Sistemas de Distribución Eléctrica
Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Mendoza
©1.995
ÍÍndice:
Sistemas de Distribución Eléctrica... 3
Generalidades: ... 3
Oferta de Generación Eléctrica:... 3
Funcionamiento del Sistema:... 4
Sistema Interconectado Nacional: ... 4
Desregulación: ... 4
Sistemas de Distribución en Mendoza: ... 5
Despacho de Carga: ... 5
Evolución Histórica y Futura de la Potencia Instalada:... 6
Evolución Histórica y Futura de la Demanda:... 6
Líneas Aéreas:... 7
Generalidades:... 7
Tipos de Conductores: ... 7
Esfuerzo Mecánicos:... 8
Aisladores: ... 8
Problemas de las Líneas Aéreas ... 9
Campo Eléctrico: ... 9
Efecto Corona: ... 9
Vibraciones en los Cables: ... 10
Caída de Rayos: ... 10
Arco Eléctrico:... 11
Protecciones Contra Sismos: ... 11
Mástiles y Colocación de ellos en Líneas Aéreas: ... 11
Determinación de la Luz más Favorable para Vanos: ... 12
Calentamiento de los Cables Aéreos: ... 13
Conclusiones Generales:... 13
Bibliografía Consultada... 14
Integrantes del Grupo 1º:...15
Alfonso, Rodrigo... 15
Córdoba, Flavio... 15
Gramaglia, Hugo ... 15
Guareschi, Martín ... 15
Naciff, Ricardo... 15
Quintero, Adrián... 15
Velasco, Horacio ... 15
Videla, Natalia ... 15
3
Sistemas de Distribución Eléctrica
Generalidades:
Oferta de Generación Eléctrica:
La generación de energía eléctrica puede llevarse a cabo mediante diversos métodos, dependiendo de las condiciones, tanto económicas, como climáticas y geográficas de los lugares donde se desea abastecer.
Los distintos tipos de generación son:
Régimen Estacional Embalses Régimen Mensual
Centrales HIDRÁULICAS Régimen Semanal
Pasada Bombeo
Centrales TÉRMICAS Turbo Vapor
Turbo Gas Centrales NUCLEARES
Estas centrales llevan acopladas a su eje madre generadores de energía eléctrica que trabajan a media tensión, esto es debido a que en tensiones mayores el costo de la aislación de los devanados y su mantenimiento es muy costosa.
Luego de la generación se eleva la tensión mediante transformadores de potencia para su transporte, el cual se produce a través de líneas de alta tensión.
Éstas líneas, alimentan Estaciones Transformadoras interconectadas, que disminuyen la tensión para ser distribuida a diferentes Subestaciones. Las Subestaciones tienen por objeto La distribución final de la energía, ya sea a grandes, medianos o pequeños consumidores.
En la Argentina existe un sistema muy utilizado en el mundo, Sistema Interconectado, éste consiste en una interconexión entre los medios de aporte de energía al sistema y los consumidores, la interconexión se produce por medio de líneas de 500Kv.
La coordinación de la totalidad de las centrales que abastecen al sistema es llevada a cavo por un Despacho de Cargas.
Funcionamiento del Sistema:
Sistema Interconectado Nacional:
Abastece de Energía eléctrica a casi toda la Argentina (trabajando en forma paralela se encuentra el Sistema Patagónico).
Está conformado por una red de líneas eléctricas interconectadas, que desde los centros de generación (centrales, turbinas, etc.), llevan la energía eléctrica hacia todos los consumidores.
El 94% de la demanda de energía eléctrica del país la satisface el S.I.N.(Sistema Interconectado Nacional).
El 45% de su demanda corresponde al área del gran Buenos Aires.
El 80% lo integran las áreas de Buenos Aires, Litoral y Centro del país.
La potencia instalada actual es de 16.684 Mw, siendo la prevista para 1.998 de 19.059Mw.(ver gráficas).
Las áreas netamente exportadoras de energía son Comahue y Nea.
El área Comahue tiene el 31% de la potencia instalada.
