conferencia introducción a las redes de distribución
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7/24/2019 Conferencia Introduccin a las Redes de Distribucin
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2011
CONFERENCIACONFERENCIA
Introduccin a las redes elctricasIntroduccin a las redes elctricas
de distribucinde distribucin
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Aspectos a tratar:1. Introduccin.
2. Caractersticas de las cargas.
3. Caractersticas de las redes de distribucin primarias
segn su conexin.4. Disposicin y caractersticas del conductor neutro.
5. Caractersticas de las redes de distribucin primarias
segn su topologa.
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La estructura de los Sistemas Elctricos de Potencia (SEP) est
basada en una subdivisin vertical y otra horizontal como semuestra de orma muy sim!liicada en la i"ura 1#1#
TRANSMISIN
Subtransmisin Subtransmisin Subtransmisin
D 1riaD 1riaD 1riaD 1riaD 1riaD 1ria
D 2ria D 2ria D 2ria D 2ria D 2ria D 2ria
GENERACIN
Figura 1.1- Diagrama de bloques que muestra, de forma muy
simplificada, la estructura de un SEP. (Fuente: puntes sobre !edes
El"ctricas de Distribuci#n, $. S. %lamo&
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Figura 1.' Esquema tpico de suministro de energa el"ctrica a los
consumidores mostrando las transformaciones de tensi#n y los ni)eles de
tensi#n. (Fuente: *ua para Sistemas El"ctricos de Distribuci#n, .+.
Pansini&
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a& %a generaci#n que generalmente est
interconectada con otros SEP, mayores o menores
que "l a los que compra yo )ende energa
el"ctrica.
b& %a transmisi#n, que opera a las mayorestensiones (11-/ 0&, mane2a los mayores
bloques de energa el"ctrica y, aunque no aparece
representado en la figura, alimenta las cargas muy
grandes, enla3a las subestaciones importantes ylas estaciones generadoras del SEP controlando
la frecuencia, las tensiones y el flu2o de potencia
acti)a y reacti)a entre ellas.
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a& %a subtransmisi#n, que opera a tensiones
menores que la transmisi#n, no enla3a estacionesgeneradoras y puede considerarse como un primer
paso de distribuci#n de la energa el"ctrica. %a
figura 1.1 muestra que la subtransmisi#n alimenta
a la distribuci#n primaria y a cargas, que por su
tama4o, 2ustifican una alimentaci#n e5presa.
b& %a distribuci#n primaria que representa el ni)el
estructural ms ba2o de los SEP y como semuestra en la figura, alimenta a las redes de
distribuci#n secundaria y a consumidores
medianos en lo que se 2ustifica una alimentaci#n
e5presa desde este ni)el.
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$orizontalmente% los SEP estn ormados !or variosSEP ms !e&ue'os% no re!resentados en la i"ura 1#1%interconectados entre s !or lneas de transmisin &uetransmiten ener"a elctrica en ambos sentidos yaumentan considerablemente la coniabilidad y laleibilidad de la o!eracin de toda la redinterconectada#
El sistema de distribucin es re"ularmente i"ual en
ca!ital invertido a las acilidades de la "eneracin# Lasuma de stos tambin "eneralmente constituye cercadel *0+ de la inversin total del sistema# Por eso esim!ortante el cuidadoso estudio econmico al realizar
una inversin de stas#
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,na clsica deinicin de un com!leto sistemade distribucin% desde el !unto de vistain"enieril% incluye el volumen de subestacionesde uerza% la subtransmisin% la subestacin de
distribucin% el alimentador !rimario% eltransormador de distribucin% secundarios yservicios#
Las redes de distribucin !rimaria o!eran aniveles de tensin medios com!rendidos entre2%-0 y 1.%* /% aun&ue en ciudades muy "randes
!ueden ser mucho ms altos#
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Su uncin es distribuir la ener"a elctrica alos consumidores residenciales% comerciales%industriales !e&ue'os% y del alumbrado !blico#
omo se mostr en la i"ura 1#2% losconsumidores "randes son usualmentealimentados directamente desde lasubtransmisin y si son muy "randes%
directamente de la transmisin#
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Caractersticas de las Cargas,n consumidor aislado% no inluye en orma sustancialen el r"imen de car"a de un sistema% a menos &ue seamuy "rande3 es !or lo "eneral el con4unto de usuariosaines con caractersticas !ro!ias el &ue determina elr"imen de car"a#5e lo e!uesto se deduce &ue las variaciones diariastotales de!endern en mayor o menor "rado del
com!ortamiento de las car"as 6unitarias7 &ue ormen elcon4unto#
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8eneralmente las car"as se clasiican% se"n los usoselctricos% de la si"uiente orma9
Residenciales:
1),rbanas2):urales
Comerciales:
1);reas centrales
2)entros comerciales% tiendas
.)Ediicio comerciales
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Industriales:
1)Pe&ue'as !lantas
2)8randes !lantas
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Factores Caractersticos de lasCargas
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5emanda9 Para un inter)alo de tiempo dado, sedefine la demanda como el )alor promedio que
durante este tiempo es capa3 de portar la misma
energa que la carga con sus )ariaciones reales.
