Introducción
04 JUNIO 2020
1
Visión de conjunto de la infraestructura
eléctrica
2
Subestación de distribución y
alimentadores
Un alimentador es un circuito de salida de la subestación
El alimentador principal es la columna vertebral del circuito, se lo
llama línea principal. La línea principal es un conductor de
aluminio de 500 o 750 kcmil. Se lo diseña generalmente para 400 A
y con frecuencia permite un valor en emergencias de 600 A
En la figura se muestran derivaciones de la línea principal. Estas
derivaciones pueden ser de una fase, de dos fases o de tres
fases. Las derivaciones tienen fusibles para separarlas de la línea
principal en caso de falla
Cmil es la unidad de área de la sección transversal de un conductor, igual a
un circulo cuyo diámetro es un milésimo de pulgada. 1 circular mil es igual
a 0.785 × 10–6 pies cuadrados o 0.2 × 10–9 metros cuadrados
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Dispositivos de control, conexiones a
tierra y protección.
Sistema radial
Los alimentadores de distribución incluyen
A. Dispositivos de control. P.ej.:
• los capacitores en derivación para cumplir con los
requisitos locales de voltios amperios reactivos (VAR) o
ayudar a la regulación de voltaje
• Reguladores de tensión se utilizan para mantener la
adecuada tensión de línea.
• Reactores en serie para limitar la corriente de falla.
• Autotransformadores para cambiar la clase de tensión de
distribución.
B. Conexiones a tierra: Multi-tierra, Uni-tierra, sin tierra,
aterrizado mediante resistencia o reactancia.
Sistema de primarios selectivos
Sistema auto-lazo
Sistema de secundarios selectivos
C. Protección: un disyuntor de circuito en la subestación, y
reconectadores de línea; seccionadores , interruptores y
fusibles en puntos intermedios a lo largo de la alimentadores
principales y laterales .
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Secuencia de operación de un reconectador
Según la Figura, en condiciones normales de servicio, por la línea protegida circula la corriente de carga
normal. Si ocurre una falla aguas abajo de la instalación del reconectador y la corriente del cortocircuito es
mayor a la corriente mínima de operación preestablecida, el reconectador opera por primera vez según la
curva rápida A en un tiempo ta. Permanece abierto durante un cierto tiempo, usualmente 1 segundo, al
cabo del cual reconecta la línea fallada. Si la falla ha desaparecido el reconectador permanece cerrado y se
restablece el servicio. Si por el contrario, la falla permanece, el reconectador opera por segunda vez en
curva rápida A y después de ta segundos abre nuevamente sus contactos. Luego de cumplirse el segundo
tiempo de reconexión el reconectador cierra sus contactos y si aún la falla persiste, abre por tercera vez
pero de acuerdo al tiempo de aclaramiento tc correspondiente a la curva lenta tipo C. Una vez que se
cumple el tiempo de la tercera y última reconexión, reconecta por última vez cerrando sus contactos. Si
aún la falla está presente, el reconectador al cabo de tc segundos abre definitivamente.
En caso que el reconectador no haya completado su secuencia de operación, después de transcurrido el
tiempo de reposición, repone su programación que tenía antes que ocurriera la falla, quedando en
condiciones de ejecutar completamente su secuencia de operación en caso de presentarse una nueva
condición de falla en la línea.
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Seccionalizadores
Un seccionalizador es un dispositivo el cual automáticamente aísla las secciones falladas de
un circuito de distribución, una vez que un reconectador o interruptor han interrumpido la
corriente de falla y se instala comúnmente aguas debajo de un reconectador. Dado que los
seccionalizadores no tienen la capacidad de interrumpir corrientes de falla, luego deben ser
utilizados con dispositivos back-up que tenga esa capacidad. El seccionalizador cuenta el
número de operaciones del reconectador durante las condiciones de falla.