Desregulación:
Hasta hace algunos años existía un único ente encargado de regular y administrar el S.I.N., Agua y Energía. La redistribución de las centrales y líneas de transporte de energía eléctrica se realizó de la siguiente manera:
♦ En el río Diamante se encuentran las centrales de Los Rellunos y Agua del Toro administradas por HI.DI.S.A.(Hidroeléctrica Diamante S.A.)
♦ En el río Atuel trabajan los Nihuiles 1, 2, 3 y en poco tiempo más entrará en servicio el Nihuil 4, que son administrados por HI.NI.S.A.
(Hidroeléctrica Nihuil S.A.).
♦ La ex-Lujan de Cuyo es la C.T.M.S.A. (Centrales Térmicas Mendoza S.A.).
♦ El P.I.PT. (Parque Industrial Petroquímico).
5 Sistemas de Distribución en Mendoza:
♦ Distrocuyo S.A.:
Líneas de 132 220 Kv .- verde -
♦ Transener:
(Transmisión de Energía) Está a cargo del S.I.N.
♦ E.M.S.E.: (Energía Mendoza Sociedad del Estado) A cargo de líneas de 132 y 66 Kv o menores.
Despacho de Carga:
Es el encargado de regular, coordinar y preestablecer las condiciones a las que va trabajar el S.I.N., las centrales, turbinas, líneas de transporte de energía, etc.
Decide en que momento y cuales son las centrales y turbinas que tienen que entrar en servicio o no, previendo la potencia que el sistema requiera según el momento del día, la fecha del año, el clima, previendo problemas y dejando un margen de seguridad.
Basándose en estadísticas provenientes de años pasados, planifica con un día de anticipación todos los movimientos energéticos que se producirá en el sistema.
La comunicación de las decisiones que tome el Despacho de Carga hacia los centros de abastecimiento de energía se realiza por diversos medios; Internet, Red de computación, Fax, etc.
Evolución Histórica y Futura de la Potencia Instalada:
Esta serie de gráficos se ha realizado teniendo en cuenta la potencia instalada, que es el parámetro con que se mide la máxima cantidad de energía eléctrica capaz de absorber los consumidores, Teniendo en cuenta la potencia que demandan realmente los consumidores se puede determinar el factor de utilización.
83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 Mw
Mw Mw Mw Mw Mw Mw Mw Mw Mw Mw Mw Mw Mw Mw Mw Mw
8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98
Evolución de la Potencia Instalada
Evolución Histórica y Futura de la Demanda:
La Potencia de Demanda es la potencia que realmente absorben los consumidores.
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000
82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 Año Gwh
7 Energía Eléctrica consumida por habitante y por año (sólo provincias con índices representativos):
Valores Año 1.994 Mwh/Habitante-Año.
TOTAL del PAÍS 1,41
Chubut 8,65
Santa Cruz 2,26
Neuquen 2,11
Río Negro 1,91
Mendoza 1,90
Capital Federal y Gran Buenos Aires 1,70
San Luis 1,56
Santa Fé 1,49
Buenos Aires 1,21
San Juan 1,20
Tierra del Fuego 1,16
Cordoba 1,09
Catamarca 1,03
Líneas Aéreas:
Generalidades:
Desde el punto de vista técnico, los cables ofrecen una serie de ventajas. Estando tendidos bajo tierra no estorban para nada, y además están protegidos contra viento, lluvia, nieve y contra las influencias eléctricas atmosféricas (electrostática). A pesar de esas ventajas no se emplean casi nunca para el transporte de energía, sino que se sustituyen por líneas aéreas debido a su alto costo.
Según los casos se aspira a que la línea sea lo más económica posible y eso aconseja construir los mástiles o postes tan bajos como lo permitan las circunstancias. Para tensiones hasta 110 Kv la distancia mínima entre la línea y el suelo no debe ser menor a 6 m y 7 m en el caso de cruce de caminos.
Tipos de Conductores:
En Alemania se construyeron líneas aéreas de aluminio, pero no siempre con buen éxito. A menudo esto provenía de que el aluminio empleado no poseía el suficiente grado de pureza, porque el aluminio forma, con la mayoría de los metales contenidos en él como impurezas, pequeños elementos electrolíticos, de los que provienen fenómenos de
corrosión que lentamente van deteriorando el material .Por lo que hoy se exige que el aluminio empleado posea por lo menos un grado de pureza del 99,5 %.
