1.2 modelo de red

8/17/2019 1.2 MODELO DE RED

1/56

1.2 MODELO DE LA RED DE DISTRIBUCION

– MODELAMIENTO DE LA RED DE DISTRIBUCION

1.2.1 Campo eléctrico y magnético

Alrededor de un conductor cargado se

Desarrolla el concepto de los campos ya

conocidos:eléctrico y magnético


2/56



3/56


Respecto al Campo eléctrico se desarrollan entre otros los

siguientes efectos:

-El Campo Eléctrico E, es una magnitud vectorial. Zona deinfluencia alrededor de una partícula cargada y dentro de lacual se pueden acelerar para acercarse o alejarse otras

partículas cargadas positivas o negativas.

Expresión del campo medido en Nt/coul ó Voltios/metro adistancia r alrededor de una carga puntual Q1:

E = (Q1)/(4πεr**2) ar [Nt/coul], ó [Volt / m ]con ε = permitividad del medio [farad / meter ] = 8.85*10 **-12


4/56


- La Diferencia de Potencial V o Tensión Eléctrica

expresada en Voltios es la habilidad que posee unapartícula cargada Q2 ubicada a una distancia r dentrodel campo de Q1para acercarse o alejarse de la mismaen razón a la fuerza que experimenta por el campo de

Q1.

Es una cantidad escalar, ya que no depende de la posiciónni del sentido, es la misma a cualquier a. Para un

campo uniforme E se expresa en general como:

V =E*r ( Volt )


5/56


La expresión para la diferencia de potencial o tensión queposee una carga radial Q2 ubicada a una distancia rdentro del campo y por efecto de una carga puntual Q1en un medio de permitividad ε es:

V = (Q1)/4πεr Volt

- El trabajo o energía W que se imprime para mover unadistancia r la partícula cargada dentro del campo E, afavor o en contra de él se mide como la fuerza xdistancia, ó F x r en W – cm o Joules.


6/56


Respecto al Campo magnético se desarrollan entre otros los

siguientes efectos:

El Flujo magnético o número de líneas entre los polosmagnéticos, con mayor densidad si es mayor la fuente queorigina: la corriente eléctrica variable. Se mide en Weber.

Densidad de Flujo Magnético, o numero de lineas del flujo porunidad de área transversal atravesada por ellas, dentro de lazona correspondiente con permitividad magnéticadeterminada de acuerdo al medio. En la práctica se conoce

como la Fuerza Magnética, se mide en Weber / cm2


7/56


• Las leyes de Lenz y de Ampere ya conocidas:

Ley de LenzPermite valorar la diferencia de potencia inducida entrelos extremos de un conductor por efecto de los camposmagnéticos variables que le atraviesen

Ley de AmpereLa integral de la densidad magnética del flujo B (Fuerza /momento de I, o Newt/ amp-m) sobre un camino cerradoa una distancia r del conductor que transporta la

corriente I que origina a B es igual a esa corrientemultiplicada por la permeabilidad magnética del medio.


8/56


• Campo magnético H

Se define como la relación B/µ o H=B/µ para

hacer independiente la integral de línea de B

del medio µ

H y B son vectores, H se mide en (Dens flujo/µ)


9/56


• 1.2.2 PARAMETROS DEL CIRCUITO

. En relación al circuito mostrado en la figura 1 sobre elcircuito Fuente, red , carga a continuación una brevereseña sobre los parámetros que describen elcomportamiento eléctrico de la red y su caída detensión :

Resistencia, Inductancia y Capacidad


10/56


• 1.2.2.1 Resistencia

En general la resistencia eléctrica R se da enfunción de la resistividad del material y para unconductor de longitud L y área transversal A se

aplica la relación ya conocida:

R = ρ * L / A ( Ὡ )

A una temperatura de 20° C se conocendiferentes valores de la resistividad expresada en:


11/56


• Cu blando 100% conductividad .01724 [Ὡ mm²/m]

•

Cu duro 97.5% .01768• Al 61% .02826

• ACSR 7h 51% .03372

• ACSR 37h 47% .03619

• Es importante conocer como este parámetro puede variar porefectos internos como su calentamiento, la frecuenciapulsante de la red y la cercanía a otros conductores,

principalmente.


