Sistema Eléctrico de Potencia

Distribución de energía eléctrica. Transformadores. Alimentadores. Acometidas. Carga instalada. Caída de tensión. Factores de demanda. Sobrecorriente

  • Enviado por: Oscar Noch
  • Idioma: castellano
  • País: México México
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LA ENERGIA ELECTRICA

INTRODUCCIÓN

De todas las formas de energía conocidas en la actualidad, la que más se emplea para la economía de cualquier nación, es la energía eléctrica.

La posibilidad de explotar distintos tipos de fuentes de energía como corrientes de ríos, combustóleo, gas, Uranio, carbón, la fuerza de los mares y vientos, géiser, etc. de sitios alejados de los centros de consumo, hace posible que la energía eléctrica se transmita a grandes distancias, lo que resulta relativamente económico, ya que es necesaria en la gran mayoría de procesos de producción de la sociedad actual.

Las bases de la energía eléctrica fueron cimentadas a medidos del siglo XIX, cuando el científico inglés, Michael Faraday, en el año de 1831, descubrió el fenómeno de la inducción electromagnética. Las posteriores investigaciones de la interacción de los conductores de corriente eléctrica con el campo electromagnético posibilitaron la creación de generadores eléctricos, que transforman la energía mecánica del movimiento giratorio en energía eléctrica, lo que formo la base de un Sistema Eléctrico de Potencia (SEP).

- SISTEMA ELÉCTRICO DE POTENCIA (SEP)

Un Sistema Eléctrico de Potencia (SEP), es el conjunto de centrales generadoras, de líneas de transmisión interconectadas entre sí y de sistemas de distribución esenciales para el consumo de energía eléctrica.

El Sistema Eléctrico de Potencia (SEP) está formado por tres partes principales: generación, transmisión y distribución; siendo:

- La GENERACIÓN, es donde se produce la energía eléctrica, por medio de las centrales generadoras, las que representan el centro de producción, y dependiendo de la fuente primaria de energía, se pueden clasificar en:

* CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

* CENTRALES TERMOELÉCTRICAS

* CENTRALES GEOTERMOELÉCTRICAS

* CENTRALES NUCLEOELÉCTRICAS

* CENTRALES DE CICLO COMBINADO

* CENTRALES DE TURBO-GAS

* CENTRALES EÓLICAS

* CENTRALES SOLARES

Las centrales generadoras se construyen de tal forma, que por las características del terreno se adaptan para su mejor funcionamiento, rendimiento y rentabilidad.

En régimen normal, todas las unidades generadoras del sistema se encuentran en " sincronismo ", es decir, mantienen ángulos de cargas constantes. En este régimen, la frecuencia debe ser nominal ( 60 Hz. ) o muy cercana a ésta. Los voltajes de generación varían de 2.4 a 24 kV. , dependiendo del tipo de central.

Las características de las centrales eléctricas se relacionan con la subestación y la línea de transmisión en función de la potencia, la distancia a que se transmite y al área por servir.

- LÍNEAS DE TRANSMISIÓN, son los elementos encargados de transmitir la energía eléctrica, desde los centros de generación a los centros de consumo, a través de distintas etapas de transformación de voltaje; las cuales también se interconectan con el sistema eléctrico de potencia ( SEP).

Los voltajes de transmisión utilizadas en este país son: 115, 230 y 400 kV.

Una de las formas de clasificar las líneas de transmisión, es de acuerdo a su longitud, siendo:

a) Línea corta de menos de 80 Km.

b) Línea media de entre 80 y 240 Km.

c) Línea larga de 240 Km. y más

- SUBESTACIONES ELÉCTRICAS, en función a su diseño son las encargadas en interconectar líneas de transmisión de distintas centrales generadoras, transformar los niveles de voltajes para su transmisión o consumo.

Las subestaciones eléctricas por su tipo de servicio se clasifican en:

* SUBESTACIONES ELEVADORAS

* SUBESTACIONES REDUCTORAS

* SUBESTACIONES COMPENSADORAS

* SUBESTACIONES DE MANIOBRA O SWITCHEO

* SUBESTACIÓN PRINCIPAL DEL SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN

* SUBESTACIÓN DE DISTRIBUCIÓN

* SUBESTACIONES RECTIFICADORAS

* SUBESTACIONES INVERSORAS

Sin duda la denominación de una subestación como transmisión o distribución es independiente de las tensiones involucradas, y está determinada por el fin a que se destinó.

El objetivo a cumplir por una subestación es determinante en su ubicación física. Para esto, las subestaciones de transmisión están ubicadas alejadas de los centros urbanos, esto facilita, el acceso de líneas de alta tensión y la localización de terrenos lo suficientemente grandes para albergar en forma segura los delicados equipos para el manejo de alta tensión.

Por otra parte las subestaciones de distribución deben construirse en función del crecimiento de la carga, es decir, deben estar ubicadas en los centros de carga de áreas urbanizadas para, de esta forma, asegurar la calidad y continuidad del servicio al usuario.

Es claro que por las características funcionales de cada subestación, no deben mezclarse en una instalación, equipos de transmisión y distribución. La utilización de este tipo de subestaciones debe limitarse exclusivamente a aquellos casos de claras justificaciones técnico económicas.

Las subestaciones de distribución son alimentadas desde las subestaciones de transmisión con líneas o cables de potencia a la tensión de 230 o 85 kV, es lógico suponer que esta tensión no debe considerarse como de transmisión ni distribución para esta condición intermedia, se desarrolla el concepto de subtransmisión.

Los niveles de tensión para su aplicación e interpretación se consideran conforme lo indican las tarifas para la venta de energía eléctrica en su sección de aspectos generales, siendo:

a) Baja tensión es el servicio que se suministra en niveles de tensión menores o iguales a 1 kV.

b) Media tensión en el servicio que se suministra en niveles de tensión mayores a 1 kV., pero menores o iguales a 35 kV.

c) Alta tensión a nivel subtransmisión es el servicio que se suministra en niveles de tensión mayor a 35 kV., pero menores a 220 kV.

d) Alta tensión a nivel transmisión es el servicio que se suministra en niveles de tensión iguales o mayores a 220 kV.

Actualmente en nuestro país, la industria eléctrica está incrementando día con día su actividad, ya que tiene que satisfacer la demanda de su gran población. Es por esto, que el Sector Eléctrico tiene que desarrollar nuevas técnicas y métodos para su utilización en el suministro de energía eléctrica; ya que al haber más actividad, es inminente la urgencia de una mejor optimización de los sistemas eléctricos.

 

I.1.- DEFINICIÓN DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN

¿Qué es lo que en realidad significa el término sistemas de distribución? Tal vez no esté perfectamente definido internacionalmente; sin embargo, comúnmente se acepta que es el conjunto de instalaciones desde 120 Volts hasta tensiones de 34.5 kV encargadas de entregar la energía eléctrica a los usuarios a los niveles de tensión normalizados y en las condiciones de seguridad exigidas por los reglamentos.

En el nivel de baja tensión por lo general hay confusiones con las instalaciones internas o cableados de predios comerciales o grandes industrias y en tensiones mayores de los 34.5 kV como es el caso de cables de subtransmisión de 85 kV que se traslapan con tensiones mayores, especialmente en países industrializados en que la población urbana es alta, y se consideran estas tensiones como de distribución.

Los sistemas de distribución, ya sea que pertenezcan a empresas privadas o estatales, deben proyectarse de modo que puedan ser ampliados progresivamente, con escasos cambios en las construcciones existentes tomando en cuenta ciertos principios económicos, con el fin de asegurar un servicio adecuado y continuo para la carga presente y futura al mínimo costo de operación.