La figura 1-a representa un cable de aluminio normal y la 1-b uno de acero-aluminio consistente en un núcleo de alambres de acero y una envoltura de alambres de aluminio. Los cables de esta clase que se usan para líneas aéreas tienen una relación de secciones aluminio/acero de 6/1 hasta 7,7/1.
Debido a las potencias de corto circuito de la red, siempre crecientes, y a la introducción de la puesta a tierra rígida del centro de estrella, incluso para 110 Kv, se han propagado cada vez más los cables a tierra de alta conductividad, objeto para el cual se emplean igualmente los de acero-aluminio. Lo usual son cables a tierra de acero- aluminio con una relación de secciones desde 1,4/1 hasta 1,7/1.
Esfuerzo Mecánicos:
El máximo esfuerzo de tracción admisible con cables de acero-aluminio depende de la relación de secciones, y oscila, de 10 kp/mm² para la relación 7,7/1 hasta 20 kp/mm² para la relación 1,4/1.
Las cargas mecánicas son provocadas, en primer término, por el peso o el esfuerzo de tracción del cable, incluidas sus cargas adicionales por viento y hielo.
Aisladores:
Los cables conductores portadores de la tensión se sujetan a los mástiles de soporte y de tracción, de tal modo que quedan perfectamente aislados de las partes de la construcción comunicantes con tierra, es decir, entre el mástil y el conductor existe una diferencia de potencial que debe ser contenida por el aislante, además de afrontar sobradamente todos los esfuerzos mecánicos. En cuanto a los esfuerzos eléctricos, aparecen en primer termino, por la tensión de servicio y por la tensión aumentada que resulta en caso de contacto a tierra, así como por la sobre tensión debida a los procesos de conexión y a las tormentas.
Los conductores de líneas de media y alta tensión no tienen aislación de forma envolvente, pero en la industria los aislantes más usados son: Policloruro de Vinilo (P.V.C.); manteniendo sus caracteristicas aislantes hasta temperaturas de 80ºC, Polietileno
fig 1
9 Reticulado (XLPE); éstos tienen una buena aptitud a la resistencia a la propagación de incendios, resistiendo, incluso, 250ºC durante 5 seg. en caso de cortocircuito, también se usan: Goma Etilen-Propilenica, Gomas Siliconicas; Material termoestables capaces de alcanzar temperaturas de 250ºC en régimen continuo, no emitiendo gases halogenados (tóxicos y corrosivos), en casos de incendio, es decir, es un material L.S.O.H.(Low Smoke Zero Halogen).
Problemas de las Líneas Aéreas
Campo Eléctrico:
Para líneas de alta tensión y tensiones de servicio de 220 Kv se suelen emplear conductores en haz. Los cables de fases se distribuyen en varios conductores parciales (2, 3 ó 4), con secciones o diámetro proporcional menor, separados por una cruceta de aluminio. Los conductores únicos no suelen ser posibles para esta tensión, ya que no se debe rebasar los 15,8 Kvef /cm (referidos a la tensión nominal) de la intensidad de campo en la superficie del conductor, en consideración al índice de perturbaciones de alta frecuencia.
La división del conductor en cada fase en varios conductores parciales tiene la ventaja de que para todas las tensiones puede emplearse cables normalizados y relativamente ligeros. Estos conductores se mantienen separados entre sí unos 400 mm.
Efecto Corona:
A consecuencia de la repartición mas favorable del campo eléctrico en los conductores de haz, las perdidas por efecto corona, descienden al aumentar el número de conductores parciales, para igual intensidad máxima de campo superficial, ya que se hace menor la participación de la superficie del cual aparece esta intensidad de campo. Al aumentar el número de conductores parciales, el espacio encerrado entre ellos queda preservado eléctricamente de un modo cada vez más eficaz.
