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Cuaderno Técnico nº 155
Las redes de distribución públicade MT en el mundo
Christian Puret
Cuaderno Técnico Schneider n° 155 / p. 2
La Biblioteca Técnica constituye una colección de títulos que recogen las novedadeselectrotécnicas y electrónicas. Están destinados a Ingenieros y Técnicos que precisen unainformación específica o más amplia, que complemente la de los catálogos, guías de producto onoticias técnicas.
Estos documentos ayudan a conocer mejor los fenómenos que se presentan en las instalaciones,los sistemas y equipos eléctricos. Cada uno trata en profundidad un tema concreto del campo delas redes eléctricas, protecciones, control y mando y de los automatismos industriales.
Puede accederse a estas publicaciones en Internet:
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Los autores declinan toda responsabilidad derivada de la incorrecta utilización de las informaciones y esquemasreproducidos en la presente obra y no serán responsables de eventuales errores u omisiones, ni de las consecuenciasde la aplicación de las informaciones o esquemas contenidos en la presente edición.
La reproducción total o parcial de este Cuaderno Técnico está autorizada haciendo la mención obligatoria:«Reproducción del Cuaderno Técnico nº 155 de Schneider Electric».
cuadernotécnico no 155
Las redes dedistribución públicade MT en el mundo
Por: Christian Puret
Trad.: Jaume Fonolleda
Edición francesa: septiembre 1991
Versión española: mayo 1995
Christian Puret
Ingeniero diplomado del E.N.S.E.R.G.y del I.A.E. de París, entra en MerlinGerin en 1977.
Sus primeros trabajos le especializanen el campo de los autómatasindustriales.
Pasa después a ser reponsable de laformación de los clientes del GrupoMerlin Gerin.
En 1986, se incorpora a la divisiónMT, donde ocupa actualmente unpuesto de delegado de marketingestratégico.
Se responsabiliza del estudio de laevolución de los elementos deprotección y de control y mando enlos materiales de MT y, en especial,los que van destinados a redes dedistribución.
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Configuración: operación queconsiste, en protección, control ymando, en dedicar, por construccióno mediante un software, un materialestándar a una aplicación particular.
Esta última operación, cargar unsoftware, se hace a partir de unaherramienta: el configurador,generalmente un microordenador PC.
Permite por ejemplo:
n definir las funciones que realizaráel material,
n establecer las conexiones con suentorno,
n crear imágenes sinópticas yredactar las alarmas para laexplotación.
Desenchufable (parte de un conjunto,(CEI 50 capítulo 441; NF C 01-441):parte amovible de un aparato que, almismo tiempo que permanecemecánicamente ligado al conjunto,puede ser desplazado hasta unas delas posiciones que establecen unadistancia de seccionamiento o unaseparación metálica entre contactosabiertos. Esta distancia deseccionamiento o esta separaciónmetálica concierne siempre alcircuito principal. Puede afectar o noa los circuitos auxiliares o de mando.
Fijo (aparato fijo), (diccionario CEI dela electricidad): aparato concebidopara ser montado en un soporte ydestinado a ser conectado a uno ovarios circuitos exteriores medianteconductores eléctricos instaladospermanentemente.
Fusible de tipo cut-out: fusible de MTcon percutor, que cumple lasfunciones de protección yseccionamiento. El seccionamientose obtiene en el momento de lafusión, por la expulsión del percutor,que provoca la caída automática delcartucho fusible.
Indicador de localización de defecto:dispositivo instalado en las redes deMT que señala, localmente o adistancia, el paso de las corrientesde defecto. Para mejorar la calidadde servicio, el usuario intenta limitarla interrupción de alimentación a laúnica parte defectuosa de la red.Para ello, necesita saber qué porciónde red está afectada por el defecto.Con este propósito, el usuario instalaindicadores de localización dedefecto. El análisis de estasinformaciones permite circunscribir laparte defectuosa y reconfigurar la red(aplicación típica de la telegestión).
Predíctica: nueva ciencia que tienecomo objetivo la previsión de losacontecimientos. Se basa en elrazonamiento y la inducción científica.
Recloser: interruptor automático deMT equipado con automatismo dereenganches múltiples. Se instala enuna salida de MT aérea y se coordinacon las protecciones (fusibles)colocadas en esta salida (aguasarriba y aguas abajo). Se utiliza enlas redes de tipo norteamericano.
Seccionalizador: interruptor de MTequipado con un automatismo derecuento. Se instala aguas abajo deuna salida de MT aérea protegida porun recloser. Su automatismo cuentalos pasos de una corriente de defecto(que corresponden al número dereenganches del recloser), y para unnúmero preestablecido, ordena laapertura del interruptor. Por lo tanto,puede realizarse una selectividadmediante la instalación de variosseccionalizadores en serie en unasalida de MT, el últimoseccionalizador (el más distante delrecloser) abriéndose en el segundopaso de la corriente de defecto, elseccionalizador anterior abriéndoseen el tercer paso y así seguidamente.Este aparato se utiliza en las redesde tipo norteamericano.
Terminología
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Índice
En un país, el Transporte y laDistribución Pública aseguran eltránsito de la energía eléctrica entrelos puntos de producción y los deconsumo.
Los puntos de producción son lascentrales que generan la energíaeléctrica a partir de distintas energíasprimarias (nuclear, hidráulica,carbón, �).
Los puntos de consumo en MT(Media Tensión) son centros u obrasa partir de los cuales la energía sesuministra a los clientes (abonados),esto mediante la «distribución deMT». Esta última es el objeto delpresente Cuaderno Técnico.
En este cuaderno técnico, despuésde describir los distintos tipos deredes y el oficio de distribuidor, ellector no familiarizado con el MTencontrará una presentación de:
n las topologías de las redes de MT,
n los centros,
n los dispositivos de protección,control y mando.
Nota: En este cuaderno técnico, eltérmino MT designa cualquier tensióncomprendida entre algunos kV y 40kV.
Las redes de distribución pública de MT en el mundo
1 Las distintas redes eléctricas Red de transporte e interconexión p. 6
Red de reparto p. 7
Red de distribución MT p. 7
Red de distribución BT p. 8
Naturaleza de la corriente p. 8eléctrica
Planificación de las redes p. 8
2 El distribuidor Su razón de ser p. 9
Su oficio p. 9
Su evolución p. 10
3 Topologías de redes Criterios de elección de una p. 12eléctricas MT topología
Elementos que dependen de la p. 12topología elegida
Distintos esquemas de p. 13redes de MT
Esquemas de conexión a p. 15tierra del neutro
4 Distribución pública de MT Los centros en las redes MT p. 18
Otros montajes p. 19
La aparamenta de MT p. 19
Un esquema francés y otro p. 20norteamericano
5 Protección, control y mando Las tecnologías de las unidades p. 23de las redes de MT de protección de MT
Compatibilidad p. 23electromagnética
Aplicación del control y mando p. 24
Arquitectura de control y mando p. 26
Las redes de comunicación p. 27
6 Conclusión p. 28
Anexo 1: Algunas normas para productos de MT p. 29
Anexo 2: Las distintas técnicas de selectividad p. 29
Anexo 3: Arquitectura EDF y materiales Merlin Gerin p. 30
Bibliografía p. 31
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No basta con producir corrienteeléctrica en las centrales, hace faltallevarla hasta el usuario final.
Así es como para alcanzar laadecuación entre la producción y elconsumo, que se traduce al final porel rendimiento económico, laestructura eléctrica de un país sueledividirse en varios niveles quecorresponden a distintas redeseléctricas (figura 1).
Hay que subrayar que no existeninguna estructura única en el mundoy que la repartición en varias redescon sus niveles de tensión asociadospuede ser distinta según los países.Pero, en general, el número deniveles de tensión se limita a tres;
por otra parte, en 1983, la publicaciónCEI 38 ha formuladorecomendaciones para los niveles detensión de las redes de 50 a 60 Hz.
Sin embargo, con el fin de entendermejor el interés de esta repartición,los apartados siguientes presentancada red con:
nnnnn su finalidad,
nnnnn su nivel de tensión,
nnnnn su estructura.
Red de transporte einterconexión
La dispersión geográfica entre loslugares de producción y los centros
de consumo, la irregularidad de esteconsumo y la posibilidad dealmacenar la energía eléctrica,requieren una red eléctrica capaz detransportarla a grandes distancias yde dirigirla.
Sus líneas alcanzan millares dekilómetros, por ejemplo 20.000 kmpara la red 400 kV francesa.
La finalidad de esta red es triple:
nnnnn una función de «transporte» cuyopropósito es llevar la electricidad delas centrales de producción a lasgrandes zonas de consumo;
nnnnn una función de «interconexiónnacional» que gestiona la reparticiónde la oferta, orientando la producción
1 Las distintas redes eléctricas
Fig. 1: Esquema ilustrado de una red eléctrica donde puede verse que la electricidad se produce, transporta y distribuye a distintosniveles de las tensiones.
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en función de la reparticióngeográfica y temporal de la demanda;
nnnnn una función de «interconexióninternacional» para gestionar losflujos de energía entre los países enfunción de intercambiosprogramados o a título de ayuda.
En general, sólo algunos abonadoscon fuerte consumo estánconectados a estas redes.
La estructura de estas redes esesencialmente de tipo aéreo.
Las tensiones suelen estar incluidasentre 225 y 400 kV, a veces 800 kV(ejemplo: 765 kV en Sudáfrica). Lautilización de estas elevadastensiones está ligada a un objetivoeconómico. En efecto, para unapotencia dada, las pérdidas en líneapor efecto Joule son inversamenteproporcionales al cuadrado de latensión:
p = k/U2, donde
U = tensión de la red,
k = una constante función de la línea.
Además las potencias transportadasson tales que la utilización de unatensión baja conllevaría secciones decables totalmente inadmisibles. Eluso de tensiones elevadas es por lotanto una imposición, a pesar de lasexigencias de aislamiento que setraducen por costes de material másimportantes, la solución más fácilconsiste en utilizar líneas aéreas.
En todos los casos, la elección deuna tensión de transporte es, antetodo, un compromiso técnico-económico, función de las potenciasa transportar y las distancias arecorrer.
El aspecto de seguridad esfundamental en estas redes. Enefecto, cualquier fallo en este nivelconlleva importantes defectos en laalimentación para el conjunto de lospuntos de consumo. Así es como en1965, 30 millones de personas sequedaron sin electricidad durante 12horas en los Estados Unidos.
Por lo tanto, las protecciones de estasredes deben ser muy eficaces. Encuanto a su explotación, esasegurada, a nivel nacional, por uncentro de control o dispatching, a partirdel cual se vigila y gestionapermanentemente la energía eléctrica.
Red de reparto
La finalidad de esta red es, ante todo,llevar la electricidad de la red detransporte hacia los grandes centrosde consumo.
