Por mail, le envío el audio de la clase.
Saludos
prof. Frontini
ESQUEMAS DE
DISTRIBUCIÓN EN MEDIA TENSIÓN
Sistemas radiales
Supongamos que se tiene un centro
de cargas, y varias cargas que deben ser alimentadas desde este centro.
Desde cada carga hasta el centro
se debe encontrar un camino a través de un cable.
El cable puede ser exclusivo para
cada carga o bien puede pasar por varias cargas sucesivamente.
El sistema de alimentación en el
cual cada carga esta unida con el centro de alimentación a través de un cable
exclusivo, es característico de las instalaciones industriales en el nivel de
alimentación de las cargas. Una ventaja de este sistema es que permite el
control centralizado desde el centro de alimentación, un ejemplo clásico es un
centro de control de motores.
El cálculo de la red es simple,
el flujo de carga se puede desarrollar suponiendo perdidas nulas, la carga que
pasa por una rama cualquiera es suma de todas las cargas comprendidas entre esa
rama y las hojas.
Así puede determinarse la
corriente en la rama y verificar que el cable seleccionado para la rama soporta
esta corriente (desde el punto de vista térmico), otra verificación de interés
es determinar la caída de tensión en la rama (para lo cual se deben conocer sus
parámetros resistencia y reactancia y la longitud).
Determinadas las caídas de tensión
en todas las ramas, la caída de tensión total en cada camino se obtiene sumando
las caídas de todas las ramas desde el punto de interés hasta el punto de
alimentación.
Todos los esquemas vistos
presentan la particularidad de que cuando (se pierde) se produce falla de un
cable (de un tramo) sucede la perdida de todas las cargas que incluyen el tramo
como camino de alimentación.
Los esquemas radiales se pueden
duplicar, radial doble, y cada carga puede seleccionar si se alimenta desde un
cable o el otro.
Anillos y mallas
Buscando soluciones a esta
debilidad (desde el punto de vista de seguridad de alimentación) se plantean
redes de mayor complejidad.
O bien una línea que alimenta
muchas cargas puede terminar en otro centro de alimentación, alimentarse desde
ambas puntas, formando un anillo
Frecuentemente en el nivel de
distribución el funcionamiento de las redes, aun teniendo estructura mallada es
radial, es decir se abren cierta cantidad de ramas a fin de poder alimentar
todas las cargas y la red queda radial. En caso de pérdida de un cable en
servicio se conectan otros cables (que estaban desconectados) a fin de que
nuevamente la red con un nuevo esquema radial preste servicio a todos los
usuarios, se puede decir que la red mallada funciona como red radial dinámica
(que cambia).
Si se desea mantener los anillos
cerrados, debe considerarse que los sistemas de protecciones deberán garantizar
el buen funcionamiento separando exclusivamente el tramo que en cada condición
se encuentre en falla. Esta es la principal dificultad que aun cuando se
plantean sistemas mallados a nivel de distribución se los hace funcionar en
modo radial, para facilitar la identificación de los puntos donde ocurren las
fallas.
Las redes de alta tensión
(transmisión) son las que funcionan en modo mallado (SIN), a medida que se baja
a tensiones menores el funcionamiento se plantea en modo radial.
Consideraciones sobre redes eléctricas
de suministro
La red eléctrica une la fuente de
energía con los usuarios, las cargas, en su forma más simple e intuitiva es una
red de tipo arborescente, radial pura, cuya raíz es la fuente y cuyas hojas son
los usuarios.
Una red de este tipo tiene una
ventaja que frecuentemente no se aprecia lo suficiente, es esencialmente
simple, no es necesario documentación para transmitir su forma, la operación es
intuitiva, y no hay posibilidad de errores ligados a la estructura de la red.
A veces el usuario no soporta la
perdida de servicio, esta puede ser debida a distintas razones, imputables a la
red o no.
Cuando se considera que pueden
producirse fallas en los dispositivos incluidos en las ramas de la red
(aparatos de maniobra, cables, transformadores) si se desea mantener la
estructura de la red a cada carga debe llegarse con dos cables, y los
correspondientes aparatos de maniobra, surge así el llamado esquema doble
radial.
El nodo desde donde nace el
esquema doble radial, debe permitir que la mayor seguridad que el esquema
brinda sea efectivamente mantenida, el punto desde donde se alimenta la carga,
debe tener elevadísima confiabilidad para que efectivamente el doble radial sea
aprovechable.
Observemos que el esquema doble
radial obliga a instalar mas aparatos, que el simple radial, pueden ser
aparatos más económicos, pero su confiabilidad debe ser elevada en caso contrario
se pierde la ventaja.
Por otra parte la carga también
tiene su grado de confiabilidad, que quizás sea de orden de magnitud inferior
al circuito de alimentación, entonces no vale la pena la complicación del
radial doble.