TEMA I

 I.2. CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCION

En función de su construcción estos se pueden clasificar en:

- Sistemas aéreos.

- Sistemas subterráneos.

- Sistemas mixtos.

- Sistemas aéreos, estos sistemas por su construcción se caracterizan por su sencillez y economía, razón por la cual su utilización está muy generalizada. Se emplean principalmente para:

1.- Zonas urbanas con:

a) carga residencial

b) carga comercial

c) carga industrial

2- Zonas rurales con:

a) carga doméstica

b) carga de pequeñas industrias

(bombas de agua, molinos, etc.)

Los sistemas aéreos están constituidos por transformadores, cuchillas, apartarrayos, cortacircuitos fusibles, cables desnudos, etc.: los que se instalan en postes o estructuras de distintos materiales.

La configuración mas sencilla para los sistemas aéreos es del tipo arbolar, la cual consiste en conductores desnudos de calibre grueso en el principio de la línea y de menor calibre en las derivaciones a servicios o al final de la línea. Cuando se requiere una mayor flexibilidad y continuidad del servicio es posible utilizar configuraciones más elaboradas.

Los movimientos de carga se llevan a cabo con juegos de cuchillas de operación con carga, que son instaladas de manera conveniente para efectuar maniobras tales como : trabajos de emergencia, ampliaciones del sistema, conexión de nuevos servicios, etc.. En servicios importantes tales como:

Hospitales, edificios públicos, fábricas que por la naturaleza de su proceso de producción no permiten la falta de energía eléctrica en ningún momento; se instalan dos circuitos aéreos, los cuales pueden pertenecer a la misma subestación de distribución, o de diferentes subestaciones, esto se realiza independientemente a que la mayoría de estos servicios cuentan con plantas de emergencia con capacidad suficiente para alimentar sus áreas más importantes.

En éste tipo de sistema se encuentra muy generalizado el empleo de seccionadores, como protección de la línea aérea, para eliminar la salido de todo el circuito cuando hay una falla transitoria.

- Sistemas subterráneos, estos sistemas se construyen en zonas urbanas con alta densidad de carga y fuertes tendencias de crecimiento, debido a la confiabilidad de servicio y la limpieza que estas instalaciones proporcionan al paisaje. Naturalmente, este aumento en la confiabilidad y en la estética involucra un incremento en el costo de las instalaciones y en la especialización del personal encargado de construir y operar este tipo de sistema.

Los sistemas subterráneos están constituidos por transformadores tipo interior o sumergibles, cajas de conexión, interruptores de seccionamiento, interruptores de seccionamiento y protección, cables aislados, etc.: los que se instalan en locales en interior de edificios o en bóvedas, registros y pozos construidos en banquetas.

Los principales factores que se deben analizar al diseñar un sistema subterráneo son :

* Densidad de carga

* costo de la instalación

* grado de confiabilidad

* facilidad de operación

* seguridad

- Sistemas mixtos, este sistema es muy parecido al sistema aéreo, siendo diferente únicamente en que los cables desnudos sufren una transición a cables aislados. Dicha transición se realiza en la parte alta del poste y el cable aislado es alojado en el interior de ductos para bajar del poste hacia un registro o pozo y conectarse con el servicio requerido.

Este tipo de sistema tiene la ventaja de eliminar una gran cantidad de conductores, favoreciendo la estética del conjunto, disminuyendo notablemente el número de fallas en el sistema de distribución y por ende aumentando la confiabilidad del mismo.

 

TEMA I 

I.3.- PRINCIPALES COMPONENTES DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCION

Los principales elementos componentes de un sistema de distribución son :

a) Alimentadores primarios de distribución.

b) Transformadores de distribución.

c) Alimentadores secundarios.

d) Acometidas.

e) Equipo de medición.

 

I.3.1)- ALIMENTADORES PRIMARIOS DE DISTRIBUCIÓN:

Son los encargados de llevar la energía eléctrica desde las subestaciones de potencia hasta los transformadores de distribución. Los conductores van soportados en poste cuando se trata de instalaciones aéreas y en ductos cuando se trata de instalaciones subterráneas.

Los componentes de un alimentador primario son:

* Troncal.

* Ramal.

 

* Troncal, es el tramo de mayor capacidad del alimentador que transmite la energía eléctrica desde la subestación de potencia a los ramales. En los sistemas de distribución estos conductores son de calibres gruesos 336, 556 y hasta 795 MCM, ACSR (calibre de aluminio con alma de acero), dependiendo del valor de la densidad de carga.

* Ramal, es la parte del alimentador primario energizado a través de un troncal, en el cual van conectados los transformadores de distribución y servicios particulares suministrados en media tensión. Normalmente son de calibre menor al troncal.

Los alimentadores primarios normalmente se estructuran en forma radial, en un sistema de este tipo la forma geométrica del alimentador semeja la de un árbol, donde por el grueso del tronco, el mayor flujo de la energía eléctrica se transmite por toda una troncal, derivándose a la carga a lo largo de los ramales.

Los alimentadores primarios por el número de fases e hilos se pueden clasificar en:

- Trifásicos tres hilos.

- Trifásicos cuatro hilos.

- Monofásicos dos hilos.

- Monofásicos un hilo.

 

- Los alimentadores primarios trifásicos con tres hilos requieren una menor inversión inicial, en lo que a material del alimentador se refiere, sin embargo debido a que estos sistemas de distribución tienen un coeficiente de aterrizamiento mayor que uno trifásico cuatro hilos, permiten que los equipos que se instalen en estos sistemas de distribución tengan niveles de aislamiento mayores con costos mayores. Una característica adicional de estos sistemas es que los transformadores de distribución conectados a estos alimentadores son de neutro flotante en el lado primario.

Por lo que se refiere a detección de fallas de fase a tierra en estos sistemas de distribución es más difícil detectar estas corrientes, en comparación con los sistemas trifásicos cuatro hilos ya que al ser mayor la impedancia de secuencia cero de los alimentadores, las corrientes de falla son menores. Estos alimentadores se utilizan en zonas urbanas.

- Los alimentadores primarios trifásicos con cuatro hilos requieren una mayor inversión inicial, ya que se agrega el costo del cuarto hilo (neutro) al de los tres hilos de fase, sin embargo debido a que estos sistemas de distribución tienen un coeficiente de aterrizamiento menor de la unidad, los equipos que se conecten a estos alimentadores requieren de un menor nivel de aislamiento con menor costo de inversión. Estos sistemas se caracterizan por que a ellos se conectan transformadores con el neutro aterrizado a tierra en el devanado primario y transformadores monofásicos cuya tensión primaria es la de fase neutro.

En estos sistemas de distribución es más fácil detectar las corrientes de falla de fase a tierra ya que estos pueden regresar por el hilo neutro. Estos alimentadores se utilizan en zonas urbanas.

- Los alimentadores primarios monofásicos de dos hilos se originan de sistemas de distribución trifásicos, de hecho son derivaciones de alimentadores trifásicos tres hilos que sirven para alimentar transformadores monofásicos que reciben la tensión entre fases en el devanado primario. Este sistema de distribución es usado en zonas rurales o en zonas de baja densidad.

- Los alimentadores primarios monofásicos de un hilo son derivaciones de sistemas trifásicos que permiten alimentar transformadores monofásicos usándose estos alimentadores en zonas rurales, debido a la economía que representa en costo.

