UFT- SISTEMA DE DISTRIBUCION
UNIDAD VI: DISEÑO DEL CIRCUITO PRIMARIO DE DISTRIBUCIÒN El sistema primario consiste de circuitos llamados alimentadores primarios oalimentadores de distribución, los cuales salen de la barra de la subestación y sirven los primarios de cada transformador de distribución.
Partes de un circuito Primario 1. Troncal: Conductor de mayor calibre normalmente trifásico 2. Ramal o lateral: conductor de menor calibre, trifásico o monofásico 3. Subramal o sublateral: Normalmente monofásico En el equipo primario se ubican normalmente: 1. Interruptor: a la salida de la subestación con su
relé asociado. 2. Fusibles: como protección a la salida de ramales y subramales y como protección a los transformadores de distribución. En el troncal no se colocan fusibles. 3. Seccionadores: a lo largo del troncal para seccionamiento del circuito con propósitos de localización de fallas y como puntos de en fase en caso de transferencias de carga. 4. Reconectadores: En troncales de gran longitud, cuando no se garantiza la protección del relé de la subestación o para separar las cargas urbanas de las rurales. 5. Seccionalizadores: Como protección de ramales y en coordinación con el relé o reconectador. 6. Condensadores: para mejorar el factor de potencia, disminuir la caída de tensión y las pérdidas. 7. Reguladores de tensión: para mejorar la tensión y disminuir las pérdidas.
Sistemas de distribución. El área de carga se presenta, para el caso de la distribución de carga, como una serie de cargas concentradas. La manera como servir estas cargas toma en cuenta generalmente de la densidad de la carga y la flexibilidad y confiabilidad deseada. Sistemas de distribución más utilizados: 1. Radial � Simple � De enlace 2. Anillo 3. Expreso Centro de carga 4. Network Primario Características del Sistema Radial Simple SISTEMA RADIAL SIMPLE 1. Es el mas sencillo y generalmente el menos costoso 2. Hay un solo punto de alimentación 3. La corriente disminuye en la medida que nos alejamos del punto de alimentación y en consecuencia disminuye el tamaño del conductor 4. Una falla a la salida del circuito dejará sin servicio a la totalidad de las cargas 5. Una falla en cualquier otra localización podrá dejar sin servicio a todas las cargas o parte de ellas dependiendo de la ubicación de equipos como fusibles, seccionadores, reconectadores, etc. 6. Se cargan a un porcentaje inferior al 80% para permitir su enfase con otros circuitos en caso de contingencias. (Radial de enlace) 7. Para aumentar su confiabilidad se utilizan seccionadores y circuitos de enlaces. 8. La subestación de distribución debe ubicarse lo mas cercano posible al centro de carga.
SISTEMA RADIAL DE ENLACE CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA EXPRESO CENTRO DE CARGAS 1 La subestación de distribución se encuentra ubicada fuera del centro de carga. 2 Hay un tramo del circuito que va desde la subestación hasta el centro de carga que se conoce como EXPRESO 3 Desde el circuito expreso no se sirven transformadores de distribución 4
Desde el centro de carga salen radiales en
las cuatro direcciones y uno de ellos se devuelve a la subestación. 5 Se requiere control de voltaje desde la subestación 6 Para lograr mejor regulación y servir mas carga se utiliza el mismo conductor para ramales y subramales 7 Si se logra el diseño apropiado permite satisfacer mayor carga que el sistema radial ( hasta dos veces) 8 El centro de carga varía con el crecimiento de las cargas. 9 Se utiliza para servir cargas residenciales y comerciales de baja densidad para evitar variaciones en el centro de carga.
CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA EN ANILLO
1. Sale de la subestación, recorre el área de carga y regresa a la subestación. 2. Los circuitos ramales se conectan al anillo para cubrir toda el área de carga. 3. En el recorrido del anillo (troncal) se ubican seccionadores uno de los cuales se llama de enlace. 4. El seccionador de enlace puede operar normalmente abierto o normalmente cerrado. Los demás seccionadores
operan normalmente cerrados. 5. Cuando el seccionador de enlace opera N.A. cada mitad del circuito funciona como un radial simple. 6. Cuando el seccionador de enlace opera N.C. cada punto de carga puede ser alimentado por dos caminos diferentes. 7. El circuito troncal se diseña para soportar la carga del circuito completo. 8. Permite mejor regulación de voltaje y menores pérdidas. 9. Una falla a la salida de la subestación deja sin servicio a todas las cargas 10. Una falla en cualquier otra localización puede ser aislada a través de los seccionadores.
