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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
UNIDAD PROFESIONAL ADOLFO LOPEZ MATEOS
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
“ASPECTOS PARA LA PLANEACIÓN DE REDES DE DISTRIBUCIÓN”
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:
INGENIERO ELECTRICISTA
P R E S E N T A:
JOSÉ LUIS GAONA JIMÉNEZ
DIRECTOR DE TESIS: ING. GILBERTO ENRIQUEZ HARPER ING. JESUS
MARIO CRUZ GARCIA
MEXICO, D.F 2009
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EN MEMORIA DE MI MADRE CUYA DEDICACIÓN Y ENSEÑANZAS
FUERON UNA INSPIRACIÓN PARA MÍ.
José Luis Gaona Jiménez
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AGRADECIMIENTO
A Dios por haberme permitido concluir con mis estudios. A mis
padres por el apoyo brindado durante toda mi carrera. A mis
hermanos y amigos que estuvieron siempre apoyándome durante los
momentos más difíciles de la carrera. A toda la gente que siempre
me apoyo y creyó en mi. Por la ayuda brindada y por creer en mí al
apoyarme en la realización de este trabajo a: Ing. Gilberto
Enríquez Harper (CFE) Ing. Enrique Galindo Ibarra (LyFC) Ing.
Héctor Reyes Casasola (CFE) Ing. Mauricio Ruiz Lagunas (CFE) Ing.
Manuel Mota Morales (CFE) Ing. Jesús Mario Cruz García (CFE)
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Objetivo 1
CAPÍTULO I DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO DE POTENCIA
I.1 Sistema eléctrico de potencia (SEP) 3 I.2 Generación 4
• I.2.1 Centrales hidroeléctricas 6• I.2.2 Centrales
termoeléctricas 9• I.2.3 Centrales eólicas 14• I.2.4 Centrales
solares 16
I.3 Líneas de transmisión 18I.4 Subestaciones eléctricas 20I.5
Redes de distribución 23I.6 Usuarios 29
CAPÍTULO ll ESTRUCTURA DE LAS REDES DE DISTRIBUCIÓN
II.1 Definición de red de distribución 31II.2 Tipos de redes de
distribución 32II.3 Red subterránea 32
• II.3.1 Material y equipo a utilizar en redes subterráneas de
media tensión
34
• II.3.2 Material y equipo a utilizar en redes subterráneas de
baja tensión
35
II.4 Red de distribución aérea 36• II.4.1 Material y equipo a
utilizar en redes aéreas 38 de media tensión • II.4.2 Material y
equipo a utilizar en redes aéreas 40
de baja tensión II.5 Estructuras de redes de distribución 42
• II.5.1 En media tensión 42II.6 Arreglos de los sistemas de
distribución 48
• II.6.1 Clasificación de los principales arreglos 48 de
distribución
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CAPÍTULO lll PARTES CONSTITUTIVA DE LAS REDES DE
DISTRIBUCIÓN
III.1 Trazos y libramientos 53III.2 Empotramientos 59III.3
Líneas de media tensión 61III.4 Conductores 69III.5 Equipo
eléctrico 74III.6 Sistema de tierras 80III.7 Líneas de baja tensión
84III.8 Aisladores 90III.9 Soportes 90III.10 Apoyos, tirantes y
tornapuntas 90
CAPÍTULO lV CONCEPTOS PARA LA PLANEACIÓN DE REDES DE
DISTRIBUCIÓN
IV.1 Definiciones 92IV.2 Obra civil 94IV.3 Características
generales de la obra civil 96IV.4 Consideraciones técnicas 97IV.5
Medición 98IV.6 Presentación del proyecto 99IV.7 Elaboración de
planos 100IV.8 Planos para las redes de distribución 102IV.9
Lineamientos, recomendaciones y restricciones 106 para la
elaboración del proyecto IV.10 Cantidad y capacidad de
transformadores 111IV.11 Sistema para red aérea compacta en 23 kV,
118 con cubierta de XLP en conductores
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CAPÍTULO V ESTUDIOS DE APOYO PARA LA PLANEACIÓN DE REDES DE
DISTRIBUCIÓN V.1 Cálculo eléctrico de las redes de distribución
132V.2 Alimentación a una carga 133V.3 Alimentador con cargas
intermedias 140V.4 Regulación de tensión en los transformadores 145
de distribución
• V.4.1 Cálculo de la regulación de tensión 145• V.4.2 Métodos
para la regulación de tensión 147• V.4.3 Uso de cambiadores de
derivación en transformadores
149
• V.4.4 Transformadores reguladores de tensión 151V.5 Cálculo
del calentamiento de los conductores 153
CAPÍTULO VI LAS SUBESTACIONES DE DISTRIBUCIÓN
VI.1 Criterios para el diseño de subestaciones de
distribución
159
VI.2 Determinación de la capacidad de las subestaciones
eléctricas de distribución 164VI.3 Determinación del centro de
carga para redes 171 de distribución subterráneas VI.4 El arreglo
de barras de la subestación 173VI.5 Los transformadores 175
APÉNDICE AI Calculo del conductor y apartarrayos de una red
180Conclusiones 190Índice de Figuras 193Índice de Tablas
197Bibliografía 199
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OBJETIVO: El principal objetivo de este trabajo es dar las
nociones y recomendaciones a seguir para la construcción de nuevas
redes de distribución en media y baja tensión así como para la
conversión de redes aéreas a cables subterráneos, tomando en cuenta
los diversos factores que influyen en la construcción de la misma,
ya sean técnicos, económicos o ambientales. Lo anterior se logra
tomando conciencia de las repercusiones que tiene las instalaciones
necesarias para la red de distribución. Se debe tomar en cuenta
para su construcción materiales de excelente calidad, durabilidad y
desde luego confiabilidad ya que una de las metas como ingeniero
electricista es el de brindar un suministro con el menor número de
interrupciones, es decir, los sistemas deben ser confiables y
brindar el servicio con calidad. Esto se logra por medio de un
concienzudo estudio de ingeniería para así ubicar de acuerdo a la
demanda en el suministro los diferentes tipos de instalaciones o
arreglos que se deben emplear tomando en cuenta las características
tanto ambientales como técnicas y climáticas de la región donde se
instalara la red. Lo anterior se deriva de la necesidad de hacer
llegar el suministro de energía eléctrica a los usuarios, ya que el
crecimiento de la demanda va en aumento y se debe cubrir la
necesidad del suministro.
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CAPÍTULO I
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO DE POTENCIA
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I.1 Sistema eléctrico de potencia (SEP) Un sistema eléctrico de
potencia (SEP), es el conjunto de plantas generadoras, líneas de
transmisión, subestaciones transformadoras y redes de distribución
de la energía a los centros de consumo y usuarios en general. El
objetivo básico de un SEP es el suministrar la energía eléctrica al
usuario final. (Figura I.1)
Figura I.1 Constitución de un SEP: (1). Plantas generadoras;
(2). Subestaciones elevadoras de transmisión; (3). Líneas de
transmisión; (4). Subestación receptora de transmisión; (5).
Subestaciones de distribución; (6). Redes de distribución; (7).
Usuarios. Un sistema eléctrico de potencia comprende a los
subsistemas de generación, transmisión, distribución, y utilización
de energía eléctrica. (Figura I.2)
Figura I.2
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El sistema eléctrico de potencia (SEP) está formado por tres
partes principales:
• Generación • Transmisión • Distribución
Siendo:
I.2 GENERACIÓN Es donde se produce la energía eléctrica, por
medio de las centrales generadoras, las que representan el centro
de producción, hay varias fuentes que se utilizan para generar
electricidad: El movimiento del agua que corre o cae, el calor para
producir vapor y mover turbinas, la geotermia (el calor interior de
la Tierra), la energía nuclear (del átomo) y las energías
renovables: solar, eólica (de los vientos) y de la biomasa (leña,
carbón, basura y rastrojos del campo). También es importante saber
que en México el 75% de la electricidad se genera a base de
combustibles fósiles utilizados en plantas o centrales
termoeléctricas (que producen calor y vapor para mover los
generadores), las cuales consumen gas natural, combustóleo y
carbón. (Si la central consume carbón, se le denomina
carboeléctrica) "Dual" es un término que se aplica a las plantas
que pueden consumir indistintamente dos de estos combustibles., y
dependiendo de la fuente primaria de energía, se pueden clasificar
en: * Centrales hidroeléctricas * Centrales termoeléctricas *
Centrales geotermoeléctricas
Centrales núcleo eléctricas Centrales de ciclo combinado
Centrales de turbo-gas
* Centrales eólicas * Centrales solares Las centrales
generadoras se construyen de tal forma, que por las características
del terreno se adaptan para su mejor funcionamiento, rendimiento y
rentabilidad. Una central eléctrica es una instalación que utiliza
una fuente de energía primaria para hacer girar una turbina que, a
su vez, hace girar un alternador, que produce energía en corriente
alterna sinusoidal a una tensión de 13.8KV.
