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CAPITULO 12 - SISTEMAS DEDISTRIBUCIN GENERAL
12.1 SISTEMA DE DISTRIBUCIN
12.2 CLASIFICACIN DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCIN
12.3 A.C. DISTRIBUCIN
12.4 DC DISTRIBUCIN
12.5 MTODOS DE OBTENCIN DE 3 HILOS DC
12.6 SISTEMAS POR DEBAJO O POR ARRIBA
12. SISTEMA DE ES!UEMAS DE CONE"IN DE DISTRIBUCIN
12.# RE!UISITOS DE UN SISTEMA DE DISTRIBUCIN
12.$ CONSIDERACIONES SOBRE EL DISE%O DE DISTRIBUCIN
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I&'()*+,,&
Que la energa elctrica producida en el generador llamado Estacin se
transporta al consumidor(es) travs de una red de transmisin ysistemasde distribucin. A menudo es difcil trazaruna lnea entre la transmisin y la
distribucinsistemas de un sistema de gran potencia. Es imposibleparadistinguir los dos simplemente por su voltajeporue lo ue se considercomo un alto voltaje de!ace unos a"os a!ora se considera como unatensin baja. En general# el sistema de distribucin es esa partedel sistemade energa ue distribuye energa a losconsumidores para su utilizacin.
$os sistemas de transmisin y distribucin son similares al sistema
circulatorio del !ombre. El sistema de transmisin puede ser comparado con
las arterias en el sistema del cuerpo !umano y la distribucin de los
capilares. Ellos tienen el mismo propsito de suministrar al consumidor %nal
en la ciudad con la sangre vivi%cante de la civilizacin&electricidad. En este
captulo# nos limitaremos nuestra atencin a la introduccin general al
sistema de distribucin.
12. 1 S/'0 *0 D/'(+,&
Esa parte del sistema de energa ue distribuye la energa elctrica para uso
local se conoce como sistema de distribucin.
En general# el sistema de distribucin es el sistema elctrico entre la
subestacin alimentada por el sistema de transmisin y los consumidores
metros. 'eneralmente consiste en alimentadores# distribuidores y la red de
servicios. F. 12.1muestra el diagrama de una sola lnea de un sistematpico de distribucin de baja tensin.
(i) $os alimentadores. n alimentador es un conductor ue conecta la
subestacin (o generacin localizada estacin) a la zona donde el poder es
para ser distribuidos. 'eneralmente# no !ay tomas se toman desde el
alimentador de modo ue la corriente en ella sigue siendo la misma en
todas partes. $a principal consideracin en el dise"o de un alimentador es la
capacidad de transporte de corriente.
(ii) istribuidor. n distribuidor es un conductor de la ue se tienen tomasde alimentacin a la de consumidores. En la *ig. +,.+# A-# -# y A son
los distribuidores. $a corriente a travs de un distribuidor no es constante
debido a tomas se tomar/n en distintos puntos a lo largo de su longitud. 0i
bien el dise"o de un distribuidor# cada de tensin a lo largo de su longitud
es la consideracin principal# ya ue el lmite legal de tensin variaciones es
de 1 23 del valor nominal de los terminales de los consumidores.
(iii) la red de servicios. A la red de servicio es generalmente un peue"o
cable ue conecta el distribuidor con los terminales de los consumidores.
12.2 C/,,& *0 S/'0/ *0 D/'(+,&
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n sistema de distribucin se puede clasi%car de acuerdo a4
(i) la naturaleza de la corriente. e acuerdo con la naturaleza de la
corriente# el sistema de distribucin puede ser clasi%cado como (a) de c.c.
sistema de distribucin (b) de corriente alterna sistema de distribucin.
A!ora&a&da# de corriente alterna sistema est/ universalmente adoptado
para la distribucin de energa elctrica# ya ue es m/s sencillo y m/s
econmico ue el mtodo de corriente continua.
(ii) el tipo de construccin. e acuerdo con el tipo de construccin# sistema
de distribucin puede ser clasi%cado como (a) la sobrecarga del sistema (b)
sistema subterr/neo. $a sobrecarga del sistema se emplea generalmente
para la distribucin# ya ue es 5 a +6 veces m/s barato ue el sistema
subterr/neo euivalente. En general# el sistema subterr/neo se utiliza en
lugares donde la construccin de arriba es impracticable o pro!ibida por las
leyes locales.
