Apuntes de Lineas y Redes de Distribucion

ING. ISRAEL CAMACHO RODRIGUEZ

INS INS TITU TITUTO TO POLITÉ POLITÉ C NICO NAC IONAL IONAL ES CUELA CUELA S UPER IOR IOR DE INGE N IER ÍA MEC MEC ÁNICA ÁNICA Y ELÉCTRICA Departa Departament mento o de Ing I ng eniería E léctri léctrica ca A c ademia ademia de Utilizaci Utili zación ón R edes edes y Líne L ínea as de Dis tribución

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PR O FE S OR: C . ING IN G . CA MAC HO R O DR ÍGUE ÍGU E Z ISRAEL.

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SEP (Sistema Eléctrico de Potencia) A grandes rasgos un SEP está formado por 3 partes principales como son: Centrales Generadoras, Líneas de transporte (transmisión) de la energía eléctrica y Líneas de Distribución. Distribución . El sistema de potencia forma una enorme red que casi casi cubre cubre todo el territorio nacional, el objetivo objetivo del SEP es es proporcionar energía eléctrica de la más alta calidad, las características de la energía eléctrica son: a) La continuidad del servicio o confiabilidad consiste en que la energía eléctrica este a disposición del usuario en el momento y por todo tiempo que la requiera. b) Tensión dentro del rango

 10%

.

c) La frecuencia constante, constante, esta debe debe mantenerse en el rango normalizado normalizado  2% . d) Forma de onda, esta debe debe de ser ser siempre senoidal. e) El desfasamiento, este debe de ser 120 120 ºE

SEP Los sistemas eléctricos de potencia como ya lo mencionamos están constituidos por 3 grupos, los sistemas eléctricos de distribución son el medio que permite que la energía eléctrica sea entregada a los centros de consumo unas ves que esta ah sido generada en las centrales ó plantas eléctricas. Un sistema de distribución está formado por diversos tipos de instalaciones, desde las líneas de subtransmisión y subestaciones de distribución hasta las líneas redes de distribución primaria y secundaria, cada una de estas instalaciones dispone a sus ves de diferentes equipos ó dispositivos cuyas cargas funcionales son muy amplias. Los Sistemas Eléctricos de Distribución en nuestro país comprenden principalmente de seis partes: a) b) c) d) e) f)

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Líneas de Subtransmisión. Subestaciones de transmisión Circuitos de media tensión Transformadores de distribución distribución (Subestaciones (Subestaciones tipo poste) Circuitos de baja tensión Acometidas

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LÍNEAS DE SUBTRANSMISION: Son circuitos de conducción masiva de energía eléctrica a distancia que alimenta e interconecta a las subestaciones de distribución, los niveles de tensión son 138, 115, 85, 69 KV. SUBESTACIONES DE TRANSMISIÓN: Son circuitos de equipos eléctricos necesarios para la conversión y seccionamiento de la energía eléctrica recibida en los bloques y distribuida en diferentes trayectorias a través de los circuitos de distribución. CIRCUITOS DE MEDIA TENSIÓN: Son circuitos eléctricos que parten de la subestación de distribución lo cual proporciona la potencia eléctrica a los transformadores de distribución, los niveles de tensión utilizados en el país van desde 2.4 hasta 34.5 KV TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN: Es un equipo eléctrico que reduce la tensión de los circuitos de media tensión a la tensión de utilización de los usuarios. CIRCUITOS DE BAJA TENSIÓN: Son circuitos que emanan de los transformadores de distribución y proporcionan el camino de la potencia eléctrica que sea entregada al usuario. En el siguiente siguiente distribución:

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esquema se se ilustra en forma de bloques un sistema de

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Las tensiones utilizadas en los sistemas de distribución se pueden agrupar de acuerdo con lo indicado en la tabla numero1, misma que se muestra a continuación:

TENSIONES EN LOS S ISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN CLASIFICACIÓN DE TENSIÓN

COMPONENTES DEL SISTEMA

TENSIÓN PREFERENTE (KV)

BAJA TENSIÓN

ACOMETIDA Y CIRCUITOS DE (Menor a 1KV) BAJA TENSIÓN

MEDIANA TENSIÓN (Mayor a 1KV y menor de 35KV)

