ENERGIA ELECTRICAdoc

ENERGIA ELECTRICA
Un sistema de energía eléctrica está formado por todas las componentes entre la
fuente o fuentes en que la compañía suministradora entrega la energía en bloque
hasta los interruptores de servicio a los usuarios.
Los sistema de distribución pueden ser divididos en seis partes. (fig.1):
a) Líneas troncales.
b) Subestaciones de distribución.
c) Alimentadores de distribución o primarios.
d) Bancos de transformadores.
e) Circuitos secundarios.
f) Servicios a consumidores y alumbrado público.
FUENTE PRINCIPAL DE ENERGIA
SUBTRANSMISION
SUBESTACION DE DISTRIBUCIÓN
SUBALIMENTADORES.
TRANSFORMADOR
DE DISTRIBUCIÓN
SERVICIO RURAL
ALIMENTADORES PRIMARIOS.
ALUMBRADO RESIDENCIAL Y COMERCIAL.
FUERZA EN ALTA TENSIÓN
TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN
FUERZA Y ALUMBRADO EN BAJA TENSIÓN.
SUBESTACIÓN DEL USUARIO.
FIGURA 1
COMPONENTES DE UN SISTEMA
DE DISTRIBUCIÓN.
FIG. 1
COMPONENTES DE UN SISTENA DE DISTRIBUCIÓN.
Nota: Los incisos “c” y “d” constituyen la llamada comúnmente red de
electrificación.
DISPONIBILIDAD DE ENERGIA ELECTRICA.
Antes de proceder al proyecto de un sistema de distribución, deberá consultarse
a la Comisión Federal de Electricidad, que es la empresa suministradora, tanto en las
oficinas centrales como en las gerencias regionales, con relación a la disponibilidad de
energía eléctrica en o cerca del área en que se proyecte construir.
a) Información Preliminar
Esta consulta servirá para garantizar que el estudio podrá realizarse sobre bases
firmes y con datos de campo correctos, tales como:
 Capacidad disponible para alimentar la nueva carga o bien tiempo
estimado para ejecutar las obras necesarias de ampliación de las fuentes
de suministro.
 Localización exacta de la fuente de suministro, voltaje primario disponible
y si el sistema es o no con neutro a tierra.
 Metal y clase de conductor que deba emplearse.
 Determinación si las dos primeras partes del sistema, o sean, las líneas
troncales y la subestación o subestaciones de distribución serán
ejecutadas por la propia CFE, o por alguna dependencia. La elección de la
ubicación de la obra se hará de común acuerdo entre dependencias.
 Costo de los trabajos y obras que ejecutará la CFE para entregar la
energía en el punto convenido.
b) Documentación para solicitud del servicio.
La documentación que debe presentarse a la CFE es la siguiente:


Carta solicitud de servicio eléctrico.
Copia de la autorización para la construcción de la nueva obra expedida
por la dependencia oficial correspondiente.
 Oficio acreditando la personalidad designada para efectuar los trámites
concernientes al proyecto.
 Plano de localización de la nueva obra en los formatos y escalas indicados
por la dependencia, en el que se indiquen las líneas eléctricas existentes
en la zona, curvas de nivel del terreno y vías de acceso disponibles.
 Demanda estimada que debe satisfacerse y etapas y lapsos en que se
necesitará el servicio.
Una vez cumplidos estos preliminares, se firmará un convenio de suministro de
energía eléctrica de conformidad con los acuerdos a que se halla llegado.
c) Lineamientos Preliminares.
Se deberá tener la siguiente información:
 Ubicación exacta de la fuente de suministro.
Se procurará que esta quede lo más próximo posible al centro de carga.
 Demanda estimada, máxima y por etapas de acuerdo con el desarrollo de
se prevea.
 Frecuencia de operación.
 Definición de la línea troncal y de las subestaciones de distribución. estos
dos pasos son cubiertos por la CFE.




Definición de los alimentadores primarios.
Estudio de los bancos de transformación de acuerdo con cargas y clase
de servicio de la zona que cubran.
Definición de alimentadores secundarios.