Estos centros de consumo son:
nnnnn o del sector público con acceso ala red de distribución MT,
nnnnn o del sector privado con acceso aabonados de gran potencia (superiora 10 MVA) conectados directamente aAT. El número de estos abonados encada país es pequeño (en Francia,por ejemplo, 600). Se trata sobre todode industrias como la siderurgia, ladel cemento, las químicas, las detransporte ferroviario...
La estructura de estas redes esgeneralmente aérea (a vecessobterránea en las proximidades delas ciudades). En este sector, laspolíticas de respeto al entorno y almedio ambiente (zonas protegidas)se oponen frecuentemente a laconstrucción de estas líneas. Porconsiguiente, la penetración de redesde reparto hastas las zonas de grandensidad de población es cada vezmás compleja y costosa.
Las tensiones de estas redes estáncomprendidas entre 25 KV y 275 kV.
Las protecciones son del mismo tipoque las utilizadas en las redes detransporte, siendo los centros depaso regionales.
La red de distribución MT
Este nivel de la estructura eléctrica deun país se analizará en los capítulossiguientes. Aquí sólo se indicanciertos elementos simples deidentificación.
La finalidad de estas redes esacercar la electricidad de las redesde reparto a los puntos de consumomedio (superiores a 250 KVA, enFrancia).
Estos centros de consumo son:
nnnnn o del sector público con acceso ala red de distribución pública MT/BT,
nnnnn o del sector privado, con acceso alos centros de suministro aabonados con consumo medio. Elnúmero de estos abonados (ejemplo:160.000 en Francia) sólo representaun pequeño porcentaje del númerototal de consumidores suministradosdirectamente en BT. Sonesencialmente del sector terciario,como hospitales, edificiosadministrativos, pequeñas industrias,�
Fig. 2: Reparto de las redes de MT nacionales según sus distintos niveles de tensión, enfunción de las lontigudes de líneas.
12 < U 17 kV 17 < U 24 kV
% 100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
6070
95
80
95
10
103
Bélgica Francia Gran Bretaña Italia Japón
12 kV > 24 kV
5 5
25
5
35
2
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La estructura es de tipo aéreo osubterráneo.
Las tensiones en estas redes estánincluidas entre algunos kilovoltios y40 kV (figura 2).
Las protecciones son menossofisticadas que en el caso de lasredes anteriores.
En cuanto a la explotación de estasredes, puede asegurarsemanualmente o, cada vez más, portelemando a partir de los centros demaniobra fijos y/o a bordo devehículos. Pero para tener en cuentalas necesidades específicas de laconducción de las redes dedistribución de MT, estos centros demaniobra son distintos de losutilizados en las redes de transporteo reparto. La multiplicidad ydispersión geográfica de los puntosde telegestión, la gestión simultáneade varios centros de control, elnúmero y la cualificación de losusuarios requieren solucionesadaptadas: ergonomía ycompenetración entre los centros detrabajo, herramientas de ayuda a lagestión, herramientas deconfiguración de los centros degestión y gestión de los distintossoportes de transmisión utilizados.
Red de distribución BT
Esta red tiene como finalidad llevar laelectricidad de la red de distribuciónde MT a los puntos de bajo consumo(inferior a 250 kVA en Francia) en elsector público con acceso a losabonados de BT. Representa elúltimo nivel en una estructuraeléctrica.
Esta red permite alimentar unelevado número de consumidores(26 millones en Francia) quecorresponden al sector doméstico.
Su estructura, de tipo aéreo osubterráneo, es a menudoinfluenciada por el entorno.
Las tensiones en estas redes estáncomprendidas entre 100 y 400 V.
Estas redes suelen ser explotadasmanualmente.
Naturaleza de la corrienteeléctrica
Las transferencias de energía deestas distintas redes se realizan através de la corriente eléctrica.
Los enlaces por corriente continua oHVDC (high voltage direct current) seutilizan para los intercambios entrepaíses únicamente a nivel de redesde transporte. La elección de estatécnica permite optimizar la utilizaciónde los cables de energía, enparticular, al suprimir los efectos«skin». Tales enlacesintercontinentales, inclusocontinentales, existen, por ejemplo:un enlace (300 MW / 200 kV) uneItalia a Cerdeña pasando porCórcega.
En otros casos, en particular en lasredes de MT de distribución pública,los enlaces se realizan mediantecorriente alterna. En efecto, en estasredes, no sería rentable utilizarcorriente continua:
nnnnn pérdidas reducidas en redescortas (inferiores a 100 km);
nnnnn instalaciones más costosas(necesidad de numerososconvertidores continua/alterna).
Además, la corriente alterna seadapta muy bien a los numerososcambios de tensión(transformadores) durante el tránsitode la corriente eléctrica.
Salvo algunas excepciones (ArabiaSaudí) y fuera del continenteamericano donde la utilización de 60Hz está generalizada, la frecuenciade la corriente es de 50 Hz.
Subrayemos el caso del Japón dondeuna mitad del país está en 60 Hz y laotra mitad en 50 Hz.
Planificación de las redes
La instalación y evolución de laestructura de la red de alimentacióneléctrica de un país corresponde alas operaciones de planificación.
Para las redes de transporte yreparto, estas operaciones suelencentralizarse porque:
nnnnn las decisiones que llevan a unamodificación de las estructura detales redes, por ejemplo, laintroducción de un nuevo centro AT/MT, imponen tomar en cuentanumerosos parámetros, técnicos yeconómicos;
nnnnn el número de estos parámetroscon sus eventuales interacciones,requieren la ayuda de instrumentosinformáticos, la utilización de basesde datos y de sistemas expertos.
Para las redes de distribución de MTy BT, la planificación, en cambio,suele descentralizarse.
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Su razón de ser:suministrar electricidad
La razón de ser de los distribuidoresde energía eléctrica consiste ensuministrar energía eléctrica a losconsumidores, teniendo en cuentavarios objetivos tales como:
nnnnn continuidad de servicio,
nnnnn seguridad de los bienes y de laspersonas,
nnnnn flexibilidad y comodidad deexplotación,
nnnnn competitividad comercial.
Su oficio
Si bien el suministro eléctrico essatisfactorio en los paísesindustrializados, el porcentaje deelectrificación sigue todavía variableen otros países.
Objetivos distintos según los nivelesde electrificación
Para los países no electrificados al100%, el objetivo prioritario siguesiendo la mejora de este porcentajede electrificación. Para ello, la mayorparte de las inversiones se dedica ala construcción de redes y obras(figura 3).
Sin embargo, la capacidad definanciación, a veces reducida, puedellevar a elegir soluciones orientadashacia la simplificación de laestructura de las redes, en deteriorode las prestaciones. Asimismo, unadisponibilidad y competencia delpersonal, a veces limitadas, puedenconducir a una explotaciónsimplificada.
Situaciones variables en los paísesindustrializados
En los países electrificados al 100%,las utilizaciones de la energíaeléctrica son muy diferentes:
nnnnn los consumos nacionales deenergía eléctrica están muydiferenciados (figura 4). Estasdiferencias se deben al tamaño del
país, su crecimiento económico (PIB)y al peso del sector industrial(ejemplo: el 40% del consumofrancés),
nnnnn los consumos por habitantepueden variar en una relación de 10entre algunos países (figura 4).Estas diferencias se debenesencialmente a la política de tarifasde los distribuidores, pero también alas condiciones climáticas.
El oficio de distribuidor de MT no esuniforme: a menudo se extiende a ladistribución de BT (Baja Tensión) yen algunos casos es tambiénresponsable de la producción y deltransporte, por ejemplo:
nnnnn En el Japón, nueve compañíasregionales privadas aseguran, cadauna para su zona, las actividades deproducción, transporte y distribución.
nnnnn En Alemania, aproximadamentemil empresas trabajan en el campode la distribución de electricidad.Cerca de 1/3 de ellas poseen suspropias instalaciones de producción.
nnnnn En Gran Bretaña, dos compañíasse encargan de la producción (NP -National Power- y GP -Power Gen-).La sociedad NGC -National Grid Cie-asegura el transporte, yaproximadamente doce RegionalElectricity Cies. aseguran la
2 El distribuidor
Fig. 3: Desglose de los costes de unalínea aérea de MT.
Fig. 4: Consumos netos por país y habitante.
19
1860
27
5200
108
2790183
3190294
5320595
4900
2355
11760
consumo neto / paístWh
Consumo neto / habitanteKWh
Portugal Dinamarca España Italia Francia Japón EE.UU.
30
100
300
1000
3000
300
1000
3000
10000
30000
transformadores= 5% aparamenta MT
= 5%
líneas+ postes+ instalación total= 90%
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distribución. Esta organización nacióde la ley de privatización de losdistribuidores ingleses votada en1990.
nnnnn En Italia, una ley fundó la E.N.E.L.en 1962. Se trata de un serviciopúblico encargado de la producción,transporte y distribución; gestionaaproximadamente el 80% de laelectricidad distribuída en Italia.
nnnnn En Francia, la situación es similarcon E.D.F.
Así parece, a través de estos pocosejemplos, que el número deinterventores, en particular en ladistribución de MT, puede ser muyvariable según los países (figura 5).
En el caso de la distribución de MT, eldistribuidor suele tener la totalresponsabilidad de la red, desde elcentro AT/MT hasta el centro MT/BT.Además el oficio de distribuidorintegra ahora una oferta comercialcon la venta del «productoelectricidad», bajo forma de kWh.Debe por lo tanto mejorarconstantemente la calidad de esteproducto para responder a lasexigencias de sus distintasclientelas, y seguir siendocompetitivo frente a otras fuentes deenergía. Este objetivo lleva a losdistribuidores a contemplar variosniveles de precios relacionados condistintos niveles de calidad de kWhvendido.
Por otra parte, la red de distribucióneléctrica, constituye por sí misma unimportante capital para el distribuidor.Debe rentabilizar al máximo estainversión y es por este motivo que lasnecesidades de los distribuidoresintegran cada vez más las nocionesde gestión de energía.
Por último, el distribuidor tiene unimportante papel social y político, papelque puede influir en sus elecciones, opor lo menos en sus prioridades,como en estos dos ejemplos:
nnnnn la alimentación de nuevos clientespuede requerir una ampliación de lared,
nnnnn el coste del kWh puede limitarsepara integrar una política económicagubernamental.
Su evolución: suministraruna energía de calidad
Cada vez más el distribuidor deenergía tiene que suministrar unproducto eléctrico de calidad. Paraello debe:
nnnnn reducir los cortes de alimentaciónen número y duración, de cara a susabonados,
nnnnn minimizar sus consecuencias,
nnnnn evitar las perturbaciones, talescomo las fluctuaciones de tensión ode frecuencia (figura 6).
La naturaleza de los defectosdepende del tipo de red
Para los abonados, lasconsecuencias de estos fenómenosdependen, ante todo, de la naturalezadel fallo.