CIRCUITOS DE MEDIANA TENSIÓN

NOMINAL RESTRINGIDA (KV)

0.120 0.127 0.220 0.240 13.8

CONGELADA (KV)

2.4 4.4

23.0

6.4 11.8

34.5 20 ALTA TENSIÓN (Mayor a 35 KV menor a 230 KV)

69

85

11.5

138

LÍNEAS DE SUBESTACIÓN

PARTES DE LAS LÍNEAS DE SUBTRANSMISION. Desde el punto visto, las líneas de Subtransmisión aéreas están constituidas por las siguientes partes; Estructuras o Torres, Aisladores Herrajes y Conductores Las estructuras o torres de una línea de Subtransmisión constituye el elemento de soporte mecánico de los conductores a través de los aislamientos y los herrajes, existe una gran variedad de tipos de estructuras dependiendo de varios factores como la naturaleza del terreno, las restricciones del uso de suelo, presión de viento, carga por hielo, etc., además del tensionado normal para montaje etc.

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Existen básicamente las siguientes tipos de estructuras:

TIPO CLÁSICA - AUTOS SOPORTADAS (Para 1 circuito ó más) TIPO TUBULAR - CON RETENIDA A continuación se muestra las partes de las líneas de subtransmisión

FLECHA

CATENARIA

ALTURA

CLARO O DISTANCIA INTERPOSTAL

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h =

Altura de los conductores de fase sobre el nivel del suelo de la torre. HT = Altura de la trabe. Ha =

Altura de los cables de guarda.

D =

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Distancia entre centros de fases.

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AUTO SOPORTADA TIPO TUBULAR PARA 2 CIRCUITOS

AISLANTES Los aislantes son elementos que proporcionan la distancia dieléctrica requerida en el aire entre los conductores y cualquier parte de la estructura o parte metálica puesta a tierra.

NOTA: A MAYOR TENSIÓN DE OPER ACIÓN MAYOR LA DIS TANCIA DIELÉCTRICA. Los aislantes se fabrican normalmente de 2 tipos:

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-Aisladores Tipo Discoidal (para formar cadenas); Estas pueden ser de porcelana o vidrio, existen distintas siluetas geométricas que dependerán principalmente de su aplicación de acuerdo a la zona que se vallan a utilizar. A continuación se presenta un diseño tipo estándar:

146mm

254mm

C A D E N A D E A I S L A DOR E S

HERRAJE DE SUJECIÓN DEL CONDUCTOR

- Aisladores Tipo Barra; Estos aisladores generalmente usan material sintético (polímeros) su aplicación se encuentra principalmente en los llamados diseños compactos, porque ocupan menor espacio en su construcción.

- HERRAJES: Se da el nombre genérico de herrajes a todos los elementos que permiten conectar entre si aislantes con conductores, cadena de aisladores con la estructura o empalmar conductores.

- CONDUCTORES: Desde el punto de vista de materiales usados como conductores con las líneas de transmisión, subtransmisión y distribución mediana tensión, se puede usar:

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

COBRE  ALUMINIO  ALUMINIO REFORZADO CON ACERO ACSR. En México preferentemente se usan los conductores ACSR y solo en redes de distribución de baja tensión, se utiliza el cobre, estrictamente hablando el calibre el calibre de los conductores se designa de acuerdo a la norma americana AWG; se indica por medio de un numero que expresa su área transversal, también se puede expresar en Circular Mil (CM) ó Miles de Circular Mil (MCM) siendo 1cm=1/100plg., existe otra designación es el Sistema Internacional de Unidades la cual los expresa en m2.

SUBESTACIÓN Una subestación eléctrica no es más que una de las partes que interviene en el proceso de generación, consumo de la energía eléctrica, por lo cual podemos dar la siguiente definición. UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA ES UN CONJUNTO DE ELEMENTOS Y DISPOSITIVOS ELÉCTRICOS QUE NOS PERMITEN CAMBIAR LAS CARACTERÍSTICAS DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA O BIEN CONSERVARLAS.