No se considerarán los servicios a usuarios, ya que las acometidas y
equipos de medición serán ejecutados en su oportunidad por la empresa
suministradora.
ESTIMACIÓN DE LAS DEMANDAS.
Carga conectada (w) a un sistema, o a parte del mismo, es la capacidad
combinada de todos los aparatos receptores de energía de los consumidores
conectados a ese sistema o parte de él.
Demanda (D) En un sistema eléctrico, es la carga tomada de la fuente de
abastecimiento por las instalaciones del consumidor, promediadas por un lapso
especifico y adecuado. La demanda se expresa en Kilowatts o Kilovolt-amperes.
Demanda Máxima (DM)de un sistema es la mayor de las demandas que ocurre
durante un intervalo de tiempo prescrito, que generalmente es de 15 ó 30 minutos.
La correcta determinación de la demanda es esencial en el diseño de un sistema
de distribución, ya que ella fija el tamaño de los transformadores y el calibre de los
conductores, lo cual repercute en el costo de instalación y en el de operación.
a)
Factores de la demanda.
Hay varios factores que intervienen en la estimación de la demanda y que no
pueden determinarse exactamente si no hasta que la instalación está en
servicio. Para fines del cálculo del proyecto, estos factores son establecidos
empíricamente, con base en sistemas ya operando y promediando a suficiente
número de usuarios de cada clase.

Características de la carga.
El elemento más importante en el diseño de un sistema eléctrico es la
característica de la carga; y es el único sobre el cual no puede tenerse control.
En el planeamiento de una nueva obra, el único dato disponible es el
comportamiento de instalaciones similares. La carga se caracteriza por la clase
de utilización de la energía y por los diversos factores que la modifican y cuya
relación entre si, determinan los efectos de la carga sobre el sistema.
a) Clasificación de las cargas. Hay varios métodos de clasificación de cargas;
para los fines de este estudio, se considera el basado en el tipo de
consumidores:
 Industrial:
Industria Pequeña
Industria Mediana
Industria Grande
 Comercial:
Zona Comercial y cívica.
Centros de Compras.
Edificios Comerciales.
Oficinas.
 Residencial:
Zonas Unifamiliares (casas habitación) Densidad media
Zonas Multifamiliares (Edificios departamentales) Alta densidad
Zona Urbana, Baja densidad.
 Zona artesanal con y sin restricciones.
 Especiales.
Zona deportiva.
Zona Aduanal (si la hay).
Zona de Servicios Urbanos.
Centros Hospitalarios.
Núcleos Universitarios.
Alumbrado Público.
b) Factor de densidad (Fd). Como no toda la superficie de la obra esta ocupada por
construcciones e instalaciones de consumidores, sino que existen espacios
vacíos destinados a calles, parques, jardines, cementerios, etc. Hay que
considerar un factor que multiplicado por la carga conectada dé la densidad de
carga. No todas las zonas de la obra tienen un mismo factor, por lo tanto, entre
mas pequeñas sean las áreas consideradas, más precisa será la estimación.
c) Densidad de Carga (Dc). Es un término usado para estimar la demanda eléctrica
probable en un proyecto. En este estudio se usará la medida de KVA por
hectárea. La tabla No.1 muestra la densidad de carga según datos
experimentales promedio; pero es recomendable consultar con la gerencia
regional de CFE.
 Factor de demanda (FD).
Es la relación de la demanda máxima entre la carga total conectada expresada en
por ciento. El factor de demanda siempre será inferior al 100% o a la unidad, si se
expresa como relación.
 Factor de Carga (Fw).
Es la relación de la carga promedio entre la demanda máxima. El lapso en que
ocurre la demanda máxima y el lapso en el que se toma el promedio, deben ser
definidos específicamente.
 Factor de diversidad (FDV).
Es la relación entre la suma de las demandas de energía máximas de las
subdivisiones de cualquier sistema y la demanda máxima del sistema completo,
medida en el punto de suministro.
 Factor de coincidencia (Fc).
Es la relación entre la demanda total máxima coincidente de un sistema y la suma
de las demandas máximas de las subdivisiones del sistema. Este factor es el
inverso del factor de diversidad.