 

TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN:

Los transformadores de distribución son los equipos encargados de cambiar la tensión primaria a un valor menor de tal manera que el usuario pueda utilizarla sin necesidad de equipos e instalaciones costosas y peligrosas. En si el transformador de distribución es la liga entre los alimentadores primarios y los alimentadores secundarios.

La capacidad del transformador se selecciona en función de la magnitud de la carga, debiéndose tener especial cuidado en considerar los factores que influyen en ella, tales como el factor de demanda y el factor de coincidencia.

El número de fases del transformador es función del número de fases de la alimentación primaria y del número de fases de los elementos que componen la carga. En muchas ocasiones la política de selección del número de fases de los transformadores de distribución que decida emplear una compañía, señala el número de fases que deben tener los motores que se conecten en el lado secundario de los transformadores, dictando así una política de desarrollo de fabricación de motores en una cierta zona de un país o en un país entero.

La magnitud del porciento de impedancia de un transformador afecta la regulación de la tensión y el valor de las corrientes de corto circuito que fluyen por los devanados ante fallas en los alimentadores secundarios. A menores valores de impedancia mayores valores de regulación y de corriente de corto circuito; es por ello que el valor del porciento de impedancia se debe seleccionar tratando de encontrar un punto económico de estos dos factores, debiéndose tomar en cuenta que la calidad de tensión que se entrega a los usuarios se puede variar con los cambiadores de derivación de que normalmente se provee a un transformador.

La conexión del transformador trifásico es uno de los puntos de mayor interés cuando se trata de seleccionar un transformador para un sistema de distribución de energía eléctrica. Las opciones que se le presentan al ingeniero que diseñara dicho sistema, son en forma general entre seleccionar transformadores con neutro flotante o con neutro aterrizado. El transformador con neutro flotante es una necesidad cuando el sistema primario es trifásico tres hilos y el de neutro aterrizado cuando se trata de un sistema trifásico cuatro hilos. Al utilizar transformadores conectados en delta en el lado primario se disminuye el riesgo de introducir corrientes armónicas (magnitud sinusoidal de frecuencia múltiplo de la frecuencia fundamental de la corriente o de la tensión) de orden impar (especialmente en tercer orden) a los alimentadores primarios y se incrementa el riesgo de tener sobretensiones por fenómenos de ferrorresonancia (efecto producido en el núcleo cuando la fuerza electromotriz tiene una frecuencia muy próxima a las oscilaciones libres que se producen en el mismo) en el transformador. Estas sobretensiones se vuelven especialmente críticas en sistemas subterráneos de distribución.

Al seleccionar transformadores conectados en estrella con neutro aterrizado, se introducen corrientes armónicas de orden impar en los circuitos primarios y se disminuye grandemente la posibilidad de que se presenten sobretensiones por fenómenos de ferrorresonancia.

Respecto a la conexión T-T de los transformadores trifásicos, que aún cuando no se trata de un transformador trifásico en sí, se aplica en sistemas primarios trifásicos, para substituir a los trifásicos convencionales. Este tipo de transformador consta de dos devanados primarios y dos secundarios. Tanto primario como el secundario se forman conectando un devanado principal con una derivación central a un devanado secundario (con menor número de vueltas) de tal manera que se forme una T.

Estos transformadores normalmente tienen menos peso al tener solo dos devanados, tienen menos pérdidas, menos porciento de impedancia y deben tener menor costo también. Sin embargo su punto crítico lo presentan al tener bajos valores de porciento de impedancia ya que mecánicamente deben ser más fuertes para resistir los esfuerzos producidos por las corrientes de corto circuito. La implantación de estos transformadores en un sistema de distribución debe hacerse después de aplicar pruebas de corto circuito en laboratorio y supervisar zonas piloto electrificadas con estos equipos.

Por lo que se refiere a las conexiones en el lado secundario de los transformadores trifásicos, normalmente son estrella con neutro aterrizado y cuatro hilos de salida. Esto permite tener dos niveles de tensión para alimentar cargas de fuerza y alumbrado, detectar las corrientes de falla de fase a tierra, equilibrar las tensiones al neutro ante cargas desbalanceadas y como una medida de seguridad al interconectarse con el tanque del transformador. Las conexiones con neutro aislado en los devanados de baja tensión de los transformadores trifásicos no es muy favorecida por las sobretensiones que se presentan al tener dos fallas en dos fases diferentes en el circuito de baja tensión.

En los transformadores monofásicos la conexión que presenta más utilización es la de tres hilos, dos de fase y un neutro en el centro del devanado. Esta conexión también se le conoce como "EDISON", por haber sido copiada del sistema en corriente directa con que Tomas A. Edisón realizó el primer sistema de distribución en Nueva York en el año de 1882.

 

I.3.3).- ALIMENTADORES SECUNDARIOS:

Los alimentadores secundarios distribuyen la energía desde los transformadores de distribución hasta las acometidas a los usuarios.

En la mayoría de los casos estos alimentadores secundarios son circuitos radiales, salvo en los casos de las estructuras subterráneas malladas (comúnmente conocidas como redes automáticas) en las que el flujo de energía no siempre sigue la misma dirección. Los alimentadores secundarios de distribución, por el número de hilos, se pueden clasificar en:

 

1- Monofásico dos hilos.

2- Monofásico tres hilos.

3- Trifásico cuatro hilos.

Para conocer las ventajas técnicas y económicas inherentes a los alimentadores secundarios de distribución se deben realizar estudios comparativos que esclarezcan estos méritos y permitan seleccionar el sistema de distribución más adecuado a las necesidades del caso.

A continuación se realiza una comparación muy simple para determinar cual es el sistema más eficiente desde el punto de vista de las perdidas. En este estudio se supone que los conductores tienen la misma resistencia, la misma carga y la misma tensión (por consiguiente el aislamiento es el mismo) en los tres casos.

 

1- Sistema monofásico dos hilos, este sistema se alimenta de un transformador monofásico, con un secundario de solo dos hilos. En este caso la potencia de la carga es "P", la tensión en el extremo de la carga es "V" y la resistencia de los conductores es "R".

La corriente de línea considerando que la carga tiene un factor de potencia igual a Cos f es:

I = P

V Cos f

Las pérdidas Per:

Per = 2RI² = 2RP²

V²Cos²f

haciendo el cociente RP²/V²Cos²f igual a una constante, el valor de las pérdidas es:

Per = 2K.

2- Sistema monofásico tres hilos, este sistema se alimenta de un transformador monofásico con un devanado secundario del que salen tres hilos, con el hilo neutro derivándose del centro del devanado. En este caso la potencia de la carga se equilibra entre los dos hilos de fase y el neutro, la tensión en el extremo de la carga es "V" y la resistencia de los tres conductores es "R".

La corriente de línea, considerando que la carga tiene un factor de potencia igual a Cos f es:

I = P

2V Cos f

El valor de las pérdidas Per:

Per = 2RI² = RP²

2V²Cos²f

haciendo el cociente RP²/V²COS²f = K, el valor de las pérdidas es:

Per = k

2

 3- Sistema trifásico cuatro hilos, este sistema se alimenta de un transformador trifásico con un devanado secundario del que salen cuatro hilos, con el hilo neutro derivándose del punto de conexión de los devanados. En este caso la potencia de la carga se equilibra entre los tres hilos de fase y el neutro, la tensión en el extremo de la carga es "V" y la resistencia de los cuatro conductores es "R".

