UNIVERSIDAD DE CARABOBO

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE INGENIERA ELCTRICA

DEPARTAMENTO DE POTENCIA

SISTEMAS INDUSTRIALES I

UN ENFOQUE A TRAVS DE PROYECTOS Y TALLERES

TRABAJO DE ASCENSO PRESENTADO ANTE EL CONSEJO DE

ESCUELA DE INGENIERA ELCTRICA

PARA OPTAR A LA CATEGORA DE PROFESOR AGREGADO

PROF. EDUARDO A. CLAMENS M.

VALENCIA, ENERO 2008

ii

Dedicatoria:

A mi esposa Zaida Laudelina.

A mis hijos Mara Alejandra,

Zaida Antonieta y Eduardo Jos.

A mi nieto Antonio Rafael.

iii

Agradecimientos:

Agradezco en especial al Prof. Carlos Jimnez por

la revisin del trabajo y su valiosa retroalimentacin,

al Prof. William Muoz por permitirme usar su trabajo

TEMAS DE SISTEMAS INDUSTRIALES en las

asignaciones y talleres, a mis Estudiantes por las

sugerencias y crticas realizadas a las actividades de

aula, lo cual sirvi de nutriente a este trabajo.

iv

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCION ............................................................................................... x

CAPTULO 1 PLANIFICACIN DEL SISTEMA ELCTRICO DE UNA INDUSTRIA

Introduccin ........................................................................................................ 1

1.1 Sistema Elctrico de Potencia ................................................................. 3

1.2 El Sistema Elctrico Nacional (SEN) ..................................................... 10

1.3 Sistema de Potencia Elctrico Industrial ................................................ 16

1.4 Consideraciones Generales del Diseo de un Sistema de Potencia Industrial .............................................................. 18

1.5 Gua de Planificacin para el Diseo de un Sistema de Potencia Industrial ........................................................................... 19

1.5.1 Realizar un Estudio de la Carga de la Planta ...................................... 19 1.5.2 Seleccin del Sistema de Distribucin................................................. 22 1.5.3 Seleccin del Voltaje ........................................................................... 32 1.5.4 Contactar la Empresa de Suministro Elctrico .................................... 32 1.5.5 Generacin propia ............................................................................... 33 1.5.6 Diagrama unifilar ................................................................................. 34 1.5.7 Estudios de Cortocircuito ..................................................................... 34 1.5.8 Seleccin de protecciones ................................................................... 36 1.5.9 Expansin ............................................................................................ 36 1.5.10 Comunicaciones................................................................................. 37 1.5.11 Mantenimiento ................................................................................... 38 1.5.12 Estndares y Cdigos ........................................................................ 38

Asignacin 1: Planificacin de un Sistema Elctrico Industrial ......................... 39

Asignacin 2: Diseo de un Sistema Elctrico Industrial .................................. 39

Asignacin 3: Diagramas de Sistemas Elctricos Industriales ......................... 40

Taller 1: Diagrama Unifilar- Estimacin de cargas ........................................... 41

v

CAPTULO 2 CONSIDERACIN DEL VOLTAJE DEL SISTEMA

Introduccin ...................................................................................................... 46

2.1 Definiciones Bsicas.............................................................................. 46

2.2 Tensiones Nominales Normalizadas del Sistema .................................. 48

2.2.1 Tensiones Normalizadas de 100V a 1000V ........................................ 48 2.2.2 Tensiones Normalizadas Superiores a los 1000V ............................... 49 2.2.3 Conexiones del Secundario del Transformador para Suplir el Voltaje Nominal de los Sistemas ................................... 51

2.3 Control de Voltaje en el Sistema de Distribucin ................................... 53

2.3.1 Lmites de Tolerancia de los Voltajes Normalizados ........................... 57 2.3.2 Perfil de Voltajes de un Sistema Regulado ......................................... 58 2.3.3 Uso de Transformador con Cambiador de Tomas para Cambiar la Banda del Voltaje de Utilizacin ................................ 61