 Demanda coincidente.
Es la suma de un grupo mixto de cargas durante un intervalo determinado.
 Factor de potencia (FP).
Es la relación entre la potencia activa y la reactiva. Se mide por el coseno del
ángulo formado por los vectores de la corriente y el voltaje.
I.- INDUSTRIA GRANDE.
II.- INDUSTRIA PELIGROSA.
III.- INDUSTRIA MEDIANA.
IV.- INDUSTRIA PEQUEÑA Y ARTESANAL.
V.- HAB. DENS. MEDIA.
VI.- CIVICO COMERCIAL
VII.- RESIDENCIAL.
VIII.- COMERCIAL Y ARTESANAL
IX.- HAB. ALTA DENSIDAD.
X.- DEPORTIVA Y DE SERVICIOS.
TRANSMISIÓN
TRONCALES
PRIMARIOS
SUBALIMENTADORES
LIGA O ENLACE
SUBESTACIÓN PRINCIPAL
SUBESTACIÓN DE DISTRIBUCIÓN
CENTRO DE LA CARGA
CFE
II
I
X
IX
III
VIII
VI
IV
VII
V
FIG.2 CLASIFICACIÓN DEL TERRENO Y ALIMENTADORES PRIMARIOS.
b) Cuadro de cargas.
Con base en la clasificación de cargas hecha anteriormente y con las características
de las cargas, se elabora un cuadro preliminar de cargas que servirá para la
estimación de la demanda que debe tener disponible la compañía suministradora,
como se indica en la tabla 5.
 Clasificación del uso del suelo.
Con los datos del anteproyecto Urbanístico de la nueva obra, se clasificarán las
zonas de acuerdo con los tipos de cargas que tengan usando la misma
denominación. De ser posible, se procurará clasificar las subzonas para tener una
mejor idea de la distribución de cargas.
 Superficie Clasificada.
Los predios de igual clasificación se medirán en hectáreas, y se considerará una
carga en KVA por hectárea.
 Densidad de Carga.
Se obtiene de la Tabla 1, o mejor si es posible, de datos obtenidos para el caso
particular de la nueva obra por realizar.
 Carga por predio.
Multiplicando la densidad de carga por la superficie del predio y aplicando el factor
de demanda correspondiente, se obtiene la demanda máxima para cada zona. La
suma de estas demandas dividida por el factor de diversidad entre alimentadores,
dará la demanda preliminar requerida de la compañía suministradora. De acuerdo
con CFE este factor se ha fijado como 1.1111....
 Etapas de la demanda.
Fundados en los estudios de prefactibilidad se indicarán los intervalos de tiempo en
los cuales se irá requiriendo la carga demandada. También es importante indicar
las demandas futuras, previendo el crecimiento de la ciudad fuera de los límites
para los que originalmente fue diseñada.
 Alimentadores primarios.
Tomando en consideración la carga diversificada, puede estimarse el número de
primarios que se necesitarán en cada etapa del desarrollo. De común acuerdo con
la CFE se determinará el número de subestaciones de distribución que alimentarán
la red y la ubicación de las mismas. Un esquema con la zonificación de la ciudad
industrial y los alimentadores que se pretende utilizar, complementan el cuadro de
cargas. (Fig. 2)
c) Selección del sistema de distribución.
La función de un sistema de distribución es llevar energía eléctrica desde las
fuentes donde se halla en bloque hasta entregarla a los usuarios. La efectividad de
un sistema de distribución se mide en términos de regulación de voltaje,
continuidad del servicio, flexibilidad, eficiencia y costos.
Un proyecto de distribución consiste en el diseño, construcción, operación y
conservación de un sistema que dé un servicio eléctrico adecuado al área de carga
en estudio, tanto en lo presente como en lo futuro, al mas bajo costo posible. En el
estudio de un proyecto, todos los componentes de la distribución, deben ser
conceptuados como una unidad.