Luego del número predefinido de aperturas del reconectador, y mientras el mismo está
abierto, el seccionalizador abre y separa la sección falladas de la línea. Esto permite al
reconectador cerrar y reestablecer el suministro en aquellas áreas libres de falla. Si la falla
es temporaria, se resetea el mecanismo de operación. En la figura se muestra el aspecto de
un seccionalizador.
Al igual que los reconectadores, los seccionalizadores se construyen monofásicos y
trifásicos con mecanismos de control hidráulico o microprocesado. Un seccionalizador no
tiene una característica de operación tiempo-corriente, y puede utilizarse entre dos
dispositivos de protección con curvas de operación que estén muy cercanas y donde no es
posible un salto adicional entre curvas para coordinar.
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Fusibles
El fusible es el medio más sencillo de interrupción automática de corriente en caso de cortocircuitos o
sobrecargas. En baja tensión se encuentran hasta de 600 A y de 250 a 600 Volt. En este rango, la exigencia es
que soporten continuamente la corriente nominal y que se fundan en un tiempo máximo de 5 minutos con un
15% de sobrecarga. En alta tensión, se encuentran hasta de 400 Amperes y de 10 a 138 kV, con potencias de
0,1 a 20 MVA. En general, un fusible (ver figura) está constituido por un elemento sensible a la corriente
(elemento fusible) y un mecanismo de soporte. El elemento fusible se funde cuando circula por él, una corriente
peligrosa durante un tiempo determinado. El mecanismo de soporte establece una distancia eléctrica prudente a
fin de minimizar el tiempo que dura el arco.
Los fusibles expulsión deben utilizarse
conjuntamente con otro dispositivo para operar
apropiadamente. El más típico es el cutout,
disponible en eslabón abierto (open link),
abierto (open) y diseño cerrado
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Capacitores en serie y en paralelo
La función principal de un capacitor, sea este serie e paralelo, instalado en una unidad
simple o en un banco, es la de regular el voltaje y los flujos de potencia reactiva en el
punto donde se lo instala. El capacitor en paralelo lo hace mediante la variación del
factor de potencia de la carga, mientras que el capacitor serie lo realiza directamente,
anulando la reactancia del circuito al cual esta aplicado.
Capacitores en serie
Los capacitores en serie, esto es capacitores conectados en serie con las líneas, han sido
utilizado de manera limitada en los circuitos de distribución debido a que son aparatos
mas especializados con un rango limitado de aplicación.
La figura en la pagina 9, muestra un capacitor en serie compensando la reactancia
inductiva. En otras palabras, existe una reactancia (capacitiva) negativa en serie con una
reactancia (inductiva) positiva, el efecto es que se compensa la una a la otra. Por tanto,
se minimiza, o se suprime, la caída de voltaje producida en la reactancia inductiva en el
circuito.
A veces, un condensador en serie incluso puede ser considerado como un regulador de
voltaje que proporciona un impulso de voltaje que es proporcional a la magnitud y
factor de potencia de la corriente que circula. Por lo tanto, un condensador en serie
provee un aumento de tensión que incrementa automáticamente y de forma
instantánea a medida que la carga crece.
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Voltage phasor diagrams for a feeder circuit of lagging power factor: (a) and (c) without
and (b) and (d) with series capacitors
9
Como se muestra en la Figura, mediante la aplicación de condensador en paralelo a un alimentador, se puede reducir la
magnitud de la corriente de la fuente y mejorar el factor de potencia, y por consiguiente se reduce también la caída de
tensión entre el extremo emisor y la carga. Sin embargo, los condensadores de derivación no afectan la corriente o el factor
de potencia más allá de su punto de aplicación. Las figuras a y c muestran el diagrama de una línea y su diagrama fasorial
de tensión antes de la adición del condensador en paralelo, y la figuras b y d muestran después de la adición.
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Configuraciones de las líneas primarias.