La!so de demanda9 es el perodo en el cual sepromedia la carga (para determinar la demanda&.
Puede ser 18 minutos, 9 minutos o ms.
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El dia"rama (curva) de car"arepresenta la cargaen funci#n del tiempo, frecuentemente esta
representaci#n se lle)a a )alores por unidad(relati)os&. Puede cubrir un perodo diario, o ms.
%os datos de la cur)a de carga se pueden
representar ordenados por )alor, cur)a de carga -
duraci#n.
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Figura 1.' *rfico de demanda tpico del tipo de carga
residencial. (Fuente: Softare !D;% /.,
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E4em!lo de a"ru!acin de un con4unto decar"as9
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5emanda no coincidente9 suma de las demandasde un grupo de cargas sin restricciones en el
inter)alo en que cada carga se presenta.
=actor de demanda9 relaci#n entre la m5imademanda del sistema y la carga total conectada del
sistema.
DF = mxima demanda / demanda total (1.1)
ar"a conectada9 suma de las demandas (cargaque pueden absorber con continuidad& de los
aparatos conectados al sistema (o a una parte&.
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=actor de utilizacin9 relaci#n entre la m5ima demanda deun sistema y la capacidad nominal del sistema, o de unaparte, la capacidad nominal puede ser definida por criterio
t"rmico o por cada de tensi#n.
Fu = mxima demanda / capacidad nominal del sistema(1.2)
=actor de !lanta9relaci#n de la energa total producida, en undeterminado lapso, y la energa que podra producirse en el
mismo tiempo con la m5ima potencia nominal de la planta.Factor de planta = ener!a producida / (capacidad nominal
" #iempo)
(1.$)
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=actor de car"a9relaci#n entre la carga promedio enun determinado perodo y la carga pico de esemismo perodo. Este factor se puede definir diario,
mensual, anual, %n la &iura 1.$ se aprecia 'ue el
&actor de cara indica como dos consumidorescon la misma demanda mxima utilian el
sericio de suministro de ener!a el*ctrica en
di&erentes cantidades durante un per!odo de 2+
,oras, un actor de car"a mayor indica un mayorconsumo de ener"a#
F-D = cara promedio / pico de cara (1.+)
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Figura 1.9 Factor de carga para dos consumidores con la
misma demanda m5ima. (*ua para Sistemas El"ctricos
de Distribuci#n, .+. Pansini&
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=actor de diversidad9 suma de las demandasm5imas indi)iduales, di)idido la demanda
m5ima coincidente, en la figura 1.9 se muestra
un e2emplo de clculo del factor de di)ersidad.
FD = (D1 D2 D$... Dn)/ Dc (1.)
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Figura 1.> E2emplo de clculo del factor de di)ersidad.
(*ua para Sistemas El"ctricos de Distribuci#n, .+.
Pansini&
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=actor de coincidencia9 es la relaci#n entre la m5imademanda total coincidente de un grupo de cargas, y la sumade las m5imas demandas indi)iduales.
FC = 1 / FD (1.0)
5iversidad de car"a9es la diferencia entre la suma de lospicos de dos o ms cargas indi)iduales y el pico de las
cargas combinadas.
-D = (D1 D1 D$...Dn) Dc (1.)
=actor de contribucin9es el factor con que contribuye unacarga indi)idual a la m5ima demanda del con2unto.
Dc= c1" D1 c2" D2 c$" D$... cn" Dn (1.3)
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=actor de !rdidas9 relaci#n entre las p"rdidaspromedio y las p"rdidas en el pico de carga.
F-4 = p*rdidas promedio / p*rdidas en el pico(1.5)
Esta relaci#n es )lida para las p"rdidas
dependientes de la carga, p"rdidas en el cobre,
pero no para las p"rdidas en )aco, p"rdidas en el?ierro.