Para diferentes áreas de carga y aún para diferentes zonas de la misma área, el
mejor sistema de distribución toma frecuentemente diversas variantes. Sin
embargo, existen algunos principios fundamentales que se aplican a todos los
sistemas:
a) El sistema de
distribución de abastecer el servicio con un mínimo de
variaciones en el voltaje y de interrupciones.
b) Las interrupciones del servicio deben ser de mínima duración y afectar al menor
número de consumidores.
c) El costo global del sistema, incluyendo construcción, operación y conservación,
debe ser tan bajo como sea posible, pero consecuente con la calidad del servicio
requerido en el área de carga.
d) El sistema debe ser flexible, para prever incrementos de expansión que
satisfagan los cambios de carga con la mínima cantidad de modificaciones y
gastos, que permita mantener la capacidad del sistema cercana a las cargas
demandas y obtener el mayor provecho de las inversiones.
 Sistema radial.
El sistema más sencillo y barato de un circuito primario, es el radial que en su forma
más simple se ilustra en la fig.3 En él hay una sola vía de alimentación primaria que
se puede dividir en subalimentadores o ramales. El alimentador primario y los
subalimentadores son de tres fases con o sin neutro corrido, mientras que los
derivados pueden ser trifásicos o monofásicos. Los bancos de transformación se
conectan a cualquier punto del circuito a través de cortacircuitos fusibles, y pueden
ser trifásicos o monofásicos.
La intensidad de corriente es máxima en los conductores que salen de la
subestación, y va disminuyendo conforme se derivan las distintas cargas, de manera
que la sección recta del conductor puede ir disminuyendo conforme avanza el circuito.
Sin embargo la regulación del voltaje permisible en el sistema predomina sobre la
capacidad de la corriente de los conductores, y por lo tanto se acostumbra usar el
mismo tamaño de conductor a todo lo largo del sistema, desde la salida de la
subestación hasta la última área de carga.
A) Continuidad del servicio.
En una distribución simple según el diagrama de la figura 3, una interrupción en
cualquier punto del alimentador, ocasiona la falta de energía a todos los usuarios
conectados a dicho alimentador, y el servicio no podrá ser restaurado sino hasta
que el defecto sea corregido. La experiencia ha demostrado que el 80% de las
interrupciones son temporales, tales como el flameo de un aislador o un arco entre
conductores, y que se libran por si mismas cuando el interruptor del circuito se
abre. En líneas aéreas se acostumbra que el interruptor asociado esté provisto de
varios cierres automáticos para resolver esta clase de interrupciones y reponer
rápidamente el servicio; pero si la falta persiste, se hace necesario localizarla y
repararla en el sitio, permaneciendo, mientras tanto, sin energía todo el
alimentador.
BUS DE BAJA TENSIÓN SUBESTACIÓN DE
DISTRIBUCIÓN.
ALIMENTADOR
PRIMARIO.
CORTACIRCUITOS
FUSIBLES.
RAMALES
RAMALES
SUBALIMENTADORES.
TRANSFORMADORES
DE DISTRIBUCIÓN.
TRANSFORMADORES
DE DISTRIBUCIÓN.
FIGURA 3.
SISTEMA RADIAL SIMPLE
B) Fraccionamiento del primario.
Para reducir el número de usuarios afectados por una interrupción en el servicio, la
práctica es fraccionar tanto el alimentador primario como los subalimentadores o
ramales, intercalando en puntos estratégicos, dispositivos que aíslen la parte
afectada sin interrumpir el servicio en el resto del sistema. Estos dispositivos
pueden ser cuchillas seccionadoras o desconectadoras fusibles.
BUS DE BAJA TENSIÓN SUBESTACIÓN DE
DISTRIBUCIÓN.
ALIMENTADOR
PRIMARIO.
FUSIBLES.
SUBALIMENTADOR.
SUBALIMENTADOR.
RAMALES
RAMALES
TRANSFORMADORES DE
DISTRIBUCIÓN.
FIGURA 4.
SECCIONAMIENTO DEL PRIMARIO.
a) Fusibles. El método más usual de fraccionar un circuito, es el uso de
cortacircuitos fusibles primarios, indicadores, como se indica en la figura
4. es necesario coordinar el tiempo de fusión con las características de
disparo del interruptor del alimentador, de modo que el interruptor se
dispare instantáneamente al ocurrir una falla y que el primer recierre se
efectúe antes de que el fusible pueda fundirse: Así pues, el interruptor
librará las interrupciones momentáneas y el fusible las sostenidas.