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En todos los casos, la turbina está unida por su eje al
generador, el cual contiene un rotor bobinado que gira dentro de un
campo magnético estacionario con espiras (embobinado) de un largo y
grueso cable. Cuando giran el eje de la turbina y el magneto que
está dentro del generador, se produce una corriente de electricidad
en el cable. Esto se explica por el llamado electromagnetismo, que
descrito en términos sencillos consiste en lo siguiente: (Figura
I.3)
Figura I.3 Cuando un cable o cualquier material conductor de
electricidad se mueve a través de un campo magnético, cortando
líneas de fuerza magnéticas, se produce una corriente eléctrica en
el cable. Para una mejor comprensión, se puede decir que un
generador es como un motor eléctrico, pero al revés: En vez de usar
energía eléctrica para hacer girar el motor, el eje de la turbina
hace girar el motor para producir electricidad. La electricidad
producida en el generador alcanza unos 13.8 kV. En la planta esa
tensión es elevada a 400 mil voltios para que la electricidad pueda
viajar a largas distancias a través de cables de alta tensión y,
después, mediante transformadores que reducen la tensión, llega a
nuestros hogares, escuelas, industrias, comercios, oficinas, etc.
Las plantas nucleares utilizan la energía nuclear del átomo para
producir calor que convierte el agua en el vapor necesario para
mover las turbinas y los generadores.
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Otras plantas aprovechan el agua caliente o el vapor proveniente
del interior de la Tierra (geotermia), sin necesidad de emplear
combustible fósil o nuclear (uranio). En régimen normal, todas las
unidades generadoras del sistema se encuentran en " sincronismo ",
es decir, mantienen ángulos de cargas constantes. En este régimen,
la frecuencia debe ser nominal ( 60 Hz. ) o muy cercana a ésta. La
tensión de generación es de 13.8 kV. Las características de las
centrales eléctricas se relacionan con la subestación y la línea de
transmisión en función de la potencia, la distancia a que se
transmite y al área por servir. I.2.1 Centrales hidroeléctricas Una
de las instituciones que ha tenido amplia vinculación con los
trabajos técnicos de tipo geológico para manjar las fuentes de
energía y la fundación de obras civiles en México, es la CFE. Las
necesidades de CFE en estudios de ingeniería determinó, desde hace
30 años, la formación de un grupo técnico dentro de la subgerencia
de Planeación que después paso a ser departamento. Departamento de
geohidrología. Etapa de identificación.-
- Recopila información geohidrológica a nivel regional para
determinar el potencial en el área de los sitios y su
correspondiente verificación en campo.
- Analiza información geológica y geofísica - Establece cuencas
y subcuencas hidrológicas - Balance hidrometeorológico - Censo de
aprovechamiento hidráulico - Medición de nivel e interpretación -
Análisis y procesamiento de información hidrogeoquímica - Selección
de áreas de interés geohidrológico
Etapa de prefactibilidad.
- Geología de semidetalle • Fotointerpretación • Levantamiento
geológico • Geología del subsuelo
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- Geofísica
• Sondeos eléctricos verticales • Climatología e hidrología
superficial
• Análisis climatológico • Aforos de corrientes
superficiales
- Hidrología subterránea • Censo de aprovechamiento • Medición
de niveles • Interpretación geohidrológica
- Topografía de apoyo a actividades de campo - Hidrogeoquímica -
Perforaciones
• Barrenos exploratorios • Registro geofísico de pozos
Etapa de Factibilidad.- - Geología de detalle
• Superficial y subsuelo • Modelo geológico conceptual
- Climatología e hidrología superficial • Análisis climatológico
• Aforo y análisis
- Hidrología subterránea • Medición de niveles de estudio •
Pruebas de bombeo • Nivelación topográfica • Interpretación
geohidrológica • Balance geohidrológico
- Hidrogeoquímica • Corrección de muestra de agua • Análisis
físico-químico y bacteriológico • Modelo conceptual
hidrogeoquímico
- Selección de áreas para perforación
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Las centrales hidroeléctricas utilizan la energía potencial del
agua como fuente primaria para generar electricidad. Estas plantas
se localizan en sitios en donde existe una diferencia de altura
entre la central eléctrica y el suministro de agua. De esta forma,
la energía potencial del agua se convierte en energía cinética que
es utilizada para impulsar el rodete de la turbina y hacerla girar
para producir energía mecánica. Acoplado a la flecha de la turbina
se encuentra el generador que finalmente convierte la energía
mecánica en eléctrica. Una característica importante es la
imposibilidad de su estandarización, debido a la heterogeneidad de
los lugares en donde se dispone de aprovechamiento hidráulico,
dando lugar a una gran variedad de diseños, métodos constructivos,
tamaños y costos de inversión. (Figura I.4)
Figura I.4
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La tendencia en las turbinas hidráulicas modernas es utilizar
caídas mayores y máquinas más grandes. Según el tamaño de la
unidad, las turbinas Kaplan se emplean en caídas de unos 60 m, y en
el caso de las turbinas Pelton de hasta 610 m. (Figura I.5)
Figura I.5
La CFE ha construido desde su creación, 79 obras hidráulicas de
este tipo, varias de ellas ejemplos de la ingeniería moderna. La
generación hidroeléctrica, destaca por su nula contaminación al
medio ambiente, ya que el agua que confluye una vez utilizada en
las plantas, regresa al caudal de los ríos sin alteraciones en la
temperatura y calidad de la misma. En nuestro país, tenemos su
máxima representación en una de las cuencas hidrológicas que
registran mayor precipitación: la del Río Grijalva, en ella se
localizan cuatro grandes centrales: la Manuel Moreno Torres,
Chicoasén; Belisario Domínguez, Angostura; Malpaso y Peñitas, todas
ubicadas en el estado de Chiapas. I.2.2 Centrales termoeléctricas
Se denominan centrales termoeléctricas clásicas o convencionales
aquellas centrales que producen energía eléctrica a partir de la
combustión de carbón, fuelóil o gas en una caldera diseñada al
efecto. El apelativo de "clásicas" o "convencionales" sirve para
diferenciarlas de otros tipos de centrales termoeléctricas
(nucleares y solares, por ejemplo), las cuales generan electricidad
a partir de un ciclo termodinámico, pero mediante fuentes
energéticas distintas de los combustibles fósiles empleados en la
producción de energía eléctrica desde hace décadas y, sobre todo,
con tecnologías diferentes y mucho mas recientes que las de las
centrales termoeléctricas clásicas.
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Independientemente de cuál sea el combustible fósil que utilicen
(fuel-oil, carbón o gas), el esquema de funcionamiento de todas las
centrales termoeléctricas clásicas es prácticamente el mismo. Las
únicas diferencias consisten en el distinto tratamiento previo que
sufre el combustible antes de ser inyectado en la caldera y en el
diseño de los quemadores de la misma, que varían según sea el tipo
de combustible empleado. En el proceso termoeléctrico existe una
clasificación de tipos de generación, según la tecnología utilizada
para hacer girar los generadores eléctricos, denominándoseles como
sigue: Vapor Con vapor de agua se produce el movimiento de una
turbina acoplada al generador eléctrico. (Figura I.6)
Figura I.6
Turbogás Con los gases de combustión se produce el movimiento de
una turbina acoplada al generador eléctrico. (Figura I.7)
¡Error!
