ELEMENTOS DE SISTEMAS DE DISTRIBUCION

ELEMENTOS DE SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN  

Los elementos importantes de un sistema de distribución se encuentran los siguientes:  

1. Subestaciones de distribución.
2.  Alimentadores primarios.
3.  Transformadores de distribución.
4.  Alimentadores secundarios.  

2.1 SUBESTACIONES DE DISTRIBUCIÓN.

Las subestaciones reciben la potencia del sistema de subtransmisión y la transforman a un voltaje adecuado de los alimentadores primarios (4.1634.5 kV). La subestación de distribución consiste por lo general de transformadores de potencia, barras (buses) de alta y baja tensión, interruptores en los dos niveles, equipo de protección, medición y control; siendo el equipo más importante en estas subestaciones, el o los transformadores de potencia que definen la capacidad de la subestación y que reducen la tensión al nivel de distribución de media tensión. La capacidad individual de un transformador varía desde 5 hasta 150 MVA.  

Frecuentemente las subestaciones de distribución tienen uno o más transformadores. Cuando tienen más de un transformador, se incrementa la confiabilidad porque un transformador se puede sobrecargar hasta un 40% por periodos de 4 horas, durante emergencias o por tiempos cortos para sustitución o reparación de un transformador.

La capacidad de una subestación de distribución puede ser desde 5 MVA con un transformador,  y hasta 400 MVA con 6 transformadores para suministrar energía a un área de una ciudad grande con alta densidad de carga.

Los esquemas más comúnmente usados en subestaciones son:  

• Subestación de un solo bus.
• Esquema de subestación con doble bus-doble interruptor.
• Subestación con un bus principal y un bus de transferencia.
• Esquema con doble interruptor-simple bus.
• Subestación con interruptor y medio.

2.2 ALIMENTADORES PRIMARIOS.

Estos alimentadores son los encargados de transportar la energía eléctrica desde las subestaciones de distribución hasta los transformadores de distribución En el mundo encontramos un voltaje para estos circuitos de media tensión desde 1.1 hasta 66 kV. El más común en Estados Unidos es 12.47 kV, pero existen desde 4.16 hasta 34.5 kV.  

Un alimentador de media tensión es un pequeño sistema de transmisión en su propia trayectoria, distribuyendo de 2 a 30 MVA, dependiendo del calibre del conductor y del nivel de tensión. Normalmente de una subestación de distribución salen de 2 a 12 alimentadores primarios que tienen una configuración de ramas principales y ramas menores a medida que nos alejamos de la subestación.

Los sistemas aéreos están constituidos por transformadores, cuchillas, apartar rayos, cortacircuitos fusibles, conductores desnudos, etc. los que se instalan en postes o estructuras de distintos materiales. La configuración más sencilla para los sistemas aéreos es del tipo arbolar (radial), la cual consiste en conductores desnudos de calibre grueso en el principio de la línea y de menor calibre en las derivaciones a servicios o al final de la línea. Cuando se requiere una mayor flexibilidad y continuidad del servicio es posible utilizar configuraciones más elaboradas.  

Los movimientos de carga se llevan a cabo con juegos de cuchillas de operación con carga, que son instaladas de manera conveniente para efectuar maniobras tales como: trabajos de emergencia, ampliaciones del sistema, conexión de nuevos servicios, etc. En servicios importantes tales como: Hospitales, edificios públicos, fábricas que por la naturaleza de su proceso de producción no permiten la falta de energía eléctrica en ningún momento; se instalan dos circuitos aéreos.  

Entonces, se puede decir que un alimentador primario es un circuito de distribución eléctrica alimentado de una fuente a través de un interruptor localizado en la subestación. Este circuito distribuye la energía al nivel de media tensión a una porción del área de servicio asignado a la subestación, denominada “área de servicio del alimentador”. 

Se tiene diferentes esquemas básicos de alimentadores primarios incluyendo los radiales, en anillo y malla.

Los componentes de un alimentador primario son:

• Troncal (alimentador principal).
• Ramal (alimentadores laterales y sublaterales).