12/56


• La resistencia de un conductor eléctrico varíacon la temperatura, tanto la temperaturaambiente como la interior al conductor.

• Con la primera, una temperatura ambiente oexterior al conductor, inferior a latemperatura interna propia puede permitir un

enfriamiento del mismo por paso del calor aun medio más frio.


13/56


• Para la temperatura interior al conductor porefecto Joule, el calentamiento excesivo porpaso de una corriente para la cual no se ha

dimensionado el conductor produce unavariación de su resistencia la cual puede serapreciable para efectos de los cálculos de la

caída de tensión en el conductor.


14/56


• Efecto de la Temperatura

Al efectuar mediciones en la variación deresistencia r de un conductor en función de la

temperatura t se encontraría un gráfico comoel siguiente:


15/56



16/56


El punto T expresado en Grad. Cent.., donde R es cero, es un valor

encontrado aproximadamente por experimentación, y es constantepara cada material. Ejemplos:

Cu con conduct. 100% es 234.5, Cu al 97.5 % 241, y Al al 61 %,228.

Con lo cual las variaciones de r con t1 o t2 y en función de T seexpresan por la ley de triangulos semejantes:

r2 / r1 = ( T + t2 ) / ( T + t1 )

Es válido también trabajar con la ecuación de la recta, en la cualdefinimos el coeficiente de corrección por temperatura ά expresadoen [1/°C]


17/56


• Resistencia a la CC y CA

Desde el punto de vista de la corriente alterna debetenerse en cuenta el efecto piel y el efecto de proximidad.

Cuando circula corriente alterna el flujo en la secciónrecta del conductor no es uniforme, siendo mayor ladensidad de corriente en la vecindad a la superficie queen el centro de la sección. Por esta razón se encuentraque la resistencia a la corriente continua Rcc es menor

que la resistencia al paso de la corriente alterna Rca


18/56


La Resistencia Rca en relación a la Rcc se calcula con:

Rca = Rcc + Ys

Con Ys = 7.5 * (f²) *(D**4)*(10**-7) [ohm-Km]

D= diámetro en cm.y f la frecuencia en Hz

El RETIE considera únicamente aumentar el valor de laRcc en un 2% obviamente a una f de 60 Hz, con buenaaproximación.

El efecto puede notarse en las tablas relacionadas conestos valores (Tabla 1 de 6 )


19/56


• Efecto de Proximidad

Desde el punto de vista del cableado, el efecto de losconductores cableados concéntricamente aumenta laresistencia

Dos conductores cercanos transportan flujos de iguales

características pero de sentidos opuestos crean restasvectoriales de densidades de flujo ocasionandoreducciones de inductancia en las caras próximas y en lasdiametralmente opuestas de los dos conductores, dando

como resultado una distribución no uniforme de ladensidad de corriente, y un aumento aparente de laresistencia efectiva del conductor.

Esta variación puede despreciarse para efectos prácticos.


20/56


• 1.2.2.2 INDUCTANCIA

Propiedad de un elemento que transporta unacorriente variable en el tiempo para oponerse a loscambios, de tal manera que se produce una pequeñaFEM que tiende a oponerse a esas variaciones.

La definición clásica de la inductancia £ para unabobina es conocida al relacionar la f.e.m. inducida deoposición ₑ con la variación de la I que le atraviesa dI/ dt :

ₑ = £ (di / dt ) [ Volt ]


21/56


• A través del flujo magnético Φ en su entorno ocasionado por la Ivariable y el número de enlaces concatenados N en las espiras que

originan la misma f.e.m. de oposición, se tiene para el mismofenómeno natural:

ₑ = N d Φ / dt [Volt]

Igualando se obtiene la expresión para la inductancia £ = d Φ / d I[Henrios]

Si tanto Φ como I se mantienen constantes, se puede expresaren general la Inductancia £ como la relación flujo concatenadoalrededor de los conductores y corriente transportada:

£ = Φ / I [Henrios]


22/56


• 1.2.2.2 INDUCTANCIA

• Modelo- Expresiones Inductancia circuitosmonofásico trifásico Reactancia inductiva –Diagrama vectorial Circuito RL Aplicaciones

• (incluir aquí el tema de la clase de inductanciay del circuito RL los ejemplos resueltos en laclase sobre los valores de los parámetros R y X)

• Modelo Serie. Ecuaciones vectoriales.