Fig 2
Vibraciones en los Cables:
Los conductores de una línea aérea sometidos a esfuerzo de tracción tienden a realizar oscilaciones mecánicas. Estas son de pequeñísima longitud de onda y de pequeña amplitud, o, por el contrario, de longitud de onda y amplitud grandes.
Para determinar el máximo esfuerzo de tracción del cable, forma en que se calcula la línea, y elegir las armaduras que se han de emplear, tienen considerable importancia las oscilaciones del cable de pequeña longitud y amplitud de onda, las cuales designamos también como vibraciones.
Un cable tenso en una corriente de aire horizontal uniforme es impulsado a vibrar a causa de la aparición de torbellinos. Cuando las vibraciones alcanzan las partes de fijación de los cables, es decir las pinzas de sostén y de tensado, ceden allí su energía, y producen en el cable conductor un trabajo de deformación. Si se presentan circunstancias del terreno desfavorables, o grandes luces como para salvar ríos o valles de montaña, entonces parece razonable recurrir a dispositivos protectores a fin de conseguir el amortiguamiento de las vibraciones, las armaduras para tales efectos tienen la misión de absorber la energía de las vibraciones; existen dos tipos de armadura:
1º_ Refuerzos de cables.
2º_ Amortiguadores de las vibraciones.
Caída de Rayos:
En el momento de una tormenta eléctrica, las nubes por su frotamiento molecular se ionizan. Esto produce en el conductor una paulatina orientación de su carga, cuando la diferencia de potencial entre la nube y el conductor alcanza valores suficientemente altos como para convertir al aire en conductor (tensión de ruptura), se produce un arco eléctrico; el cual produce un desplazamiento muy brusco de las cargas en el conductor. Esto es reflejado en la línea como una sobretensión, capaz de producir numerosos daños en las líneas, en transformadores, en las cargas conectadas al sistema, etc.
Este problema se soluciona colocando, cada una determinada cantidad de postes, un condensador de características especiales. Éste se conecta una placa a una fase o al cable campana y la otra a tierra,
11 comportándose como una llave abierta mientras que la línea mantenga su tensión nominal para la que fue construida, mientras que cuando se produzca la caída del rayo, su tensión entre placas aumenta muy fuertemente, provocando la ruptura del dialéctico, permitiendo que la línea se descargue.
Arco Eléctrico:
Las cadenas de aisladores están expuestas a los efectos de los arcos eléctricos, por contacto a tierra o por cortocircuito, cuando se produce una carga superficial. Los primeros por su duración y los segundos por su intensidad de corriente, pueden ser peligrosos para los cuerpos de los aisladores sensibles al calor. A fin de limitar o eludir los efectos de los arcos eléctricos, las cadenas de aisladores se proveen de armaduras eléctricas idóneas.
Protecciones Contra Sismos:
Es unas de las protecciones más sencillas y su funcionamiento es muy practico. Se trata de una bolita de material conductor colocada en la parte superior de transformadores de potencia considerable. Esta bolita, en una posición inicial permite la circulación de corriente eléctrica a través de si misma, manteniendo al transformador en servicio, pero en el momento en que se produce algún tipo de movimiento, ya sea sísmico o no, deja su posición inicial ,abriendo el circuito; y deja al transformador fuera de servicio.
Mástiles y Colocación de ellos en Líneas Aéreas:
En el montaje de cables constituyentes de las líneas aéreas hay que tener en cuenta que la distancia de los conductores entre si y con relación a tierra, sea suficientemente grande.
Se exige que los conductores bajo tensión estén entre sí, y de otros conductores del mismo vano, por ejemplo, de los cables a tierra, a una separación tal que no sea de temer un choque entre ellos ni una aproximación con peligro de descarga.
En todo lo posible hay que evitar el que dos fases queden dispuestas unas sobre otras, porque en invierno, con carga de hielo, podría ocurrir que la fase inferior perdiese su carga y al saltar entonces tocase la fase superior.
En la figura 4 a vemos dos cables superpuestos, disposición muy usada en redes locales de pequeños vanos, sin embargo, debe evitarse cuando dichos vanos son mayores o cuando hay que contar con carga de
hielo. La 4 a y b representan el mástil de una línea de tensión media con aisladores de apoyo, y las 4 c y d las formas constitutivas usuales usadas en las líneas sencillas de media tensión. Los mástiles de las formas indicadas por las figuras 4 e y f se emplean en las líneas de alta tensión.