Los primarios de distribución están compuestos de cuatro conductores: los conductores de tres fases y un conductor de
neutro.
o Las cargas monofásicas se atienden mediante transformadores conectados entre una fase y el neutro. El neutro actúa como
conductor de retorno y como un dispositivo de seguridad. Un línea monofásica tiene un conductor de fase y un neutro.
o Una línea de dos fases tiene dos fases y un neutro.
o Algunos primarios de distribución están compuestos de tres conductores (sin neutro), en ellos las cargas monofásicas se conectan
entre fases.
La mayoría de las circuitos de distribución son radiales. Los circuitos radiales tiene muchas ventajas sobre los circuitos de
redes.
o
o
o
o
o
La protección de corriente es mas fácil en el evento de una falla
Se disminuye las fallas de Corrientes en la mayoría de los circuitos
Facilita el control de voltaje
Facilita la predicción y control de los flujos de potencia
Baja los costos
En resumen, los sistemas primarios se presentan en una variedad de formas y tamaños, su disposición depende de a
topología de las calles, la forma del área cubierta, potenciales obstáculos, y sitios de concentración de grandes cargas.
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Diagrama de una subestación de distribución
típica con varios alimentadores
Un alimentador del tipo
expreso sirve
concentraciones de carga
que se encuentran a
considerable distancia de la
subestación.
Arreglo de primarios en sistemas de distribución
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Configuraciones mas comunes en la
distribución primaria
Un esquema del tipo auto-lazo es aún más
confiable aún, generalmente se lo ofrece
para cargas criticas, tales como hospitales.
Para mejorar la confiabilidad, en los
circuitos radiales se proporciona a
menudo puntos “normalmente”
abiertos de unión con otros circuitos
Note que los circuitos son
todavía operados radialmente,
pero si se produce un fallo en
uno de los circuitos, los
interruptores de enlace
permiten que una parte del
circuito en falla pueda ser
restaurado rápidamente.
Estos interruptores se accionan
manualmente, pero algunas
empresas utilizan interruptores
automáticos o restauradores
para llevar a cabo estas
operaciones de forma
automática
Si una parte del circuito primario está en
falla, todos los clientes críticos todavía
pueden ser atendidos reconfigurando los
interruptores en los transformadores.
13
Clientes críticos.
En este caso se tiene una
conmutación inteligente mediante
un controlador basado en un
microprocesador. El sistema se
comunica continuamente con los
controladores de los interruptores
adyacentes para determinar y
ejecutar el mejor esquema de
conmutación en el caso de una
falla en el alimentador. Los fallos
en cualquiera de los conductores
en el lazo se aclaran en menos de
seis ciclos, lo que reduce la
duración de la caída de tensión
durante una falla.
En esta topología, en el caso de una falla en el
circuito primario, el servicio se transfiere al circuito
de respaldo. Note que dos circuitos primarios están
disponibles. Existen dos esquemas de selección
primaria y secundaria, ambas se alimentan
normalmente de un circuito.
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Redes urbanas: circuitos secundarios de
distribución en red y red spot
En estos sistemas, el secundario se conecta en red y tienen alimentaciones de varios circuitos de distribución primaria
• La red alimenta
varias cargas en
diferentes puntos
dentro del área.
• La red spot
alimenta una
carga (p. ej. Un
edificio alto).
Note el uso de protección
de red. La protección de red
es un disyuntor de bajo
voltaje que se abre cuando
lo atraviesa una potencia
revesa. Cuando una falla
ocurre en el circuito
primario, los protectores de
red se desconectan en
potencia reversa
Las redes usan alimentadores que se originan directamente en la barra de la subestación,
de esta forma, teniendo una sola fuente se reduce la corriente de circulación y da una
mejor división y distribución de carga entre los circuitos.