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:elacin entre actores de car"a y !rdidasEl factor de p"rdidas no es determinable a partir del factor decarga
Si se dispone del diagrama de carga ?orario, o el diagrama
ordenado, se puede obtener el diagrama de p"rdidas y los
)alores F%D y F%S.Para un sistema de distribuci#n, @uller y 7oodro (%oad
factor equi)alent ?our )alues compared - Electrical 7orld - )ol
A', B ', 2uly 1>, 1A'/, pag 8A-C& propusieron una f#rmula
utili3able en estos casos:
F-4 = c " F-D c " F-D62 (1.13)
Donde c es un coe&iciente aria7le 'ue depende de
aproximaciones estad!sticas.
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%as e5presiones ms com6nmente empleadas para el clculo
del factor de p"rdidas son:
F-4 = 8.$ " F-D 8. " F-D62 prctica americana
F-4 = 8.+ " F-D 8.0 " F-D62 prctica europea
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Crecimiento de la cara
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Caractersticas de las Redes de distribucin
primarias segn su conexin
La !rctica ms "eneral es alimentar los circuitos dedistribucin desde una uente sim!le llamada
subestacin de distribucin !rimaria &ue se alimenta"eneralmente de la subtransmisin# La conein de lostransormadores de esta subestacin !or el lado de ba4atensin (secundario de la subestacin% !ero !rimario del
circuito) !uede ser delta () o estrella (>)# 5icha coneindetermina la clasiicacin de las :edes de 5istribucinPrimaria% se"n su conein% en aisladas de tierra () oconectadas a tierra (>)#
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Y
120/208
120 240
240/480
Ramal
Ramal
Ramal
Alimnta!"r 1
Alimnta!"r2
Alimnta!"r#
120/2401$
%
%
120/240
240/480 %
Figura 1./ Diagrama monolineal de un circuito primario de
distribuci#n aislado de la tierra (&.
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Ramal
Ramal
Ramal
Alimnta!"r 1
Alimnta!"r2
Alimnta!"r#
120/240 %1$
120/208 %
120/240V
240/480V
120/240V
240/480V
Y
Y Y
V
Figura 1.A Diagrama monolineal de un circuito primario de
distribuci#n conectado a tierra (&.
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5is!osicin y caractersticas del conductor neutro#En las redes de distribuci#n urbana el conductor neutro corre
2unto con los conductores de fase. Si el circuito est conectado
en estrella el neutro tiene la doble funci#n de neutro primario y
neutro secundario. Si el circuito est conectado en delta sufunci#n es s#lo la de neutro secundario.
En ambos casos, para lograr una cone5i#n a tierra efecti)a, el
neutro se conecta a la malla de tierra de la subestaci#n y se )a
conectando a tierra donde quiera que ?aya un banco detransformadores, de capacitores, cuc?illas desconecti)as,
recerradores, etc"tera mediante una )arilla de bronce, ?ierro
gal)ani3ado o recubierta de cobre de unos 9 m de largo.
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En las redes de distribuci#n urbanas conectadasen , es recomendable no conectar a tierra el
neutro de los bancos de transformadores
secundarios conectados en por )arias ra3ones:
1&E)itar la operaci#n del banco en estrellaincompleta (& delta abierta (&cuando falla una
fase o un transformador.
'&E)itar que circule dentro de la delta la corrientede secuencia cero debida al desbalance de las
cargas. Ello e)ita un sobrecalentamiento adicional
de los transformadores.
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1& Permite formar la delta con transformadorescuyas impedancias de cortocircuito son
diferentes.
'& Permite formar la delta con transformadores quetengan deri)aciones diferentes.
9& l no e5istir componente de secuencia cero en
las corrientes de cortocircuito, esta cone5i#n
disminuye el ni)el de cortocircuito.
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Comparacin entre los sistemas conectados ;aislados de tierra.
Con respecto a la inersin inicial
1&%a in)ersi#n inicial, tanto en la creaci#n como en
la ampliaci#n de las redes de distribuci#n urbanas
conectadas en delta es ms costosa que en los
sistemas conectados en estrella por )arias ra3ones:
'&%os ramales monofsicos de los circuitosconectados en delta son entre fases por lo que
utili3an un aislador ms por poste que los
conectados en (figura 1.1&.