La figura 5 a representa el mástil mas frecuentemente usado en líneas trifásicas; la b y la c son más altos y están sometidos a mayor esfuerzo de tracción. El d se usa donde no haya que contar con cargas adicionales de hielo; la e muestra un mástil mas bajo y por eso, sometido a altos esfuerzos de torsión.
En redes locales se emplean principalmente mástiles de madera y también de hormigón armado o de tubo ligero. En el campo de la tensión media, se emplean los mástiles de madera, hormigón armado, tubo de acero y celosía de acero. En las líneas de alta tensión los mástiles son de celosía o de tubo de acero.
El campo de empleo del mástil de hormigón es limitado porque su peso y dimensiones hacen antieconómico el transporte a grandes distancias.
Para cables mas pesados, de no menos de 120 mm², se emplean casi exclusivamente mástiles de acero.
Para el cálculo de los mástiles se deben tener en cuenta, según el caso y el tipo de mástil:
1_Peso propio del mástil, travesaños, conductores, incluida carga de hielo, aisladores y armaduras.
2_Carga de viento sobre los citados órganos.
3_Tracción máxima de los cables.
Determinación de la Luz más Favorable para Vanos:
Con luces muy pequeñas se necesitan muchos mástiles, lo cual es caro, mientras que con luces muy grandes los mástiles han de ser muy altos y, por consiguiente, cada uno de ellos mas caro que en caso
Fig 4 y 5
13 anterior; entre ambos casos tiene que haber uno de costo mínimo. Los costos de los aisladores disminuyen al crecer la luz, ya que cuanto menor sea esta menos se necesitan por cada 100 km. Con altas tensiones eléctricas los aisladores resultan mas caros, que la luz mas favorable crece al hacerse mas elevada dicha tensión.
Calentamiento de los Cables Aéreos:
Los cables aéreos, como no llevan aislamiento sensible al calor, pudiera ello inducirnos a creer que estos cables pueden soportar un calentamiento mucho mas elevado que los cables aislados. Las experiencias han demostrado, sin embargo, que no es conveniente superar en ellos una temperatura de 40º C. Hay que contar con que en verano los cables pueden alcanzar la temperatura de 80º C. Por encima de ella empieza ya a producirse el aumento de la pérdida de resistencia en el cable.
El conocimiento de la temperatura que alcanza la línea en los casos de corto circuito es importante. Puesto que la elevada temperatura que estos traen consigo dura poco tiempo en comparación de las ocasionadas por el servicio permanente, aquella puede ser mas alta sin que se inicie la pérdida de la resistencia del cable.
Conclusiones Generales:
Lo más importante de destacar es la importancia que toma el punto de vista económico en todos los aspectos de la ingeniería.
Se trata de llevar a cabo todos los requerimientos técnicos necesarios utilizando siempre el que mejor se cumpla desde el punto de vista económico, cumpliendo con todos los requisitos técnicos como por ejemplo una buena vida útil, buena calidad del trabajo final, etc.. Éstas variables quedan siempre a criterio del proyectista.
Esto nos dice que el Sistema Interconectado Nacional se ha llevado a cabo, principalmente, por la conveniencia económica, es decir, es más económico un Sistema Interconectado donde se produzca una interconexión entre medios de aporte de energía al sistema y consumidores de energía del sistema, en vez de que cada medio de aporte suministre energía a un número determinado de consumidores.
Bibliografía Consultada
♦ Catalogo PIRELLI Cables S.A.I.C. versión 1.3 GDC - Oct. 1.991
♦ Datos de Biblioteca E.M.S.E.
♦ Centrales y Redes Eléctricas de Ing. Bouchold.
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Integrantes del Grupo 1º:
Alfonso, Rodrigo
Córdoba, Flavio
Gramaglia, Hugo
Guareschi, Martín
Naciff, Ricardo
Quintero, Adrián
Velasco, Horacio
Videla, Natalia .