Un defecto pueder ser:
nnnnn según su duración: transitorio opermanente,
nnnnn según su naturaleza: monofásico otrifásico.
Un defecto transitorio sueletraducirse por un corte breve, delorden de algunos 100 ms,esencialmente relacionado con lostiempos de reenganche de laaparamenta.
Un defecto permanente implica uncorte cuya duración puede variarentre algunos minutos y varias horas:requiere una intervención humana.
Las redes aéreas, obviamentemucho más expuestas que lassubterráneas, requieren solucionesespecíficas a los problemasencontrados, tales como:
nnnnn ramas de árboles que caen sobreuna línea aérea;
nnnnn pájaros que se posan en la línea osus soportes;
nnnnn defectos debidos al rayo, al viento,las heladas, la nieve;
nnnnn vandalismo.
Por consiguiente, la naturaleza de losdefectos es distinta en las redesaéreas y las subterráneas:
nnnnn en las redes aéreas, los defectosson mayoritariamente transitorios(del 80% al 90%) y monofásicos(75%) ya que suelen ser causadospor tormentas, un cable caído alsuelo o el contorneo de un aislador,por ejemplo;
nnnnn en las redes subterráneas, losdefectos son mayoritariamentepermanentes (100%) y polifásicos(90%) por que suelen ser laconsecuencia del seccionamiento deun cable.
País Número de distribuidores el más importantetotal que distribuyen el
80% del consumonacional
Alemania 600 20 R.W.E.
Arabia Saudí 5 5 S.C.E.C.O.
España 200 6 Iberdrola
Francia 200 1 E.D.F.
Gran Bretaña 15 10 Regional Electricities Cie
Italia 150 1 E.N.E.L.
Japón 9 9 Tokyo Electric Power Co.
Fig. 5: Los distribuidores de energía en algunos países.
Fig. 6: Ejemplo de las exigencias de«calidad» de un distribuidor.
parámetros valores toleranciasnominales
Frecuencia (50 Hz) ± 1Hz
Tensión MT (12 a 24 kV) ±7 %
Tensión BT (230 ó 400 V)aérea ± 10%subterránea ± 5%
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Necesidad de informaciones
La importancia de comprender losincidentes en la red justifica cada vezmás la necesidad de informaciones,que los distribuidores satisfacenmediante estudios estadísticos.
Estos trabajos de análisis tienencomo propósito:
nnnnn clasificar y codificar los incidentes,
nnnnn determinar sus orígenes y causas,
nnnnn tratar estadísticamente lafrecuencia con la cual ocurren,
nnnnn buscar las correlaciones,
nnnnn estudiar comparativamente lasprestaciones de distintas topologías,
nnnnn analizar los resultados según losequipos instalados y los métodos deexplotación utilizados.
Estas estadísticas son unaherramienta de ayuda a losdistribuidores para la concepción,explotación y mantenimiento de lasredes de distribución pública.
Además, para poder decidir acercade las mejores soluciones a elegir, lacalidad de servicio debe podercuantificarse y medirse, y nocalibrarse ya de manera subjetiva.Para ello se crean nuevasherramientas (basadas en modelosmatemáticos) con, en particular, lanoción de «energía no distribuida».E.D.F. utiliza, en particular, para lamedición de coste de la falta decalidad en distribución aérea de MTla fórmula:
A*N*N*P* + B*N*P*Y, donde
N: número de cortes permanentespor circuito,
P: potencia media por circuito en kW,
T: tiempo medio de interrupción pordefecto,
A y B: coeficientes de evaluacióneconómica,
(en 1990, para EDF en Francia:A = 6 FF/kW y B = 13,5 FF/kWh).
Pero la medición de la calidad deservicio puede requerir tomar encuenta parámetros más numerosos.La complejidad de las fórmulas decálculo y las simulaciones a efectuar,justifican entonces el desarrollo desoftwares cada vez más eficacespara ayudar a tomar una decisión.
Para medir la fiabilidad delsuministro de energía al clienteresidencial de BT, los distribuidoresprefieren utilizar el criterio de «gradode indisponibilidad»: se trata deltiempo acumulado anual durante elcual un cliente medio está privado deelectricidad por culpa de un defectoen la red eléctrica (AT, MT y BT).
En fin, es importante constatar queun gran número de las incidencias enun abonado BT son debidas a la redMT (60% según un estudio E.D.F.).(Figura 7).
Las redes, los materiales y loshombres evolucionan
Sin embargo, no hay que olvidar queel rendimiento de una red dependeante todo de su topología. Ahorabien, en el mundo, las redes actualesson el resultado de una acumulaciónhistórica de estructuras a medida quecrecieron las necesidades. Además,una red envejece y requierepermanentemente esfuerzos, tantode mantenimiento como derenovación, para conservar susprestaciones y evitar incidentes queson fuentes de «energía nodistribuida».
Para responder a estas necesidades,los constructores proponen por lotanto equipos «sin mantenimiento» o
de mantenimiento reducido; equipospara los cuales las operaciones demantenimiento, modificación, adición,no perjudican la continuidad deservicio.
Cada vez más, los distribuidores deenergía tienen que emprenderacciones de mantenimientopreventivo, en particular laauscultación de las obras medianteregistro y análisis de los incidentesocurridos en las redes (utilización deosciloperturbógrafos y registradores).
Para ello, la evolución de los equiposde protección, de control y mando conla tecnología numérica(microprocesadores) y el desarrollode las redes de telecomunicación,ofrecen perspectivas de solucionesinnovadoras en la predíctica(terminología).
Por último, la práctica de trabajos entensión como la gestión a distanciade las redes (telegestión) sontambién elementos favorables a lamejora de la calidad de servicio, yreducen el número de cortes y suduración.
Obviamente, todos estos desarrollosrequieren una rápida adaptación delpersonal, similar al cambio detrabajo actual en los centros decontrol:
0 1 2 3 4 5 > 5
10
20
30
40
50
0
60
horasduración del corte
1986 1995
%número declientes BT
Fig. 7: Grado de indisponibilidad de la energía eléctrica en una red de BT (EDF. Francia).
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Por topología de una red eléctrica seentiende el conjunto de los principios(esquema, protección, modo deexplotación) utilizados paratransportar la energía eléctrica endistribución pública.
En la práctica, para un distribuidor,definir una topología consiste en fijarcierto número de elementos físicosteniendo en cuenta criteriosrelacionados con objetivos a alcanzary/o exigencias técnicas. Ya que estoselementos están fuertementerelacionados entre sí, la elección deuna topología es siempre elresultado de compromisos técnico-económicos.
La traducción gráfica de unatopología será un esquema de tipounifilar simplificado.
Criterios de elección deuna topología
La elección de una topologíaresponde a objetivos:
nnnnn garantizar la seguridad de laspersonas y de los bienes,nnnnn conseguir el nivel calidad deservicio fijado,nnnnn asegurar el resultado económicodeseado.
Pero debe también someterse aexigencias:
nnnnn adecuarse a la densidad dehabitat y/o de consumo, tambiénllamada densidad de carga, quedesempeña un papel cada vez máspreponderante.
Expresada en MVA/km2, estadensidad permite distinguir lasdistintas zonas geográficas deconsumo en términos deconcentración de carga. Una de lassegmentaciones utilizadas poralgunos distribuidores consiste endefinir dos tipos de zonas deconsumo:
ooooo zona con baja densidad de carga:< 1 MVA/km2,
ooooo zona con gran densidad de carga:> 5 MVA/km2.
nnnnn tener en cuenta la extensióngeográfica, el relieve y las dificultadesde construcción,
nnnnn satisfacer las exigencias delentorno, en particular las climáticas(temperaturas mínimas y máximas,frecuencia de tormentas, nieve,viento, etc.) y el respeto del entornoambiental.
Elementos que dependende la topología elegida
La elección de una topología fija losprincipales elementos de concepciónde una distribución, como son:
nnnnn las potencias y el valor máximo delas corrientes de defecto a tierra,ejemplo: en MT, la E.D.F. limita elvalor de estas corrientes para 20 kV a300 A en distribución aérea y a 1000A en red subterránea;
nnnnn la (o las) tensiones de servicio,ejemplo: en MT el Japón distribuye en6,6 kV, Gran Bretaña en 11 y 33 kV yFrancia mayoritariamente en 20 kV;
nnnnn la rigidez a las sobretensiones y lacoordinación de los aislamientos, asícomo las protecciones contra lassobretensiones de origenatmosférico,
3 Topologías de redes eléctricas de MT
nnnnn existen todavía centros de controlen los cuales:
ooooo los distintos estados de las redesson visulizados mediante eldesplazamiento manual de símbolosen grandes sinópticos de variosmetros cuadrados,
ooooo y las instrucciones relativas a lasmaniobras se escriben a mano endiarios;
nnnnn en los nuevos centros, todas estastareas se hacen en consolasinformáticas, con:
ooooo todas las informacionesdisponibles en tiempo real enpantallas (esquemas de las redes,descriptivo geográfico),
ooooo el histórico de los acontecimientosregistrado automaticamente(consignación de los estados).
Fig. 8: Repartición para algunos países, de las longitudes de las redes de MT ensubterránea (cables) y aérea (líneas).
0 25 50 75 100%
subterráneo
aéreo
Alemania
Canadá
Estados Unidos
Dinamarca
Inglaterra
Holanda
Cuaderno Técnico Schneider n° 155 / p. 13
nnnnn el (o los) esquema(s) de conexióna tierra, así como el número decables distribuidos,
nnnnn la longitud máxima de las salidas(algunas decenas de kilómetros enMT),
nnnnn el tipo de distribución: aérea osubterránea (figura 8),
nnnnn el tipo de explotación: manual,automática, telegestionada.
Es importante subrayar que:
nnnnn la elección de la corriente decortocircuito tiene repercusionessobre la resistencia de losmateriales utilizados en la red,
nnnnn la elección del (o de los) valoresde tensión es siempre el resultadode un compromiso entre los costesde realización y de explotación de lared,
nnnnn la elección del nivel de aislamientode los materiales suele obedecer a
normas internacionales y/onacionales que cumplir,
nnnnn la elección de una distribución porred aérea o subterránea influyemucho en el coste de instalación y lacalidad de servicio (ejemplo: costesde abertura de una zanja/sensibilidada los defectos transitorios�). En MT,en los países industrializados, estaelección puede ser sintetizada entres casos:
ooooo medio urbano de gran densidad,con distribución subterránea,
ooooo medio suburbano de grandensidad, con distribuciónsubterránea o aereosubterránea,
ooooo medio rural de baja densidad, condistribución aérea.
Sin embargo debe observarse que,históricamente, por motivos decostes de instalación, numerososmedios urbanos tienen unadistribución aérea, como es el casode Japón y Estados Unidos.