2.4 Seleccin del Voltaje ............................................................................. 63

2.4.1 Planta Servida en Bajo Voltaje ............................................................ 64 2.4.2 Planta Servida en Medio Voltaje desde un Alimentador Primario ...................................................................... 64 2.4.3 Planta Servida en Alto o Medio Voltaje a travs de una Lnea de Transmicin ................................................ 67 2.4.4 Seleccin del Voltaje Primario ............................................................. 68 2.4.5 Seleccin del Voltaje Secundario ........................................................ 69 2.5 Efectos de la Variacin de Voltaje en los Equipos ................................. 70

2.6 Mejoras de las Condiciones de Voltaje .................................................. 73

2.7 Clculos de las Cadas de Voltaje ......................................................... 76

2.7.1 Ecuaciones Bsicas ............................................................................ 76 2.7.2 Cada de Voltaje en Conductores ........................................................ 80 2.7.3 Cada de Voltaje en Transformadores ................................................. 84 2.7.4 Cada de Voltaje en Barras Distribuidoras (Busway) ........................... 87 2.7.5 Cada de Voltaje debida al Arraque de Motores .................................. 89 2.8 Ejercicios y Problemas .......................................................................... 95

Taller 2: Cadas de Voltaje ............................................................................... 97

vi

Proyecto 1: Planificacin del Sistema Elctrico de una Industria ..................... 99

CAPTULO 3 CALIDAD DE LA ENERGA ELTRICA

Introduccin .................................................................................................... 102

3.1 Perturbaciones Electromagnticas ...................................................... 103

3.2 Huecos de Voltajes (Sags o Dips) ....................................................... 110

3.2.1 Caractersticas de los Huecos de Voltaje .......................................... 111 3.2.2 Caracterizacin de los Huecos debidos a Fallas ............................... 112 3.2.3 Causas de los Huecos de Voltaje ...................................................... 117 3.2.4 Efectos Producidos por los Huecos de Voltaje .................................. 118 3.2.5 Sensibilidad de los Equipos a los Huecos ........................................ 119 3.2.6 ndices de Evaluacin del Hueco de Voltaje ...................................... 122 3.2.7 Medidas Remediales ........................................................................ 124 3.2.7.1 Mejorar las Condiciones del Sistema de Distribucin ................. 124 3.2.7.2 Instalar Equipos de Mitigacin de Huecos ................................... 126 3.2.7.3 Mejorar la Inmunidad de los Equipos ......................................... 131 3.2.8 Normas Relativas a los Huecos de Voltaje ......................................... 132

3.3 Fluctuaciones de Voltaje (Flicker) ........................................................ 135

3.3.1 Tipos de Fluctuaciones de Voltaje ..................................................... 139 3.3.2 ndices de Evaluacion del Flicker ...................................................... 140 3.3.3 Medidor de Flicker (Flickermeter) ...................................................... 141 3.3.4 Fuentes de Flicker ............................................................................. 142 3.3.5 Efectos Producidos por el Flicker ...................................................... 143 3.3.6 Acciones de Control del Flicker ......................................................... 143 3.3.7 Normas para el Control del Flicker .................................................... 144 3.4 Desbalance de Voltaje ......................................................................... 149

3.4.1 ndices para la Medicin de Desbalance ........................................... 150 3.4.2 Fuentes de Desbalance de Voltaje .................................................... 153 3.4.3 Efectos del Desbalance de Voltaje .................................................... 154 3.4.4 Medidas Remediales ......................................................................... 164 3.4.5 Normas Relativas al Desbalance del Voltaje ..................................... 164

vii

3.5 Armnicos ........................................................................................... 167

3.5.1 ndices de Distorsin Armnica ......................................................... 169 3.5.2 Instrumentacin para la Medida de Armnicos ................................. 171 3.5.3 Las Fuentes de Armnicos ................................................................ 172 3.5.4 Efectos de los Armnicos .................................................................. 175 3.5.4.1 Efectos en los Sistemas de Potencia .......................................... 175 3.5.4.2 Efectos en las Cargas ................................................................. 175 3.5.4.3 Efectos en los Circuitos de Comunicacin .................................. 184 3.5.5 Recomendaciones para Reducir los Efectos de los Armnicos ......... 184 3.5.5.1 Filtros ........................................................................................... 185 3.5.5.2 Desclasificacin del Transformador ............................................. 187 3.5.5.3 Transformadores con Factor K .................................................... 192 3.5.6 Normas para el Control de Armnicos............................................... 193

Informe - Exposicin: Perturbaciones de Voltaje ............................................ 202