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Redes secundarias urbanas
Red grilla de secundarios
Red spot en secundarios
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Características comunes de los sistemas
de distribución en red.
o Los sistemas de red se diseñan basados en redundancia, i.e. cualquier daño en equipos individuales no resultará
en la perdida del servicio en la red.
o Cada red esta servida al menos por dos alimentadores primarios.
o Un alimentador primario puede servir una unidad de red simple o muchas unidades de red en diferentes
lugares, adicionalmente puede también servir cargas de distribución radiales
o Los alimentadores primarios para un sistema de red están generalmente servidos por una única subestación,
pero, pueden estar servidos por varias subestaciones, en cuyo caso deben minimizarse la diferencias en el
magnitud y ángulo de fase para obtener una operación aceptable.
o Una unidad de red consiste de un switch de desconexión (o aterrizamiento), un transformador de red y un
protector de red (con un relé maestro, un relé de fase y fusibles).
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Características comunes de los sistemas
de distribución en red.
o La clase del voltaje primario esta entre 4 kV to 35 kV.
o Típicamente los valores de capacidad del transformador de red son: 300; 500; 750; 1,000; 1,500; 2,000; y 2,500
kVA. Los transformadores con secundarios de 208 Y/120 V no exceden la capacidad de 1,000 kVA.
o La impedancia del transformador esta especificada en la norma ANSI C57.12.40-2000 y varia entre 5%–7%.
o El alimentador primario pude tener de tres a cuatro cables.
o Las conexiones del transformador son comúnmente para tres hilos delta en el primario y y-aterrizado en el
secundario y para cuatro hilos y-aterrizado y secundario y-aterrizado para cuatro hilos.
o Las capacidades del dispositivo de protector están dadas por el estándar IEEE Standard C57.12.44. Pudiendo
estar en carcazas no sumergibles, carcazas sumergibles o carcazas que puedan montarse dentro de un arreglo de
switchgear de bajo voltaje. Las capacidades de la protección varia de acuerdo al fabricante, el tipo de protección y
el voltaje secundario. La capacidad de corriente continua están en el rango de 800–6,200 A, 216–600 V. La
capacidad de interrupción está en el rango de 30,000–85,000A, y la capacidad de cierre y retención están en el
rango de 25,000–65,000 A.
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Propiedades y configuraciones de conexión de
barras
Flexibilidad
Es la propiedad de la subestación para acomodarse a las diversas condiciones que se puedan presentar especialmente por
cambios operativos en el sistema, y además por contingencias y/o mantenimiento del mismo
Confiabilidad
Es la probabilidad de que una subestación pueda suministrar energía durante un período de tiempo dado, bajo la condición
de que al menos un componente de la subestación esté fuera de servicio (interruptor, barraje, etc).
La confiabilidad de una subestación se puede analizar con técnicas de cadenas de Markov considerando tasas de falla y de
reposición de equipos tanto para condiciones de falla como para condiciones de mantenimiento.
Seguridad
Es la propiedad de una instalación de dar continuidad de servicio sin interrupción alguna durante falla de los equipos de
potencia, especialmente interruptores y barrajes. La seguridad implica confiabilidad.
Por lo general la seguridad está determinada por la potencia que se pierde durante la falla ó mantenimiento y su
impacto en la estabilidad y el comportamiento del resto del sistema.
•Barra sencilla; Barra principal y barra de transferencia; Doble barra; Doble barra más seccionador de “By-pass”
o paso directo; Doble barra más seccionador de transferencia; Doble barra más barra de transferencia
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Barra Sencilla
Ventajas: Económica, fácil de proteger, ocupa poco espacio y no
presenta muchas posibilidades de operación incorrecta.
Desventaja: Falta de confiabilidad, seguridad y flexibilidad
teniendo así que suspender el servicio en forma total cuando se
requiera hacer una revisión ó reparación en la barra colectora, o
del circuito cuando la revisión o reparación es en el interruptor.
