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 3 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 . 4 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. 5 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. 6 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 7 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. 8 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. 10 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. 11 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 12 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. 14 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. 15 Redes secundarias urbanas Red grilla de secundarios Red spot en secundarios 16 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). 17 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. 18 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 19 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 20 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. 21 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. 22 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. 23 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. 25 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. 26 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. 27 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. 28 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) 32 Transformadores monofásicos (240V – 120V 33 Banco de transformador de distribución trifásica (208Y / 120 V). 34 Three phase distribution transformer bank (480Y/277V). 35 Typical residential customer voltage profile 36 Construcción aérea 37 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. 38 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. 39 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. 42 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. 43 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). 44 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). 45 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. 47