Distintos esquemas deredes de MT
La elección de los esquemas esimportante para un país: enparticular para las redes de MT yaque son muy largas. Así, porejemplo, el conjunto de la estructurade MT en Francia es deaproximadamente 570.000 km, la deItalia de 300.000 km y la de Bélgicaronda los 55.000 km.
Existen varias topologías:
nnnnn topología bucle cerrado, de tipomallado,
nnnnn topología bucle abierto, de tipomallado simplificado,
nnnnn topología bucle abierto,
nnnnn topología radial.
Se aplican también otras topologías,por ejemplo la doble derivación enlas redes de MT francesas.
Fig. 9: Los dos esquemas de base de una red de distribución de MT, radial (o en antena) y en bucle abierto (o corte en arteria).
subestación AT/MT
transformadores
esquema radial esquema en bucle abiertocamino de alimentación de todos los centros salvo el nº 1
punto deaperturade bucle
transformadoresMT/BT
centro nº1transformadorMT/BT
camino dealimentacióndel centro nº 1
transformadorMT/BT
transformadorMT/BT
AT/MT
Cuaderno Técnico Schneider n° 155 / p. 14
Aunque ninguna esté «normalizada»en MT, los distribuidores se apoyanen dos topologías de base: la radialy el bucle abierto.
Cada una de estas dos topologíasserá tratada más detalladamente ydefinida por:
nnnnn su principio de funcionamiento,
nnnnn su esquema unifilar tipo,
nnnnn su aplicación tipo,
nnnnn sus puntos fuertes y débiles.
Esquema radial
Este esquema se llama también enantena.
Su principio de funcionamiento es deuna sola vía de alimentación. Estosignifica que, cualquier punto deconsumo en tal estructura, sólopuede ser alimentado por un únicoposible camino eléctrico. Es de tipoarborescente (figura 9).
Esta arborescencia se desarrolla apartir de los puntos de alimentación,que constituyen las subestaciones dedistribución pública AT/MT o MT/MT.
Este esquema se utiliza en particularpara la distribución de la MT en elmedio rural. En efecto, permitefácilmente y con un coste menor,acceder a puntos de consumo debaja densidad de carga (= 10 kVA) yampliamente repartidosgeográficamente (= 100 km2).
Un esquema radial suele estarrelacionado con una distribución detipo aéreo.
Sus puntos fuertes y débiles estánresumidos en al tabla de la figura 10.
Esquema bucle abierto
Se llama también corte de arteria.
Su principio de funcionamiento sebasa en dos vías de alimentación.Esto significa que cualquier punto deconsumo, en esta estructura, puedeser alimentado por dos posiblescaminos eléctricos, dado que unosolo de estos dos caminos esefectivo, la emergencia se realizamediante esta posibilidad de bucle.En tal esquema, existe siempre unpunto de apertura en el bucle (dedonde el nombre de bucle abierto quese utiliza también para esta solución),lo que viene a ser un funcionamientoequivalente a dos antenas.
El esquema unifilar tipo esevidentemente un bucle sobre el cualse conectan los puntos de consumo(figura 9) que pueden ser centros dedistribución pública de MT/BT y/ocentros de suministro para abonadosen MT. Cada punto (entre 15 y 25puntos por bucle) está conectado enel bucle mediante dos interruptoresde MT. Todos estos interruptores
están cerrados excepto uno de ellosque constituye el punto de aperturadel bucle y define el camino dealimentación para cada punto deconsumo. Este punto de aperturapuede ser desplazado en el bucle, enparticular cuando se efectúanmaniobras de reconfiguración de lared a consecuencia de un defecto.
Fig. 10: Cuadro comparativo de los dos esquemas de base de las redes de MT.
Fig. 11: Esquema de distribución en doble derivación, utilizado por EDF-Francia. En elrecuadro, secuencia del automatismo de un permutador Merlin Gerin, conforme con lasespecificaciones EDF-Francia.
subestaciónAT/MT
subestaciónAT/MT
1
0
t f
A B
t f = 5 ó 25 s
redalimentadapor...
llegada"A"
llegada"B"
t f
1
0
1
0
A
U
t
circuito "A"circuito "B"
Tecnología Puntos fuertes Puntos débiles
radial n simplicidad n calidad de servicion explotaciónn coste de instalación
bucle abierto n simplicidad n explotación con mayorn calidad de servicio número de maniobras
n costes de instalación
Cuaderno Técnico Schneider n° 155 / p. 15
A menudo este esquema esasociado a una distribución de tiposubterráneo.
Se suele utilizar en medio urbano defuerte densidad, con los puntosfuertes y débiles descritos en elcuadro de la figura 10.
Esquema de doble derivación
Este esquema, poco utilizado, esexplotado esencialmente en la regiónparisina por E.D.F. (figura 11).
El principio utilizado es el siguiente:
nnnnn la red de MT se subdivide.Comporta dos circuitos A y Bpermanentemente en tensión,
nnnnn cualquier centro de MT/BT:
ooooo está conectado a los dos cablesde MT ( «A» y «B») pero en realidadestá conectado a un solo cable(interruptor de MT cerrado en el cable«A»),
ooooo está equipado con unautomatismo local simple,
nnnnn en caso de defecto en el cable«A», el automatismo detecta laausencia de tensión en este cable,comprueba la presencia de tensiónen el cable «B» y entonces daórdenes de apertura para uninterruptor de MT y luego de cierrepara el otro interruptor de MT.
Esquemas de conexión atierra del neutro
La elección del esquema de conexióna tierra del neutro (o régimen delneutro de MT) define, entre otros, losvalores de las sobretensiones ycorrientes de defecto que podránexistir en una red en caso de defectoa tierra. Obsérvese que estosparámetros son antimónicos, esdecir, que la obtención de un valorpequeño de corriente conlleva elriesgo de una sobretensión elevada,y recíprocamente. Estos valoresimpedirán entonces las exigenciaseléctricas que deberán tener losmateriales electrotécnicos. Pero sielige este esquema de conexión,simultáneamente, se eligen lasposibles soluciones para laprotección de la red eléctrica, y secondicionan los métodos deexplotación.
Los cinco esquemas utilizados en elmundo en MT
Aquí tampoco existe un esquema tipode las conexiones a tierra del neutro.Sin embargo es posible reunir, segúncinco escuelas, todos los casosencontrados en el mundo (figura 12):
nnnnn neutro directo a tierra y distribuido,
nnnnn neutro directo a tierra y nodistribuido,
nnnnn neutro puesto a tierra a través deuna impedancia,
nnnnn neutro puesto a tierra a través deun circuito sintonizado,
nnnnn neutro aislado de tierra.
Como ya se dijo, ninguno de estossistemas se ha impuesto en elmundo: algunas soluciones sonespecíficas de ciertos países, y en unmismo país pueden coexistirdistintas soluciones, incluso dentrode una misma compañía eléctrica dedistribución.
Pero, en definitiva, la elección de unesquema de conexiones a tierra delneutro en MT es siempre el resultadode un compromiso entre los costesde instalación y de explotación.
Diferenciación entre estos cincoesquemas
Se ha dicho más arriba que laelección del esquema de lasconexiones del neutro a tierracondiciona las prestaciones de la redy el diseño de su plan de protección.En efecto, las principales diferencias
de los cinco sistemas residen en elcomportamiento de la red ensituación de defecto a tierra.
Estas diferencias se traducenconcretamente a nivel:
nnnnn de la facilidad de detección deestos defectos,
nnnnn del grado de seguridad alcanzadopara las personas,
nnnnn de la repercusión de la resistenciade los materiales electrotécnicos.
Sin embargo, hay que destacar elesquema de neutro distribuido quepermite una distribución enmonofásico. Esta posibilidad puedejustificarse en algunos países debidoa su menor coste de instalación. Sinembargo los dispositivos deprotección más complejos imponenun mantenimiento más exigente.
Independientemente de este casoparticular, el cuadro de la figura 13,síntesis de los puntos fuertes ydébiles de estas escuelas, aclara porqué ninguna de dichas escuelas seimpone en el mundo.
Plan de protección
La estructura eléctrica de un paíscorresponde a un conjunto de redeseléctricas.
Una red eléctrica puede desglosarseen zonas.
Cada una de estas zonas suele estarprotegida por un interruptorautomático en asociación condispositivos de detección (captadores
Fig. 12: Los distintos esquemas de conexión a tierra del neutro en MT y su aplicación enel mundo.
Paises
neutroaisladodetierra
neutro puestoa tierra a travésde un circuitosintonizado
neutro pues-to a tierra através de unaimpedancia
neutro distribuidoy puesto a tierraen numerosospuntos
neutro pues-to directamen-te a tierra y no distribuido
esquema
AlemaniaJapónFrancia
España
Australia
Canadá
Cuaderno Técnico Schneider n° 155 / p. 16
de medida: transformador decorriente, de tensión,...) protección,control y mando (relés de protección)y de disparo (elementosaccionadores).
El conjunto de estos elementosconstituye una cadena de protección(figura 14) que asegura laeliminación de la parte defectuosa dela red en caso de fallo.
Su papel consiste en garantizar laseguridad protegiendo contra losdefectos de aislamiento entre fases oentre fase-tierra, y contra lassobrecargas prolongadas. Enparticular, la cadena de proteccióndebe reducir las consecuencias deun defecto de cortocircuito, es decir,los riesgos de incendio, explosión,deterioro mecánico, ...
El plan de protección de una red es elconjunto de estas cadenas deprotección, que integra los equiposutilizados y también la organizacióndel funcionamiento entre ellos. Estaorganización del plan de protección,incluyendo los tiempos de disparo delos interruptores automáticosasociados, define la duraciónmáxima de paso de las corrientes dedefecto en los distintos puntos de lared eléctrica.
La eficacia de un plan de proteccióndepende de varios criterios:fiabilidad, selectividad, rapidez,sensibilidad, evolutividad.
Fiabilidad
Este criterio sitúa el nivel de calidaden lo referente a protección depersonas y bienes, en particularfrente a peligros de electrocución porelevación del potencial de las masas.De hecho, a pesar de que rara vezuna unidad de protección essolicitada, en el momento deproducirse un defecto debe actuareficazmente, y esto debe ser asídurante muchos años. Este criterioafecta directamente las prestacionesde la red, por ejemplo, cualquierinterrupción en la distribución debeser «justificada» porque provoca unapérdida de explotación para losabonados � y para el distribuidor.
Sensibilidad
Este criterio también tieneimportancia en lo referente a laseguridad y la economía: se refiere ala facilidad para detectar pequeñascorrientes de defecto sin sersensibles a los fenómenostransitorios debidos a las redes(maniobras) o a otros efectoselectromagnéticos del entorno, y, portanto, antes de la existencia depeligro para las personas y losbienes, y esto sin provocar disparosintempestivos.