La corriente de línea considerando que la carga tiene un factor de potencia igual a Cos f es:

I = P

3VCos f

 

El valor de las pérdidas Per:

Per = 3RI² = RP²

3V²Cos²f

Haciendo el cociente RP²/V²Cos²f = K, el valor de las pérdidas es:

Per = k

3

Es evidentemente que el sistema trifásico cuatro hilos permite distribuir la energía con mayor eficiencia que los demás, sin embargo como se mencionó en un principio este análisis es muy sencillo y para hacerlo más completo es necesario introducir otros factores tales como costo de los transformadores, costo de los conductores, regulación, etc.

I.3.4)- ACOMETIDAS:

Las acometidas son las partes que ligan al sistema de distribución de la empresa suministradora con las instalaciones del usuario.

Las acometidas se pueden proporcionar a la tensión primaria (media tensión) o la tensión secundaria (baja tensión), esto depende de la magnitud de la carga que el usuario requiera ante la empresa suministradora.

 

I.3.5)- MEDICION:

La medición puede ser en media tensión o en baja tensión dependiendo del tipo de acometida de servicio que requiera el usuario.

 

 TEMA I

I.4.- ELEMENTOS SECUNDARIOS DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCION

Entre los elementos secundarios de una red de distribución se tienen:

1- Cuchillas.

2- Reactores.

3- Interruptores.

4- Capacitadores.

5- Fusibles.

6- Restauradores.

7- Seccionadores.

 

I.4.1)- Las cuchillas son los elementos que sirven para seccionar o abrir alimentadores primarios de distribución, su operación es sin carga y su accionamiento de conectar y desconectar es por pértiga, abriendo o cerrando las cuchillas una por una o en grupo según el tipo de la misma; su montaje en poste puede ser horizontal o vertical.

 

I.4.2)- Los reactores son dispositivos utilizados para introducir reactancia en alimentadores primarios de distribución con el propósito de limitar la corriente que fluye en un circuito, bajo condiciones de cortocircuito, se conectan en serie con el alimentador.

 

I.4.3)- Los interruptores, son dispositivos que permiten conectar o desconectar con carga un alimentador primario de distribución, son instalados en poste o estructura en juegos de tres interruptores, son operados en grupo con mecanismo reciprocante de operación manual.

 

I.4.4)- Los capacitores, son dispositivos cuya función primordial es introducir capacitancia, corrigiendo el factor de potencia en alimentadores primarios de distribución.

 

I.4.5)- Los fusibles, son dispositivos de protección que interrumpen el paso de la corriente eléctrica fundiéndose cuando el amperaje es superior a su valor nominal, protegen transformadores de distribución y servicios interiores de media tensión contra sobrecorriente y corriente de cortocircuito, van colocados dentro del tubo protector del cortacircuitos fusible.

 

I.4.6)- Los restauradores, son equipos que sirven para reconectar alimentadores primarios de distribución. Normalmente el 80 % de las fallas son de naturaleza temporal, por lo que es conveniente restablecer el servicio en la forma más rápida posible para evitar interrupciones de largo tiempo. Para estos casos se requiere de un dispositivo que tenga la posibilidad de desconectar un circuito y conectarlo después de fracciones de segundo.

Los restauradores son dispositivos autocontrolados para interrumpir y cerrar automáticamente circuitos de corriente alterna con una secuencia determinada de aperturas y cierres seguidos de una operación final de cierre ó apertura definitiva.

En caso de que la falla no fuera eliminada, entonces el restaurador opera manteniendo sus contactos abiertos. Los restauradores están diseñados para interrumpir en una sola fase o en tres fases simultáneamente.

Los restauradores monofásicos tienen control hidráulico y los trifásicos pueden estar controlados hidráulicamente ó electrónicamente.

Los siguientes requisitos son básicos para asegurar la efectiva operación de un restaurador: 

1- La capacidad normal de interrupción del restaurador deberá ser igual o mayor de la máxima corriente de falla.

2- La capacidad normal de corriente constante del restaurador deberá ser igual o mayor que la máxima corriente de carga.

3- El mínimo valor de disparo seleccionado deberá permitir al restaurador ser sensible al cortocircuito que se presente en la zona que se desea proteger.

 

I.4.7)- Los seccionadores, son elementos que no están diseñados para interrumpir corrientes de cortocircuito ya que su función es el de abrir circuitos en forma automática después de cortar y responder a un numero predeterminado de impulsos de corriente de igual a mayor valor que una magnitud previamente predeterminada, abren cuando el alimentador primario de distribución queda desernegizado, tratándose de la desconexión de cargas se puede hacer en forma manual.

En cierto modo el seccionador permite aislar sectores del sistema de distribución llevando un conteo de las operaciones de sobrecorriente del dispositivo de respaldo.

 Es importante hacer notar que debido a que interrumpe corrientes de corto circuito, no tienen una curva característica de tiempo-corriente por lo que no intervienen en la coordinación de protecciones, pudiéndose instalar entre dos dispositivos de protección.

Por su principio de operación el medio aislante de interrupción puede ser aire, aceite o vació y en cuanto al control es similar al caso de los restauradores o sea puede ser hidráulico, electrónico ó electromecánico.

Por lo general el registro de las sobretensiones se efectúa cuando la corriente a través del seccionador cae bajo de un valor de alrededor del 40 % de la corriente mínima con que se activa al seccionador.

 

 TEMA I

I.5.- PRINCIPALES PARAMETROS DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCION

GENERALIDADES :

El conocimiento de las características eléctricas de un sistema de distribución y la aplicación de los conceptos fundamentales de la teoría de la electricidad son quizá los requisitos más esenciales para diseñar y operar en forma óptima un sistema de esta naturaleza, por esta razón es necesario que el ingeniero que diseñe dicho sistema posea los conocimientos claros de las características de carga del sistema que va a alimentar.

Desafortunadamente, aunque el ingeniero que planea un sistema de distribución tiene la libertad de seleccionar los diversos parámetros que intervienen para el diseño del mismo, existe uno importante y decisivo para diseñar y operar dicho sistema, el cual queda fuera del entorno del sistema de distribución y es la carga.

El estudio de las cargas y sus características abarca no solamente los diversos tipos de aparatos que se usan y su agrupación para conformar la carga de un consumidor individual, si no también del grupo de consumidores que integran la carga de una zona o del sistema de distribución.

Por lo que es necesario analizar las diferentes clases de cargas de tipo residencial combinadas con otros tipos de carga; para observar la influencia que tendrán en la carga general de un alimentador y éste a su vez en la carga total de una subestación.

En la ingeniería de los sistemas de distribución existen algunos parámetros que explican claramente las relaciones de cantidades eléctricas que pueden determinar los efectos que puede causar la carga en el sistema de distribución.

A continuación se presenta una definición de los parámetros más importantes y útiles para el diseño de un sistema de distribución.

 

I.5.1)- CARGA INSTALADA

La carga de cada usuario se clasificara de acuerdo con su localización geográfica, destacando peculiaridades típicas en cada zona. Así como por ejemplo en la zona urbana central de cualquier ciudad se tendrá una elevada densidad de carga, con consumidores constituidos por edificios de oficinas y comercios, asimismo, en una zona urbana habrá densidades de carga menores, predominando las cargas de tipo residencial; hay algunas zonas que originan cargas de tipo de valor elevado con cargas de tipo industrial medio.

A continuación se presentan algunos valores de densidades características por zona:

 ZONAS Densidad

MVA/Km2

Urbana central 40-100

Semi urbana 3-5

Urbana 5-40

Rural

 

Las aplicaciones que da el usuario de la energía eléctrica pueden servir como parámetros para clasificar las cargas en:

- Cargas residenciales.