CAPTULO 4 CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO EN UNA INDUSTRIA

Introduccin .................................................................................................... 204

4.1 Causas y Efectos de los Cortocircuitos ............................................... 204

4.2 Fuentes de Cortocircuitos .................................................................... 205

4.2.1 Empresa de Suministro Elctrico ...................................................... 206 4.2.2 Generadores Sincrnicos .................................................................. 206 4.2.3 Motores y Condensadores Sincrnicos ............................................. 206 4.2.4 Motores de Induccin ........................................................................ 207 4.2.5 Controladores de Velocidad de Motores ........................................... 207

4.3 Tipos de Cortocircuitos ........................................................................ 207

4.4 Corriente de Cortocircuito .................................................................... 209

4.5 Sistemas por Unidad ........................................................................... 212 4.6 Clculo de Cortocircuito segn Estndares ANSI ............................... 213

4.6.1 Procedimiento General para el Clculo de Cortocircuito ................... 214 4.6.1.1 Preparacin del Diagrama Unifilar del Sistema ........................... 215 4.6.1.2 Recoleccin y Conversin de los Datos de Impedancia .............. 215 4.6.1.3 Combinancin de las Impedancias .............................................. 217 4.6.1.4 Clculo de las Corrientes de Cortocircuito .................................. 217

viii

4.6.2 Clculo de las Corrientes de Cortocircuito del Primer Ciclo .............. 218 4.6.3 Clculo de las Corrientes de Interrupcin .......................................... 224 4.6.4 Clculo de las Corrientes de Cortocircuito para Rels con Retardo de Tiempo ..................................................................... 230 4.6.5 Ejemplos de Clculo de Cortocircuito ................................................ 231 4.6.5.1 Clculo de las Corrientes del Primer Ciclo .................................. 233 4.6.5.2 Clculos de las Corrientes de Interrupcin .................................. 237

4.7 Clculos de Cortocircuitos segn Estandares IEC ............................. 244

4.7.1 Modelaje del Sistema y Metodologa ................................................. 244 4.7.2 Factor de Voltaje ............................................................................... 247 4.7.3 Corrientes de Cortocircuito segn IEC 60909 ................................... 247 4.7.4 Cortocircuito Lejano del Generador ................................................... 248 4.7.4.1 Clculo de las Mximas Corrientes de Falla ............................... 250 4.7.4.2 Clculo de las Mnimas Corrientes de Falla ................................ 256 4.7.5 Cortocircuito cercano al Generador ................................................... 257 4.7.5.1 Factores de Correccin de Impedancia ....................................... 259 4.7.5.2 Clculo de las Corrientes de Cortocircuito del Generador ........... 263 4.7.5.3 Influencia de los Motores ............................................................. 268 4.7.5.4 Influencia de los Convertidores Estticos .................................... 270 4.7.6 Ejemplos de Clculo de Cortocircuito ................................................ 271 4.7.6.1 Clculo de las Impedancias de los Equipos Rotativos ................ 271 4.7.6.2 Clculo de las Mxima Corriente Inicial de Cortocircuito ............. 274 4.7.6.3 Clculo de la Corriente de Cortocircuito Pico .............................. 275 4.7.6.4 Clculo de la Corriente de Interrupcin ....................................... 277

Taller 3: Clculo de Corrientes de Cortocircuito ............................................. 281

Proyecto 2: Clculo de Cortocircuito en una Red ........................................... 282 CONCLUSIONES .......................................................................................... 285 REFERENCIAS .............................................................................................. 288 BIBLIOGRAFIA ............................................................................................. 290 ANEXO 1 Mapas Mentales

ix

ANEXO 2 Compatibilidad Electromagntica ANEXO 3 Datos del Sistema Elctrico de los Ejemplos de Clculo de Corriente de Cortocircuito ANEXO 4 Datos Tpicos de Impedancia para Estudios de Cortocircuito ANEXO 5 Esquema del Procedimiento de Clculo de Corriente de Cortocircuito para el Proyecto de una Instalacin

x

INTRODUCCIN

Este trabajo est destinado a los estudiantes cursantes de la asignatura

Sistemas Industriales I de la Facultad de Ingeniera de la Universidad de Carabobo.