Selectividad
Este criterio se toma en cuenta sobretodo en lo referente a economía de
captadorde
medida
unidadde
protección
elemento organode
corte
red eléctrica
accionador
Fig. 13: Síntesis de los puntos fuertes y débiles de las cinco escuelas de conexionesdel neutro a tierra en MT.
Esquemas de neutro MT Puntos fuertes Puntos débiles
Neutro directo a tierra y Permite la distribución en n requiere numerosasdistribuido monofásico o trifásico tomas de tierra de buena
calidad (seguridad)n exige un plan deprotección complejon provoca elevadascorrientes de defecto atierra
Neutro directo a tierra facilita la detección de n provoca elevadasy no distribuido defectos a tierra corriente de defecto a
tierra
Neutro aislado limita las corrientes de n produce sobretensioneslos defecto a tierra más complejas
Neutro sintonizado favorece la autoextinción n requiere proteccionesde la corriente de defecto complejasa tierra
Neutro impedante:
(comparado con el limita las corrientes de n requiere proteccionesneutro directo a tierra) los defectos a tierra más complejas
(comparado con el reduce las sobretensiones n provoca corrientes deneutro aislado de tierra) defecto a tierra más
elevadas
Fig. 14: Cadena de protección de MT, y fotografía de un SF Set (Merlin Gerin), unejemplo de integración completa.
explotación, ya que indica en quémedida es posible mantener enservicio el máximo de la red cuandouno de sus elementos está afectadopor un funcionamiento anormal.
En la práctica, lleva a eliminar esteelemento defectuoso y únicamenteéste (anexo 2: las distintas técnicasde selectividad).
Rapidez
Al igual que el anterior, este criteriotiene una incidencia económica:permite limitar los daños debidos aarcos eléctricos y corrientes decortocircuito; en particular, reduce losriesgos de incendio y los costes dereparación.
Cuaderno Técnico Schneider n° 155 / p. 17
Evolutividad
Este criterio que interesa en especialal distribuidor indica el nivel previstode evoluciones (posibilidades yfacilidades) para el plan deprotección en función de lasmodificaciones de la topología de lared.
Entre todos estos criterios, el de laselectividad es el que lleva asoluciones técnicas más específicassegún los países. Dependen de doselecciones iniciales de losdistribuidores de energía:
nnnnn el del esquema de conexión delneutro a tierra, a partir del cual sondefinidas, en particular, lasprotecciones contra los defectos atierra (ver § anterior),
nnnnn y el del principio de selectividadentre los cuales el más utilizado,denominado selectividad amperi-
cronométrica, se basa en unaasociación del valor de la corriente dedefecto (selectividad amperimétrica)con un valor del tiempo de disparo(selectividad cronométrica). Pero enuna misma red pueden coexistirvarias técnicas. En Sudáfrica porejemplo la E.S.C.O.M. utiliza en unamisma red la selectividad amperi-cronométrica, el diferencial de líneaentre los centros de AT/MT y loscentros de MT/MT y el diferencial paralos transformadores de AT/MT. Porúltimo, la técnica de selectividad dedistancia es utilizada principalmentepor los distribuidores alemanes.
Plan de control y mando
Bajo los términos de control y mandose agrupan todos los elementosrelacionados con la explotación delas redes.
Un plan de control y mando define elconjunto de estos elementos y laorganización de su funcionamientorelativo. Por esto, el plan de control ymando de una red debe permitir alexplotador (el distribuidor) tener encuenta las tres situaciones:
nnnnn en explotación normal,
nnnnn en situación de defecto,
nnnnn en mantenimiento (con o sintensión).
Por último, los útiles de explotaciónempleados en este plan van acontribuir fuertemente a la calidad deservicio lograda. Estos útiles vandesde el botón-pulsador de mandode un aparato de MT hasta el centrode control de la red de MT, delamperímetro en una celda de MT, altrazado automático de una curva decarga a distancia de una salida deMT, etc�
Cuaderno Técnico Schneider n° 155 / p. 18
Este capítulo es un repaso de losprincipales centros instalados en lasredes de MT, y de las principalestecnologías utilizadas en cuanto a losmateriales de MT. Se termina conesquemas que ilustran másconcretamente sus aplicaciones.
Los centros en las redes MT
Un centro es una entidad físicadefinida por su localización yfuncionalidades en las redeseléctricas.
La misión de un centro consiste antetodo en asegurar la transición entredos niveles de tensión y/o alimentaral usuario final.
La subestación AT/MT en ladistribución pública
Este conjunto se puede encontrar enla estructura eléctrica de todos lospaíses; se sitúa siempre entre la redde reparto y la distribución de MT.
Su función consiste en asegurar elpaso de la AT (≈ 100 kV) a la MT (≈ 10kV).
Su esquema tipo (figura 15)comprende dos llegadas de AT, dostransformadores AT/MT, y de 10 a 20salidas de MT. Estas salidasalimentan líneas en sistema aéreoy/o cables subterráneos.
El centro MT/MT en la distribuciónpública
Este conjunto puede tener dosfunciones:
n asegurar la multiplicación de lassalidas de MT aguas abajo de lassubestaciones AT/MT (figura 15). Eneste caso, el centro no comprendeningún transformador. Se componede las llegadas de MT y de 8 a 12salidas de MT. Este tipo de centroestá presente en algunos países,como España, Bélgica, y Sudáfrica.
n asegurar el paso entre dos nivelesde MT. Estos centros de MT/MTincluyen transformadores. Sonnecesarios en algunos países queutilizan dos niveles sucesivos de
4 Distribución pública de MT
Fig. 15: Distintos tipos de esquemas de centros utilizados en las redes de distribuciónpública.
llegadas MT
transformadores AT/MT
interruptor automáticode acoplamiento MT
salidas MT aéreas y/o subterráneas
llegadas MT
salidas MT aéreas y/o subterráneas
llegadas MT salidas BTprotección deltransformador MT/BT
llegadasMT
salidas abonados: MT
protección generaly contadores MT BT
centro deentradapara unabonadoMT
centroMT/BT
centroMT/MT
AT/MT
subestación
Cuaderno Técnico Schneider n° 155 / p. 19
tensión en su red de MT. Es el caso,por ejemplo, de Gran Bretaña dondela red de MT se divide en dos nivelescon la de 11 kV y la de 33 kV.
Su esquema tipo es semejante al dela subestación AT/MT.
El centro MT/BT en la distribuciónpública
Este conjunto, situado entre la red dedistribución de MT y la de distribuciónde BT, asegura el paso de la MT (≈ 10kV) a la BT (≈ 100 kV).
El esquema tipo de este centro(figura 15) es obviamente muchomás sencillo que el de las obrasanteriores. En particular, el aparatode base de MT que se utiliza es elinterruptor y ya no el interruptorautomático.
Estos centros comprenden cuatropartes:
n el equipo MT para la conexión conla red aguas arriba,
n el transformador de distribuciónMT/BT,
n el cuadro de las salidas de BTcomo punto de unión con la redaguas arriba de distribución (en BT),
n y cada vez más frecuentementeuna envolvente exterior prefabricada(metálica o cada vez más dehormigón) que contiene loselementos anteriores.
El centro de suministro para unabonado de AT o de MT
Estas obras aseguran el paso de ladistribución pública a la distribuciónprivada. Permiten la conexión:
n a la red de repartición de AT de unabonado con gran consumo (≈ MVA)a través de un centro de AT/MT,
n a la red de distribución de MT deun abonado con un consumomediano (100 kVA) a través de uncentro de MT/BT.
Para un abonado, la elección de latensión de conexión a la red dedistribución pública dependeesencialmente de:
n la calidad de la red de BT, enparticular de un límite en potencia(niveles eléctricos);
n la política del distribuidor, enparticular de la tarificación quepropone porque, para el abonado,define el interés económico de laenergía eléctrica, en competencia conotras fuentes de energía: fuel, gas, �
En la práctica, es la potencia suscritapor el abonado la que define laconexión en BT o MT, con valores muydiferentes según los países. Porejemplo, en Francia, se alimenta enMT a los abonados a partir de 250kVA, mientras que en Italia, esteumbral está más próximo a algunasdecenas de kVA. Por el contrario, esmuy elevado en EE.UU. donde uncliente puede ser alimentado en BThasta 2.500 kVA. En caso desuministro a los abonados en AT, elesquema del centro se concibeespecíficamente. Pero si el abonadoestá alimentado en MT, se puedeproponer un esquema tipo (figura15). Sin embargo la instalación de talcentro está obviamente ligada a unacuerdo del distribuidor que puedetener especificaciones propias(cuadro de contadores, condicionesde explotación,�).
Otros montajes de MT
Además de los centros yamencionados, existen otras obras deMT situadas esencialmente en lasredes aéreas. Suelen sermonofunción y destinadas:
n ya sea a la protección, como losfusibles y reclosers (terminología)
n ya sea a la explotación, como losinterruptores telemandados.
El interruptor de MT telemandadoentra en el marco de la telegestión delas redes. Permite operaciones dereconfiguración rápida sin que elusuario tenga que desplazarse.
La aparamenta de MT(anexo 1)
La aparamenta de MT permite realizarlas tres funciones de basesiguientes:
n el seccionamiento, que consisteen aislar una parte de la red paratrabajar en ella, con seguridad total,
n el mando, que consiste en abrir ocerrar un circuito en sus condicionesnormales de explotación,
n la protección, que consiste enaislar una parte de la red en situaciónanormal.
Se presenta esencialmente bajo tresformas:
n aparatos por separado (figura 16)(fijados directamente en una pared ycuyo acceso está protegido por unareja),
n envolventes metálicas (o celdas deMT) que contienen estos aparatos,
n cuadros MT que son asociacionesde varias celdas.
Se utilizan cada vez menos losaparatos por separado: sólo algunospaíses, como Turquía o Bélgica,siguen utilizando esta tecnología.
Entre todos los aparatos existentes,dos de ellos se utilizan másespecialmente en la aparamenta deMT. Se trata del interruptor automáticoy del interruptor. Casi siempre soncompletados por otros aparatos(unidades de protección, control ymando, captores de medida,�) quecomponen su equipo asociado.
n Interruptor automático de MT
Este aparato, cuya función principales la protección, asegura también la
Fig. 16: Las distintas funciones de los aparatos de MT utilizados en la distribución pública (los contactores se utilizan esencialmenteen la industria.
seccionador interruptor interruptorautomático
interruptorseccionador
int. aut.desenchufable
fusibleaparato MT
función
protección
seccionamientomando
Cuaderno Técnico Schneider n° 155 / p. 20
función mando y, según su tipo deinstalación, el seccionamiento,(desenchufable, terminología).
Los interruptores automáticos de M.T.están casi siempre montados en unacelda de MT.
n Interruptor de MT
Este aparato cuya función principales el mando, suele asegurar amenudo el seccionamiento.Además, es completado con fusiblesde MT para asegurar la protección delos transformadores de MT/BT (el30% de las utilizaciones de losinterruptores de MT).
