionesgenerales del transformador y de sufuncionamiento, se debe analizar el estado delaceite, limpieza de aisladores. En general estoselementos requieren de poca mantención. Debede establecerse un plan de mantenimientopreventivo, para asegurar que el transformador,funcione en sus óptimas condiciones sindeteriorar su vida útil.

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7.- Temperatura: en que condiciones eltransformador va ha estar sometido, dependiendoen el ambiente que este ubicado, se debe tener encuenta las temperaturas internas del transformador,para no deteriorar su vida útil. Se debe tener losrangos que puede variar las temperaturas internasdel transformador, sin entrar en el envejecimientorápido del transformador, información entregadapor el fabricante.

8.- Costo: Existe gran variedad de transformadoresque pueden cumplir el mismo objetivo, pero el costojuega un papel importante en la elección deltransformador.

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EJEMPLO DE LA PLACA DE UN TRANSFORMADOR

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Fabricante : INATRATipo :Aumento de Temperatura: 55°CTensión primario: 69000 VTensión secundario: 13800 VDerivaciones Primario : 69000 ± 10% en 18 pasosLíquido Aislante : Aceite mobilent 35, 18950 litrosPeso Total : 50200 Kg.Potencia : 25000 KVAFases : 3Corriente Primario : 209 ACorriente Secundario : 1046 ANúmero de Serie : 17890Frecuencia : 60HzImpedancia : 10 % a 75 °CConexión Primario: EstrellaConexión Secundario : Delta

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cap 8 introducciÓn a la distribucion 2012-2013

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