Se gana alguna confiabilidad y flexibilidad agregando un
seccionamiento longitudinal
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Barra Principal y Barra de Transferencia
Con esta configuración cada conexión se puede
conmutar por medio del interruptor de transferencia
a la barra de igual nombre, conservando en esta
forma el servicio respectivo durante el
mantenimiento del interruptor o fallas del mismo, lo
que demuestra la buena confiabilidad de la
subestación bajo estas circunstancias.
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Doble Barra
Esta configuración es flexible y confiable pues
permite separar circuitos en cada una de las barras.
No es segura cuando se presentan fallas en barras e
interruptores. Es posible hacer mantenimiento en
barras sin suspender el servicio. Dada su flexibilidad,
se puede usar el acople como seccionador de barras,
permitiendo así conectar a una y otra barra circuitos
provenientes de una misma fuente sin necesidad de
hacer cruce de las líneas a la entrada de la
subestación.
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Doble Barra más Seccionador de “By-pass”
Esta
subestación
se
puede
operar,
no
simultáneamente, como doble barra o como barra
principal más transferencia, no presentándose así
conjuntamente las propiedades de flexibilidad y
confiabilidad. Esta configuración es la que requiere un
mayor número de equipos, presentándose así mismo
más elevada posibilidad de operación incorrecta
durante maniobras.
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Doble Barra más Seccionador de
Transferencia
Esta configuración es una variante de la anterior,
utilizando un seccionador menos. Tiene las
mismas características de la doble barra con
seccionador de “by-pass” aun cuando se pierde la
flexibilidad de poder realizar la transferencia a través
de cualquiera de las dos barras. En este caso
solamente la barra 2 puede utilizarse como
transferencia
24
Doble Barra más Barra de Transferencia
Es una combinación de la barra principal y de transferencia y la doble barra, dando como
resultado un arreglo que brinda simultáneamente confiabilidad y flexibilidad.
Normalmente se usan dos interruptores para las funciones de acople y transferencia,
respectivamente, pudiéndose así efectuar en forma simultánea ambas operaciones. En algunos
casos se utiliza un sólo interruptor (con el debido arreglo de seccionadores) perdiéndose así la
función fundamental de las tres barras, con lo cual se asimila esta configuración a las dos
anteriores.
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Anillo
La barra colectora es un anillo conformado por
interruptores. Para aislar un circuito se requiere la
apertura de los dos interruptores. Para aislar un circuito
por un período largo, se debe abrir el seccionador de la
línea para cerrar los interruptores asociados a dicho
circuito y así dar continuidad al anillo.
Es económica, segura y confiable si todos sus
interruptores están cerrados. En caso de falla en un
circuito, mientras se hace mantenimiento en otro, el anillo
puede quedar dividido y presentar falta de servicio para
alguna de las partes, o perderse la seguridad en el
sistema.
Desde el punto de vista de la flexibilidad la subestación es
similar a una barra sencilla. Para efectos de distribución de
corrientes, los circuitos conectados al anillo se deben
distribuir de tal manera que las fuentes de energía se
alternen con las cargas.
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Interruptor y Medio
Se tienen tres interruptores (diámetro) por cada
dos salidas. Se puede hacer mantenimiento a
cualquier interruptor o barraje sin suspender el
servicio y sin alterar el sistema de protección.
Una falla en un barraje no interrumpe el servicio
a ningún circuito. Es segura y confiable tanto por
falla en los interruptores como en los circuitos y
en las barras. No es flexibe porque se opera con
ambas barras energizadas y todos los
interruptores cerrados. El hecho de tener dos
barras no significa que los circuitos puedan ser
conectados independientemente a cualquiera de
ellas, como en el caso de la doble barra. La
protección y el recierre se complican por el hecho
de que el interruptor intermedio (entre dos
circuitos) debe trabajar con uno u otro de los
circuitos asociados.
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Doble Barra con Doble Interruptor
En esta configuración se duplican tanto las barras
como los interruptores de cada circuito.
Presenta la mayor seguridad tanto por falla en barras
como en interruptores. Da gran libertad para la
operación, para trabajos de revisión y mantenimiento.