(iii) Esuema de cone7in. 0eg8n el esuema de la cone7in# el sistema de
distribucin se puede clasi%car como (a) radial sistema (b) sistema de anillo
principal (c) sistema interconectado.
ada esuema tiene sus propias ventajas y desventajas# y auellos se
discuten en Art.+,.9.
$aF. 12.2muestra un sistema de distribucin primaria tpica. $a energaelctrica de la estacin de generacin se transmite a alta tensin a la
subestacin situada en o cerca de la ciudad. En esta subestacin# el voltajese renunci a ++ :; con la ayuda de transformador reductor. $a
alimentacin se suministra a varios subestaciones de distribucin o a los
grandes consumidores a este voltaje. Esto forma la distribucin de alta
tensin o de distribucin primaria.
(ii) el sistema de distribucin secundaria. Es la parte de corriente alterna
sistema de distribucin ue incluye la gama de tensiones a la ue el
consumidor %nal utiliza la energa elctrica entregada a l. $a distribucin
secundaria emplea a 6 ;# > fases# < !ilos.
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12.3 D/'(+,& A.C.
?oy en da la energa elctrica se genera# transmite y distribuye en forma
de corriente alterna. na razn importante para el uso generalizado de
corriente alterna con preferencia a dirigir corriente es el !ec!o de ue la
tensin alterna se puede cambiar convenientemente en magnitud por medio
de un transformador. @ransformador !a !ec!o ue sea posible transmitir
A.. de potencia a alta tensin y utilizarla en un potencial de seguro.
;oltajes de alta transmisin y distribucin !an reducido en gran medida la
corriente en los conductores y las prdidas en las lneas resultantes.
o !ay una lnea de%nida entre la transmisin y la distribucin de acuerdo
con la tensin o mayor la capacidad. 0in embargo# en general# el sistema de
distribucin es el sistema elctrico entre la subestacin reductor alimentado
por el sistema de transmisin y metros de los consumidores. El sistema de
distribucin A.. se clasi%ca en (i) el sistema de distribucin primaria y (ii) el
sistema de distribucin secundario.
(i) el sistema de distribucin primaria. Es la parte de corriente alterna
sistema de distribucin ue funciona a voltajes algo superiores a la
utilizacin general# y maneja grandes bloues de elctrica energa ue los
usos promedio de baja tensin de consumidores. El voltaje utilizado para
distribucin primaria depende de la cantidad de energa ue se transportar/
y la distancia de la subestacin necesario para alimentarse. $os voltajes de
distribucin primaria m/s utilizadas son ++ :;# 2B2 :; y > B > :;. ebido a
consideraciones econmicas# distribucin primaria se lleva a cabo por el
sistema de > fases# > !ilos.
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12.4 D/'(+,& D.C.
Es un conocimiento com8n ue la energa elctrica se genera casi
e7clusivamente# transmite y distribuye de la ac 0in embargo# para ciertas
aplicaciones# motor de c.c. de alimentacin es absolutamente necesario. Cor
ejemplo# c.c. 0e reuiere alimentacin para el funcionamiento de las
m/uinas de velocidad variable (es decir# los motores de corriente
continua)# para el trabajo de electroumica y para /reas congestionadas
donde son necesarias reservas de la batera de almacenamiento. Cara este
propsito# A.. de potencia se convierte en motor de c.c. potencia en la
subestacin mediante el uso de la conversin de la mauinaria# por ejemplo#
recti%cadores de mercurio de arco# convertidores rotativos y conjuntos
motor&generador. El motor de c.c. de suministro desde la subestacin se
puede obtener en forma de (i) ,&Dire o (ii) >&Dire para su distribucin.
(i) ,&Dire motor de c.c. sistema. omo su nombre indica# este sistema de
distribucin consta de dos cables.
no es el cable de salida o positivo y el otro es el retorno o el cable
negativo. $as cargas tales como l/mparas# motores# etc. est/n conectadas
en paralelo entre los dos cables como se muestra en la *ig. +,.
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(ii) >&cables motor de c.c. sistema. 0e compone de dos salidas y un cable de
media o neutra ue est/ conectado a tierra en la subestacin. El voltaje
entre las salidas es el doble de la tensin entre cualuiera e7terna y neutral
alambre como se muestra en la *ig. +,.5. $a principal ventaja de este
sistema es ue pone a disposicin de dos tensiones en el saber# terminales
de consumo.# ; com8n cualuier e7teriores y el neutro y ,; entre la salida.