SISTEMA EN INTERRUPTOR
ANILLO
CON
DOBLE
Este esquema solo debe operar con el enlace normalmente cerrado, puesto que de lo contrario no se justifica su costo. En este caso una falla a la salida de la subestación dejará sin servicio a la mitad de las cargas (abre el interruptor principal y el enlace) hasta tanto la falla sea aislada. Pueden utilizarse equipos automáticos para localización de fallas disminuyendo los tiempos de interrupción. Su aplicación es a clientes muy especiales como grandes clientes industriales y comerciales ya que su costo es muy elevado. La disposición de un circuito en anillo no tiene necesariamente que originar en la barra de una subestación. Puede ser un ramal en anillo, monofásico o trifásico, que sirve pequeñas cargas residenciales, la instalación suele ser subterránea.
SISTEMA EN ANILLO CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA NETWORK O MALLADO 1. Es un conjunto de alimentadores primarios interconectados. 2. Tiene múltiples (subestaciones)
puntos
de
alimentación
3. Los circuitos radiales salen de las interconexiones 4. Los transformadores de distribución están conectados de los circuitos de enlace y de los alimentadores radiales.
En este esquema se interrumpe menos carga ante una falla en el circuito de enlace. Ante una falla en el circuito de enlace, la falla es aislada por los interruptores de ambos extremos.
5. Las subestaciones que alimentan el sistema son generalmente de menor capacidad, ubicadas lo más cerca posible de los centros de carga. 6. Los circuitos suelen ser de menor longitud que los radiales. 7. La confiabilidad del servicio es mayor, la caída de tensión y las pérdidas son menores a la de los esquemas anteriores. Sin embargo no en un grado tan alto que justifique su uso en comparación con los otros esquemas. 8. Es capaz de soportar aumentos o disminuciones de carga con un mínimo de disturbios. 9. El diseño y la operación son complicados 10. Su uso no es muy frecuente.
En este esquema para una falla en el circuito de enlace, la misma es aislada por el interruptor de enlace, por el interruptor del transformador y por los interruptores de los demás circuitos de enlace de la misma barra. En Venezuela el esquema mas utilizado es el radial con enlace y es el utilizado por CADAFE y ENELBAR. En años anteriores la EDC utilizó el sistema Network. Niveles de tensión El nivel de voltaje del sistema es probablemente el factor que tiene la mayor influencia en el costo, diseño y operación del sistema. Tiene un efecto directo en la longitud del circuito, en la carga del circuito, en el número de transformadores de distribución, en la cantidad de líneas de subtransmisión y en la cantidad de clientes afectados por una falla.
Selección de las tensiones La selección de la tensión de distribución debe hacerse cuando ya se hayan determinado las magnitudes, concentración y distancias de separación de las cargas. Esto se hará cuando en el área a servir la empresa distribuidora pueda suministrar más de una tensión. En cualquier caso debe entrarse en contacto con la empresa distribuidora para acordar la tensión de servicio. Factores que influyen en la selección de las tensiones.