23/56


• 1.2.2.3 CAPACITANCIA

• Expresiones para la Capacitancia en circuitos monofásico ytrifásico - Reactancia capacitiva – Diagrama vectorial - Circuito RC Aplicaciones

• C fase a tierra en circuito trifásico sencillo *

C = 0,0388 / log (DMG/r) [μF / milla ] óC = 0,0241 / log (DMG/r) [μF / Km ]

• La admitancia Y = 1/ Xc considerando conductancia G=0

Y = j w C [ mho / Km ] **

* Hay otras expresión para doble circuito y conductores en Haz

** con C en Faradios para obtener admitancia en moh / Km


24/56

1.2.3 AMPACIDAD

• 1.2.3 AMPACIDADAmpacidad. Capacidad (Poder) de un conductor

eléctrico para transportar corriente sin sobrepasar suslímites de aumento de temperatura superficial y porende sin variación apreciable en su resistencia, según

los valores garantizados por el fabricante .

Expresa la facilidad para evacuar el calor internoproducido por el paso de la corriente.

Un conductor desnudo puede transportar mayorcorriente que otro de las mismas características dematerial y diámetro pero revestido con una chaquetaaislante, para la misma temperatura superficialestablecida.


25/56

1.2.3 AMPACIDAD

• 1.2.3 AMPACIDAD

Variación de la ampacidad de acuerdo al área transversaldel conductor

Variación de la ampacidad de acuerdo al material del

conductor

Variación de la ampacidad de acuerdo al aislamiento ochaqueta del conductor


26/56

1.2.3 AMPACIDAD

- Variación de acuerdo a la temperatura ambiente:

I ‘ / I = [ ( Tc – Ta ‘) / ( Tc – Ta) ] ** 0,5

con: I Capacidad de corriente a la temperatura de la tabla.

I‘ Capacidad de corriente a la nueva temperatura

Tc Temperatura del conductor en ° C

Ta Temperatura ambiente en tablas

Ta ' Temperatura ambiente nueva

Variación de la ampacidad de acuerdo al medio de instalación,bandejas, ductos, enterrado, etc….

Ver tablas de fabricantes


27/56

1.2.4 REGULACION DE TENSION

• 1.2.4 Regulación de tensión. Límites para el diseño.

La Caída de tensión Δ V en un circuito de longitud L como el indicado en lafigura 1, corresponde al producto

Δ V = I * z *L [V]

Con I la corriente de línea y z la impedancia unitaria de la red o z por

unidad de longitud.

O en su defecto por

Δ V = I * Z [V] con Z la impedancia total de la red

al aplicar el modelo de la red compuesto por resistencia e inductancia,como circuito serie la expresión unitaria de la z será:

z = r + j x [ Ὡ / u. long.]


28/56

1.2.4 REGULACION DE V

• 1.2.4 REGULACION DE TENSION

O la Z total equivalente a la longitud de la red L será:

Z = (r + j x) L [ Ὡ ]


29/56


• La Regulación de tensión, conocida como €corresponde a la comparación de las variaciones de

tensión en la carga o en la fuente por efecto de la caídade tensión a lo largo de la red, comparada contraalguna de las dos tensiones, fuente o carga.

Expresado de otra forma, € corresponde al cambio dela tensión de red en el lado de la carga o receptor, alpasar de condiciones de vacío a plena carga, en relacióna la tensión de vacío en el receptor, en porcentaje deesta última.