- Cargas de iluminación en predios comerciales.

- Cargas de fuerza en predios comerciales.

- Cargas industriales.

- Cargas de municipios o gubernamentales.

- Cargas hospitales.

Considerando los perjuicios que se pueden causar por las interrupciones de energía eléctrica, las cargas se clasifican en:

- Sensibles.

- Semisensibles.

- Normales.

Se entiende por cargas sensibles a aquellas en que una interrupción aunque sea momentánea en la alimentación de energía eléctrica, causa perjuicios considerables.

Se consideran como cargas semisensibles a aquellas en que una interrupción de corto tiempo (no mayor de 10 minutos) de energía eléctrica, no causa grandes problemas en la producción o servicios en general.

Finalmente las cargas normales son aquellas que en una interrupción de energía eléctrica en un tiempo más o menos largo (1 h_ t _ 5 h) no causa mayores perjuicios a la producción o al servicio.

La carga es la suma de las potencias nominales de las maquinas, aparatos y equipos conectados a un circuito eléctrico en una área determinada y se expresa en kW. o kVA.

 

- Potencia eléctrica

La potencia eléctrica representa la razón a la cual el trabajo se efectúa en un circuito eléctrico, la unidad que por lo regular se usa es el watt o kilowatt. El término "razón a la cual el trabajo se efectúa" introduce un elemento de tiempo en la definición de potencia eléctrica, de tal manera que un kilowatt para un período definido representa una razón específica a la cual el trabajo se puede efectuar. El kilowatt-hora representa la potencia eléctrica de un kilowatt actuando en un intervalo de una hora, así pues, este representa una medida de trabajo total que realiza un circuito eléctrico. Si por ejemplo, un circuito eléctrico entrega 60 kW en un minuto, esa misma cantidad de trabajo realizará un kilowatt-hora, es decir:

1 kWh = 60 kW x 1/60 h.

Sin embargo, la razón a la que el circuito está haciendo el trabajo será sesenta veces mayor. En consecuencia, la potencia eléctrica define la razón a la cual se requiere que el sistema de alimentación efectúe el trabajo.

 

I.5.2)- DEMANDA

La demanda de una instalación o sistema de distribución es la carga en las terminales receptoras tomadas en un valor medio en determinado intervalo, con esta definición se entiende por carga la que se mide en términos de potencia (aparente, activa, reactiva o compleja) o de intensidad de corriente. El período durante el cual se toma el valor medio se denomina intervalo de demanda y es establecido por la aplicación especifica que se considere, la cual se puede determinar por la constante térmica de los aparatos o por la duración de la carga.

La carga puede ser instantánea, como cargas de soldadoras o corrientes de arranque de motores. Sin embargo los aparatos pueden tener una constante térmica en un tiempo determinado, de tal manera que los intervalos de demanda pueden ser de 15, 30, 60 o más minutos, dependiendo del equipo de que se trate, se puede afirmar entonces que al definir una demanda es requisito indispensable indicar el intervalo de demanda ya que sin esto el valor que se establezca no tendrá ningún sentido práctico.

Por ejemplo, si se requiere establecer el valor de demanda en amperes para la selección o ajuste de fusibles o interruptores se deben utilizar valores instantáneos de corriente de demanda, sin embargo, esta situación no se presenta en la mayoría de los equipos eléctricos, ya que su diseño en cuanto a capacidad de carga se basa en la elevación de temperatura que pueden alcanzar dentro de los márgenes de seguridad, y este cambio de temperatura no es instantáneo ni depende simplemente de la carga que se aplique sino también del tiempo.

Como ejemplos de lo anterior se pueden mencionar los cables y transformadores, que tienen una constante de tiempo térmico digno de tenerse en cuenta y por lo tanto poseen una capacidad de almacenamiento térmico y de sobrecarga considerable, por lo que las cargas varían entre picos comparativamente agudos y valles profundos.

Si la carga consiste principalmente de un motor de inducción el valor instantáneo de la corriente de arranque será cinco veces la corriente normal de plena carga y probablemente muchas veces mayor que la corriente que por lo regular tome el transformador que lo alimente: sin embargo, se sabe que durará un intervalo muy pequeño, usualmente menor que un segundo.

Dado que la capacidad de carga de un transformador se basa en la elevación de temperatura con carga continua, y esta última está determinada por energía calorífica que se puede medir en watt-hora o kilowatt-hora, los valores altos de corriente de corta duración no producirán elevaciones de temperatura considerables y consecuentemente será antieconómico determinar la capacidad del transformador que se requiere debido a estas altas corrientes de corta duración.

Como ya se mencionó los intervalos en los que usualmente se mide la demanda son de 15, 30 o 60 minutos, siendo los intervalos de 15 o 30 minutos los que se aplican por lo general para la facturación o determinación de capacidad de equipo.

La demanda promedio en cualquier período es igual al número de kilowatt-hora consumidos, divididos entre el número de horas en el período considerado.

 

- Demanda máxima

Las cargas eléctricas por lo general se miden en amperes, kilowatts o kilovolt-amperes; para que un sistema de distribución o parte de éste se planee eficientemente se debe conocer la "Demanda Máxima" del mismo.

Como ya se ha mencionado, en general las cargas eléctricas rara vez son constantes durante un tiempo apreciable, o sea que fluctúan de manera continua, en una curva de carga de 24 horas de un transformador de distribución, la carga varía entre un máximo a las 19:30 horas y un mínimo a las 3:30 horas, aunque los valores cambien, este tipo de curva se repetirá constantemente, así se presentarán variaciones similares de máximo y mínimo en todas las partes del sistema de distribución, el valor más elevado se denomina pico o demanda máxima.

El valor de la demanda anual es el más utilizado para la planeación de la expansión del sistema de distribución, el término de demanda a menudo se usa en el sentido de máxima demanda para el período de se especifique, por supuesto es necesaria la determinación exacta de la máxima demanda de una carga individual cuando en la facturación del cliente se incluye el valor que tome la demanda máxima.

El conocimiento de la demanda máxima de un grupo de cargas y su efecto en el sistema de distribución es también de gran importancia, dado que la demanda máxima del grupo determinará la capacidad que requiera el mismo sistema, de igual modo, la demanda máxima combinada de un grupo pequeño de consumidores determinará la capacidad del transformador que se requiere; así las cargas que alimenta un grupo de transformadores dan por resultado una demanda máxima, la cual determina el calibre del conductor y la capacidad del interruptor o del regulador que formen parte de un alimentador primario.

La máxima demanda combinada de un grupo de alimentadores primarios determinará la capacidad de la subestación hasta llegar a determinar en forma consecuente la capacidad de generación necesaria para todo el sistema eléctrico de potencia.

Como se puede observar, en todos los casos la determinación de la demanda máxima es de vital importancia, y si no se pueden obtener medidas precisas de la demanda es necesario estimar su valor de la mejor manera posible para utilizar estos datos correctamente en el proceso de la planeación del sistema de distribución.

La "Carga Conectada", es la suma de los valores nominales de todas las cargas del consumidor que tienen posibilidad de estar en servicio al mismo tiempo para producir una demanda máxima. La carga conectada se puede referir tanto a una parte como al total del sistema de distribución y se puede expresar en watts, kilowatts, amperes, caballos de potencia, kilovolt-amperes, etc., dependiendo de las necesidades o requerimientos para su estudio.