En cuanto a las celdas de MT, susenvolventes metálicas estánespecificadas en la publicación CEI298 que distingue cuatro tipos deaparamenta, cada tipocorrespondiendo a un nivel deprotección contra la propagación deun defecto en la celda.
Esta protección realizada medianteunas separaciones en la celda prevétres compartimentos de base (figura17):
n el compartimento de aparamentaque contiene el aparato (interruptorautomático de MT, interruptor deMT�),
n el compartimento de juego debarras de MT, para las conexioneseléctricas entre varias celdas de MTagrupadas en cuadros,
n el compartimento de conexiones alos cables de MT, a menudo previstopara recibir captadores de medida.
A menudo, un cuarto compartimentocompleta este conjunto, se trata delcompartimento de control (o de BT)que contiene las unidades deprotección, control y mando.
Además de esta clasificación debesubrayarse la distinción entre Fijo yDesenchufable (terminología) que seaplica al aparato y a la celda de MT.Esta distinción unida a la facilidad deexplotación (función del tiempo deintervención para cambiar unaparato), interviene sóloindirectamente en la noción deseguridad de la red.
Para realizar las celdas de MT, loscuatro tipos de aparamenta definidospor la CEI 298 son los siguientes:
n la aparamenta COMPACTA concompartimentos más o menosdistintos;
n la aparamentaCOMPARTIMENTADA para la cualúnicamente la envolvente exterior esobligatoriamente metálica, tiene sustres compartimentos realizados porseparaciones metálicas o aislantes;
n la aparamenta BLINDADA tienetambién compartimentos distintospero con separacionesobligatoriamente metálicas,
n la aparamenta GIS (Gas InsulatedSwitchgear) que está herméticamentecerrada y en la cual loscompartimentos ya no tienen unpapel preponderante de seguridad.La GIS incorpora esencialmenteinterruptores automáticos.
Esta tecnología se emplea tambiénpara los interruptores en forma deRMU (Ring Main Unit). Permiteasegurar las tres funciones tipo deun centro MT/BT conectado a una reden corte de arteria (dos interruptoresde conexión a la red más uninterruptor-fusible o un interruptorautomático como protección deltransformador de MT/BT).
El cuadro de la figura 18 indica lasaparamentas más frecuentementeutilizadas en función de los tipos decentro, mientras que el cuadro de lafigura 19 muestra la situación actualy las distintas tendencias de lastécnicas utilizadas para el corte enMT.
Un esquema francés y otronorteamericano
Estos dos ejemplo típicos sonpropuestos para ilustrarconcretamente los elementospresentados en este capítulo yresaltar la diversidad de lassoluciones en el mundo.Obviamente, existen, otrosesquemas, incluso en estos dospaíses.
Esquema unifilar aéreo de EDF(Francia) (figura 20)
Este esquema aplica los principiossiguientes:
Fig. 17: Los distintos compartimentos deuna celda de MT, bajo envolventemetálica, y sus principales elementos.
Fig. 18: Principales aplicaciones de las aparamentas de MT.
centro AT/MTpúblico
MT/MTpúblico
MT/BTpúblico
AT/MTabonado
MT/BTabonado aparamenta
mampostería (aparato por separado)
compacta
compartimentada
blindada
GIS
RMU
A
I
A
I
A
A o I
A o I
I
I
A
A
I o A
I o A
A
A
I I
I = con interruptor A = con interruptor automático
aparamentaint. aut.
control
conexión y medidatransormador de medida
llegada
salida
juego debarras
Cuaderno Técnico Schneider n° 155 / p. 21
n en la subestación AT/MT, puesta atierra del punto neutro a través de unaimpedancia que limita la corriente dedefecto fase-tierra a 300 A en 20 kV,
n líneas de MT trifásicas, neutro nodistribuido,
n esquema radial (en antena).
Este concepto permite detectar anivel de las salidas de MT, en lasubestación AT/MT, todos losdefectos a tierra, y esto sin ningúnotro órgano de protección de MTaguas abajo de la subestación.
De esto se deriva un plan deprotección, control y mando fácil dediseñar, explotar y de evolucionar.
La protección de personas estáasegurada de la mejor manera.
Sin embargo, la calidad de servicioobtenida es mediana debido a quecada salida de MT, a nivel del centroAT/MT, está sujeta a una solaprotección: en caso de disparo deesta protección, toda la red situadaaguas abajo de esta salida de MTqueda desconectada.
Existen soluciones para remediareste punto débil. Se basan en lautilización de materialescomplementarios tales comointerruptores telemandados hoy endía, e interruptores automáticos conreenganchador en las redes demañana.
Esquema unifilar aéreonorteamericano (figura 21)
Este concepto se presenta a vecesen los países bajo influencianorteamericana (ej.: Túnez). Sebasa en los principios siguientes:
n distribución máxima en MT,limitando la longitud de las salidasde BT para reducir las pérdidas,
n distribución del neutro de MT conuna puesta a tierra regular (ej.: cada300 metros),
n líneas de MT trifásicas en la redprincipal, con derivación en trifásico,bifásico o monofásico para lossuministros de MT/BT.
Este concepto reduce el coste de laslíneas, las pérdidas y sobretensionesdebidas a los defectos, pero requierepuestas a tierra del neutro de grancalidad.
Fig. 19: Técnicas de corte de los aparatos de MT, su importancia relativa y la evoluciónde su empleo.
Fig. 20: Esquema de distribución aérea de MT. (EDF - Francia).
transformador AT/MT
distribución aérea MTtres fases, neutro no distribuído
interruptor automáticotrifásico de reengancheautomático
IACM: interruptortrifásico aéreo conmando manual
IAT:interruptortrifásico aéreotelemandado
transformador MT/BT
IACM
MT/BT
IAT
MT/BT
MT/BT
MT/BT
IACM
IACM
IACM
IAT
subestación AT/MT
derivación
línea
prin
cipa
l
aire aceite SF6 vacío
interruptor MT
int. aut. MT
Cuaderno Técnico Schneider n° 155 / p. 22
Para obtener un grado satisfactoriode protección de las personas, esnecesario incluir numerososaparatos de MT (fusibles, reclosers,seccionalizadores -terminología-).
Sin embargo, en algunos casos, laaparamenta de protección se reducea fusibles de tipo cut-out(terminología), limitando de estemodo la inversión financiera, pero en
decremento de las prestaciones y dela seguridad (riesgo de incendio).
La concepción del plan de protección,control y mando es complejo a nivelde selectividad entre los distintosórganos de protección.
Asimismo, la explotación ymantenimiento de tales redes sonmás exigentes que para las redesrealizadas según el esquema EDF:
Fig. 21: Esquema (detallado por fase) de distribución MT aérea norteamericana.
n se requiere un personal muycualificado (mantenimiento de laaparamenta, regulación de lasprotecciones,�)
n deben preverse importantesstocks de recambios (distintoscalibres de fusibles,�).
Esta solución se justifica sobre todoen los países de gran superficie ycon escasa densidad de carga (ej.EE.UU y Canadá en medio rural).
transformador AT/MT
interruptor automático(3 monofásicos indepen-dientes o 1 trifásico)
conductor neutro
dos fusibles en protección dederivación (2 fases+neutro)
recloser: interruptor automáticoaéreo (3 monofásicos o 1 trifásico)con reenganches múltiples
transformador MT/BT (verrecuadro más abajo)
seccionalizadorMT/BT
distribución aérea MTlínea principal: tres fases y neutroderivación: mono, bi o trifásica con neutro
subestaciónAT/MT
MT/BT
MT/BT
MT/BT
Nb
Nb
Nb
centro de transformaciónnorte-americano MT/BT
MT
BT BT
línea
prin
cipa
l
derivación
Cuaderno Técnico Schneider n° 155 / p. 23
La aparición de las técnicasnuméricas a base demicroprocesadores ha modificadoconsiderablemente las solucionesutilizadas para la concepción de losplanes de protección, control ymando. Este capítulo presenta lasúltimas evoluciones y contemplaalgunas perspectivas de porvenir deestas funciones, cada vez máscomplejas, explotadas en las redesde MT. Muestra también laimportancia de esta nueva disciplinaque es la compatibilidadelectromagnética (CEM).
Las tecnologías de lasunidades de protección deMT
Una unidad de protección, o relé deMT. (anexo 1), tiene como misión:
n vigilar permanentement distintosparámetros de una sección de red(líneas, cable o transformador),
n actuar en situación anormal,
n y cada vez más, transmitirinformaciones para la explotación dela red.
Para ello, analiza los valores de lasmagnitudes magnéticas que le sonproporcionadas por los captadoresde medida, y da las órdenes defuncionamiento a los circuitos dedisparo.
Durante mucho tiempo limitadas a latecnología electromecánica, lasunidades de protección de MTconocen hoy en día una evoluciónfundamental con la utilización de losmicroprocesadores.
Los materiales disponibles hasta hoyse basan en tres tecnologías:electromecánica, analógica ynumérica. La más antigua es latecnología electromecánica, los relésson simples y especializados (controlde la corriente, tensión, frecuencia)pero de escasa precisión; susregulaciones son susceptibles dedesviación en el tiempo.
La tecnología electrónica analógica(transistor), más reciente, ha traídoprecisión y fiabilidad.
Por último, en los años 80, latecnología numérica ha permitido,gracias a la potencia de tratamientode los microprocesadores, realizarunidades de tratamiento de lainformación (figura 22) que pueden:
n asegurar globalmente las distintasprotecciones,
n sustituir los relés (automatismo)de la celda,
n proporcionar al usuario la medidade los parámetros eléctricos.
Estas unidades con vocaciónampliada son:
n flexibles (la elección de lasprotecciones se hace por simpleprogramación),
n parametrables (mayoresposibilidades de regulaciones),
n fiables (están equipadas condispositivos de autovigilancia o«perro guardián» y de auto-test,
n económicas (su cableado y tiempode instalación son reducidos).
Además, gracias a algoritmoselaborados, y a sus comunicacionesnuméricas, permiten realizarfunciones adicionales tales como laselectividad lógica.
Aprovechando esta capacidad decomunicación, ahora puederealizarse una verdadera gestión dered (similar a la gestión técnica deuna instalación industrial).
En el campo de los captadores, y enparticular de corriente, se afirma latendencia a emplear captadores conamplia banda de medida en lugar delos transformadores de intensidad (1ó 5 A). Tales captadores concebidospara la aplicación del principio deRogowski (captador amagnético) secomercializan. Aportan a losdistribuidores solucionesoptimizadas (reducción de lasvariantes y facilidad de elección, quetienen prestaciones mucho mejores
(mejor linealidad de la curva derespuesta) que los transformadorestradicionales.
Compatibilidadelectromagnética
La CEM se define como capacidad deun dispositivo, equipo o sistema,para funcionar de modo satisfactorioen un entorno electromagnético sininfluenciar a este entorno; dichoentorno puede incluir otrosdispositivos más o menos sensibles.