€ (%) = ( (V receptor en vacío – V receptor en carga ) /V receptor en vacío ) *100 %


30/56



31/56



32/56


O de manera equivalente:

€ (%) = ( Δ V / V ref ) *100 %

Para circuito trifásicos se demuestra :

€ (%) = S (KVA) L ( (r cos φ) + ( x sen φ ) ) / 10 ( kV ) ²

Límites de la regulación:

Red de media 2% - Transformador 1%

Circuito en BT hasta 5%

En general para el usuario los límites reglamentarios están entre± 10 % de la V nominal en el rango especificado, y en últimas por

la calidad en el valor de tensión entregado


33/56


• Momento eléctrico

En la fig. 8 , la expresión para la Δ V puede escribirse como:Δ V = I * L [r + j x] [ V ]Δ V = Momento eléctrico * Constante del cable

Con lo cual la regulación € = ( Δ V / V fn ) * 100 [%] ó :€ = ( (Momento eléctrico * Constante del cable ) / V fn ) * 100 [%]

De las relaciones anteriores puede expresarse la corriente I en función delos KVA transportados , reemplazando I por la potencia S como suequivalente, para lo cual se puede llegar a

€ ( % ) = (((KVA/√3*V) * L *Constante del cable) / V fn) * 100 [%], ó :

€ ( % ) = S (KVA)*L*(( r cos φ +x sen φ ) / 10 ( kV ² ) ) ⁽ ¹ ⁾

⁽ ¹ ⁾ Kv la tensión de línea de referencia y L total en dimensión acorde con la unitaria de r y x


34/56

1.2..4 REGULACION DE V

• Aplicación de tablas para obtener la regulación basadas en el momentoeléctrico.

Las tablas de obtención de regulación en % € de la tensión de receptorpara diferentes constantes del conductor: material y diámetro deconductor y diferentes factores de carga ( Cos ϕ ) nos entregandirectamente la regulación por 1 KVA de carga concentrada a 1 Km de lafuente.

Por lo tanto para obtener la regulación de una red con carga de Y KVA,ubicada radialmente a una distancia x kM de la línea alimentadora o de lafuente basta con encontrar el dato de caída de tensión en % en la tablapara el caso de calibre, material y Cos ϕ escogidos y multiplicarlo * Y *X :

( Dato * Y * X ) = Regulación de la tensión en % ó : € (%)

Ejemplos de aplicación

•


35/56


Obtener y discutir la regulación de tensión para un circuito que alimenta una cargatrifásica de 1 MVA a 13,2 Kv, 60 hz, concentrada a una distancia de 1,5 Km y f.p.0,9 en atraso. Usar conductor de fase AL 4/0 AWG.

SOL . De la tabla de caída de tensión en % por 1 KVA y 1 Km (CARPETA 21 ) paracarga con f.p. 0,9 en atraso se obtiene reg de 0,257*10 ⁻³ %Para 1000KVA y 1,5 Km se obtiene una reg 0,257*1,5 = 0,3855 %

DISC : Si el limite de regulación es del 2 % podríamos escoger en la misma línea de

la tabla un conductor AL 6 AWG con una reg. del 2 %.-Para garantizar tensión de 13,2 Kv en la carga y conductor AL 6 AWG la tensión Vf será de 13,2 * 1,02 = 13,46 Kv- Cual debe ser la tensión Vf si se utiliza Conductor AL 2 AWG

OBSERVACION Las empresas distribuidoras acostumbran a exigir un calibremínimo. Puede ser un 2 AL con reg. 0,9% apropiada para soportar futurosaumentos de carga.


36/56


• REGULACION AL FINAL DE CARGASDISTRIBUIDAS

• Para varias cargas distribuidas aplicar laregulación por cada tramo según la cargasoportada e ir acumulando hasta el final.

• Ejemplo a continuación.


37/56


•


38/56

1.2.5 LA RED DE DISTRIBUCION

• 1.2.5 DISEÑO DE LA RED DE DISTRIBUCION•

Construcción del modelo, tipo y dimensión decarga según los factores característicosobtenidos en terreno o por desarrollossimilares, temperatura ambiente del sitio…

•

Determinación de centro o centros de carga(LEER TRANSMISSION Y DISTRIBUTION , yrecorrido preliminar de la red, red principal,ramales…

•

Selección preliminar de conductores porampacidad, tipo de red aérea o subterránea,material del conductor y componentes, y tiposde estructura soporte.


39/56


• Obtener el modelo de circuito R – L

•

Confirmación del conductor más adecuado segúnlos criterios de ampacidad, regulación de tensión,soporte a corrientes de corto circuito a tierra yselección del conductor económico.