Figura I.7
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Combustión interna Con un motor de combustión interna se produce
el movimiento del generador eléctrico. (Figura I.8)
Figura I.8
Ciclo combinado Combinación de las tecnologías de turbogás y
vapor. Constan de una o más turbogás y una de vapor, cada turbina
acoplada a su respectivo generador eléctrico. (Figura I.9)
Figura I.9
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Otra clasificación de las centrales termoeléctricas corresponde
al combustible primario para la producción de vapor, según:
• Vapor (combustóleo, gas natural y diesel) (Figura I.10)
Figura I.10
• Carboeléctrica (carbón) (Figura I.11)
Figura I.11
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• Dual (combustóleo y carbón) (figura I.12)
Figura I.12 • Geotermoeléctrica ( vapor extraído del
subsuelo)(Figura I.13)
Figura I.13
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• Nucleoeléctrica (uranio enriquecido) (Figura I.14)
Figura I.14
I.2.3 Centrales eólicas Este tipo de central convierte la
energía del viento en energía eléctrica, mediante una aeroturbina
que hace girar un generador. La energía eólica está basada en
aprovechar un flujo dinámico de duración cambiante y con
desplazamiento horizontal. La cantidad de energía obtenida es
proporcional al cubo de la velocidad del viento, lo que muestra la
importancia de este factor. (Figura I.15)
Figura I.15
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Actualmente las turbinas eólicas convierten la energía cinética
del viento en electricidad por medio de aspas o hélices que hacen
girar un eje central conectado, a través de una serie de engranajes
(la transmisión) a un generador eléctrico. En lo que respecta a
capacidad instalada, para finales de 1997 a nivel mundial se tenían
instalados alrededor de 7700 mW. En México se cuenta con la central
eólica de la Ventosa en Oaxaca, operada por CFE, con una capacidad
instalada de 1.5 mW y una capacidad adicional en aerogeneradores y
aerobombas, según el Balance nacional de energía de 1997, de
alrededor de 2.4 mW. Existen varias ventajas competitivas de la
energía eólica con respecto a otras opciones, como son:
• Se reduce la dependencia de combustibles fósiles. • Los
niveles de emisiones contaminantes, asociados al consumo de
combustibles
fósiles se reducen en forma proporcional a la generación con
energía eólica. • Las tecnologías de la energía eólica se
encuentran desarrolladas para competir con
otras fuentes energéticas. • El tiempo de construcción es menor
con respecto a otras opciones energéticas. • Al ser plantas
modulares, son convenientes cuando se requiere tiempo de
respuesta
de crecimiento rápido. En la actualidad, la generación de
electricidad es la aplicación más importante de este tipo de
sistemas. Los aerogeneradores comerciales alcanzan desde 500 hasta
1,000 kW de potencia nominal, tienen rotores de entre 40 y 60 m de
diámetro y giran con velocidades que van de las 60 a las 30 rpm.
Los generadores eléctricos pueden ser asíncronos o síncronos,
operando a una velocidad y frecuencia constante, que en México es
de 60 hz.. En el caso de aerogeneradores con potencias inferiores a
los 50 kW también se utilizan generadores de imanes permanentes,
que trabajan a menor velocidad angular (de entre 200 y 300 rpm),
que no necesitan caja de engranes y que, accionándose a velocidad
variable, pueden recuperar mayor energía del viento a menor costo.
Las modernas turbinas de viento se mueven por dos procedimientos:
el arrastre, en el que el viento empuja las aspas, y la elevación,
en el que las aspas se mueven de un modo parecido a las alas de un
avión a través de una corriente de aire. Las turbinas que funcionan
por elevación giran a más velocidad y son, por su diseño, más
eficaces. Las turbinas de viento pueden clasificarse en turbinas de
eje horizontal, en las que los ejes principales están paralelos al
suelo y turbinas de eje vertical, con los ejes perpendiculares al
suelo. Las turbinas de ejes horizontales utilizadas para generar
electricidad tienen de una a tres aspas, mientras que las empleadas
para bombeo pueden tener muchas más. Entre las máquinas de eje
vertical más usuales destacan las Savonius, cuyo nombre proviene de
sus diseñadores, y
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que se emplean sobre todo para bombeo; y las Darrieus, una
máquina de alta velocidad que se asemeja a una batidora de huevos.
Central eólica de la Venta, Oaxaca La Central de La Venta se
localiza en el sitio del mismo nombre, a unos 30 kilómetros al
noreste de la ciudad de Juchitán, Oaxaca. Fue la primera planta
eólica integrada a la red en México y en América Latina, con una
capacidad instalada de 84.875 mW, y consta de 105 aerogeneradores,
ya que a partir del 05 de Enero de 2007 entraron en operación
comercial 98 nuevas unidades generadoras. Central eólica de
Guerrero Negro, Baja California Sur Se ubica en las afueras de
Guerrero Negro, Baja California Sur, dentro de la zona de reserva
de la biósfera de El Vizcaíno. Tiene una capacidad de 0.600 mW, y
consta de un solo aerogenerador I.2.4 Centrales solares Existen dos
tipos principales de instalaciones solares: las de torre, en que
centenares de heliostatos (espejos orientables hacia el Sol,
movidos por un servomotor) reflejan la luz solar en lo alto de una
torre (receptor a mil o más grados), y las de colectores, donde el
fluido receptor se calienta hasta unos 400 0C, al circular por un
conducto paralelo a cada colector (heliostato cilindroparabólico) y
situado en su eje focal. El receptor genera vapor de agua en el
circuito de turbina mediante un intercambiador de calor. Este tipo
de centrales ofrece la ventaja de que no contaminan el medio
ambiente. Sin embargo, producen una cantidad de energía muy
variable, dependiendo de las condiciones metereológicas. Por esta
razón es preciso que dispongan de un sistema de acumulación de la
energía eléctrica que producen. Las centrales solares están
formadas por extensos paneles repletos de células solares, estas
células están fabricadas con material semiconductor, principalmente
silicio, Reciben impulsos de luz y los transforman en impulsos
eléctricos. Aunque las células solares funcionan con éxito desde
1974, para suministrar de energía a las naves espaciales y los
satélites artificiales una central solar necesitaba en 1975 una
inversión 150 veces mayor que una central nuclear, y unas 300 veces
mayor que una central térmica de carbón, para poder producir la
misma potencia.
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Sin embargo, gracias a las investigaciones realizadas en este
campo, las centrales solares más modernas precisan una inversión
inferior a la de una central nuclear y que no llegan a duplicar la
de una central térmica. La energía solar, como recurso energético
terrestre, está constituida simplemente por la porción de la luz
que emite el Sol y que es interceptada por la Tierra. Las
aplicaciones de ésta son: Directa: Una de las aplicaciones de la
energía solar es directamente como luz solar, por ejemplo, para la
iluminación de recintos. En este sentido, cualquier ventana es un
colector solar. Otra aplicación directa, muy común, es el secado de
ropa y algunos productos en procesos de producción con tecnología
simple. Térmica: Se denomina "térmica" la energía solar cuyo
aprovechamiento se logra por medio del calentamiento de algún
medio. La climatización de viviendas, calefacción, refrigeración,
secado, etc., son aplicaciones térmicas. Fotovoltaica: Se llama
"fotovoltaica" la energía solar aprovechada por medio de celdas
fotoeléctricas, capaces de convertir la luz en un potencial
eléctrico, sin pasar por un efecto térmico. Básicamente, recogiendo
de forma adecuada la radiación solar, podemos obtener calor y
electricidad. (Figura I.16) y (figura I.17)
1. Caldera 2. Campo de heliostatos 3. Torre 4. Almacenamiento
térmico 5. Generador de vapor 6. Turbo-alternador 7.
Aero-condensador 8. Líneas de transporte de energía eléctrica
Figura I.16
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Figura I.17
I.3 LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Son los elementos encargados de
transmitir la energía eléctrica, desde los centros de generación a
los centros de consumo, a través de distintas etapas de
transformación de tensión; las cuales también se interconectan con
el sistema eléctrico de potencia ( SEP). Se llama línea aérea la
instalación que está constituida por conductores desnudos, forrados
o aislados, tendidos en el exterior de edificios o en espacios
abiertos y que están soportados por postes u otro tipo de
estructuras con los accesorios necesarios para su fijación,
separación y aislamiento de los mismos conductores, cuya finalidad
es la transmisión aérea
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de energía eléctrica, esto se realiza con elementos de
conducción y elementos de soporte.(Figura I.18) Todos los elementos
constructivos de una línea aérea deben ser elegidos, conformados, y
construidos de manera que tengan un comportamiento seguro en
condiciones de servicio, bajo las condiciones climáticas que
normalmente es dado esperar, bajo tensiones de régimen, bajo
corriente de régimen, y bajo las solicitaciones de cortocircuito
esperables. En la construcción de líneas aéreas de transmisión de
energía eléctrica, se utilizan casi exclusivamente conductores
metálicos desnudos, que se obtienen mediante cableado de hilos
metálicos (alambres) alrededor de un hilo central. Los metales
utilizados en la construcción de líneas aéreas deben poseer tres
características principales:
1) presentar una baja resistencia eléctrica, y bajas pérdidas
Joule en consecuencia. 2) presentar elevada resistencia mecánica,
de manera de ofrecer una elevada
resistencia a los esfuerzos permanentes o accidentales. 3) costo
limitado.