El contenido se refiere a los conocimientos bsicos para el anlisis y diseo de un

sistema de potencia industrial, entre otros: criterios para la seleccin del sistema de

distribucin y de los voltajes del sistema y el clculo de cadas de voltaje y de

cortocircuito en las redes del circuito elctrico de la industria.

En el trabajo se incorporan estrategias de enseanza tales como talleres,

proyectos y exposiciones, las cuales adems de facilitar el aprendizaje de los

contenidos de la asignatura favorecen el desarrollo de habilidades y destrezas

propias del ejercicio profesional. El uso de talleres y proyectos ayudan al estudiante

a la adquisicin de los conocimientos especficos de la asignatura (planificacin y

diseo de sistemas elctricos industriales) y permite su aplicacin mediante la

ejercitacin en tareas propias de la actividad profesional. Adicionalmente, favorece

el crecimiento de la capacidad de integrar y coordinar grupos de trabajo, as como

de la capacidad de comunicacin. Tambin, se incluyen actividades que fortalecen

el auto aprendizaje (precisar el significado de lo que se aprende y estructurar

esquemas de pensamiento) como son la elaboracin de mapas mentales a partir de

bibliografas relacionadas con el diseo de sistemas industriales.

El captulo 1 se refiere a la planificacin y diseo de un sistema elctrico

industrial, se comienza con una introduccin de los Sistemas Elctricos de Potencia

donde se describe brevemente el Sistema Elctrico Nacional, y luego se indican los

objetivos del diseo elctrico de una planta y una gua para efectuarlo. El Captulo 2

trata de los Voltajes del Sistema Elctrico de la planta: los conceptos bsicos, la

xi

seleccin de los voltajes primario y secundario, la regulacin de voltaje y el clculo

de las cadas de voltaje. El Captulo 3 se dedica a la calidad de energa,

mencionando las perturbaciones de voltaje ms comunes en la red industrial, sus

efectos y causas. El Captulo 4 trata de las corrientes de cortocircuito, se analizan

los mtodos de clculo segn las normativas de la IEEE y de la IEC.

Al final de cada Captulo se muestran las estrategias de enseanza,

adicionales a la exposicin y discusin de los contenidos en clase, que se utilizan

para el contenido involucrado.

.

CAPITULO 1

PLANIFICACIN DE SISTEMAS ELCTRICOS INDUSTRIALES

INTRODUCCIN

El propsito de una planta industrial es realizar modificaciones a determinados

materiales para obtener un producto final que rena ciertas caractersticas para

consumo de los usuarios. Del mismo modo, se acostumbra decir que una planta

industrial, tiene como propsito dar valor agregado a una materia prima para mejorar la

calidad de vida de la comunidad. Para lograr las modificaciones requeridas se aplican

procesos concretos que en la mayora de los casos demandan el uso de la energa

elctrica suministrada a travs de redes o sistemas de distribucin de potencia elctrica.

En consecuencia, la produccin de una planta es confiable en la medida en que

lo sea su sistema de distribucin de potencia elctrica, la calidad de la energa

suministrada y la respuesta del sistema ante eventuales contingencias. No todos los

estndares de distribucin de potencia elctrica se adaptan a todas las plantas

industriales debido a la gran diversidad de procesos que se realizan de acuerdo al tipo

de planta, por ejemplo:

Las plantas petroqumicas tienen un gran nmero de motores para compresores

y bombas de circulacin asociados a sus procesos por lo cual, la confiabilidad del

suministro es el parmetro o criterio de mayor inters.

Las plantas qumicas requieren una gran carga de rectificadores de corriente

continua (generadores de una cantidad apreciable de armnicos), por lo que,

adems de la confiabilidad del suministro, la manera de remover los armnicos

es el parmetro ms significativo.

2

Las plantas siderrgicas tienen problemas similares a las industrias

petroqumicas con el agravante de poseer una gran carga de motores de

corriente continua con variadores de velocidad, por lo que se generan armnicos

que deben reducirse. Las variaciones de velocidad originan variaciones de

potencia reactiva y por lo tanto variaciones en el voltaje, ocurriendo que los

motores de grandes laminadoras reversibles pueden originar huecos de voltaje

(sags). Adicionalmente, estas plantas utilizan hornos de arco, que generan

armnicos y fluctuaciones de voltaje (flicker) que tambin deben compensarse.