Para lograr la mayor seguridad cada circuito se debe
conectar a ambas barras o sea todos los interruptores
cerrados y las dos barras energizadas.
Es la más costosa de todas las configuraciones a
expensas de su seguridad desde el punto de vista del
suministro, por lo cual su adopción en un caso
particular requiere una justificación cuidadosa.
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Configuraciones de conexión de interruptores.
• Anillo
• Interruptor y medio
• Doble barra con doble interruptor
29
Distribución secundaria
30
Distribución secundaria
31
Cómo se toman las fases de las ramas
(configuración Y de 4 hilos)
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Transformadores monofásicos (240V – 120V
33
Banco de transformador de distribución
trifásica (208Y / 120 V).
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Three phase distribution transformer
bank (480Y/277V).
35
Typical residential customer voltage
profile
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Construcción aérea
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Niveles de voltaje primarios.
La mayoría de los voltajes de distribución están entre 4 y 35 kV. Estos voltajes son de línea a línea de
acuerdo a la practica de la industria.
La clase del voltaje es un termino aplicado a un conjunto de voltajes de distribución y el equipo que
es común a ellos; no es realmente su voltaje. Por ejemplo, un aislador de 15-kV es adecuado para
aplicaciones en cualquier voltaje de la clase 15-kV, incluyendo 12.47 kV, 13.2 kV, y 13.8 kV. Otros
elementos que tiene una capacidad de la clase del voltaje son los Cables, terminales, aisladores,
bushings, reconectadores y cutouts, todos ellos tienen la capacidad del voltaje de clase. Únicamente
equipo que es sensitivo al voltaje como surge arresters, capacitores, y transformadores que tienen
una capacidad de voltaje que es dependiente del voltaje real del sistema de voltaje.
La línea divisora entre los voltajes de distribución y subtransmision es con frecuencia difusa. Algunas
líneas actúan a como líneas de subtransmision y distribución al mismo tiempo. Un circuito de 34.5-kV
puede alimentar a unas pocas subestaciones de distribución de 12.5-kV, pero adicionalmente pueden
servir a ciertas cargas como distribución.
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Ventajas y desventajas de la magnitud
de los niveles de voltaje.
Las empresas eléctricas pueden usar
conductores mas pequeños en sistemas
de alto voltaje o pueden suministrar
mas potencia en el mismo tamaño del
conductor. Adicionalmente, pueden
tender circuitos de distribución más
largos con un voltaje primario más alto,
lo cual significa menos subestaciones de
distribución.
Una menor corriente significa menos caída de voltaje, menos perdida y mas
capacidad portadora de potencia. Altos voltajes necesitan menos reguladores
de voltaje y capacitores para el soporte de voltaje.
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Relaciones importantes
El efecto del cuadrado del voltaje es significativo. Significa que
doblando el voltaje del sistema cuadruplica la carga que puede
ser suministrada para la misma distancia (con igual porcentaje de
caída de voltaje); o, el doble de carga puede ser suministrada si
se duplica la distancia; o, la misma carga puede ser suministrada
sobre cuatro veces la distancia.
40
Costo del nivel de voltaje
Altos voltajes significan líneas mas largas y mas
exposición a rayos, viento, excavaciones,
choques de carros y otras causas de falla. En
general, una línea de 30 millas a 34.5-kV, tiene
muchas mas interrupciones que una línea de 8
millas a 12.5-kV. Para mantener la misma
confiabilidad que una línea de bajo voltaje, una
línea de alto voltaje debe tener mas switches,
mas automatización, poda de arboles o algún
otro medio de mejorar la confiabilidad. Altos
voltajes pueden tener caídas de tensión debido
a que una falla lejos de la subestación pude
bajar el voltaje de la subestación (en un sistema
de alta voltaje la impedancia de línea es
relativamente mas pequeña que la impedancia
de la fuente).