Los metales que satisfacen estas condiciones son relativamente
escasos, a saber: * Cobre * Aluminio * Aleación de aluminio *
Combinación de metales (aluminio acero) La energía se transporta,
frecuentemente a gran distancia de su centro de producción, a
través de la red de transporte , encargada de enlazar las centrales
con los puntos de utilización de energía eléctrica. Para un uso
racional de la electricidad es necesario que las líneas de
transporte estén interconectadas entre sí con estructura de forma
mallada, de manera que puedan transportar electricidad entre puntos
muy alejados, en cualquier sentido. Estas líneas están generalmente
construidas sobre grandes torres metálicas y a tensiones de 400 a
230 kV. Las tensiones de transmisión utilizadas en este país son:
115, 230 y 400 kV. Una de las formas de clasificar las líneas de
transmisión, es de acuerdo a su longitud, siendo:
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a) Línea corta de menos de 80 Km. b) Línea media de entre 80 y
240 Km. c) Línea larga de 240 Km. y más
Figura I.18
I.4 SUBESTACIONES ELÉCTRICAS
Una subestación es un punto dentro del sistema de potencia en el
cual se cambian los niveles de tensión y corriente con el fin de
minimizar pérdidas y optimizar la distribución de la potencia por
todo el sistema. Es además el centro donde se recibe y reparte la
energía producida en las centrales generadoras, maniobrando y
controlando su destino final a los diferentes centros de consumo,
con determinados requisitos de calidad. En función a su diseño son
las encargadas en interconectar líneas de transmisión de distintas
centrales generadoras, transformar los niveles de tensión para su
transmisión o consumo. (Figura I.19)
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Las subestaciones eléctricas por su tipo de servicio se
clasifican en: * Subestaciones elevadoras * Subestaciones
reductoras * Subestaciones compensadoras * Subestaciones de
maniobra o switcheo * Subestación principal del sistema de
distribución * Subestación de distribución * Subestaciones
rectificadoras * Subestaciones inversoras Sin duda la denominación
de una subestación como transmisión o distribución es independiente
de las tensiones involucradas, y está determinada por el fin a que
se destinó. El objetivo a cumplir por una subestación es
determinante en su ubicación física. Para esto, las subestaciones
de transmisión están ubicadas alejadas de los centros urbanos, esto
facilita, el acceso de líneas de alta tensión y la localización de
terrenos lo suficientemente grandes para albergar en forma segura
los delicados equipos para el manejo de alta tensión. Por otra
parte las subestaciones de distribución deben construirse en
función del crecimiento de la carga, es decir, deben estar ubicadas
en los centros de carga de áreas urbanizadas para, de esta forma,
asegurar la calidad y continuidad del servicio al usuario. Es claro
que por las características funcionales de cada subestación, no
deben mezclarse en una instalación, equipos de transmisión y
distribución. La utilización de este tipo de subestaciones debe
limitarse exclusivamente a aquellos casos de claras justificaciones
técnico económicas. Las subestaciones de distribución son
alimentadas desde las subestaciones de transmisión con líneas o
cables de potencia a la tensión de 230 o 85 kV, es lógico suponer
que esta tensión no debe considerarse como de transmisión ni
distribución para esta condición intermedia, se desarrolla el
concepto de subtransmisión. Clasificación de las Subestaciones por
su función dentro del sistema
• Subestación de generación: Es la estación primaria de la
energía producida por las plantas generadoras, su objetivo esencial
es transformar la tensión a niveles altos para lograr economía con
la reducción de la corriente.
• Subestación de transmisión: Su función es interconectar las
diferentes líneas de transmisión de 115 kV o 220 kV. Estas
generalmente alimentan también barrajes de 34.5 kV y/o 13.2 kV.
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• Subestación de subtransmisión: Son aquellas que alimentan o
interconectan líneas de nivel intermedio de tensión, 44 kV o 34.5
kV, para transporte a distancias moderadas y de cargas no muy
altas, con cargas distribuidas a lo largo de la línea.
• Subestación de distribución: Su función es reducir la tensión
a niveles de distribución 13.2 kV para enviarla a los centros de
consumo industrial o residencial, donde los transformadores de
distribución instalados a lo largo de los circuitos, se encargan de
reducir los niveles a baja tensión (440, 220, 108 V), para
alimentar a los usuarios.
Figura I.19
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I.5 REDES DE DISTRIBUCIÓN
La red de distribución es la última sección de un sistema
eléctrico de potencia, en esta se consume la mayor parte de la
energía generada. Las redes de distribución de energía se
encuentran en áreas urbanas y rurales, pueden ser aéreas, o
subterráneas (estéticamente mejores, pero mas costosas). La red de
distribución está formada por la red en AT (suele estar comprendida
entre 6.000 a 23.000 V) y en BT (400/230 V) El conjunto de
conductores con todos sus accesorios, sus elementos de sujeción,
protección, etc., que une una fuente de energía o una fuente de
alimentación de energía con las instalaciones interiores o
receptoras. La red de distribución es la última sección de un
sistema eléctrico de potencia, en esta se consume la mayor parte de
la energía generada. Esta compuesta de dos partes:
• La red de distribución primaria • La red de distribución
secundaria
Red de distribución primaria, Se compone de líneas aéreas o
cables subterráneos (también llamados alimentadores), que se
localizan a lo largo de las áreas geográficas y suministran la
energía a los transformadores de distribución que a su vez proveen
de energía en niveles de tensión de 127 a 480 kV. Los
transformadores de distribución normalmente son conectados a cada
lateral del alimentador primario, cada transformador o banco de
transformadores suministra a un consumidor o grupo de consumidores
a través de un circuito secundario. Este tipo de sistema puede
variar en su construcción dependiendo de la densidad de carga del
área que se tenga que alimentar (kVAR o mVAR/kM2); en áreas con
densidad de carga baja, se pueden usar alimentadores radiales
debido a que son muy económico, pero su nivel de confiabilidad es
baja. En grandes ciudades en donde la densidad de carga es alta, se
usa una red primaria. Las subestaciones de distribución son
conectadas a estos sistemas a través de alimentadores, y en ambos
extremos de estos, son instalados interruptores para proteger el
sistema de fallas de corto circuito y las cargas son conectadas
directamente a los alimentadores a través de fusibles.
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Los alimentadores primarios en general están constituidos por un
alimentador principal y sus laterales, normalmente los
alimentadores principales son trifásicos a cuatro hilos y los
circuitos laterales pueden ser monofásicos o trifásicos, pero por
lo general en áreas rurales o urbanas son monofásicos, pudiendo ser
radial o en anillo (Figura I.20 y I.21)
Figura I.20
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Figura I.21
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En los sistemas radiales, el alimentador primario, el cual es un
circuito trifásico a cuatro hilos, se ramifica en varias secciones
alimentando a todos los transformadores de distribución, estas
ramificaciones pueden ser monofásicas o trifásicas. Este sistema
puede ser satisfactorio únicamente si la frecuencia en las
interrupciones es muy baja y si hay otras alternativas de operación
cuando no se tienen salidas planeadas. Alimentadores en anillo Este
tipo de arreglo tiene especial beneficio en el servicio a cargas en
donde la confiabilidad del suministro de energía eléctrica es
importante, al tenerse trayectorias paralelas al alimentador
principal que pueden estar conectadas a otros buses de la
subestación principal o alimentados de diferentes transformadores.
(Figura I.22) Se tiene mayor grado de confiabilidad y menor
posibilidad de dejar sin alimentación a los usuarios que están
conectados en este alimentador.
Figura I.22
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Niveles de tensión en los alimentadores primarios En los
sistemas de distribución, uno de los factores más importantes para
su diseño, costo y operación es el nivel de tensión en el cual va a
operar. En la tabla I.1, se presentan valores de tensión típicos
para los sistemas de distribución primario.