Para E2 = 2E1, la distancia se duplicará Variaciones de Tensión Permitidas Artículo 9.- Las variaciones porcentuales permitidas de los niveles de tensión, medidos en los puntos de suministro, con respecto al valor de tensión nominal, son los siguientes:
Son varios los factores que influyen en la selección de la tensión en un determinado sistema, siendo su influencia de mayor o menor importancia dependiendo de la clase de tensión utilizada. Estos factores son los siguientes: 1. Magnitud de la carga 2. Distancia de transporte de la energía 3. Disponibilidad d equipos en función de las tensiones 4. Códigos de seguridad 5. Normas 6. Tensiones distribuidoras
de
servicio
de
las
empresas
La regla del cuadrado del voltaje A mayor voltaje primario, mayor longitud y por lo tanto mayor carga, para una misma caída de voltaje. A dos veces el voltaje, un circuito puede servir la misma carga y cuatro veces la distancia con la misma caída de tensión. Esta regla no se cumple cuando las cargas están distribuidas en un área. En estos casos al duplicar el voltaje, se duplica la distancia y la carga se mantiene constante al igual que la caída de voltaje. Es decir; Igual kVA de carga= (E2/E1) 2 veces la distancia Para E2 = 2E1, la distancia se cuadruplicará Doble kVA de carga = ½ (E2/E1) 2 veces la distancia
Criterios de carga de los circuitos El criterio para determinar la carga de un circuito dependerá de: 1. El tipo de sistema utilizado: radial, anillo, network. 2. El tipo de esquema utilizado en la subestación. 3. Los criterios establecidos para realizar enfases entre circuitos. 4. Los criterios establecidos para la localización de fallas. 5. Los costos establecidos 6. La calidad de servicio esperada. En el caso de ENELBAR el sistema utilizado es el radial con enlace y la mayoría de las subestaciones presentan esquema de barras simple, cuando deba realizarse mantenimiento al interruptor de la subestación es necesario transferir la carga de la totalidad del circuito a uno o varios circuitos con los que presente enfases que como mínimo debe ser uno, por lo que los circuitos se cargan a un 50% de su capacidad. Debe disponer cómo mínimo de tres puntos de seccionamiento (N.A.).
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COORDINACIÓN DE PROTECCIONES DEL SISTEMA DE DISTRIBUCIÒN COORDINACIÓN DE PROTECCIONES SISTEMA DE DISTRIBUCIÒN
DEL
El objetivo de las protecciones dentro de un sistema de distribución eléctrica es la detección, localización y aislamiento de las fallas evitando daños al sistema y permitiendo que la menor cantidad de usuarios queden sin servicio. Para asegurar que esto se cumpla es necesario seleccionar los equipos de protección apropiados y determinar los ajustes que les deben ser colocados resultado de un estudio de coordinación que debe realizarse entre ellos. Equipos de protección en un sistema de distribución Los equipos normalmente utilizados para la protección de un sistema de distribución son los siguientes: 1. Relé asociado al interruptor en la subestación: Se trata normalmente de un relé de sobrecorriente que permite el despeje de fallas que se presenten a lo largo del circuito, especialmente en el troncal. Este equipo se ajusta para permitir la circulación de corrientes que no sobrepasen la corriente de carga del circuito o la capacidad nominal del conductor, según sea el criterio utilizado por el ingeniero de protecciones. Debe escogerse un ajuste para fallas a tierra y uno para fallas entre fases, en ambos casos se debe determinar el ajuste instantáneo y el ajuste
temporizado, para el cual se utilizan las curvas tiempo corriente. El relé es el encargado de enviar la señal al interruptor para que abra sus contactos y despeje las falla. La operación en su curva instatánea junto al reenganche da la oportunidad a la falla de que esta sea temporal. 2. Reconectador: Son equipos de protección capaces de interrumpir corrientes de falla. Se ubican en el troncal para separar cargas urbanas de rurales, o en la salida de ramales que poseen cargas importantes. En ambos casos deben coordinarse con el relé en la subestación y con los fusibles ubicados aguas abajo del recloser. Para estos equipos deben especificarse dos ajustes, uno para fallas a tierra y uno para fallas entre fases y a su vez seleccionarse la cantidad de operaciones en su curva rápida y su curva lenta. 3. Seccionalizador: Estos equipos no son capaces de interrumpir corrientes de falla por lo que deben ser utilizados en conjunto con un equipo capaz de interrumpir esta corriente como es el caso de interruptores o reconectadores. Le deben ser ajustados la cantidad de conteos que va a permitir antes de que quede abierto y despeje la falla. 4. Fusibles: Son los elementos de protección de sobrecorriente mas utilizados en las redes de distribución. Son los elementos ubicados lo mas cerca de las
cargas, es decir los mas alejados de la fuente, cuando existen en el circuito reconectadores o seccionalizadores. Por estar ubicados al final de la cadena de equipos deben ser coordinados con cada uno de ellos según sea el caso. TIPOS DE FUSIBLES 1. Fusibles de filamento o lámina: Su operación obedece a curvas tiempo corriente 2. Fusibles limitadores de corriente: Interrumpen la corriente de falla antes de que esta alcance su primer medio ciclo. Curva tiempo-corriente de fusibles
COORDINACIÓN FUSIBLE-FUSIBLE Para la protección de líneas se utilizan las láminas fusibles tipo K y tipo T. La diferencia entre ambas es la relación de velocidad que es la relación entre las corrientes de fusión a 0.1 seg y 300 seg para láminas hasta 100 A. Fusibles tipo K: Son láminas rápidas. Coordinan mejor con relés con curvas de operación inversas. Fusibles tipo T: Son láminas lentas y coordinan mejor entre sí para un rango de corrientes más amplio. Tamaños de fusibles normalizados para protección del circuito primario.