• Atención a los parámetros de seguridad,confiabilidad y calidad del servicio en con lanormativa mínima exigida por los entesreguladores, Superintendencia de Servicios

Públicos y leyes y normas asociadas, y en unamayor exigencia a los requerimientos propios decada tipo de carga según el tipo de aplicación.


40/56


• Tipos constructivos de los circuitos de distribución:- Circuito Radial

- Circuito en Anillo- Malla- Circuito con Alimentador Principal y ramalesVer Fig. 9

Se definen dos formas de su configuración:Barraje y Cónica.Barraje, hay un alimentador principal seleccionado de uncalibre único de principio a fin.

Cónico, el diámetro del alimentador va disminuyendo enla medida en que va alimentando menores cargas hastael final.

.


41/56



42/56


• Desde el punto de vista de configuración para

operación:- Circuito seccionable.

Con seccionamientos o cuchillas de operar sincarga se puede dividir el circuito en secciones

- Circuito con puntos de suplencia

Seleccionar las fronteras del circuito con otrosvecinos desde los cuales se puede dar

suplencia.

Ver Fig. 10



43/56



44/56


• Definición de estructuras de construcción en redes aéreas

Arreglos de los elementos de soporte, aislamiento y conducción, según: Altura al piso

Aislamiento por distancia

Distancias de seguridad a las personas

Vano

cambio de rumbo o sentido

• Arreglos típicos Horizontales en suspensión y retención

Tangencial

Bandera Semibandera

Vertical en suspensión y retención

Triángulo equilátero

Para detalles constructivos ver las normas constructivas de cada empresa


45/56


• Criterios de Protecciones

Tipo: Por sobrecorriente

Elementos que actúan: Interruptor, reconectador,seccionalizador y fusibles.

Actuación: Ante un cortocircuito o una sobrecarga abren todoel circuito o parte de él.

Pueden actuar individualmente o combinadas para permitir elaislamiento de las zonas en falla, las partes sanas del circuitopueden seguir en servicio. Las aprtres falladas serán objeto deintervención para el arreglo.

Ver fig. 11


46/56

1.2. 5 LA RED DE DISTRIBUCION


47/56

PROTECCIONES DE LA RED : SOBRECORRIENTE Y CORTO CIRCUITO


48/56



49/56



50/56



51/56



52/56



53/56

PROTECCIONES ANTE SOBRETENSIONES POR RAYO

LOS DESCARGADORES DE SOBRETENSIÓN

Función Operación e tipos de circuito según el neutro

Tipos


54/56

1.2.6 EFECTOS CON CARGAS CAPACITIVAS

1 2 6 EFECTOS CON CARGAS CAPACITIVAS


55/56


• RESONANCIA Y CONSECUENCIAS FISICAS DE LOS CIRCUITOS ENRESONANCIA APLICADOS A LA RED DE DISTRIBUCIÓN

• Circuitos con red subterránea en MT que por su capa aislanteIMPLICA UN CONDENSADOR CONECTADO y además coninductancias propias de los elementos como transformadores

y reactancias ocasionan la interacción de las corrientescapacitivas e inductivas,

• CONSECUENCIAS PRACTICAS : MENCIONAR UN CASO CONDATOS NUMERICOS

1 2 6 EFECTOS CON CARGAS CAPACITIVAS


56/56


• COMPENSACION CAPACITIVA

• TEMAS DE ESTUDIO:

1 Calculo del condensador para mejorar el factor de potenciapara cargas en atraso en cualquier nivel de V. Estudiar yresolver un ejemplo para corregir factor de potencia de 0,8 a0,9 carga TRIF de 1 MVA, 60 hz a 13,2 kV. Seleccionar unareferencia, la capacitancia y especificación del condensadorreal. Idem si la carga se alimenta en 480 V

2 Citar las ventajas para la red, el distribuidor, el transportador,el generador y el usuario final al mejorar el factor de potenciade una instalación. Respecto al tema anterior calcular el

beneficio económico en 1 mes, dias laborales de 24 horas ymal factor de potencia todo el tiempo, si hay penalización dela mitad de la tarifa de la activa. Asumir un a tarifa de energíade $ 90 por KW-H para MT y $220 para BT

1.2 modelo de red

Documents