Una red de baja tensión o red secundaria es una parte de la distribución de energía eléctrica que transporta energía eléctrica desde los transformadores de distribución hasta los medidores de electricidad de los clientes finales. Las redes secundarias funcionan a un nivel de voltaje bajo, que normalmente es igual al voltaje de la red de los aparatos eléctricos.
La mayoría de las redes secundarias modernas funcionan con una tensión nominal de CA de 100-127 o 220-240 voltios , a una frecuencia de 50 o 60 hercios (consulte la red eléctrica por país ). El voltaje de operación, el número requerido de fases ( trifásico o monofásico ) y la confiabilidad requerida dictan la topología y la configuración de la red. La forma más simple son las líneas de derivación de servicio radiales desde el transformador hasta las instalaciones del cliente. Los alimentadores radiales de bajo voltaje abastecen a múltiples clientes. Para una mayor confiabilidad, las llamadas redes puntuales y redes de redproporcionar suministro a los clientes desde múltiples transformadores de distribución y rutas de suministro. El cableado eléctrico se puede realizar mediante cables de alta tensión , aéreas o subterráneas de cables de alimentación , o su mezcla.
Descripción general
Los sistemas de distribución de energía eléctrica están diseñados para servir a sus clientes con energía confiable y de alta calidad. El sistema de distribución más común consiste en circuitos radiales simples (alimentadores) que pueden ser aéreos, subterráneos o una combinación. Desde la subestación de distribución , los alimentadores llevan la energía a los clientes finales, formando la red primaria o de media tensión , operada a un nivel de media tensión , típicamente de 5 a 35 kV. Los alimentadores varían en longitud desde unos pocos kilómetros hasta varias decenas de kilómetros. Como deben abastecer a todos los clientes en el área de distribución designada, a menudo se curvan y ramifican a lo largo de los corredores asignados. [1] [2] Una subestación normalmente suministra de 3 a 30 alimentadores. [ cita requerida ]
Los transformadores de distribución o transformadores secundarios , colocados a lo largo de alimentadores, convierten la tensión de nivel medio a bajo , apta para el consumo directo de los clientes finales ( tensión de red ). [3] Normalmente, un alimentador primario rural suministra hasta 50 transformadores de distribución, repartidos en una amplia región, [4] pero la cifra varía significativamente según la configuración. Se colocan sobre postes, sótanos o pequeñas parcelas designadas. [2] Desde estos transformadores, la red de baja tensión o secundaria se deriva a las conexiones del cliente en las instalaciones del cliente, equipadas con contadores de electricidad . [3]
Consideraciones de diseño
La mayoría de las diferencias en la disposición y el diseño de las redes de baja tensión vienen dictadas por la tensión nominal de la red . En Europa y la mayor parte del mundo, 220–240 V es la opción dominante, mientras que en Norteamérica 120 V es el estándar. [5]
La norma ANSI C84.1 recomienda una tolerancia de + 5%, -2,5% para el rango de voltaje en un punto de servicio. [6] Las redes de baja tensión de América del Norte cuentan con conexiones secundarias mucho más cortas, de hasta 250 pies (80 m), mientras que en el diseño europeo pueden alcanzar hasta 1 milla (1.600 m). Por lo tanto, los transformadores de distribución norteamericanos deben colocarse mucho más cerca de los consumidores y son más pequeños (25–50 kVA), mientras que los europeos pueden cubrir áreas más grandes y, por lo tanto, tener clasificaciones más altas (300–1000 kVA); solo las áreas rurales remotas en diseño europeo son servidas por transformadores monofásicos. [5]
Como el bajo voltaje distribuye la energía eléctrica a la clase más amplia de usuarios finales, otra preocupación principal del diseño es la seguridad de los consumidores que usan los aparatos eléctricos y su protección contra descargas eléctricas. Un sistema de puesta a tierra , en combinación con dispositivos de protección como fusibles y dispositivos de corriente residual , debe garantizar en última instancia que una persona no debe entrar en contacto con un objeto metálico cuyo potencial en relación con el potencial de la persona (que, a su vez, es igual a la tierra potencial a menos que se utilicen tapetes aislantes ) excede un umbral "seguro", generalmente establecido en aproximadamente 50 V.
Topología
Redes radiales
El funcionamiento radial es el diseño más extendido y económico de las redes de MT y BT. Proporciona un grado suficientemente alto de fiabilidad y continuidad del servicio para la mayoría de los clientes. [7] En los sistemas estadounidenses (120 V), los clientes suelen ser abastecidos directamente desde los transformadores de distribución a través de líneas de distribución de servicio relativamente cortas , en topología en estrella. En 240 V sistemas, los clientes son servidos por varios alimentadores de bajo voltaje, realizadas por las líneas de poder , aéreas o subterráneas cables de alimentación , o su mezcla; en una red aérea, las bajadas de servicio se extraen desde la parte superior de los postes hasta las conexiones del techo. En una red de cable, todas las conexiones necesarias y los dispositivos de protección se colocan típicamente en gabinetes montados en pedestal o, ocasionalmente, en pozos de inspección (las conexiones de juntas en T enterradas son propensas a fallas).
La protección del sistema de energía en redes radiales es simple de diseñar e implementar, ya que las corrientes de cortocircuito tienen solo una ruta posible que debe interrumpirse. Los fusibles se usan más comúnmente para protección contra cortocircuitos y sobrecargas, mientras que los disyuntores de bajo voltaje pueden usarse en circunstancias especiales.