La carga conectada representa la demanda de carga máxima posible. Si por ejemplo un consumidor tiene una carga conectada trabajando simultáneamente, la cual consiste en:

20 lámparas 100 watts.

30 lámparas 250 watts.

1 motor 80 Cp

carga total: 69.2 kW

expresada en kVA, la carga conectada en kW se deberá convertir dividiendo su valor entre el factor de potencia del sistema, siendo el factor de potencia de 0.9, se tiene:

carga conectada = 69.2 kW = 76.88 kVA

0.9

 - Factor de carga

Es la relación entre la demanda promedio en un intervalo dado y la demanda máxima que se observa en el mismo intervalo; basándose en lo anterior se puede expresar el concepto en forma matemática:

Fc = Dm = Dm x Dd = energía absorbida en el intervalo Dd

Dms Dm x Dd Dm x Dd

 El pico de carga puede ser el máximo instantáneo o el máximo promedio en un intervalo (demanda máxima), en esta definición el pico de carga por lo regular se entiende como la mayor de todas las cargas promedio en un intervalo específico.

El promedio y las cargas máximas instantáneas se deben expresar en las mismas unidades para que el factor de carga sea adimensional, la definición del factor de carga debe ser específica en el establecimiento del intervalo de la demanda así como el período en que la demanda máxima y la carga promedio se apliquen.

Para una carga dada, excepto una en que el ciclo de carga este compuesto de ciclos idénticos, un período mayor dará un factor de carga más pequeño, dado que el consumo de energía se distribuye en un tiempo mayor, el factor de carga anual influido por las estaciones del año será considerablemente menor que el de un factor de carga diario o semanal, asimismo, el factor de carga semanal será menor que un factor de carga diario.

Por lo tanto, es importante observar que cuando se quieran comparar diversos factores de carga característicos esto se debe o puede hacer siempre y cuando los intervalos sean idénticos.

Una carga constante durante un período tendrá un factor de carga de 1.0 debido a que la carga promedio y el pico de carga son iguales, por lo general el factor de carga es mucho menor.

El factor de carga indica básicamente el grado en que el pico de carga se sostiene durante un período. Ciclos de carga de varias formas y diferentes picos de carga pueden tener factores de carga iguales, siendo el único requisito cuando la relación de los respectivos promedios a los picos de carga sean iguales.

En cuanto a los problemas concernientes de los sistemas de distribución, el factor de carga por sí solo no es usualmente tan importante como la curva de carga de la cual se deriva, la curva muestra las fluctuaciones de la carga de hora a hora o de día a día a través del período que se considere.

El factor de carga es un índice de la eficiencia del sistema o parte del sistema de distribución, siendo el 100% de factor de carga o el pico de carga constante de las 24 horas por día el máximo posible.

 

I.5.3)- FACTOR DE DEMANDA

El factor de demanda en un intervalo d de un sistema de distribución o de una carga, es la relación entre su demanda máxima en el intervalo considerado y la carga total instalada. Obviamente el factor de demanda es un número adimensional; por tanto la demanda máxima y la carga instalada se deberán considerar en las mismas unidades, el factor de demanda generalmente es menor que 1 y será unitario cuando durante el intervalo d todas las cargas instaladas absorban sus potencias nominales.

Por lo tanto, el factor de demanda se expresa:

Fd = D ms

P ins

Donde:

Fd = Factor de demanda del sistema de distribución.

D ms = Demanda máxima del sistema de distribución en un intervalo ( d ).

P ins = Carga total instalada en el sistema de distribución.

 A continuación se enlistan los factores de demanda reales de servicios industriales, comerciales y residenciales más comunes que se deben utilizar para el diseño de sistemas de distribución.

CARGAS DE SERVICIOS HABITACIONALES:

TIPOS DE SERVICIOS F. DE DEM.

* Asilos y casas de salud. 45 %

* Asociaciones civiles. 40 %

* Casas de huéspedes. 45 %

* Servicio de edificio residencial. 40 %

* Estacionamiento o pensiones. 40 %

* Hospicios y casas de cuna. 40 %

* Iglesias y templos. 45 %

* Servicio residencial sin aire

acondicionado 40 %

* Servicio residencial con aire

acondicionado 55 %

CARGAS COMERCIALES:

TIPOS DE SERVICIOS F. DE DEM.

* Tiendas y abarrotes. 65 %

* Agencias de publicidad. 40 %

* Alfombras y tapetes. 65 %

* Almacenes de ropa y bonetería 65 %

* Artículos fotográficos. 55 %

* Bancos. 50 %

* Baños públicos. 50 %

* Boticas, farmacias y droguerías. 50 %

* Cafeterías. 55 %

* Camiserías. 65 %

* Centros comerciales, tiendas de descuento. 65 %

* Colegios. 40 %

* Dependencias de gobierno. 50 %

* Embajadas, consulados. 40 %

* Gasolineras. 45 %

* Imprentas. 50 %

* Jugueterías. 55 %

* Papelerías. 50 %

* Mercados y bodegas. 50 %

* Molinos de nixtamal. 70 %

TIPOS DE SERVICIOS F. DE DEM.

* Panaderías. 40 %

* Peluquerías, salas de belleza. 40 %

* Restaurantes. 60 %

* Teatros y cines. 50 %

* Zapaterías. 60 %

 

EQUIPOS DE FUERZA:

TIPOS DE SERVICIOS F. DE DEM.

* Hornos de acero de inducción. 100 %

* Soldadoras de arco y resistencia. 60 %

* Motores para: bombas, compresores,

elevadores, máquinas, herramientas,

ventiladores. 60 %

* Motores para: operaciones semi continuas

en fábricas y plantas de proceso. 70 %

* Motores para: operaciones continuas tales

como fábricas textiles. 80 %

 

I.5.4)- FACTOR DE POTENCIA

El factor de potencia se define básicamente como la relación entre la potencia activa (kW) y la potencia aparente (kVA), cuando se aplica a circuitos polifásicos en que el voltaje y la corriente son senoidales y balanceados, el circuito se analiza por fase, así, el factor de potencia esta dado de la siguiente manera:

fp = cos ( a - b )

fp = cos q

Donde a y b son dos ángulos de fase del voltaje y corriente respectivamente, y q es el ángulo de atraso de la corriente con respecto a la caída de tensión en la carga.

La definición anterior por lo general no es aplicable a la carga distribuida o a un grupo de cargas individuales, las cuales cambian continuamente. En este caso el factor de potencia se debe aplicar a una condición particular de la carga tal como un pico de carga.

Si es necesario considerar el factor de potencia en un punto más cercano a las cargas individuales, entonces se debe calcular el factor de potencia del grupo existente en cada carga, tal consideración puede producir un error, por lo tanto, se debe saber cuales son las cargas que conforman ese grupo, dado que el factor de potencia del grupo se puede deber a una carga muy grande que no representa adecuadamente a las cargas individuales.

Para determinar que un factor de potencia del grupo es aplicable a cada carga de manera individual, es fundamental imaginar que las potencias totales, aparentes, activas y reactivas, se distribuyen de manera similar a lo largo del alimentador de distribución. De la misma manera, se considera razonable determinar el factor de potencia promedio en lugar que un factor de potencia para una condición de carga en particular. Este caso, es frecuente cuando se consideran servicios industriales y comerciales en que por lo general existen cláusulas que muestran valores mínimos de factores de potencia. Para estas condiciones el factor de potencia promedio se determina por la potencia promedio activa y la potencia promedio reactiva, las cuales serán proporcionales a los kWh y los kilovars-hora.