Tabla I.1
Los niveles de tensión en los alimentadores primarios impactan
directamente en aspectos de diseño y operación del sistema, como
son la longitud del alimentador, la carga del alimentador, el
número de transformadores de distribución, la capacidad de la
subestación de distribución, el mantenimiento del sistema y algunos
otros. Red de distribución secundaria Contiene las líneas aéreas o
cables subterráneos que suministran directamente a los consumidores
con su propio conductor y medidor (casas, industrias, comercios,
etc.). Esta red suministra energía eléctrica a los usuarios a
través de transformadores de distribución y alimentadores
secundarios, por lo que se localizan a los transformadores de
distribución lo más cerca posible de los centros de carga para
minimizar las longitudes de los circuitos secundarios. Estas redes
pueden ser aéreas o subterráneas y son circuitos trifásicos a
cuatro hilos en conexión estrella con el neutro sólidamente
aterrizado; tanto el calibre de ésta como el arreglo deben ser
provistos para brindar la apropiada división de la carga normal y
las corrientes de falla entre los transformadores de la red y una
buena regulación de tensión para todos los consumidores.
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Las redes de distribución secundarias son usadas en áreas
urbanas con una densidad de carga alta. Los alimentadores
secundarios forman una red o malla que es suministrada por
transformadores en varios puntos, el múltiple suministro asegura
una alta confiabilidad y una mejor regulación de tensión. Las
cargas son conectadas directamente al lado de baja tensión de la
malla, sin ningún equipo de protección, debido a que la red está
protegida por los fusibles y los interruptores de protección de la
red instalados en el secundario de los transformadores. (Figura
I.23)
Figura I.23
Niveles de tensión en alimentadores secundarios Los niveles de
tensión típicos usados en los sistemas secundarios se muestran en
la tabla I.2, mismos que son tensiones estándares que se usan en
los sistemas eléctricos de potencia y son dados por norma.
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Tabla I.2
I.6 USUARIOS La energía eléctrica se distribuye desde las
estaciones generadoras hasta los núcleos urbanos mediante líneas de
transmisión de alta tensión. Para dar conexión a las líneas de
distribución de las viviendas, la tensión se ha de reducir mediante
transformadores. Hay dos formas de gozar de una mayor cantidad de
energía: generando más o usando la que existe en forma más
eficiente. Para esto último, es necesario cambiar la cultura y los
paradigmas actuales. Algunas opciones pueden ser: • Procesos de
innovación tecnológica para la fabricación de productos de consumo
básico con uso eficiente de energía. • Sistemas de transporte
colectivo y personal de nueva generación, híbrido, limpio y
eficiente. • Cambio en el paradigma del transporte de mercancías
(más ferrocarril y barco que automotores). • Cambio de
infraestructura de transmisión de energías, incluyendo ductos de
PEMEX, sistema de cableado de distribución (algunos estudios de
analistas privados señalan que alrededor del 30% de la energía
eléctrica se pierde por las malas condiciones de cables,
transformadores y equipamiento), sistemas de almacenamiento,
etc.
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CAPÍTULO II
ESTRUCTURA DE LAS REDES DE DISTRIBUCIÓN
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II.1 DEFINICIÓN DE RED DE DISTRIBUCIÓN Se entiende por red de
distribución de energía eléctrica a la disposición adoptada por los
conductores y receptores, para lograr que la energía generada en
las centrales pueda ser utilizada en los lugares de consumo.
Fundamentalmente, una distribución puede realizarse de dos
maneras:
• En serie • En derivación.
Distribución serie La distribución serie o a intensidad
constante, consiste en conectar todos los receptores uno a
continuación del otro, de manera que la intensidad que pasa por uno
de ellos, lo hace también a través de todos los demás. Este sistema
de distribución tiene la ventaja de utilizar un conductor de
sección única, ya que la intensidad es la misma a lo largo de todo
el circuito. El principal inconveniente lo tenemos en la
dependencia que existe entre los receptores, ya que si uno
cualquiera de ellos se interrumpiera, los demás quedarían también
fuera de servicio. Otro inconveniente del sistema de distribución
serie, es el de tener que utilizar receptores cuya tensión de
alimentación es variable con la potencia consumida, de manera que
los receptores de gran potencia tendrán entre sus extremos
tensiones muy elevadas. Por los motivos expuestos, la distribución
serie solamente se utiliza en algunos casos muy concretos, como
pueden ser la alimentación de lámparas de incandescencia en
tranvías y trolebuses, en plantas anodizadoras y en baños
electrolíticos. Distribución en derivación Como ya es sabido, la
distribución en derivación o a tensión constante, consiste en ir
conectando en paralelo los distintos receptores a lo largo de una
línea de dos o más conductores. El principal inconveniente de una
distribución en derivación es la enorme dificultad que se encuentra
ante el deseo de mantener constante la tensión de alimentación, a
lo largo del circuito. No obstante, esta distribución es la que se
utiliza en la casi totalidad de los casos, minimizando el
inconveniente de la caída de tensión, a base de colocar conductores
lo más gruesos posible, tanto como lo permita la economía.
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II.2 TIPOS DE REDES DE DISTRIBUCIÓN Desde el punto de vista de
construcción pueden proyectarse tres tipos de redes de
distribución:
• Aérea • Subterránea • Mixta (M.T. aérea y B.T.
subterránea)
II.3 RED SUBTERRÁNEA
Los parámetros relevantes que determinan la estructura de una
red topológica son:
El tipo de carga (residencial, comercial, industrial o mixta) La
densidad de la carga (kVA o mVA/Km2 ). La localización geográfica
de la carga. La forma geométrica de la expansión de la carga La
continuidad del servicio y el grado de confiabilidad requerido La
tasa o índice de crecimiento Los criterios de operación La mano de
obra disponible para la construcción y para la operación de la red
El costo.
Para las redes de distribución subterráneas existen dos tipos
fundamentales de arreglos:
Radial Paralelo
Arreglo radial Un sistema de operación radial es, por
definición, aquel en el que el flujo de potencia tiene una sola
trayectoria, de la fuente a la carga. En este tipo de sistema, una
falla de cualquier parte o componente de la red da lugar a una
interrupción del servicio.
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Arreglo paralelo Los sistemas de operación en paralelo tienen
más de una trayectoria del flujo de potencia que alimenta a los
consumidores, estos sistemas se emplean principalmente en redes de
baja tensión debida principalmente a su alto costo y complejidad de
operación. Los cables utilizados en las redes subterráneas son de
cobre con aislamiento de polietileno de cadena cruzada (XLP) y con
nivel de aislamiento del 133%. El área de la sección transversal
del conductor de cobre se determina considerando la intensidad de
corriente y la regulación y caída de tensión permitidas. Los
conductores deben ser alojados en ductos de PVC, ahogados en
concreto, debiendo instalar una fase por ducto y dejar un ducto
libre de reserva por circuito. Los cables deben proyectarse para
ser instalados desde el poste de transición al transformador o de
transformador a transformador, sin el uso de empalmes intermedios.
En caso de requerirse algún empalme, éstos se alojarán en pozos que
serán colados en sitio. En todos los pozos, registros, equipos y
acometidas se debe dejar un excedente de cable por fase de longitud
mínima igual al perímetro del registro o pozo respectivo (cocas).
En todos los pozos de visita, registros y junto a cada equipo o
accesorio, debe instalarse en cada fase de los circuitos
subterráneos de media tensión, una placa de aluminio para su
identificación. Deben instalarse indicadores de corriente de falla,
uno en cada fase, su carátula se ubicará en un lugar visible, en la
entrada de alimentación de cada equipo de seccionamiento o
transformador, para censar las condiciones de operación de los
cables, debiendo ser de restablecimiento automático. Con el objeto
de tener mayor flexibilidad, debe contarse con un medio de
seccionamiento en todos los transformadores y derivaciones del
anillo. La trayectoria de los circuitos será preferentemente a lo
largo de aceras (banquetas) o zonas verdes en la vía pública (en
fraccionamientos). Cuando esto no sea posible se deberá, acreditar
los permisos legales del uso de derecho de vía de dichas
trayectorias, de acuerdo con los reglamentos de construcción
vigentes. Debe instalarse soportes para cables en cada registro o
pozo. En los cruces de calles y avenidas se deben prever 4 ductos
de reserva, dejándolos taponeados y con su guía respectiva para
usos futuros. Para centros comerciales o instalaciones en edificios
los ductos y registros podrán instalarse suspendidos en los techos
de sótanos. En redes en anillo, será necesario instalar equipo de
seccionamiento de operación con carga.