También es necesario coordinar el tiempo de fusión de los fusibles que
están en serie a lo largo del alimentador, para que se funda primero el
que está más cercano y del lado de la fuente de la falla permanente, e
interrumpa únicamente esa sección del circuito.
b) Seccionadores. Los fusibles protegen a un circuito y aisla la falla, pero
puede restablecerse el servicio a la totalidad de la zona alimentada por
dicho circuito sino hasta que la falla sea corregida. Para obtener un mejor
servicio, se emplean dispositivos seccionadores que permiten aislar el
mínimo la zona afectada por una interrupción y alimentar al resto del
circuito adyacentes. Los seccionadores son manuales o automáticos.
Para el fraccionamiento manual, se emplean las cuchillas
desconectadoras de operación en grupo con mecanismo manual y
apertura con carga, llamadas también interruptores en aire. También se
usan cuchillas de apertura sin carga, llamadas cuchillas de liga, las que
como su nombre lo indica sirven simplemente para ligar dos circuitos,
pero no tienen la función de un seccionador.
Cuando la calidad de la instalación requiere un alto grado de servicio, se
emplean seccionadores automáticos llamados restauradores, que tienen
la ventaja de no solo seccionar el circuito afectado, sino efectuar varios
recierres para ver que la falla se libre por si sola y no repercuta hasta el
interruptor de la subestación. El empleo de restauradores requiere de un
estudio particular para cada caso pues debe existir una coordinación
completa entre los fusibles de acuerdo con sus curvas de fusión- tiempo,
ajuste de recierres en el restaurador y retardos en la apertura del
interruptor. Esta dificultad y sobre todo el alto costo que puede alcanzar
la instalación, relegan el empleo de restauradores a casos plenamente
justificados.
Un sistema más sofisticado de distribución radial, es el que se muestra
en la figura 5.
 Sistema de anillo o paralelo.
Como su nombre lo indica, en este sistema el alimentador primario parte de una
subestación, recorre toda el área de carga y regresa al mismo bus de la
subestación. A lo largo de su recorrido se derivan subalimentadores que abastecen
a subestaciones secundarias con un transformador trifásico o un banco de tres
monofásicos conectados al anillo a través de interruptores. Estas subestaciones
sirven, al voltaje de utilización, a pequeñas industrias, edificios comerciales y
centros habitacionales grandes, en los que la continuidad del servicio es de
importancia considerable.
A. Operación del sistema de anillo.
Las figuras 6 y 7 indican claramente las formas más usuales de un anillo de
distribución. Uno o dos alimentadores primarios pueden ser usados, pero en
cualquier caso el circuito cuenta con un interruptor de enlace en un punto
intermedio de su recorrido que liga ambas ramas. Cuando este interruptor se abre,
el sistema opera como dos radiales, con la diferencia de que el conductor deber ser
capaz de llevar toda la carga del anillo y no solamente la de su sección
correspondiente; esto es, en un anillo el alimentador primario recorre en su
totalidad el área de carga, cosa que puede no ocurrir en el sistema radial.
Asimismo, si se instalan subestaciones secundaria, hay menos derivaciones del
alimentador principal en el circuito de anillo que en el radial.
Cuando se opera con el interruptor de enlace normalmente cerrado, existen dos
flujos de corriente paralelos desde la subestación a la carga y esta se divide
automáticamente entre ambas ramas del anillo, de manera que se obtiene una
óptima regulación de voltaje y pérdidas mínimas.
a) Anillo con dos alimentadores.
En la figura 6 hay dos alimentadores principales conectados en paralelo y con un
interruptor por alimentador. Las subestaciones son seccionadas por un interruptor
por alimentador a cada lado del punto de derivación. En este arreglo, una falla en
cualquier punto del anillo (1) es controlada por los dos interruptores adyacentes a
la sección afectada y el servicio no se interrumpe en ninguna subestación
secundaria.
Pagina 42