CLASIFICACIÓN DE LAS SUBESTACIONES: a) Por su operación: a.1) Corriente Alterna. a.2) Corriente Continua. b) Por su servicio: b.1) Primarias. b.1.1) Elevadoras b.1.2) Recortadoras ó Reductoras. b.1.3) Enlace ó Distribución. b.1.4) De Swicheo ó manuables. b.1.5) Convertidotas o rectificadoras. b.2) Secundarias. b.2.1) Receptoras b.2.2) Distribuidoras. b.2.3) Enlace b.2.4) Convertidotas o Rectificadoras. c) Por su construcción. c.1) Tipo Intemperie c.2) Tipo Interior c.3) Tipo Bandado

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Los elementos que constituyen una subestación se pueden clasificar en elementos principales ó primarios y elementos secundarios. -

ELE MENTOS PR IMAR IOS        

-

TRANSFORMADOR INTERRUPTOR DE POTENCIA CUCHILLAS (TIPO FUSIBLE Ó DESCONECTADOTAS) APARTA RAYOS TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTOS CONDENSADORES TABLEROS DE CONTROL RESTAURADOR

ELE MENTOS SE CUNDAR IOS           

CABLES DE POTENCIA CABLES DE CONTROL ALUMBRADO HERRAJES EQUIPO CONTRA INCENDIO SISTEMAS DE TIERRAS INTERCOMUNICACIÓN TRINCHERAS DUCTOS DRENAJE CERCAS

A continuación se muestran parte de la simbología que se puede encontrar en una subestación.

TRANSFORMADOR DE POTENCIA

INTERRUPTOR

CUCHILLAS

TRANSFORMADOR DE CORRIENTE

APARTA RAYOS

AUTOEVALUADO

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OXIDO DE ZINC

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TRANSFORMADORES Un transformador es un dispositivo que transfiere energía eléctrica de un circuito a otro conservando la frecuencia constante lo hace bajo el principio de inducción electromagnética y tiene circuitos eléctricos que están elaborados magnéticamente y aislados eléctricamente. ELEMENTOS QUE CONFORMAN UN TRANSFORMADOR. Núcleo de circuito magnético, devanados, aislamientos, aislantes, tanque o recipiente, boquillas, tubos radiadores, tanque conservador, cambiador de derivaciones ó TAPs, placa de tierras, placa de características, termómetro, base para rodar. CLASIFICACIÓN DE TRANSFORMADORES. Los transformadores se pueden clasificar por: 1) FORMA DE SU NÚCLEO - Columnas - Acorazado - Envolvente - Radial 2) POR EL NUMERO E FASES - Monofásico - Trifásico

3) POR EL NUMERO DE DEVANADOS - 2 Devanados - 3 Devanados 4) POR EL MEDIO REFRIGERANTE - Aire - Aceite 5) POR EL TIPO DE ENFRIAMIENTO.

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- OA - OW - OW-A - OA – AF - OA – AF – FOA - FOA - OA – FA – FOA - FOW - A – A - AA – FA DONDE O=ACEITE A=AIRE, W=AGUA F=FORJADO 6) POR SU OPERACION - De potencia - Distribucion - De instrumento - De horno electrico - De ferrocarril 7) POR LA CONEXION DE SUSDEVANADOS - Delta – Delta - Delta – Estrella - Estrella – Estrella - Estrella – Delta 8) POR LA RESOLACION - Resolacion Fija. - Resolacion Variable con carga. - Resolacion Variable sin carga.

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o

CONEXIÓN DELTA-DELTA

o

CONEXIÓN DELTA-ESTRELLA UTILIZACION

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o

CONEXIÓN ESTRELLA-ESTRELLA

o

CONEXIÓN ESTRELLA-DELTA

CONEXIÓN DE LOS

TRANSFORMADORES. Existe una gran variedad de conexiones de los devanados de los transformadores, esto dependerá de las características ó condiciones del sistema o de la carga que se le requiera ó quiera alimentar, mencionaremos algunas más comunes o mas usadas. POLARIDAD DE LOS TRANSFORMADORES NEMA recomienda

1. Los transformadores menores de 200 KVA con tensiones nominales menores de 9 KV deberán tener polaridad aditiva 2. Los transformadores fabricados arriba de 200 KVA deben tener polaridad sustractiva. 3. Los transformadores con tensiones arriba de 9 KV independientemente de su capacidad en KVA deberán tener polaridad sustractiva. I.E.