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II.3.1 Material y equipo a utilizar en redes subterráneas de
media tensión Conductores El cable será monofásico, de aislamiento
de polietileno cadena cruzada, XLP, y con nivel de aislamiento del
133 %. Los calibres se indican a continuación: Cable 23 TC Calibre
50, 70, 150 y 240 mm2 Transformadores Los transformadores serán
trifásicos: • DRS pedestal 23-BT 75, 112,5, 150, 225 y 300 kVA •
DRS pozo 23-BT 75, 112,5, 150 y 225 kVA • DCS pozo 23-BT 300 y 500
kVA • Interior 23-BT 300, 500 y 750 kVA Sin desconectador Equipo de
seccionamiento y protección La protección para los transformadores
tipo pedestal o pozo debe estar dada por fusibles internos
removibles desde el exterior, también es conveniente que las
boquillas de media tensión para las terminales tipo codo sean
desmontables. Para transformadores tipo interior la protección
estará dada por fusibles limitadores de corriente. Gabinete M 23 I
o E Modular, de 23 000 V, interior o exterior, de hasta cinco
secciones, como máximo, 3 de ellas con fusibles. Interruptor CS 23
000 V 2, 3 ó 4 vías, 600 A, con o sin indicadores de falla.
Interruptor CSV 23 000 V 3 vías, 600 A, con protección al servicio.
El seccionamiento y protección en los puntos de transición debe
realizarse a través de: • Interruptores • Apartarrayos clase
intermedia • Cortacircuitos fusible o seccionalizador según se
requiera.
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Accesorios • Terminales tipo codo separables de operación sin
carga, con capacidad de 200 A ó 600 A. • Tapón aislado 200 A,
operación sin carga. • Empalme R 23 TC, de calibre adecuado al
cable por unir. II.3.2 Material y equipo a utilizar en redes
subterráneas de baja tensión Conductores El cable de baja tensión
debe ser monofásico, con aislamiento de polietileno de cadena
cruzada: Cable BTC Calibre 15, 35, 70 y 150 mm2
Accesorios Bus interior tipo pedestal Instalado en el interior
del gabinete del transformador tipo pedestal. Bus cubierto FS 8.800
Instalado en bóveda con transformador tipo pozo. Bus abierto FS 16
ó 24 1500 Instalado en local interior con transformador interior.
Caja P 4.400 Instalada en área verde o acera (banqueta) para
derivación de circuitos. En todos estos accesorios se instalan
fusibles de cartucho renovable (CR) para protección de los
circuitos. Fusibles CR De 200 y 350 A En el sistema subterráneo las
acometidas se derivan de los cables troncales con uniones "Y”
instaladas en registros. Se pueden instalar hasta 2 juegos de
uniones por registro. Para acometidas a servicios domésticos
monofásicos, bifásicos y trifásicos de baja tensión se instala
cable BTC con área de la sección transversal mínima de 15 mm2. La
distancia del punto de derivación al equipo de medición no será
mayor a 5 m.
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II.4 RED DE DISTRIBUCION AÉREA Anteriormente se ha planteado que
los principales arreglos o estructuras de las redes de distribución
aéreas, son los llamados sistema radial y sistema en anillo,
habiendo un tercer caso, que es una combinación de éstos. Las redes
de media y baja tensión deben instalarse preferentemente en las
aceras (banquetas) sur y oriente de las vialidades. Cuando la red
de media tensión tiene una configuración radial o en anillo, en
condiciones de operación normal el anillo debe estar abierto
aproximadamente al centro de la carga, aunque para este tipo de
instalación con un mayor nivel de confiabilidad se pueden
automatizar los ramales del anillo, interconectándolos con
interruptores automáticos, que coordinados con seccionalizadores en
las derivaciones pueden reducir el tiempo de interrupción por falla
en alguna de las fuentes de alimentación. Las estructuras de
soporte del circuito primario, serán montadas en postes. Los
aisladores que soportan el circuito primario, deben ser de clase
A56-3 para tipo alfiler y S52-5 para tipo suspensión. La
trayectoria de los circuitos troncales y ramales deben estar en la
vía pública, sobre aceras (banquetas) y áreas verdes, librando
obstáculos, evitando la obstrucción de zonas peatonales y
conflictos ecológicos sustanciales, observando las distancias
horizontales normalizadas a fachadas y edificios. Cuando la
necesidad obligue a instalarse en áreas privadas, se acreditará
legalmente el uso de derecho de vía ante Notaría Pública o
autoridades administradoras del uso legal de la tierra, cuando así
corresponda. Se debe evitar la instalación de empalmes con
conectadores tubulares en las líneas de media tensión. No se
permite el cruzamiento diagonal de las líneas de media tensión
sobre el trazo de las calles. Los cambios de trayectoria de las
líneas de media tensión en las esquinas formadas por calles o
avenidas, invariablemente se realizarán mediante el empleo de 2
postes (pancoupé).La distancia interpostal normal será de 40 m y
hasta un máximo de 50 m; los postes se ubicarán en los límites o
colindancias de los predios. En los remates de las líneas de media
tensión y en los cambios de dirección deben usarse retenidas con
poste de concreto, a fin de compensar los esfuerzos mecánicos de
las líneas. Se recomienda que cada ramal radial no tenga más de 10
transformadores y su derivación sea a través de un cortacircuito
fusible.
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En caso de superar esta condición, se instalarán medios de
seccionamiento suficientes para una mayor flexibilidad y una buena
operación. Red de baja tensión Para el cálculo de alimentadores
secundarios de distribución de energía eléctrica debe tomarse en
cuenta lo siguiente:
• La regulación máxima permisible es del 3% y los cálculos deben
incluirse en la memoria técnica descriptiva.
• Los alimentadores son radiales. • La tensión nominal entre
fases, a la salida de la baja tensión es de 220 V. • Todas las
cargas de servicios domésticos tienen igual factor de potencia. •
Todas las fases del alimentador deben estar balanceadas. • Las
acometidas para los circuitos de alumbrado público, se conectan a
los circuitos
de baja tensión, protegidas con un interruptor termo magnético.
• Los conductores que forman la red de baja tensión son
monofásicos, con el neutro
de sección reducida. • Para el caso de fraccionamientos, las
demandas máximas individuales de viviendas
no ocurren simultáneamente, por lo tanto hay necesidad de
aplicar los factores de coincidencia correspondientes para obtener
la demanda máxima coincidente.
Generalmente este tipo de sistema en baja tensión no es
utilizado en centros comerciales o parques industriales. Las
estructuras de soporte de los circuitos secundarios, serán montadas
en postes Por transformador sólo deben salir 2 circuitos de baja
tensión y se instalarán preferentemente sin empalmes. La longitud,
al punto más lejano, de los circuitos de baja tensión será de
acuerdo con lo siguiente: (Tabla II.1)
Tabla II.1
El conductor utilizado es Cable BMCu 3 x 1/0
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La distancia interpostal normal será de 40 m y hasta un máximo
de 50 m, los postes deben ubicarse en los límites o colindancias de
los predios. Se debe tener un sistema de baja tensión efectivamente
aterrizado, por lo que se conectará a tierra el tanque del
transformador y el neutro en los puntos terminales. El neutro en
estructuras de remate del circuito de baja tensión, debe
aterrizarse a un electrodo de puesta a tierra, cuyo valor de
resistencia no exceda los 10 Ω. Con el fin de evitar el robo del
conductor de puesta a tierra, éste quedará alojado en la parte
interna del poste. Las flechas y tensiones aplicadas a los
conductores aéreos están consideradas en la norma NOM-001-SEDE. En
el caso de acometidas de baja tensión que solamente alimenten
concentraciones de medidores, el cable a utilizar debe ser
concéntrico espiral (CCE) y la longitud será de 35 m como máximo.