La curva tiempo corriente de un fusible en particular proporciona el tiempo de operación de un fusible para una corriente de cortocircuito dada. Existen para cada fusible dos tipos de curvas características. La curva de mínima fusión que proporciona el tiempo en el cual el fusible comienza a fundirse, y la curva de máxima despeje que proporciona el tiempo para el cual la lámina fusible se funde (se rompe).
Procedimiento para la selección de F1 1. Se escoge F2 de modo que pueda soportar la corriente máxima de carga.
F1: Fusible protegido F2: Fusible protector El fusible F2, el más alejado de la fuente, se escoge por carga; es decir su capacidad nominal se selecciona de forma tal que pueda soportar la corriente de carga normal del circuito. La capacidad nominal de los fusibles, hasta el tamaño 100 A obedece a la siguiente regla: Capacidad nominal del fusible = Tamaño del fusible X 1,5
2. Se busca el tiempo máximo de despeje de F2 para la corriente máxima de falla. 3. Para el peor de los casos (Factor de coordinación = 0.75) , se calcula el tiempo de mínima fusión de F1. 4. Se busca entre las curvas de mínima fusión el fusible cuyo tiempo de operación esté por encima del tiempo obtenido en el punto 3. 5. Se verifica que el fusible F1 seleccionado, soporta la corriente de carga máxima en su punto de ubicación.
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UNIDAD VI: DISEÑO DEL CIRCUITO SECUNDARIO DE DISTRIBUCIÒN E
l sistema secundario es la parte del sistema de potencia comprendido entre el primario del transformador de distribución y los consumidores. COMPONENTES DE UN SISTEMA SECUNDARIO DE DISTRIBUCIÓN 1. Transformadores de distribución 2. Circuitos secundarios 3. Acometidas 4. Medidores SISTEMAS SECUNDARIOS DE DISTRIBUCIÓN MÁS UTILIZADOS La escogencia del sistema secundario viene dada especialmente por el aspecto económico y por las exigencias de operación y mantenimiento requeridas. 1. Radial 2. Banking 3. Mallado Características de los sistemas radiales 1. Son los más sencillos y frecuentemente usados 2. Siempre son alimentados por un único transformador de distribución 3. Puede adoptar tres variantes dependiendo de la geometría del sector servido: Simple, ramificado, anillo. 4. La variante de anillo presenta las siguientes ventajas: a. Distribución de las cargas con mínima caída de tensión b. Disminución de las fluctuaciones provocadas por el arranque de motores.
CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS EN BANKING 1. Son alimentados por varios transformadores de distribución con los secundarios conectados en paralelo, alimentados por un único circuito primario. 2. Distribución de las cargas con mínima caída de tensión
CARACTERÍSTICAS MALLADOS
3. Disminución de las fluctuaciones provocadas por el arranque de motores.
1. El sistema más seguro y más costoso
4. Mejora el factor de utilización de la capacidad instalada en transformadores por efecto de la mayor diversidad entre las cargas. 5. Se utiliza protección en el circuito secundario, preferiblemente con interruptores termomagnéticos en lugar de fusibles. 6. Permite mayor confiabilidad 7. Permite manejar el crecimiento de las cargas en forma flexible y económica mediante la adición de nuevos puntos de transformación intermedios.
DE
LOS
SISTEMAS
2. Protegen el servicio contra las fallas originadas en el sistema primario o transformadores 3. Son alimentados por varios transformadores de distribución, conectados a dos o más circuitos primarios. 4. Cada transformador está conectado a la red secundaria a través de un interruptor automático de aire o protector de red. 5. Los cortocircuitos en las líneas secundarias son aislados mediante fusibles limitadores.