Redes de spot
Las redes puntuales se utilizan cuando se requiere una mayor confiabilidad del suministro para clientes importantes. La red de baja tensión se alimenta desde dos o más transformadores de distribución en un solo sitio, cada uno alimentado desde un alimentador de MT diferente (que puede tener su origen en la misma o en diferentes subestaciones). Los transformadores se conectan junto con un bus o un cable en el lado secundario, denominado bus en paralelo o bus colector . El bus en paralelo normalmente no tiene cables de conexión ( tramos ) a otras unidades de red, en cuyo caso tales redes se denominan redes puntuales de aislamiento ; cuando lo han hecho, se las conoce como redes puntuales con alcance . En algunos casos, se pueden aplicar disyuntores de barra secundaria de acción rápida entre las secciones de la barra para aislar fallas en el tablero secundario y limitar la pérdida de servicio. [8]
Los sistemas puntuales se aplican comúnmente en áreas de alta densidad de carga, como distritos comerciales, grandes hospitales, pequeñas industrias e instalaciones importantes como sistemas de suministro de agua. [8] En funcionamiento normal, el suministro de energía es proporcionado por ambos alimentadores primarios en paralelo. En caso de una interrupción de cualquiera de los alimentadores primarios, el dispositivo protector de red en el secundario del transformador puntual correspondiente se abre automáticamente; los transformadores restantes continúan proporcionando suministro a través de sus respectivos alimentadores primarios. Solo en los casos en que el cortocircuito esté ubicado en el bus en paralelo o se produzca una pérdida total de suministro primario, el cliente permanecerá fuera de servicio. Las fallas en la red de bajo voltaje son manejadas por fusibles o disyuntores locales, lo que resulta en la pérdida de servicio solo para las cargas afectadas. [9]
Redes de cuadrícula
Una red de red consiste en una red de circuitos interconectados, energizados desde varios alimentadores primarios a través de transformadores de distribución en múltiples ubicaciones. Las redes de red se encuentran típicamente en los centros de las grandes ciudades, con cables de conexión dispuestos en conductos subterráneos a lo largo de las calles. Numerosos cables permiten múltiples rutas de corriente desde cada transformador a cada carga dentro de la red. [10]
Al igual que con las redes puntuales, los protectores de red se utilizan para proteger contra fallas del alimentador primario y evitar que la corriente de falla se propague desde la red al alimentador primario. [11] Las secciones de cable individuales pueden protegerse mediante limitadores de cable en ambos extremos, fusibles especiales que proporcionan una protección contra cortocircuitos muy rápida. Los limitadores de cable no tienen una clasificación de amperios y no se pueden usar para proporcionar protección contra sobrecargas; su único propósito es aislar la falla. En condiciones de alto cortocircuito, los limitadores soplan y cortan el cable con falla, mientras que los cables no afectados se hacen cargo de su carga y continúan brindando servicio. [12] Las interrupciones del alimentador primario, así como los limitadores y protectores de red despejados debido a fallas anteriores, causan cambios en el flujo de carga que no se detectan fácilmente, por lo que sus estados pueden requerir una inspección periódica. La redundancia inherente del sistema generalmente evita que cualquier cliente experimente interrupciones. [13]
Ver también
- Sistema de puesta a tierra
- Energía eléctrica de fase dividida
Notas al pie
- ^ Warne 2005 , p. 385.
- ↑ a b NREL , 2005 , p. 1.
- ↑ a b Beaty , 1998 , p. 84.
- ^ Warne 2005 , p. 387.
- ↑ a b Warne , 2005 , p. 23.
- ^ ANSI 2011 .
- ^ Loyd 2004 , p. 18.
- ↑ a b NREL , 2005 , págs. 6-8.
- ^ NREL 2005 , págs. 6-8.
- ^ NREL 2005 , p. 9.
- ^ NREL 2005 , p. 7.
- ↑ Kussy , 1986 , p. 298.
- ^ NREL 2005 , p. 10.
Referencias
- "ANSI C84.1 Sistemas y equipos de energía eléctrica - Rangos de voltaje" . 2011 . Consultado el 21 de septiembre de 2017 .
- Beaty, H. Wayne (1998). Sistemas de distribución de energía eléctrica: una guía no técnica . Libros PennWell. págs. 82–. ISBN 978-0-87814-731-1.
- Behnke, Michael; Soudi, Farajollah; Feero, William; Dawson, Douglas (2005). "Antecedentes y problemas de los sistemas de distribución de redes secundarias relacionados con la interconexión de recursos distribuidos" (PDF) . Laboratorio Nacional de Energías Renovables.
- Cugnet, Pierre (1997). "2. Sistemas de distribución de energía". Estimación del intervalo de confianza para el consumo de energía de los sistemas de distribución mediante el método Bootstrap (tesis doctoral). Instituto Politécnico de Virginia y Universidad Estatal. hdl : 10919/36841 .
- Kussy, Frank (8 de diciembre de 1986). Fundamentos de diseño para distribución y control de baja tensión . Prensa CRC. ISBN 978-0-8247-7515-5.
- Loyd, Richard E. (2004). Conductos eléctricos y otros métodos de cableado . Aprendizaje Cengage. ISBN 1-4018-5183-5.
- Corto, Thomas Allen (2005). Equipos y Sistemas de Distribución de Energía Eléctrica . Prensa CRC. ISBN 978-1-4200-3647-3.
- Warne, DF (2 de junio de 2005). Manual del ingeniero de energía eléctrica de Newnes . Elsevier. ISBN 978-0-08-047969-9.