Troncal (alimentador principal), es el tramo de mayor capacidad del alimentador primario que transmite la energía eléctrica desde la subestación de distribución a los ramales, y son las trayectorias principales. Estas ramas principales terminan en desconectadores abiertos donde se encuentra la terminación de otros alimentadores.

Los alimentadores primarios por el número de fases e hilos se pueden clasificar en: trifásicos tres hilos, trifásicos cuatro hilos, monofásicos dos hilos y monofásicos un hilo.  

Los alimentadores primarios trifásicos con tres hilos requieren una menor inversión inicial, debido a que estos circuitos de distribución tienen un coeficiente de aterrizamiento mayor que uno trifásico cuatro hilos, permiten que los equipos que se instalen en estos sistemas de distribución tengan niveles de aislamiento mayores con costos mayores.  

Los alimentadores primarios trifásicos con cuatro hilos requieren una mayor inversión inicial, estos sistemas de distribución tienen un coeficiente de aterrizamiento menor de la unidad, los equipos que se conecten a estos alimentadores requieren de un menor nivel de aislamiento con menor costo de inversión.

Los alimentadores primarios monofásicos de dos hilos se originan de sistemas de distribución trifásicos, de hecho son derivaciones de alimentadores trifásicos de tres hilos que sirven para alimentar transformadores monofásicos que reciben la tensión entre fases en el devanado primario.

Los alimentadores primarios monofásicos de un hilo son derivaciones de sistemas trifásicos que permiten alimentar transformadores monofásicos usándose estos alimentadores en zonas rurales, debido a la economía que representa en costo.

Ramal (alimentador lateral y sublateral), es la parte del alimentador primario energizado a través de un troncal, en el cual van conectados los transformadores de distribución y servicios particulares suministrados en media tensión. Normalmente sus conductores son de calibre menor al del conductor troncal.  Típicamente un ramal se usa para suministrar desde 10 kVA hasta 2 MVA

2.3 TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN.  

En general, los transformadores de distribución son usados para reducir el voltaje del alimentador primario (2.4 a 34.5 Kv) al voltaje de utilización (menores de 1000 V). Estos transformadores se pueden clasificar en:  

• Tipo poste (convencional o auto protegido). Son aplicables a sistemas de distribución aérea y son montados en los postes (hasta 100 KVA) o en plataformas (de 167 a 500 KVA).  
• Tipo pedestal. Son aplicables a sistemas de distribución subterránea, para instalarse en servicio interior o exterior sobre una base de concreto o en una bóveda.

La interrupción primaria del fusible proporciona un medio para detectar a simple vista los fusibles quemados en el sistema primario, y sirve también para sacar de operación el transformador

El transformador auto protegido tiene un corta circuito de protección secundaria por sobrecarga y cortocircuito, controlado térmicamente y montado en su interior, también tiene un eslabón protector de montaje interno conectado en serie con el embobinado de alto voltaje para desconectar el transformador de la línea en caso de falla interna en las bobinas.

Los transformadores tipo pedestal, generalmente son utilizados en fraccionamientos residenciales, desarrollos turísticos, centros comerciales, hoteles y en aquellos lugares donde la continuidad del servicio

Polaridad en transformadores. La polaridad del transformador se refiere a la dirección relativa de los voltajes inducidos entre los embobinados de alta tensión y baja tensión. La polaridad de un transformador de distribución monofásico puede ser aditiva o sustractiva.

La polaridad es sustractiva, si el voltaje medido es menor que el voltaje aplicado al embobinado de alta tensión,

Conexiones de transformadores monofásicos. En la actualidad los transformadores de distribución monofásicos son ampliamente usados. Este hecho se debe a que el alumbrado y las cargas pequeñas se alimentan de circuitos secundarios monofásicos. También en este tiempo, los sistemas secundarios polifásicos son alimentados de transformadores monofásicos conectados como bancos trifásicos.  

Conexión en paralelo de transformadores monofásicos. Cuando se requiere de gran capacidad en condiciones de emergencia, dos transformadores monofásicos de la misma o de diferente capacidad se pueden conectar en paralelo. Estos transformadores pueden tener polaridad aditiva o sustractiva, sin embargo deben de cumplir con las condiciones siguientes y pueden conectarse como se muestra en la figura 2.26  

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