 I.5.5)- FACTOR DE UTILIZACION

El factor de utilización de un sistema de distribución es la relación entre demanda máxima y la capacidad nominal del sistema de distribución que lo suministra.

El factor de utilización es adimensional, por tanto la demanda máxima y la capacidad del sistema de distribución se deberán expresar en las mismas unidades. Se puede decir entonces que mientras el factor de demanda expresa el porcentaje de potencia instalada que ésta siendo alimentada, el de utilización establece qué porcentaje de la capacidad del sistema de distribución esta siendo utilizando durante el pico de carga.

Esto se puede expresar de la siguiente manera:

Fu = D ms

C s

donde:

Fu = Factor de utilización del sistema.

D ms = Demanda máxima del sistema de distribución.

C s = Capacidad del sistema de distribución.

 

I.5.6)- FACTOR DE DIVERSIDAD

Cuando se proyecta un alimentador de distribución para determinado consumidor se debe tomar en cuenta se demanda máxima debido a que ésta es la que impondrá las condiciones más severas de carga y caída de tensión, sin embargo, surge inmediatamente la pregunta ¿ Será la demanda máxima de un grupo de consumidores igual a la suma de las demandas máximas individuales ?, la respuesta a esta pregunta en no, pues en todo el sistema de distribución existe diversidad entre los consumidores, es lo que hace por regla general que la demanda máxima de un conjunto de cargas sea menor que la suma de las demandas máximas individuales.

En el diseño de un sistema de distribución no interesará el valor de cada demanda individual, pero sí la del conjunto. Se define entonces que demanda diversificada es la relación entre la sumatoria de las demandas individuales del conjunto en un tiempo (ta) entre el número de cargas. En particular la demanda máxima diversificada será la relación de la sumatoria de las demandas individuales del conjunto cuando se presente la demanda máxima del mismo (t máx) y el número de cargas; la demanda máxima diversificada es la que se obtiene para la demanda máxima del conjunto.

Se define la demanda máxima no coincidente de un conjunto de cargas como la relación entre la suma de las demandas máximas de cada carga y el número de cargas, lo que matemáticamente se expresa como:

La diversidad entre las demandas se mide por el factor de diversidad, que se puede definir como la relación entre la suma de las demandas máximas individuales entre la demanda máxima del grupo de cargas.

El factor de diversidad se puede referir a dos o más cargas separadas o se pueden incluir todas las cargas de cualquier parte de un sistema de eléctrico o de un sistema de distribución, esto se puede expresar matemáticamente como sigue:

n

S D mi

i = 1

F div = ________

D ms

En la mayoría de los casos el factor de diversidad es mayor que la unidad (F div > 1). Si se conocen las demandas máximas individuales de cualquier grupo de cargas y el factor de diversidad, la demanda del grupo será igual a la suma de las demandas individuales divididas entre el factor de diversidad, éste se usa para determinar la máxima demanda resultante de la combinación de un grupo individual de cargas, o de la combinación de dos o más grupos. Estas combinaciones podrán representar un grupo de consumidores alimentados por un transformador o un grupo de transformadores cuyo suministro proviene de un alimentador primario o un grupo de alimentadores primarios dependientes de una subestación.

En ocasiones se prefiere un factor de multiplicación más que de división, por lo que se definió lo que se conoce como factor de coincidencia que será entonces el recíproco del factor de diversidad de tal manera que la demanda máxima se puede calcular multiplicando la suma de un grupo de demandas por el factor de coincidencia.

 

I.5.7)- FACTOR DE SIMULTANEIDAD

Al proyectar un alimentador de distribución para un consumidor deberá tomarse en cuenta siempre su demanda máxima a que esta impondrá las condiciones más severas de carga y caída de tensión. Cuando más de un consumidor de características similares es alimentado por un mismo cable, es necesario considerar la simultaneidad existente en el uso de la energía eléctrica para los distintos tipos de consumidores.

D ms

Fc = __________________

Dm1 +Dm2 +.......Dmn

 

En la tabla siguiente, se muestran los distintos valores de factores de simultaneidad en función del número de consumidores.

Número de consumidores Factores de simultaneidad

1 A 4 1.00

5 A 9 0.78

10 A 14 0.63

15 A 19 0.53

20 A 24 0.49

25 o MAS 0.40

 

FACTOR DE COINCIDENCIA Mientras que el factor de diversidad nunca es menor que la unidad, el factor de coincidencia nunca es mayor que la unidad. El factor de coincidencia puede considerarse como el porcentaje promedio de la demanda máxima individual de un grupo que es coincidente en el momento de la demanda máxima del grupo.

 Los factores de diversidad y coincidencia se afectan por el número de cargas individuales, el factor de carga, las costumbres de vida de la zona, etc. El factor de diversidad tiende a incrementarse con el número de consumidores en un grupo con rapidez al principio y más lentamente a medida que el número es mayor. Por otra parte, el factor de coincidencia decrece rápidamente en un principio y con más lentitud a medida que el número de consumidores se incrementa.

La diversidad entre las cargas individuales o grupos separados tiende a incrementarse si las características de la carga difieren, de tal manera que si un grupo de cargas individuales tienen normalmente su demanda máxima por la tarde (como las cargas residenciales) y se combina con un grupo formado por cargas individuales que normalmente tienen sus demandas máximas en la mañana (como en pequeñas o medianas industrias), el factor de diversidad será mayor que si todas las cargas tuvieran su máxima demanda en la tarde o todos sus máximos en las mañanas.

 

Protección de alimentadores

Los alimentadores deben ser protegidos contra sobrecorriente mediante un dispositivo adecuado. Cuando el alimentador sirve cargas continuas y no continuas la capacidad de corriente del dispositivo de protección contra sobrecorriente para el alimentador no debe ser menor a la carga no continua más el 125% de la carga continua; excepto cuando dicho dispositivo de protección está certificado para operar en forma contínua al 100%, como lo establece el Artículo 220-10.b) Excepción.

Cuando el valor calculado de la protección contra sobrecorriente para el alimentador no corresponda a un valor comercial se puede seleccionar la de valor inmediatamente superior siempre y cuando dicho valor no supere los 800A.

Los conductores de los alimentadores no puestos a tierra deben estar protegidos por dispositivos de protección contra sobrecorriente conectados en el punto donde se originan o son conectados, excepto si:

          • Son derivaciones de alimentadores principales, miden menos de 3,0 m, no se extienden más alla del equipo que alimentan, están protegidas por una canalización en todo su recorrido o si quedan expuestas al salir de un encerramiento o bóveda tienen una capacidad de corriente mayor al 10% de la capacidad de corriente del dispositivo que protege al alimentador y la capacidad de corriente de los conductores de la derivación no sea menor a la suma de las cargas de los circuitos alimentados o no sea menor a la corriente nominal del equipo o del dispositivo de protección contra sobrecorriente en el extremo de cada derivación.

          • Son derivaciones de alimentadores principales, miden menos de 8,0 m, están protegidas contra daño físico o dentro de una canalización, los conductores de la derivación terminan en un dispositivo de protección contra sobrecorriente de capacidad nominal no mayor a la de los conductores y la capacidad de corriente de los conductores de la derivación es mayor a la tercera parte de la corriente nominal del dispositivo de protección del alimentador.