De ser necesario y en base a la demanda la acometida puede ser con
conductor subterráneo. Para acometidas a servicios domésticos
monofásicos, bifásicos y trifásicos de baja tensión se instala
cable concéntrico con área de la sección transversal mínima,
correspondiente al cable CCE 12. La distancia del poste al equipo
de medición no debe ser mayor a 35 m. II.4.1 Material y equipo a
utilizar en redes aéreas de media tensión Conductores Los
conductores utilizados en la media tensión son los siguientes:
Cable semiaislado (CSA) 23 336 Troncales Cable semiaislado (CSA) 23
1/0 Subtroncales, ramales o derivaciones. Transformadores Los
transformadores serán trifásicos: Tipo poste 23-BT 15, 30 y 45 kVA
Uso general Tipo poste 23-BT 75 y 112.5 kVA Solo se utilizarán para
1 servicio o grupo de servicios concentrados, sin conectarlos a la
red general de distribución de baja tensión. Asimismo, se podrán
utilizar en redes mixtas (donde la red de baja tensión sea
subterránea)
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Equipo de seccionamiento y protección Cuchillas 23601 Deben ser
de operación sin carga y se instalan en ramales de más de 10
transformadores. Interruptor 23 601 Desconectador en aire 23 601 de
operación con carga Apartarrayos DOM 23 Se instalan en equipos de
la red aérea de media tensión. IOM 23 Se instalan en los puntos de
transición de red aérea a subterránea y en equipos de
seccionamiento automático de red aérea. Cortacircuitos fusible Los
cortacircuitos fusible son tipo intemperie y dependiendo del nivel
del cortocircuito se clasifican en: D-23 112 Para fusible de
expulsión tipo eslabón hasta 100 A D o P-23 220 Para fusible de
expulsión de potencia hasta 200 A En todos los puntos que se
requieran cortacircuitos fusible, se instalarán del tipo D 23112,
con excepción de aquellos servicios en los que por la potencia de
cortocircuito existente o la capacidad del fusible requerido, se
tenga que instalar un cortacircuito fusible D o P 23220. Aisladores
Los aisladores usados en las líneas aéreas de media tensión son de
tipo alfiler A56-3, y donde se remata la línea son de tipo
suspensión S52-5 Indicadores de falla Los indicadores de corriente
de falla, serán de restablecimiento automático.
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Herrajes
• Abrazaderas • Alfileres • Calaveras con ojo • Crucetas • Dados
• Ganchos con bola • Grapas
Postes
• CR-6 y CR-6M • CR-9 y CR-9M • CR-12, CR-12M, CR-12E, CR-12EM y
CR-12MoM • CR-14, CR-14M, CR-14E y CR-14EM •
II.4.2 Material y equipo a utilizar en redes aéreas de baja
tensión Conductor Para la baja tensión el conductor utilizado es el
siguiente: Cable BMCu Calibre 3 x 1/0 Acometidas Para los servicios
monofásicos, bifásicos y trifásicos utilizar los siguientes cables,
de acuerdo a la capacidad requerida:
• CCE 12 • CCE 10 • CCE 6 • CCE 4
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Las referencias a tierra de los equipos eléctricos y la conexión
de los extremos de la red secundaria de distribución deben tener un
valor de resistencia a tierra suficientemente bajo para minimizar
los riesgos al personal, de acuerdo con la NOM-001-SEDE Art.
921-18, se recomienda un valor de 10 ohms. Si la resistividad del
terreno es mayor a 3000 ohms/m se permiten 50 ohms. En la red
primaria de distribución, se deberán atender los siguientes puntos
de conexión a tierra:
• Conexión de la pantalla metálica y semiconductora del cable 23
TC, donde existen los equipos y accesorios.
• Conexión a tierra de todas las cubiertas semiconductoras
existentes en accesorios premoldeados.
• Conexión a tierra del tanque a carcaza y neutro del
transformador. En todas las uniones del sistema de tierra y en la
unión del conductor con el electrodo a tierra se deben instalar
conectores soldables (exotérmicos) o conectores a presión El área
de la sección transversal del conductor de cobre que conecta a los
apartarrayos con el electrodo de tierra, debe ser como mínimo de 50
mm² (1/0 AWG). Los valores máximos de resistencia de conexión a
tierra de las instalaciones deben cumplir con lo establecido en la
tabla II.2
Tabla II.2
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II.5 ESTRUCTURAS DE REDES DE DISTRIBUCIÓN La selección de la
estructura a utilizar dependerá de los siguientes parámetros: •
Densidad de carga • Tipo de carga • Localización y área geográfica
• Costo • Continuidad o confiabilidad requerida • Restricciones de
construcción • Estética II.5.1 Media tensión Las estructuras de
redes de distribución aplicables a fraccionamientos, unidades
habitacionales, centros comerciales y parques industriales son los
siguientes: • Radial simple • Anillo abierto • Doble derivación
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Radial simple Como se puede ver en las figuras la estructura de
un sistema radial simple en media tensión, es la más sencilla,
tanto por su construcción como en su operación, sin embargo es la
menos confiable, ya que cuenta con una sola trayectoria para
proporcionar el servicio de energía eléctrica, por tanto, la
continuidad de servicio se ve limitada a una sola fuente de
alimentación. (Figura II.1 y II.2)
Figura II.1
Figura II.2
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Anillo abierto En el caso de una red en anillo abierto, se tiene
más de una trayectoria y puede contar con una o más fuentes de
alimentación, lo cual dependerá de las necesidades de carga y
continuidad de servicio así como de los alimentadores disponibles
en la zona. Las redes en anillo normalmente operan abiertas en un
punto, razón por la cual se les conoce como redes en anillo
abierto. (Figura II.3 a II.6) Todos los transformadores, ya sea
para servicios en media o baja tensión, se conectan a este tipo de
estructura por medio de equipos de seccionamiento. Este equipo
puede estar integrado a los transformadores (pedestal o pozo) para
los servicios en baja tensión y deben ser independientes de los
transformadores, para los servicios en media tensión.
Figura II.3
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Figura II.4
Figura II.5
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Figura II.6
Doble Derivación En las figuras II.7a y II.7b, se muestra la
estructura en doble derivación. Esta estructura se aplica
preferentemente en zonas con grandes cargas puntuales tales como
zonas industriales o turísticas las cuales presentan un área de
expansión extendida, así como en centros comerciales donde se
requiera de una alta continuidad de servicio, La operación se hace
con base a un esquema de alimentadores preferentes y emergentes con
transferencias manuales o automáticas, con la finalidad de asegurar
una elevada continuidad de servicio.
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Figura II.7a
Figura II.7b
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II.6 ARREGLOS DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN Haciendo
referencia a que los sistemas de transmisión manejan potencia en
alta tensión, los sistemas de subtransmisión transportan cantidades
importantes de potencia de la red de transmisión en sus
subestaciones eléctricas que operan con tensiones intermedias de
138, 115 ó 69 kV. El sistema de distribución transporta la potencia
eléctrica de las subestaciones de distribución a los clientes
individuales, en tensiones que quedan en el rango de 34.5, 23, 138,
6.6 ó 4.2 kV. El arreglo de un sistema de distribución, se refiere
entonces al arreglo físico de las líneas de distribución. II.6.1
Clasificación de los principales arreglos de distribución El
arreglo para un sistema de subtransmisión y distribución radial, se
muestra en la figura II.8, las líneas de distribución se extienden
desde la subestación como rayos de una rueda de bicicleta, de donde
viene su nombre.
Figura II.8
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Con relación a otros arreglos, la principal ventaja de un
arreglo radial es que son simples y económicos, y su principal
desventaja es que cualquier problema generalmente deja a un número
de usuarios fuera de servicio hasta que el problema se resuelva; de
hecho, los sistemas de subtransmisión radiales no se usan. Una
modificación a un sistema de subtransmisión radial se usa cuando
las líneas de subtransmisión radiales en paralelo están
aprovisionadas para transferir la carga a una línea no fallada en
el evento de una falla en una de las líneas. El arreglo en lazo o
malla se mostrado en la figura II.9, esta conexión es más costosa
que la de arreglo radial, debido a que requiere más equipo, pero
cualquier punto sobre la línea tiene servicio desde dos
direcciones.
Figura II.9
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Si alguna está fuera, el cliente se puede alimentar desde otra
dirección, los switches se deben colocar periódicamente alrededor
de la malla, para que la sección que no funcione correctamente se
pueda reparar sin retirar una parte grande da la línea en servicio.
El arreglo en malla es bastante confiable pero también costoso.
Para proporcionar el servicio a los llamados clientes críticos, se
puede adoptar una combinación de los llamados sistemas en malla y
radial. (Figura II.10) La parte radial del sistema alimenta a unos
pocos clientes residenciales, que pueden quedar fuera de servicio
para cualquier condición de falla.