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PRUEBAS A TRANSFORMADORES Las pruebas en general a la mayoría de los dispositivos o equipos electricos se pueden clasificar:

a) pruebas de laboratorio (fabricante) o o o

pruebas prototipo pruebas de rutina pruebas opcionales

b) pruebas de campo o o o

aceptación ( recepción y verificación del equipo ) pruebas de puesta en servicio mantenimiento 1. correctivo 2. preventivo 3. predictivo

* PR UEB AS DE LA BOR ATOR IO* PRUEBAS PROTOTIPO

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Son las que se realizan a diseños nuevos y mantienen por finalidad cumplir con los valores establecidos en las normas que se aplico y-o especificaciones bajo las que fueron fabricados los equipos.

PRUEBAS DE RUTINA Son las pruebas que se deberán efectuar a cada uno de los equipos con forme a métodos establecidos en las normas correspondientes, para verificar kla calidad del producto y que estén dentro de los valores permitidos.

PRUEBAS OPCIONALES Se realizan entre el fabricante y el usuario a fin de determinar particularidades del equipo.

* PR UE B AS DE C AMPO* PRUEBAS DE ACEPTACIÓN ( RECEPCIÓN O VERIFICACIÓN ) Se realiza básicamente en 2 formas 1. revisión interna 2. revisión externa

1. Es necesario hacer filmaciones en video y fotos de esta inspeccion especialmente en partes de difícil acceso. Consiste en verificar minuciosamente las partes de la sujeción, revisar y probar los aterrizamientos, inspección visual de terminales, estructuras, soportes aislantes, conexiones y distancias eléctricas a tierra, revisar móviles materiales extraños o ajenos,

2. Consiste en una inspección visual a los datos de placa, tanque o contenedor principal y todos los accesorios o equipos que conformen al aparato o equipo a inspeccionar.

NOTA. Si se encuentra alguna anomalía o algo que no concuerde con lo que reporta el fabricante consultarlo con el jefe inmediato. I.E.

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PRUEBAS DE PUESTA EN SERVICIO 1. pruebas dieléctricas factor de potencia o o resistencia ohmica de los devanados resistencia de aislamiento a devanados o o resistencia de aislamiento del núcleo a tierra relación de transformación o o prueba al aceite rigidez dieléctrica o o resistividad 2. pruebas y verificación de accesorios y dispositivos de proteccion sistemas de enfriamiento o o sistema de preservación del aceite arranque de ventiladores y bombas o o alarmas y disparos de todos los relevadotes alarma de bajo nivel de aceite o PRUEBAS DE MANTENIMIENTO Se efectúan a los equipos que se encuentran en operación, se hacen periódicamente con forme a programas y criterios de mantenimiento elegidos y condiciones operativas del equipo. Los tipos de mantenimiento que se pueden aplicar en el equipo son: CORRECTIVO

o

PREVENTIVO

o

o

PRE DICTIVO

MANTENIMIENTO PREVENTIVO Las actividades del matenimiento preventivo tienen la finalidad de impedir o evitar que el equipo falle durante el periodo de vida util, dentro de estas actividades se incluyen pruebas al equipo como pueden ser:    

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PRUEBA DE FACTOR DE POTENCIA RESISTENCIA OHMICA DE LOS DEVANADOS RESISTENCIA DE AISLAMIENTO A DEVANADOS RESISTENCIA DE AISLAMIENTO DE NÚCLEO A TIERRA UTILIZACION

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RELACION DE TRANSFORMACIÓN PRUEBAS DE ACEITE RIGIDEZ DIELECTRICA ETC. Solo por mencionar las más importantes.    

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ARREGLOS DE LAS SUBESTACIONES

BARRA SENCILLS (ARREGLO A)

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BARRA SENCILLA (ARREGLO A-1)

BARRAS PRINCIPALES Y BARRA AUXILIAR DE TRANSFERENCIA (ARREGLO A-2) I.E.

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En resumen, se puede establecer genéricamente que las líneas de transmisión eléctricas, sirven para el transporte y la distribución de la energía eléctrica. Se dividen principalmente en dos grandes categorías: líneas aéreas y cables subterráneos.

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Apuntes de Lineas y Redes de Distribucion

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