Con el desarrollo de las técnicasnuméricas y la necesariacohabitación de los materiales de MT(tensión e intensidad de elevadosvalores en particular en el momentode sus maniobras) y de losdispositivos de protección, control ymando basados en la electrónica(bajo nivel de tensión y fuertesensibilidad a las radiacioneselectromagnéticas), Merlin Gerin,para desarrollar sus nuevosproductos, ha tenido que estudiar en
5 Protección, control y mando de las redes de MT
Fig. 22: SEPAM, unidad de protección,control y mando con sus tres captadoresamagnéticos (Merlin Gerin).
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profundidad y luego aplicar estadisciplina que es la CEM. Ademáspara satisfacer las exigencias de losdistribuidores (seguridad defuncionamiento) ha sido necesarioefectuar ensayos más rigurosos quelos definidos en las recientes normasactualmente vigentes (anexo 1) queprecisan los límites deperturbaciones aceptables:
n por ejemplo, para los aparatos demedida, la norma CEI 801-3preconiza ensayos en la banda defrecuencias 27 MHz - 500 MHz y tresniveles de severidad (1, 3, 10 V/m)mientras que las condiciones deensayo en los laboratorios de MerlinGerin son mucho más severas: lagama de frecuencias cubiertas seextiende de 10 kHz a 1 kHz; ademásdesde 27 MHz hasta 1 GHz losaparatos pueden ser ensayados concampos que alcanzan 30 V/m. (Vertambién el CT nº 149),
n y para los materiales de MT,algunos ensayos se realizan encuadros completos (aparamenta deMT y unidad de protección) ensituación real de explotación.
Pero a pesar de que la CEM se tomeen cuenta en todas las fases dedesarrollo y fabricación de losaparatos, para realizar un equipoperfectamente operacional, debetambién aplicarse en las fases deinstalación y de cableado en la obra.
Aplicaciones del control ymando en MT
Hacia una explotación centralizada
La telegestión consiste en agrupar enuno o varios puntos todo lo que esnecesario para el control y mando adistancia de una red de MT (figura23). Estos puntos de reagrupamientoson centros de gestión fija o móvil (abordo de un vehículo). Se denominantambién, según los distribuidores,centro de gestión, dispatching oSCADA (Supervisory Control And DataAcquisition).
Para tomar en cuenta lasnecesidades específicas de lagestión de estas redes dedistribución de MT, estos centros degestión son distintos de los utilizadosen las redes de transporte y de
reparto. La multiplicidad y dispersióngeográfica de los puntos detelegestión, la gestión de varioscentros de gestión simultáneos, elnúmero y la cualificación de losexplotadores requieren solucionesadaptadas:
n ergonomía y compenetración delos centros de trabajo,
n herramientas de ayuda a lagestión,
n herramientas de configuración(terminología) de los centros degestión,
n gestión de los distintos soportesde transmisión utilizados.
En la práctica, el término telegestiónengloba las funciones de teleseñali-
zación, televigilancia, telemedida ytelemando. Estas funciones puedenrepartirse en dos gruposrelacionados con el sentido detransmisión entre el explotador y lared:
n televigilancia, de los aparatoshacia el explotador (figura 24),
n telemando, del explotador hacialos aparatos.
Televigilancia
Por su parte,reagrupa las señalizaciones deposición de los distintos aparatos deMT, su eventual disparo en caso dedefecto, la medida de los consumosinstantáneos o ponderados en lasdistintas partes de la red eléctrica y
Fig. 23: Ejemplo de telegestión de una red de MT, con las distintas conexionesnecesarias para los intercambios de información.
ondas radiored telefónica conmutada
red telefónica(línea especializada)
redtelefónicaconmutada
ondas radio
aparato aéreo de MTcentro MT/BTsubestación AT/MT
centro móvilde gestión
centro fijode gestión
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cualquier otra información quepermita saber el estado actualizadode la red. Permite, por ejemplo,imprimir automáticamente(consignación) y de modo continuo,cuando ocurren o temporalmente,todos los acontecimientosnecesarios para gestionar la red entiempo real o para analizarlaposteriormente.
Todas estas informaciones con sumodo de restitución, se definen en elmomento de la concepción del plande control y mando. En particular lasimágenes sinópticas se crean enfunción de la instalación real y de lasnecesidades del usuario. Además,son animadas en tiempo real. Deeste modo, el usuario puedevisualizar:
n los esquemas de explotación (redeléctrica, centro, celda MT, �);
n el estado de la instalación(posición de los aparatos de MT, �);
n los valores de las magnitudes deexplotación (corrientes, tensiones,potencias, �);
n los valores de regulación de lasprotecciones de MT;
n el contenido detallado de lasalarmas, con su cronología deaparición;
n �
Telemando
El mando a distanciade la apertura y cierre de los aparatosde potencia es el ejemplo elementaldel telemando. Su aplicaciónpráctica concierne los interruptores einterruptores automaticos de MTtelemandados. Otras accionespueden ser telemandadas:regulaciones, automatismo, �
Las órdenes de telemando deben serejecutadas con el máximo deseguridad. Lo que se obtienemediante la utilización de una red decomunicación de altas prestaciones,permitiendo disponer de lasinformaciones necesarias en tiemporeal. De este modo, una orden demaniobra de un aparato de MT setransmite a través de un telemandodoble (TMD), y se confirma por lavuelta de una teleseñalización doble(TSD).
Los procedimientos de telemandointegran también solicitudes devalidación y confirmación antes deejecutar una orden de maniobra.
Telegestión
En la distribución de MT es unafuente de ahorros a nivel deexplotación de la red. En efecto, sintener que desplazarse, el explotadorpuede permanentemente controlar eintervenir en el funcionamiento de sured. Por ejemplo: a consecuencia deun defecto, es posible cambiarrápidamente el esquema deexplotación de la red para que estaparte de red no alimentada seamínima, y esto, consultando adistancia los indicadores delocalización de defecto (léxico)instalados en distintos lugares de lared de MT, y luego actuando sobre losinterruptores de MT telemandados.De todo ello resulta una fuertereducción de la energía nodistribuida, y también unaoptimización de esta red con
posibilidad de gestionar del mejormodo la repartición de las cargas.
La carga de la red puede también serobjeto de análisis.
En particular, a partir de laconsignación de la curva de carga,dichos análisis permiten comprobar yoptimizar los consumos de energía.
Por último, para una mayor eficacia,el operador puede disponerrápidamente de la información máspertinente a través de un pre-tratamiento automático, tal comooperación de selección, puesta enforma gráfica, cálculo, �
Gestión automática de las fuentesde energía
Esta gestión, cuyo objetivo esmejorar la calidad de serviciomediante la continuidad dealimentación en la red, tiene comoprincipal aplicación la permutaciónentre las distintas fuentes de energíaeléctrica. Esta aplicación, a base deautomatismos, se realiza a través delas unidades de control y mando.
Fig. 24: Varias funciones, reagrupadas aquí según el sentido de sus transmisiones entreel explotador y la red, son necesarias para realizar la telegestión.
telegestión
telemando(tránsito de órdenes)
televigilancia(tránsito de informaciones)
mando a distancia de los aparatosde MT de las redes, cambio a distancia de lasregulaciones.
+
=
teleseñalización,telemedida.
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La topología en doble derivaciónutilizada por EDF en algunas de susredes subterráneas es un ejemplo deello.
Arquitectura de control ymando en MT
La llegada de las tecnologíasnuméricas ha modificadoconsiderablemente las solucionesutilizadas para el control y mando enMT. En particular, la facilidad dedisponer de unidades de protección,control y mando numéricas con pocovolumen y coste razonable permite,con una gestión de explotacióncentralizada, utilizar hoy inteligenciaslocales. Esta evolución ofrece lasventajas siguientes:
n palia los inconvenientes de unainteligencia concentrada en un solopunto. En efecto, un fallo de este
punto sería catastrófico para elconjunto de la explotación de la redeléctrica,
n ofrece la ventaja de un mejormantenimiento y de una flexibilidadde funcionamiento incrementada.
Las redes eléctricas, cualquiera quesea su esquema, se prestantotalmente a esta evolución. Poresto, a pesar de la diversidad de losmétodos de explotación, es lógico verdesarrollarse una jerarquización delas funciones del control y mando enMT.
Con este propósito, un plan decontrol y mando en MT define:
n las funciones a realizar,
n su localización jerárquica,
n y su localización geográfica.
Puede estudiarse siempre según 4niveles (figura 25):
n nivel 0: aparatos de MT ycaptadores,n nivel 1: protección, control ymando de una celda de MT,n nivel 2: gestión local de un centrode transformación,n nivel 3: telegestión de una red deMT (aplicación E.D.F. anexo 3).
El conjunto constituye unaarquitectura de control y mando enMT, cuyo funcionamiento está basadoen numerosos intercambios deinformaciones entre los distintosniveles jerárquicos. Estasinformaciones son esencialmente lassiguientes:
n teleseñalizaciones,n telemedidas,n telemandos.
Sus intercambios pueden producirseen permanencia o a consecuencia deun suceso (incidente en la red, ordende maniobra, �); necesitan redes decomunicación eficaces.
Fig. 25: Los distintos niveles jerárquicos de las funciones del control y mando de MT.
telemando de una
red eléctrica
gestión local
de un centro
protección, control y
mando de una celda de MT
aparatos de MT
y captadores
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Las redes de comunicación
Todos estos intercambios sereagrupan en la funciónteletransmisión definida por losparámetros siguientes:
n su organización,
n sus soportes materiales,
n su protocolo de comunicación.
El conjunto de estos parámetrospermite garantizar que cualquiermensaje emitido se recibecorrectamente (sin errores).
Organización de lasteletransmisiones
La solución más simple consiste enhacer comunicar dos emisores-receptores. Este sistema se quedarápidamente limitado en susaplicaciones porque sólo se puedenenlazar dos puntos. Cuando variasunidades intervienen en el control ymando, la conexión punto por puntose vuelve insuficiente, de ahí lanoción multi-puntos. En este caso,son posibles dos organizaciones:
n maestro - maestro:
Todas las unidades situadas en estaorganización pueden tomar lainiciativa,
n maestro - esclavo:
La unidad de control y mando de nivelmás elevado en la jerarquía de laarquitectura suele ser el maestro. Seencarga de gestionar todas lastransmisiones; para ello, interroga atodos los esclavos uno tras otro, demodo continuo o a consecuencia deun acontecimiento. Los esclavoscontestan a las interrogaciones yejecutan las instrucciones dadas porel maestro.
Referente al control y mando de lasredes eléctricas, la organización quesuele utilizarse más a menudo y quees más segura es la de tipo maestro-- esclavo.