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A
AB
n
Figura 1.1 B6mero de aisladores en los ramales
monofsicos entre fases y entre una fase y el neutro.
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9& En los bancos formados por uno o dos transformadores se
necesita un pararrayos y un interruptor portafusible (Drop-
ut& mas por fase. (figuras 1.11 y 1.1'&.
O
B
A
O
A
?
OO
OO
Figura 1.11
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OO
OO
OO
OO
OO
A
B B
C C
A Y
Figura 1.1'
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5eteccin de las allas &ue com!renden latierra#
1&En los sistemas conectados en estrella con el
neutro conectado a tierra de forma efecti)a, lasfallas a tierra son detectadas rpidamente y
eliminadas por las protecciones de sobrecorriente
del circuito.
'&En los sistemas conectados en delta, las fallas a
tierra no son detectadas pudiendo estar una de las
tres fases conectada a tierra sin que se cono3ca.
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Se"uridad del !ersonal de o!eracin ymantenimiento#
CA CCCBO
O
C
B
A
Pararrayos
Figura 1.19
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En o!eracin normal% las tensiones entre las fases , @ y .%os sistemas puestos a tierra a tra)"s de una resistencia
tienen muy buen comportamiento con respecto a las
sobretensiones.
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enta
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Desenta
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Caractersticas de las Redes de distribucin
primarias segn su topologa
Seg6n su topologa, es decir, seg6n la forma en que
est"n dispuestos sus alimentadores y ramales, los
circuitos de distribuci#n urbana pueden ser:
1&!adiales.
'&En la3o, que puede ser por el primario o por el
secundario.9&En malla o red (Jnetor0K& que puede ser por el
primario con el secundario radial o por el secundario
con el primario radial.
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Circuitos de distri7ucin radiales a*reos.
Ln circuito es radial cuando la energa el"ctrica tiene una
sola trayectoria desde la subestaci#n ?asta la carga. %as
figuras 1.1> y 1.18 son e2emplos tpicos de circuitosradiales muy simplificados. %a mayor parte de los circuitos
de subtransmisi#n y distribuci#n son radiales. De los
alimentadores, tambi"n llamados troncos principales, se
)an sir)iendo los diferentes consumidores de un rea
determinada en una de dos formas:
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1. Mediante un ser)icio e5clusi)o a los
consumidores medianos como ?ospitales,
talleres, fbricas medianas, comercios grandes,
etc"tera y'. Mediante los transformadores de distribuci#n
secundaria a los consumidores residenciales,
comercios peque4os, cinemat#grafos, el
alumbrado p6blico, etc"tera. (Figura 1.1>&.
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CONSUMIDORES MEDIANOS
120/240 V 120/208 V 1F
240 V 208 V 3F
VIVIENDAS COMERCIOS
CINES E!C"!ERA#120/240 V 120 208 1F#
D$s%r$&'($n
S)('n*ar$a#
Figura 1.1> Formas bsicas de distribuci#n de la carga
en los circuitos de distribuci#n urbana radiales a"reos.
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O O
O
O
O
O
OO
PNC
NC
NC
NA
A
B
S'&)s%a($n *)D$s%r$&'($nPr$+ar$a#
C
D
,1-
,2-
,3-
,4-
Figura 1.18 Enlace entre dos alimentadores radiales
mediante los que se mantiene el ser)icio durante una falla
permanente.
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enta
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Desenta
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Circuitos con lao por el primario.
%os circuitos con la3o en el primario se utili3an en las reas
donde la densidad de carga est entre mediana y grande. $ay
dos formas bsicas para este tipo de la3o. %a primera ya se)io. Surge cuando en un circuito radial se cierra
permanentemente, mediante un interruptor instalado en un
enlace de emergencia de un circuito de distribuci#n radial
(Figura 1.18&. Este interruptor posee una protecci#n de
sobrecorriente instantnea y se abre, en caso de falla, de2andoel alimentador sin ser)icio por lo que no incrementa laconiabilidad del servicio#
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%a otra )ariante del la3o primario se muestra en lafigura 1.1C. Se utili3a principalmente en las
industrias. Su ob2eti)o principal es me4orar laconiabilidad del servicio# Para lograr este ob2eti)ose instalan )arios interruptores, usualmente con
protecci#n de sobrecorriente direccional, que estn
coordinados de forma tal, que si ocurre un
cortocircuito en una secci#n disparan dosinterruptores, abren el la3o, pero ninguna carga se
queda sin ser)icio.