Conversión a alto voltaje
es
mas
beneficioso
cuando el espacio para
subestaciones es difícil
de encontrar o el
crecimiento de la carga
es alto.
Los equipos de alto voltaje cuestan mas – cables, aisladores,
transformadores, pararrayos y otros. Pero los circuitos de alto voltaje
usan conductores mas pequeños. El principal ahorro de la distribución
a alto voltaje es el menor numero de subestaciones. El alto voltaje
también tiene menos costos anuales debido a las perdidas. Con
respecto al mantenimiento, los sistemas de alto voltaje requieren mas
poda de arboles e inspecciones para mantener la confiabilidad.
Además son mas sensibles a ferro-resonancia y radio-interferencia.
41
Subestaciones
Rural substation
Suburban substation
Urban substation
En general, los transformadores
menores de 10 MVA están
normalmente
protegidos
con
fusibles, igual para transformadores
de 20 o 30 MVA. Los fusibles son
baratos y simples; ellos no
necesitan control de potencia y
ocupan poco espacio. Los fusibles
no son sensitivos, especialmente
para la evolución de fallas internas.
Lo transformadores mas grandes
tienen normalmente tienen una
protección de relé que opera un
conmutador de circuito o un
interruptor de circuito.
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Subestaciones – dispositivos de
protección
Los circuitos alimentadores a menudo incluyen protección diferencial, relés de presión súbita
y relés de sobre-corriente. Tanto la protección diferencial y los relés de presión súbita son lo
suficientemente sensibles para detectar los fallos internos y despejar el circuito para limitar
un daño adicional al transformador. Ocasionalmente, los relés operan un interruptor de
puesta a tierra del lado de alta en lugar de un interruptor.
Los dispositivos de interrupción de los alimentadores son normalmente disyuntores relevadores de circuitos, ya sea en
unidades individuales o cajas de conexiones metálicas. Muchas empresas de servicios también utilizan re-conectadores
en lugar de interruptores automáticos, especialmente en las subestaciones más pequeñas. Los transformadores en las
subestaciones están normalmente protegidos por relés diferenciales que dispara si la corriente dentro del
transformador no está muy cerca de la corriente de salida del transformador. Los relevadores pueden también puede
incluir sensores de presión. El dispositivo protector del lado de alta es a menudo un selector de circuito, pero también
puede ser fusibles o un interruptor de circuito. La figura muestra una subestación con dos bancos. La capacidad de
diseño de cada transformador es tal que si uno de ellos falla, la unidad restante puede llevar la carga de toda la
subestación. La práctica en las empresas varían en cuanto el dimensionamiento del margen de seguridad, y el
crecimiento de la carga puede asignarse en la redundancia.
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Sistemas de sub transmisión
Los sistemas de sub transmisión son todos aquellos circuitos que suministran
energía a las subestaciones de distribución. Los voltajes mas comunes son 34.5,
69, 115, y 138 kV. Mientras mayor sea el voltaje de sub transmisión, las líneas
podrán llevar mas potencia con menor perdidas en grandes distancias.
Ocasionalmente los sistemas de distribución son alimentados por líneas de
transmisión de alto voltaje ( p.ej. 230 kV); en estos casos, tal nivel de voltaje tiene
como resultado que el costo del equipamiento del lado de alto sea muy oneroso.
Los circuitos de sub transmisión son normalmente alimentados por líneas de
transmisión en las subestaciones de sub transmisión. En algunas empresas, sin
embargo, un sistema de transmisión sirve tanto como una función de sub
transmisión (alimentando subestaciones de distribución) y una función de
transmisión (distribuyendo potencia a partir de generadores de poder masivos).
De las configuraciones posibles la mas simple y barata es la radial, sin embargo
esta es la que ofrece el suministro menos confiable, debido a que una falla en el
circuito de sub transmisión puede llevar a la interrupción de varias subestaciones
de distribución y por tanto al servicio de muchos clientes. Es posible, asimismo
tener circuitos redundantes de sub transmisión, que incluyen circuitos duales
(como se muestra en la figura de un sistema de sub transmisión en lazo).