Secundario Network TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN Según algunas clasificaciones, se conocen como transformadores de distribución aquellos cuyas capacidades se ubican entre 3 y 500 kVA. Hay otras clasificaciones en donde la capacidad máxima es hasta 2.500 kVA. Los transformadores con capacidad superior a la anteriormente indicada se conocen como transformadores de potencia. Los transformadores de distribución pueden ser de los siguientes tipos:
La conexión de un transformador convencional al circuito primario, se hace normalmente a través de un fusible. Además cuando su instalación es aérea para protegerlo contra descargas atmosféricas, se instalan pararrayos. Los transformadores autoprotegidos incluyen la protección contra sobrecargas, descargas atmosféricas y cortocircuitos. Los transformadores para banking, son autoprotegidos y diseñados para su operación en paralelo. Para instalaciones subterráneas los transformadores utilizados son: 1. Sumergibles: para instalarse en sótanos donde puede estar expuesto a quedar sumergido bajo agua. 2. De uso residencial: Corresponden al mismo tipo de transformadores convencionales. 3. Network.: Para uso en sistemas network
1. Seco ( Dry Type) 2. Sumergido en aislamiento líquido Según su tamaño, condiciones de seguridad o estética, los transformadores de distribución se instalan en : 1. Postes 2. Casetas 3. Sótanos 4. Áreas verdes: Transformadores tipo pedestal o Pad Mounted, utilizados generalmente en instalaciones subterráneas. Para instalaciones aéreas los tipos transformadores utilizados son: 1. Convencionales 2. Autoprotegidos (CSP) 3. Autoprotegidos para banking (CSPB)
de
Transformador tipo seco
Transformador Pad mounted
Transformador Convencional
Transformador Sumergible
Conexi贸n de los transformadores
TamaĂąo de transformadores mĂĄs utilizados
LA CARGA DEL DISTRIBUCIÓN
TRANSFORMADOR
DE
El transformador al momento de su instalación se escoge de forma tal que sea capaz de soportar la carga actual y algún porcentaje de crecimiento de la misma. Cuando alcanza su carga máxima este deberá ser reemplazado por uno de mayor tamaño, normalmente el inmediato superior, siempre y cuando la caída de voltaje en circuito secundario lo permita. De no ser así, el transformador deberá ser reubicado (a su nuevo centro de carga), o el sector deberá ser dividido e instalarse un nuevo transformador, traspasándole carga del circuito original. TENSIONES SECUNDARIAS NORMALIZADAS SEGÚN LA NORMA COVENIN 159-1997
VARIACIONES DE TENSIÓN PERMITIDAS SEGÚN LAS NORMAS DE CALIDAD DEL SERVICIO DE DISTRIBUCIÓN DE LA ELECTRICIDAD. Artículo 9.- Las variaciones porcentuales permitidas de los niveles de tensión, medidos en los puntos de suministro, con respecto al valor de tensión nominal, son los siguientes:
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CAÍDA DE TENSIÓN Llamamos caída de tensión de un conductor a la diferencia de potencial que existe entre los extremos del mismo. Este valor se mide en voltios y representa el gasto de fuerza que implica el paso de la corriente por ese conductor. Así mismo, la caída de tensión es medida frecuentemente en tanto por ciento de la tensión nominal de la fuente de la que se alimenta. Por lo tanto, si en un circuito alimentado a 400 Voltios de tensión se prescribe una caída máxima de tensión de una instalación del 5%, esto significará que en dicho tramo no podrá haber más de 20 voltios, que sería la tensión perdida con respecto a la tensión nominal. No existe un conductor perfecto, pues todos presentan una resistividad al paso de la corriente por muy pequeña que sea, por este motivo ocurre que un conductor incrementa la oposición al paso de la corriente, a medida que también va aumentando su longitud. Si esta resistencia aumenta, por consiguiente aumenta el desgaste de fuerza, es decir, la caída de tensión. Podríamos decir que la caída de tensión de un conductor viene determinada por la relación que existe entre la resistencia que ofrece este al paso de la corriente, la carga prevista en el extremo más lejano del circuito y el tipo de tensión que se aplicará a los extremos.