Figura II.10
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El arreglo en red está diseñado para proporcionar un servicio
muy confiable a las áreas con alta densidad de carga, tales
como:
• El centro de una ciudad • Áreas bancarias • Áreas comerciales
• Centros comerciales de autoservicio, etc.
La red consiste de líneas secundarias subterráneas conectadas en
las esquinas, con transformadores alimentando la red, cada una a
dos cuadras. El equipo de la red esta contenido en bóvedas
subterráneas que tienen acceso a través de agujeros para hombre en
las calles. En la figura II.11, se muestra un segmento de dos
calles sobre un lado, de una red más grande. Aún cuando las redes
pueden ser muy grandes, se puede trabajar con secciones de red; la
red se alimenta desde dos o más alimentadores, y no de dos
transformadores de redes adyacentes, la idea es que si un
alimentador falla, la red se alimenta de otros alimentadores.
Figura II.11
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CAPÍTULO III
PARTES CONSTITUTIVAS DE LAS REDES DE DISTRIBUCIÓN
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En el presente capitulo se expone en forma jerárquica los
diferentes partes que constituyen a las redes de distribución,
tales como información preliminar, reconocimiento y recomendaciones
para el trazo original y definitivo, con las soluciones más
recomendables, especificaciones para la apertura de brechas,
derechos de vía, así como reglamentaciones para el montaje de
postes, herrajes y todo lo que se requiere para la red de
distribución.
• Trazos y libramientos • Empotramientos • Líneas de media
tensión • Líneas de baja tensión • Conductores • Equipo eléctrico •
Sistema de tierras • Aisladores • Soportes • Apoyos, tirantes y
tornapuntas
III.1 TRAZOS Y LIBRAMIENTOS
El proyecto para la construcción de las instalaciones debe
considerar: La menor longitud, menor número de estructuras,
operación simple y segura, costo mínimo de mantenimiento, para
asegurar el cumplimiento de los compromisos de suministro ofertados
a los clientes; debiendo prever y valorar los puntos
siguientes:
1. Para salvaguardar la integridad y propiedad de la población,
se debe de respetar lo indicado en esta sección.
2. Considerar la protección al medio ambiente: • analizar la
trayectoria más conveniente para minimizar el impacto del
entorno.
3. Respecto a los derechos de particulares: • En el área urbana
por ningún motivo se debe construir en terreno de particulares. •
En área rural se debe obtener el consentimiento por escrito del
propietario.
4. Falta de urbanización: • cuando no exista urbanización
definida en el terreno, se deben obtener los
planos autorizados por la autoridad competente, para conocer la
urbanización definitiva de los sectores por electrificar.
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5. Tramos rectos: • minimizar el número de deflexiones de la
línea.
6. Fácil acceso: • para la construcción, operación y
mantenimiento de la línea; preferentemente
utilizando los derechos de vía pública. 7. Evitar
obstáculos:
• de edificios, árboles, líneas aéreas y subterráneas de
comunicación y anuncios.
8. Considerar la orografía: • antes del levantamiento analizar
el trazo más conveniente.
9. Determinar puntos obligados: • para distribuir tramos
interpostales, en base a deflexiones y/o desniveles de
terreno. 10. Evitar puntos de contaminación:
• principalmente en la proximidad de zonas costeras e industrias
contaminantes. 11. Prever impactos en los postes:
• con base a la afluencia vehicular y sus características
determinar el trazo y tipo de estructura a utilizar.
12. Considerar la instalación de equipo de protección, bancos de
capacitores y regulación, conexión y desconexión, para la operación
y mantenimiento de las instalaciones.
13. Reducir cruces: • con otros derechos de vía, como vías
férreas, carreteras y canales navegables.
14. Cruce con vías de comunicación: • se debe efectuar el
trámite ante la autoridad competente, para obtener el permiso
correspondiente. Las líneas aéreas de media tensión deben tener
resistencia mecánica suficiente para soportar las cargas propias y
las debidas a las condiciones meteorológicas a que estén sometidas,
según el lugar en que se ubiquen, con los factores de sobrecarga
adecuados. En cada caso deben investigarse y aplicarse las
condiciones meteorológicas que prevalezcan en el área en que se
localicen. En aquellas regiones del país donde las líneas aéreas
lleguen a estar sometidas a cargas mecánicas más severas que las
calculadas sobre las bases señaladas, por hielo, menor temperatura
o mayor velocidad del viento, las instalaciones deben proyectarse
tomando en cuenta tales condiciones de carga, conservando los
factores de sobrecarga correspondientes.
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Consideraciones:
1. La separación horizontal. • Debe aplicarse con el conductor
desplazado de su posición en reposo por un
viento a una presión de 19 kg/m, con flecha final y temperatura
de 16º C. 2. La separación vertical.
• Debe aplicarse con temperatura en los conductores de 50º C,
con flecha final sin carga.
3. Se recomienda dejar un espacio de 180 cm entre los edificios
de más de 3 pisos ó 15 m de altura y los conductores para facilitar
la colocación de escaleras en caso de incendio.
4. Cuando la línea cumpla con las distancias verticales mínimas
indicadas, la distancia horizontal mínima del plano imaginario
vertical sobre una construcción o balcón a la línea no debe ser
menor a un metro.
5. En caso de que las separaciones anteriores no se pueden
lograr, los conductores
eléctricos deben colocarse en estructuras tipo V o bien aislarse
para la tensión de operación.
(Ver figura III.1 y tabla III.1)
Figura III.1
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La separación es en cm.
Tabla III.1 Espaciamiento entre conductores soportados en
bastidores verticales Los conductores pueden instalarse a una menor
separación vertical que la indicada cuando estén montados en
bastidores verticales o en mensulas separadas colocadas
verticalmente, siempre que no sean de madera, que estén firmemente
sujetos a un lado de la estructura y se cumpla con las siguientes
condiciones:
a) La tensión eléctrica entre conductores no debe ser mayor a 1
kV, excepto cuando se trate de cables aislados, los cuales pueden
ser de cualquier tensión eléctrica.
b) Todos los conductores deben ser del mismo material. c) El
espaciamiento vertical no debe ser menor que el mostrado en la
tabla III.2
Tabla III.2
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A excepción de:
• Si los conductores tienen separadores intermedios adecuados,
el espaciamiento vertical puede ser como mínimo de 10 cm. en
cualquier caso.
• Proponer a la Coordinación de Distribución el caso de
considerar solamente la
utilización de cable múltiple en baja tensión. Normalmente el
trazo de las líneas de media tensión en el medio rural no requiere
de un levantamiento topográfico con curvas de perfil, por
construirse generalmente con referencias de carreteras o caminos y
teniendo siempre la ubicación de los servicios a alimentar. Se
deben eliminar todos los árboles secos o en terreno flojo, para
evitar que al caer pudieran pegar en la línea. (Figura III.2)
Figura III.2
La brecha se debe ejecutar dentro del ancho del derecho de vía,
de acuerdo a la tabla III.3.
Tabla III.3
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Durante las actividades de poda se deben tomar las precauciones
necesarias para satisfacer los requerimientos de seguridad.
1. En la construcción de nuevas instalaciones en zonas
arboladas, es recomendable la utilización de cable semiaislado para
media tensión y cable múltiple para la baja tensión, con objeto de
afectar lo menos posible la vegetación y de asegurar la
confiabilidad del suministro eléctrico.
2. Las ramas de los árboles se deben de podar para que queden
alejadas de los conductores eléctricos y permitir:
a. movimiento de las ramas y troncos en condiciones de tormenta.
b. incremento en la flecha del conductor debido a la carga y
variaciones de
temperatura. c. accesibilidad para operación y mantenimiento de
la línea.
3. Antes de podar o cortar árboles se debe pedir la autorización
del propietario del árbol. Además, es necesario conseguir los
permisos de poda exigidos por las autoridades competentes.
4. La poda se debe efectuar con cuidado y a buen juicio, debe
ser satisfactoria para el propietario del árbol. Una buena mano de
obra en la poda disminuirá las dificultades para conseguir futuros
permisos. Es recomendable que la persona que obtuvo el permiso este
presente para asegurar un buen trabajo.
5. La distancia que debe de haber entre las ramas y los
conductores desnudos de media tensión es de 2 m y de 1 m utilizando
cable semiaislado.
6. En la línea de baja tensión las ramas de los árboles podrán
convivir con los conductores aislados, cortando únicamente las que
pu