$as cargas ue reuieren de alta tensin (por ejemplo# motores) est/n
conectados a travs de los e7teriores# mientras ue las l/mparas y circuitosde calefaccin ue reuieren menos tensin est/n conectados entre
cualuiera e7terior y el neutro. $os mtodos de obtencin de sistema de >
!ilos se discuten en el siguiente artculo.
12.5 M7')*) *0 O'0&,& *0 //'0 CC 3 8)/
?ay varios mtodos de obtencin de dc >&Dire sistema. 0in embargo# las
m/s importantes son
(i) mtodo generador. En este mtodo# dos s!unt !erida c.c. generadores '+
y ',
0on conectados en serie y el neutro se obtiene desde el punto com8n entre
generadores como se muestra en la *ig. +,.2 (i). ada generador suministra
la carga en su propio lado. As generador '+ suministra una corriente de
carga de F+# Gientras ue el generador ',suministra una corriente de carga
de F, los diferencia de las corrientes de carga en las dos partes# conocidas
como de corriente de la balanza (F+&F,) *luye a travs del cable neutro. $a
principal desventaja de este mtodo es ue dos por separado se reuieren
generadores.
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(i) >&cables motor de c.c. generador. El mtodo anterior es costoso debido a
la necesidad de dos generadores. Cor esta razn# >&Dire motor de c.c.
generador fue desarrollado como se muestra en *ig. +,#2
(ii). 0e compone de una norma G/uina de , !ilos con uno o dos bobinas de
alta reactancia y baja resistencia# permanentemente conectado a puntos
diametralmente opuestos de la armadura bobinado. 0e obtiene el cable
neutro desde el punto com8n como se muestra.
(iii) conjunto -alanceado. El sistema de > !ilos puede obtenerse a partir de
,&Dire motor de c.c. sistema por el uso de euilibrador set como se muestraen la *ig. +,.9. 'is principal de , !ilos de corriente continua generador y
suministra energa a todo el sistema. El conjunto euilibrador consta de dos
. idntico m/uinas derivacin Ay - acoplados mec/nicamente con sus
armaduras y devanados de campo se unieron en serie a travs de los
e7teriores. $a unin de sus armaduras est/ conectada a tierra y el cable
neutro es sacado de au. El conjunto euilibrador tiene la ventaja adicional
de ue se mantiene la diferencia de potencial en los dos lados de neutral
iguales entre s. Este mtodo se discute en detalle en el pr7imo captulo.
12.6 S/'0/ 9)( *0:) ) 9)( ((
El sistema de distribucin puede ser areo o subterr/neo. $as lneas areas
se montan generalmente en# postes de !ormign o acero de madera ue
est/n dispuestos para llevar a transformadores de distribucin# adem/s de
los conductores. El sistema subterr/neo utiliza conductos# cables y pozos de
registro bajo la super%cie de calles y aceras. $a eleccin entre el sistema
areas y subterr/neas depende de una serie de factores muy diferentes. Cor
lo tanto# es deseable !acer una comparacin entre los dos.
(i) $a seguridad p8blica. El sistema de metro es m/s seguro ue la
sobrecarga del sistema# ya ue todo el cableado de distribucin se colocabajo tierra y !ay pocas posibilidades de cualuier peligro.
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(ii) el costo inicial. El sistema subterr/neo es m/s caro debido al alto coste
de la e7cavacin de zanjas# conductos# cables# pozos de registro y otros
euipos especiales. El costo inicial de un subterr/neo sistema puede ser
cinco a diez veces ue el de un sistema de sobrecarga.
(iii) *le7ibilidad. $a sobrecarga del sistema es muc!o m/s He7ible ue elsistema subterr/neo en el 8ltimo caso# bocas de acceso# lneas de
conductos# etc.# est/n permanentemente colocados una vez instalado y la
carga e7pansin slo puede alcanzarse mediante el establecimiento de
nuevas lneas. 0in embargo# en un sistema de tec!o# postes# cables#
transformadores# etc.# pueden ser f/cilmente desplazados para satisfacer
los cambios en las condiciones de carga.