          • Son derivaciones de alimentadores principales que dan suministro a un transformador, el primario no protegido y el secundario en conjunto miden menos de 8,0 m, están protegidos contra daño físico, los conductores del secundario terminan en un dispositivo de protección contra sobrecorriente de capacidad nominal no mayor a la de los conductores, la capacidad de corriente de los conductores del primario es mayor a la tercera parte de la corriente nominal del dispositivo de protección del alimentador y la capacidad de corriente de los conductores del secundario referida al primario es mayor a la tercera parte de la corriente nominal del dispositivo de protección del alimentador.

          • Son derivaciones de alimentadores principales, miden entre 8,0 m y 30 m con un recorrido horizontal menor o igual a 8,0 m, instaladas y supervisadas por personal calificado en naves industriales con paredes de altura mayor a 11 m, están protegidas contra daño físico o dentro de una canalización, los conductores de la derivación terminan en un dispositivo de protección contra sobrecorriente de capacidad nominal no mayor a la de los conductores, la capacidad de corriente de los conductores de la derivación es mayor a la tercera parte de la corriente nominal del dispositivo de protección del alimentador, no tengan empalmes, no atraviesen paredes, techos o pisos y sean de sección transversal mayor a 13,29 mm² (No 6 AWG) de cobre o su equivalente en aluminio.

Protección de la acometida

Protección contra sobrecorriente

El dispositivo para protección de la acometida debe formar parte integral del medio de desconexión de la acometida y debe proteger todos los circuitos y dispositivos asociados, excepto:

El medio de desconexión localizado del lado de suministro.

Los dispositivos conectados en derivación de alta impedancia como pararrayos, protecciones contra sobretensiones y transformadores para instrumentos.

Los circuitos para suministro de emergencia y sus circuitos de control siempre y cuando posean dispositivo de protección contra sobrecorriente independiente.

Los circuitos de detección, alarma y protección contra incendio siempre y cuando posean dispositivo de protección contra sobrecorriente independiente.

Los medidores con tensión nominal menor a 600 V siempre y cuando queden debidamente conectados a tierra.
Los dispositivos de accionamiento eléctrico de la acometida siempre y cuando posean dispositivo de protección contra sobrecorriente independiente.

Protección contra falla a tierra

Las acometidas eléctricas conectadas en estrella puestas a tierra solidamente, con tensión a tierra mayor a 150 V y tensión entre fases menor a 600 V, deben ser protegidas contra falla a tierra para cada dispositivo de desconexión de la acometida que tenga una capacidad nominal mayor a 1000 A, excepto cuando se trate de equipos contra incendio o de procesos industriales en los cuales una parada no programada puede crear mayores riesgos.

El sistema de protección contra falla a tierra, al operar, debe desconectar todos los conductores de la acometida no puestos a tierra.

El ajuste máximo de los dispositivos de protección contra falla a tierra debe ser de 1200 A y el máximo ajuste de tiempo de despeje de la falla debe ser de un segundo para corrientes de falla a tierra mayores a 3 kA.

Cuando la protección de falla a tierra incluye fusibles e interruptores los fusibles deben tener una capacidad de interrupción tal que les permita despejar cualquier corriente de falla superior a la capacidad de interrupción del interruptor antes de que el sistema de protección haga operar el interruptor.

Los valores de ajuste y los valores nominales de los fusibles e interruptores deben proveer una adecuada coordinación de las protecciones para garantizar el adecuado funcionamiento del sistema de protección.

La instalación del sistema de protección contra fallas a tierra debe ser previamente probado y certificado según el protocolo de prueba de los equipos y los valores de diseño utilizados en los cálculos.

Acometidas a más de 600V nominales

Para acometidas que operan a más de 600 V nominales el medio de desconexión debe abrir simultáneamente todos los conductores de la acometida no puestos a tierra y debe tener una capacidad de interrupción por falla a tierra no menor a la máxima corriente de cortocircuito calculada en el punto de conexión a la red. El dispositivo de protección debe detectar e interrumpir cualquier corriente de falla que supere su punto de ajuste de disparo o de fusión.

Las capacidades de corriente de conductores para más de 2000 V nominales aparecen en las Tablas 310-69 a 310-86 de la NTC 2050.

Todos los conductores no puestos a tierra se deben proteger contra sobrecorriente por uno de los siguientes medios:

Para sistemas trifásicos mediante relés de sobrecorriente conectados a través de transformadores de intensidad con un esquema debidamente verificado y probado.

Mediante fusibles de capacidad adecuada, en serie con cada uno de los conductores no puestos a tierra.

Cálculos de caída de tensión

La Nota 2) del Artículo 215-2.b) de la NTC 2050 reconoce que los conductores de los alimentadores cuya sección transversal garantice una caída de tensión inferior al 3% en la salida para fuerza, calefacción, alumbrado, cocción o la combinación de ellas que se encuentre más alejada y en los cuales la caída de tensión total del alimentador y el circuito ramal con la salida más alejada sea inferior al 5%, ofrecen una eficiencia de funcionamiento razonable.

Un chequeo cuidadoso debe considerar todos y cada uno de los alimentadores y todas las combinaciones de alimentador con cada uno de los circuitos ramales conectados al mismo.

Para cargas de motores se debe considerar el sistema de arranque de cada motor y las secuencias de arranque de los grupos de motores con alimentador común.

Para cargas conectadas a una red regulada los valores del 3% y 5% anteriores deben reducirse al 2% y 3% respectivamente.

Conductores de alimentadores

Los conductores de los alimentadores deben tener la capacidad de corriente, considerando todos los factores que inciden sobre ella como la forma de soporte o canalización, los tipos de recubrimiento y la temperatura entre otros, igual o superior a la corriente necesaria para suplir la demanda calculada de la instalación.

Cuando los alimentadores sirven cargas contínuas y no contínuas la capacidad de corriente de los conductores de los alimentadores no debe ser menor que la suma de el 125% de la carga contínua más el 100% de la carga no contínua.

Las Tablas 310-16 a 310-19 de la NTC 2050 y sus notas aclaratorias indican las capacidades de corriente para conductores hasta 2000 V. La aplicación de estas tablas debe considerar además la compatibilidad de temperaturas de los conductores y los equipos conectados y la coordinación con los dispositivos de protección contra sobrecorriente.

La Nota 3, aclaratoria de las Tablas 310-16 a 310-19, establece valores especiales para alimentadores principales de unidades de vivienda, instalados en canalizaciones o cables con o sin conductor de puesta a tierra de equipos y conductores de acometida subterránea monofásicos trifilares, para unidades de vivienda a 120/240 V.

La capacidad de corriente de los conductores de un alimentador no debe ser menor a 30 A cuando la carga servida sea:

Dos o más circuitos ramales bifilares para un alimentador bifilar.

Más de dos circuitos ramales bifilares para un alimentador trifilar.

Dos o más circuitos ramales trifilares para un alimentador trifilar.

Dos o más circuitos ramales tetrafilares para un alimentador trifásico tetrafilar.

La capacidad de corriente de los conductores de un alimentador no debe ser menor de la de los conductores de entrada de acometida cuando los conductores del alimentador transporten toda la corriente suministrada por los conductores de entrada de acometida con capacidad de corriente de 55A o menor.

Para 600 V nominales o menos la sección transversal mínima para conductores individuales a la vista, en tramos menores de 15 m, debe ser de 5,25 mm² (No 10 AWG) para conductores de cobre u 8,36 mm² (No 8 AWG) para conductores de aluminio y de 8,36 mm² (No 8 AWG) para conductores de cobre o 13,29 mm² (No 6 AWG) para conductores de aluminio para tramos mayores.