En cuanto a la transmisión de losdatos, es de tipo serie. Esto significaque las informaciones codificadas enbinario (0/1) son enviadas unas trasotras en un mismo soporte. Lasventajas de esta transmisión sonante todo un cableado muy simple yuna buena inmunidad a lasperturbaciones exteriores.
Soportes materiales de transmisión
La transmisión de las informacionesrequiere también disponer de uno ovarios soportes materiales.
En el caso del control y mando de lasredes eléctricas, los soportesutilizados son los siguientes:
n par de hilos de transmisión, cablecoaxial (conexiones telefónicasespecializadas o red telefónicaconmutada nacional),
n onda radio (haces hertzianos),
n cable de energía (caso de lasondas portadoras en la línea).
La fibra óptica está todavía en faseexperimental porque, a pesar de sugran ventaja de ser insensible a lasperturbaciones de naturalezaeléctrica, su coste de instalaciónsigue siendo un freno importante. Enla gestión de carga de las redes, porejemplo para el envío de las señalesde cambio de tarifa por E.D.F. o elenvío de órdenes de desconexión enlos Estados Unidos. Pero están enfase experimental para otrasaplicaciones, por ejemplo latelelectura de los contadores deenergía o la reconfiguración de la reddespués de un defecto.
De hecho, hoy en día, no se imponeningún tipo de soporte; su eleccióndepende de distintos criterios:
n número de informaciones atransmitir,
n frecuencia (número y periocidad)de los intercambios,
n velocidad requerida para losintercambios,
n naturaleza de las informaciones,
n distancia de transmisión,
n relieve del terreno (ejemplo: zonamontañosa),
n coste de la informaciónintercambiada.
En la práctica, un distribuidor deenergía eléctrica utiliza siempredistintos soportes:
n las líneas especializadas (2 hilosde transmisión) para el control ymando de las obras importantes(subestación AT/MT, centro MT/MT),
n las conexiones radioeléctricas otelefónicas para el control y mandode las obras secundarias (centro MT/BT e interruptor MT aéreotelemandado).
Protocolos de transmisión
El protocolo es el lenguaje utilizadopara intercambiar informacionesentre las distintas unidades deprotección, control y mando en unaarquitectura. Define la estructura delos mensajes intercambiados, tantopara la solicitud de información comopara los mensajes de respuesta.Estos protocolos pueden serespecíficos de un constructor demateriales (o de variosconstructores) o estandarizados ynormalizados. En lo que concierne ala distribución pública, en el conceptode arquitectura presentadoanteriormente y que vageneralizándose, los distribuidoresse esfuerzan en normalizar losprotocolos entre los niveles 2 y 3. Encambio, las transmisiones internasde las aparamentas quedan a lainiciativa de sus constructores.
Dialogar según el protocolo elegidoen una arquitectura es una condiciónindispensable para que un materialpueda integrarse a dichaarquitectura.
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Lo que destaca de las situacionesactuales es la diversidad según lospaíses:
n diversidad de los esquemaseléctricos y de su protección,
n diversidad de las eleccionestécnicas de base,
n diversidad de los modos deexplotación.
Sin embargo, el conjunto de losdistribuidores pronostica dosimportantes evoluciones a largoplazo: la evolución hacia un sistemade MT y la evolución hacia la gestiónautomática de las redes de MT.
Evolución hacia un sistema de MT
Como se ha visto en las páginasanteriores, una red de distribucióneléctrica de MT se realiza a través dela imbricación de dos redes:
n la red de energía, cuyo objetivoconsiste en transportar la electricidadhacia los puntos usuarios. Seconcreta con el esquema unifilar y secompone de aparatoselectrotécnicos, transformadores,cables, �
n la red de información, cuyo objetivoes tratar correctamente los datospara conseguir una mayor seguridady disponibilidad total de dicha red.
Concretada por los planes deprotección, control y mando, esta redse compone de unidades deprotección, control y mando que,asociadas entre sí por una red decomunicación de altas prestaciones,se localizan:
o a nivel de los aparatos de MT,
o a nivel de los centros,
o a nivel de la propia red eléctrica.
Así es como, desde la concepción ala explotación de una red eléctrica,«el Hombre Media Tensión» seconvierte en un «Hombre Sistema».
Evolución hacia la gestiónautomática de las redes de MT
Después de las revolucionesagrícolas e industriales, la de lacomunicación crea nuevasnecesidades y nuevas soluciones yesto, de modo irreversible. La etapasiguiente será la utilización desistemas expertos para analizar yexplotar automáticamente las redes.Esta evolución es ya objeto deexperiencias por algunosdistribuidores, por ejemplo TEPCOen Japón.
Pero lo que frena esta futuraevolución es el estado de las redesexistentes. En efecto, éstas no hansido concebidas en una óptica deexplotación automatizada: susesquemas complejos y no repetitivosno facilitan un análisis racional.
Los distribuidores se han percatadode este obstáculo. Por esto, en susorientaciones a largo plazo, lasimplificación y racionalización de losesquemas de las redes aparecencomo nuevos objetivos que requierenlargas y costosas inversiones. Sinesperar esta futura etapa,experimentan permanentementesoluciones adaptadas a losesquemas actuales de sus redes deMT.
Asimismo, los constructores utilizanlas más recientes tecnologías paraque los distribuidores puedanbeneficiarse de ellas.
Obviamente, el «Hombre», deberásiempre guardar el dominio de talesSistemas. Y mientras lostratamientos de la informaciónnacidos de la informática aportan yaa los distribuidores de energía unmayor conocimiento y comprensiónde sus redes eléctricas, los añosfuturos aportarán solucionesinnovadoras que contribuirán aalcanzar el objetivo principal:satisfacer las necesidades de losconsumidores de energía eléctrica,con una calidad de servicio óptima.
6 Conclusión
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La diversidad de los materialescitados en este Cuaderno Técnico nopermite indicar todas las normasinternacionales y/o nacionales que serefieren a ellos.
A título de ejemplo, indicamos aquíalgunas normas:
n relativas a los aparatos de corte deMT:
CEI 56 y 694,CEI 470 para los contactores,UTE C 64-100 y C 64-101,VDE 0670,BS 5311,ANSI C37-06 para los interruptoresautomáticos.
Anexo 1: Algunas normas para productos de MT
n relativas a los Ring Main Unit:
CEI 129, 265, 298 y 420,UTE C 64-130, C 64-131 y C 64-400,VDE 0670,BS 5227.
n relativas a las unidades deprotección:
CEI 68,CEI 255,CEI 655,NV C 20-455,NF C 63-850.
n relativas a la compatibilidadelectomagnética:
o referentes a la sensibilidad a lasperturbaciones
CEI 801 - capítulos 1 a 4,NF C 46-020 a 023;
o referentes a la emisión deperturbaciones
EN 55.022,NF C 91-022.
Recordatorio
Cuando aparece un defecto en unared eléctrica, varios órganos deprotección situados en distintaszonas pueden detectarsimultáneamente esta anomalía.
La selectividad del plan de protecciónpermite hacer funcionar en prioridadel órgano situado más cerca, aguasarriba, del defecto. De este modo, elcorte de alimentación se limita a unazona mínima de la red.
Sin embargo, un plan de protecciónintegra redundancias. Así desde laconcepción de ese plan, se prevé quesi un órgano de protección no actúacorrectamente, otro órgano situadoaguas arriba de éste deberáreaccionar a su vez para limitar lasconsecuencias del defecto.
Cada uno de estos órganos deprotección, montados en cascada enla red, constituye un escalón deselectividad.
En una red de MT, el número deescalones de selectividad entre lostransformadores de AT/MT y MT/BTsuele ser limitado: de 3 a 5 según lospaíses. En efecto, más allá de este
número, la seguridad no puedegarantizarse ya que los tiempos dereacción y los valores de lascorrientes de defecto se vuelven muypeligrosos.
Las distintas técnicas
Para asegurar esta selectividad en unplan de protección de MT, puedenutilizarse cinco principios técnicos:amperimétrico, cronométrico,diferencial, de distancia y lógico.
Selectividad amperimétrica
Es asegurada por las regulacionesen valor de corriente de los umbralesde disparo.
Selectividad cronométrica
Es asegurada por las regulacionesen valor de tiempo de los umbralesde disparo.
Selectividad diferencial
Es asegurada por un recorte de la reden zonas independientes, y ladetección en cada una de estaszonas de una diferencia entre lasuma de las corrientes que entran yla suma de las que salen. Esta
Anexo 2: Las distintas técnicas de selectividad
técnica requiere un cableado entrelas unidades de protección situadasen las dos extremidades de la zonavigilada.
Selectividad de distancia
Es asegurada por un recorte de la reden zonas, y las unidades deprotección, por cálculo de laimpedancia aguas abajo, puedenlocalizar en qué zona está situado eldefecto.
Selectividad lógica
Esta selectividad es asegurada poruna orden de «espera lógica» deduración limitada, emitida por laprimera unidad de protección situadajusto aguas arriba del defecto y quedebe cortar el circuito hacia las otrasunidades de protección situadasaguas arriba. Permite aumentar elnúmero de escalones de selectividadsin alargar los tiempos de disparoaguas arriba.
Son necesarios unos cables pilotosentre las unidades de protección.
Esta técnica puesta a punto ypatentada por Merlin Gerin se detallaen el Cuaderno Técnico nº 2.
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Anexo 3: Arquitectura EDF y materiales Merlin Gerin
nivel 3: telegestión de una red
nivel 2: gestión de centro
nivel 1: protección, control y mando de una celda MT
nivel 0: aparatos de MT y captadores
teletransmisiones por líneas telefónicas especialidadas
teletransmisiones por radio y/o red telefónica conmutada
red interna de la aparamenta (hilo a hilo, actualmente)
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Cuadernos Técnicos Merlin Gerin
n Protección de redes por el sistemade selectividad lógica. CT nº 2 (F.Sautriau)
n La CEM: la compatibilidadelectromagnética. CT nº 149 (F.Vaillant)
Bibliografía
Publicaciones diversas
Los documentos que tratan de lostemas abordados en este CuadernoTécnico son muy numerosos. Y apesar de que los artículos quepresentan el conjunto de estos temassean menos numerosos, hemosestimado más conveniente orientar allector interesado hacia organismosque difunden los informes técnicosprocedentes de distintos congresos:
n Jornadas de estudio técnico S.E.E.
o calidad y economía de laalimentación eléctrica,
o redes rurales de Media Tensión:evolución y perspectiva.
Dirección:
Société des Electriciens et desElectroniciens
48 rue de la Procession
75724 PARIS Cedex 15
Francia
n C.I.R.E.D.
Congrès International des RéseauxElectriques de Distribution
Dirección:
Institution of Electrical Engineers
Savoy Place, LONDON WC2R OBL
Reino Unido
n UNIPEDE
Union Internationale des Producteurset Distributeurs d'Electricité
Dirección:
39 avenue de Friedland
75008 PARIS
Francia