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Car.a Car.a
Car.a
1
2
3 4
8
Figura 1.1C %a3o primario para me2orar la confiabilidad
del ser)icio.
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ircuitos conectados en malla o red !or el secundario(6Secundary@AetBor/7)
Estos circuitos de distribuci#n reciben este nombre porque
sus elementos secundarios (en este caso los
transformadores de distribuci#n& estn conectados entre sformando una malla o red como se muestra
esquemticamente en la figura 1.1O Esta cone5i#n puede
aparecer tambi"n por el primario, pero su mayor utili3aci#n
es en las redes de distribuci#n secundaria de ba2a tensi#n.
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Y
Y
Y
Y
Y
Y
S)('n*ar$o
120/208
V,
Y-
A
B
C
F's$
&3)
In%)
rr'4%or
Figura 1.1O
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9rincipales caracter!sticas de los circuitos conectados en
malla por el secundario.
Es el ms confiable y el que ofrece mayor calidad en el
ser)icio el"ctrico.
%os alimentadores primarios son radiales y pueden partir desubestaciones distintas para aumentar la confiabilidad del
circuito.
Para la misma carga, requiere un n6mero menor de
transformadores que el radial, porque al estar todos lostransformadores en paralelo, la carga se reparte entre ellos.
Es el ms costoso por lo que se utili3a s#lo en las 3onas de
alta densidad de carga.
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simila fcilmente los aumentos de la carga.
Pueden darse mantenimientos y reali3arse inspecciones
sin quitar el ser)icio el"ctrico.
Son soterrados por requerimientos est"ticos.
Por lo general, estn conectados en delta por el primario y
su tensi#n secundaria es 1''/ conectado en estrella con
el neutro s#lidamente conectado a tierra.
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9rotecciones especiales de los circuitos con malla en elsecundario.
En los circuitos de distribuci#n con malla en el secundario las
corrientes de cortocircuito son muy altas debido a la ba2a
tensi#n y a que todos los transformadores tienen sussecundarios conectados en paralelo. Si ocurre un cortocircuito
en alg6n alimentador, la corriente de cortocircuito es tan grade,
que se elimina por la fusi#n del propio conductor. Sin embargo,
los consumidores s#lo notan un peque4o parpadeo en las
luces y la red continuar funcionando normalmente alimentada
por ambas cabe3as.
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Fusi7les limitadores (>limiters?)
%a figura 1.1O muestra cuatro fusibles en los puntos donde
se conectan los transformadores al secundario conectado en
malla. Su funci#n es proteger al cable en los casos en que la
corriente de cortocircuito no es lo suficientemente grande
como para fundirlo y s para da4arle el aislamiento por
temperatura etendiendo la alla a todo el cable#
El fusible limitador es un fusible con un tiempo de operaci#n
muy lento para que no se funda antes que el conductor si lacorriente es "rande#
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9roteccin contra 7a
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9roteccin contra potencia inertida.
%a protecci#n contra potencia in)ertida e)ita que al quedar fuera
de ser)icio un alimentador primario, los transformadores a "l
conectados se energicen por el secundario con)irti"ndose en
transformadores ele)adores de tensi#n y en fuentes de
cortocircuito. Esta protecci#n es tan sensible, que es capa3 deoperar con las p"rdidas de ?ierro de los transformadores si
"stas fueran suministradas desde el secundario.
Desde el punto de )ista de la protecci#n del personal que opera
estos circuitos, la energi3aci#n de los transformadores por elsecundario puede pro)ocar accidentes gra)es y por ello, cuando
esta protecci#n opera, ?ay que restablecer el ser)icio
manualmente.
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Circuitos conectados en malla o red por el primario(>9rimar;@etBor?)
%os circuitos de distribuci#n con malla o red por el primario
se utili3an principalmente en las 3onas urbanas. Por lo
general, dic?os circuitos necesitan un mayor n6mero desubestaciones (algo ms peque4as& y ms circuitos de
subtransmisi#n para alimentar dic?as subestaciones que
los circuitos radiales. Pero por otro lado, ofrecen una me2or
regulaci#n de la tensi#n, un menor parpadeo Jflic0erK de las
luces, una mayor continuidad, fle5ibilidad y confiabilidad del
ser)icio y se comparan econ#micamente con los circuitos
radiales en aquellas 3onas donde la densidad de carga es
mayor que 11C 00m'.
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7/24/2019 Conferencia Introduccin a las Redes de Distribucin
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