(iv) *allos. $as posibilidades de fallas en el sistema de metro son muy raras
ya ue los cables se colocan subterr/neos y por lo general est/n dotados de
un mejor aislamiento.
(v) Apariencia. El aspecto general de un sistema subterr/neo es mejor ue
todas las lneas de distribucin son invisibles. Este factor est/ ejerciendo
una considerable presin p8blica sobre electricidad empresas de suministro
para cambiar a sistema subterr/neo.
(vi) la ubicacin de fallas y reparaciones. En general# !ay pocas
posibilidades de fallas en un subterr/neo sistema. 0in embargo# si una falla
ocurre# es difcil de localizar y reparar en este sistema. En una sobrecarga
del sistema# los conductores son visibles y de f/cil acceso para ue los
lugares de falla y las reparaciones se pueden !acer f/cilmente.
(vii) la capacidad de conduccin de corriente y la cada de tensin. n
conductor de distribucin area tiene una considerablemente m/s alta
capacidad de corriente de un conductor de cable subterr/neo del mismo
material y seccin transversal. Cor otro lado# conductor cable subterr/neo
tiene muc!a menor reactancia inductiva ue la de un conductor areo
debido a la menor separacin de conductores.
(viii) la vida 8til. $a vida 8til de sistema subterr/neo es muc!o m/s larga
ue la de una sobrecarga sistema. na sobrecarga del sistema puede tener
una vida 8til de ,5 a"os# mientras ue un subterr/neo sistema puede teneruna vida 8til de m/s de 56 a"os.
(i7) el costo de mantenimiento. El costo de mantenimiento de la red de
metro es muy bajo en comparacin con el de la sobrecarga del sistema#
debido a menos posibilidades de fallas e interrupciones de servicio de
viento# !ielo# rayos# as como de los peligros del tr/%co.
(7) $a interferencia con los circuitos de comunicacin. n sistema de
sobrecarga provoca interferencias electromagnticas con las lneas
telefnicas. $as corrientes de lnea de energa se superponen en el !abla
corrientes# lo ue resulta en el potencial del canal de comunicacin se
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plantean a un nivel indeseable. 0in embargo# no !ay tal interferencia con el
sistema subterr/neo.
Es claro a partir de la comparacin anterior de ue cada sistema tiene sus
propias ventajas y desventajas. 0in embargo# la economa comparativos (es
decir# el costo anual de operacin) es el factor m/s potente inHuir en laeleccin entre el sistema de metro y los gastos generales. El mayor costo de
capital del sistema subterr/neo pro!be su uso para la distribucin. Cero a
veces los factores no econmicos (por ejemplo# en general apariencia#
seguridad etc. p8blico) ejercen una inHuencia considerable sobre la eleccin
del sistema subterr/neo. En sistema general# los gastos generales se adopta
para la distribucin y el uso de sistema subterr/neo se !ace slo donde la
construccin de arriba es impracticable o pro!ibidos por las leyes locales.
12. C)&0;& 0& E/
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Este es el circuito de distribucin m/s simple y tiene el costo inicial m/s
bajo. 0in embargo# adolece de los siguientes inconvenientes
(a) El %n del distribuidor m/s cercano al punto de alimentacin ser/ muycargado.
(b) $os consumidores dependen de un solo alimentador y distribuidor 8nico.
Cor lo tanto# cualuier fallo en el alimentador o distribuidor corta el
suministro a los consumidores ue est/n en el lado de la falla de distancia
de la subestacin.
(c) $os consumidores en el e7tremo lejano de la distribuidora de ser
sometido a tensin grave Huctuaciones cuando la carga sobre los cambios
del distribuidor. ebido a estas limitaciones# este sistema se utiliza
8nicamente para distancias cortas.
(ii) el sistema principal Anillo. En este sistema# las primarias de los
transformadores de distribucin forman un bucle.
El circuito de bucle empieza desde las barras colectoras de subestaciones#
!ace un bucle a travs de la zona de estar servido# y devuelve a la
subestacin. *ig. +,.L muestra el diagrama uni%lar del anillo principal
sistema para A.. distribucin donde los suministros de subestaciones a las
$GKCQI0 alimentadoras cerrados.
$os distribuidores est/n intervenidos desde diferentes puntos G# K y Qof elalimentador a travs de transformadores de distribucin. El principal
sistema de anillo tiene las siguientes ventajas