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Cargas
Varias definiciones importantes para cuantificar las características de la carga en una cierta locación
• Demanda — La carga promedio en un periodo de tiempo especifico, con frecuencia 15, 20, o 30 minutos. La
demanda puede ser usada para caracterizar la potencia real, la potencia reactiva, la potencia total o la corriente.
La demanda pico en un periodo de tiempo es la forma mas común de caracterizar la carga de un circuito. En las
subestaciones, es muy común registrar la corriente de demanda.
• Factor de carga — Es la relación del promedio sobre el pico de carga. El pico de carga
es normalmente la máxima demanda, pero puede ser el pico instantáneo. El factor de
carga es entre cero y uno. Un factor de carga cercano a 1.0 indica que la carga es casi
constante. Un valor bajo de factor de carga indica que es una carga que varia en un
amplio rango. Desde el punto de vista de la EE, es mejor tener cargas de un alto factor
de carga. El factor de carga se lo encuentra en la uso de energía total (kilovatio-hora):
• Factor de Coincidencia — Es la relación del pico de la demanda para todo el sistema a la suma de la de las demandas
pico individuales. El pico de demanda para todo el sistema se define como el pico de demanda diversificado o como
el pico de demanda coincidente. Las demandas pico individuales son demandas no coincidentes. El factor de
coincidencia es menor o igual a uno,. Normalmente, el factor de coincidencia es mucho menor que uno debido a que
cada carga individual no alcanza su carga individual al mismo tiempo (es decir, no son coincidentes).
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Cargas
• Factor de diversificación — Es la relación entre la suma de la demanda pico individual a la demanda pico de
todo el sistema. El factor de diversificación es mayor o igual que uno e igual al reciproco del factor de
coincidencia.
• Factor de responsabilidad — Es la relación de la demanda de carga en el momento en que el sistema tiene su
pico a la demanda pico del sistema. El factor de responsabilidad puede ser aplicado a clientes individuales,
clases de clientes o secciones de circuitos.
Las cargas de ciertos clientes varían usando patrones similares. Las cargas comerciales son altas desde las 8 a.m. a 6
p.m. La carga residencial tiene su pico en la noche. El clima cambia significativamente los niveles de carga. En los dias
de un verano caliente, el aire acondicionado incrementa la demanda y reduce la diversidad entre las cargas. A nivel
del transformador un valor tipo de factor de carga es de 0.4 to 0.6 (Gangel and Propst, 1965).
Varios grupos han evaluado los factores de coincidencia como una función del numero de
clientes. Por ejemplo, Nickel and Braunstein (1981):
46
Perfiles de carga diarias
A nivel de subestación, la coincidencia es también aparente. Un
transformador con cuatro alimentadores, cada uno con un pico en 100 A,
tendrá un pico de menos de 400 A debido a la diversidad entre los
alimentadores. El factor de coincidencia entre los cuatro alimentadores es
normalmente mas alto que el factor de coincidencia al nivel de los clientes
individuales. Se esperan que los factores de coincidencia sean sobre 0.9.
Cada alimentador es altamente diversificado, de tal manera que no hay
mucha ganancia al agrupar muchos clientes juntos si los conjuntos de clientes
son similares. Si la mescla de clientes en cada alimentador es diferente,
múltiples alimentadores tendrán diferencias significativas. Si un grupo de
alimentadores es principalmente residencial y otros grupo es comercial, el
pico de carga de los alimentadores considerados juntos puede ser
significativamente mas bajo que la suma de los picos. Para transformadores
de distribución, el factor del pico de responsabilidad varia en el rango desde
0,5 a 0.9, siendo 0.75 el valor típico (Nickel and Braunstein, 1981).
La figura muestra perfiles de carga diarios para diferentes clases.
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