Varias cargas también pueden alimentarse
con una única línea que pasa por todas ellas, el tamaño de los conductores
puede decrecer a medida que en el camino a la última carga estas van quedando
atrás. El esquema de una única línea comparado con el radial simple tiene
sentido mientras el tamaño de los conductores en la única línea pueda ser
mínimo, en caso que así no sea la única línea no presenta ventajas respecto del
esquema radial simple, con un cable a cada carga.
Si la única línea termina en una
barra que puede ser de alimentación, eventualmente la misma de donde comenzó,
aunque más lógico es otra, el sistema de distribución es en anillo, la línea
debe ser dimensionada para transmitir en una u otra dirección.
Generalmente los anillos así
concebidos trabajan en forma radial, con un punto de corte que puede ser
cualquiera, eventualmente los extremos, lo que explica la sección grande en los
extremos, y finalmente en todo el desarrollo del anillo.
Mientras que en el esquema radial
los equipos de maniobra están concentrados en la raíz donde arranca el sistema,
el anillo obliga a distribuir equipos en todo el desarrollo, esto presenta
dificultades de operación y protección.
Los anillos pueden trabajar
cerrados, en esta forma se generan mallas, y aumentan las complicaciones de
operación y protección, aunque aparecen ventajas de mayor continuidad del
servicio.
Las redes de distribución, tanto
de baja como de media tensión, de uso público como internas de fábricas, pueden
desarrollarse con esquemas radiales, o anillos que trabajan abiertos.
Las redes de transmisión en
cambio, donde la interconexión resulta indispensable para la operación segura y
económica se hacen malladas, enfrentando los problemas que surgen de esta
estructura compleja.
En algunos casos que pueden
juzgarse excepcionales se han desarrollado sistemas de distribución de baja o
media tensión mallados (network) o en anillo (banking), debiendo aceptar las
complicaciones que ello implica.
Alternativas prácticas y su caracterización
En bajas tensiones las potencias
manejadas son relativamente bajas, en redes industriales se alimentan
directamente los usuarios, los equipos, las redes son frecuentemente radiales,
difícilmente se justifican esquemas radiales dobles.
La red de baja tensión de
distribución pública en cambio tiene generalmente un largo distribuidor del que
se derivan las cargas, los distribuidores a su vez son derivados a lo largo de
un alimentador.
En media tensión la red
industrial puede ser radial simple cuando soporta una interrupción que puede
ser poco probable, cuando no el esquema es radial doble.
A veces el esquema radial doble
alimenta más centros a lo largo de su recorrido, permitiendo cierta economía de
equipos de maniobra.
La red pública utiliza esquemas
radiales simples mientras las cargas son modestas, cuando el área servida es de
mayor importancia el esquema se hace anillado, trabajando en forma radial, solo
excepcionalmente se avanza haciéndolo trabajar cerrado, las complicaciones
entonces son grandes.
Difícilmente una industria posee
un red de alta tensión compleja, esto solo se da en industrias muy grandes
(acerías por ejemplo), a lo sumo se observan dos o tres centros de alta tensión
desde donde se derivan distribuciones de media tensión o se conectan eventuales
generadores, los centros de alta tensión se unen a la red pública en forma
radial o formando anillo que trabaja cerrado en ambos extremos.
La red de alta y muy alta tensión
tiene siempre estructura de red mallada, de la que se desprenden estructuras
arborescentes, radiales, que con el tiempo (al desarrollarse el área) se
convierten en nuevas mallas, a su vez al superponerse a una red de alta tensión
otra mayor, la de menor tensión reduce su función de transporte a distribución,
y entonces frecuentemente pierde su estructura mallada y se hace (nuevamente)
radial.
RADIAL
SIMPLE
RADIAL
DOBLE
ANILLO
ABIERTO ANILLO
CERRADO
Esquema
|
Ventajas
|
Inconvenientes
|
Radial
|
Simplicidad
Economicidad
|
Vulnerabilidad:
Un defecto en un punto deja fuera de servicio toda la red aguas abajo, por
tanto: mala calidad de servicio
|
Doble radial
|
Continuidad de servicio
|
Costos
elevados comparado con el radial simple
|
Anillo abierto
|
Restablecimiento
relativamente rápido del servicio después de la eliminación «manual» del
defecto, quedando aislado el tramo en defecto
|
Costo intermedio, se pueden usar seccionadores
bajo carga en cada celda. Sistemas de protección más complejos , respecto al
esquema radial
|
Anillo
cerrado
|
Máxima
continuidad de servicio
servicio: alta calidad de servicio
Eliminación
selectiva del defecto sin afectar al resto de la instalación
|
Costo elevado
Complejidad
de los sistemas de protección del anillo para minimizar las consecuencias de
un posible defecto. Sistemas de protección direccionales
|
Tabla Resumen comparativo entre los distintos esquemas posibles.
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