Las plantas reductoras de aluminio slo toleran por breve tiempo (pocos minutos)

la interrupcin del suministro de energa elctrica, por lo que esto constituye el

parmetro de diseo de mayor importancia.

Por lo tanto, el conocimiento del tipo de proceso que se realiza en la planta es

fundamental para la correcta seleccin de los criterios de planificacin de los sistemas

elctricos industriales.

La planificacin pretende estimular la generacin y organizacin de ideas antes

de actuar, es decir, plantear objetivos claros y precisos, y definir las estrategias

apropiadas para alcanzarlos. Generalmente, este proceso abstracto consta de los

siguientes pasos:

Exploracin y anlisis de la situacin.

Definicin de los objetivos.

Definicin de la estrategia para lograr los objetivos.

Definicin de los mecanismos de control para garantizar los resultados del plan.

Cuando se planifica el sistema de distribucin elctrica de una planta

industrial, independientemente del tipo de proceso involucrado, los costos de

produccin deben minimizarse en orden de generar el mximo beneficio. Como el

3

balance entre el costo inicial, el costo de operacin y mantenimiento y el costo por

confiabilidad vara segn el tipo de planta, debe efectuarse un anlisis cualitativo

tomando en consideracin tanto la operacin presente y futura as como las

condiciones de carga. Sin embargo, la escogencia definitiva requiere de resultados

cuantitativos obtenidos al aplicar tcnicas financieras tales como el valor presente o

discounted cash flow (factibilidad tcnica - econmica).

Antes de comenzar el estudio detallado de los criterios usados en el diseo de

sistemas de potencia industriales, se har un resumen de los conceptos bsicos

asociados a los sistemas de potencia elctricos y en particular a los sistemas de

potencia industriales.

1.1 SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA.

Es una red de componentes cuya funcin es generar, transmitir y distribuir

energa elctrica, bajo ciertas exigencias establecidas en las normas que los rigen tanto

a nivel nacional como internacional.

La normativa toma en consideracin entre otros aspectos: la seguridad, el medio

ambiente, la calidad del servicio elctrico (valores nominales y perturbaciones

admisibles de voltaje, corriente y frecuencia), la calidad del servicio tcnico (continuidad

del servicio del flujo elctrico, indicado por la frecuencia de ocurrencia de interrupciones

y la duracin de stas), la calidad del servicio comercial (atencin prestada a los

reclamos y solicitudes de los usuarios). El diagrama de la Figura 1.1 muestra el

esquema de un Sistema Elctrico indicando los subsistemas de generacin, transmisin

y distribucin.

Es importante mencionar que los sistemas elctricos pueden clasificarse por su

nivel de tensin y comnmente se utiliza la siguiente divisin:

4

- Baja tensin, sistemas de hasta 1.000 V.

- Media tensin, sistemas hasta 69kV, algunos consideran valores ms altos

(72,5 kV), el limite est en la diferente tecnologa entre esta clase y la superior.

- Alta tensin, sistemas hasta 230kV.

- Muy alta tensin, por encima de los 230kV.

Los lmites de la clasificacin no son estrictos, dependen de criterios y de

normas. El uso de altas tensiones acarrea problemas de tipo ambiental, entre otros: la

interferencia electromagntica, el ruido audible, la produccin de ozono y xidos de

nitrgeno, y el impacto visual.

Figura 1.1. Esquema General de un Sistema Elctrico.

Generacin de Energa Elctrica

La energa elctrica se obtiene de generadores sncronos colocados en

instalaciones denominadas centrales elctricas. Los generadores estn acoplados a

turbinas, de modo que la energa elctrica procede de la energa mecnica de la turbina

que mueve el rotor del generador. Esta energa mecnica se obtiene de fuentes de

energa primaria tales como: la energa potencial del agua almacenada en un embalse,

la energa trmica suministrada al agua mediante la combustin del carbn, gas, fuel,

Linea de transmisin 115-765kV

Sistema de Distribucin Primario 13,8 -34,5kV

SE de Distribucin SE

Transformador de Distribucin

Central Electrica

12-25kV

de Transmisin

Industria Comercio

Residencia

240-120V

Sistema de Distribucin Secundario

5

etc., la energa de fisin del uranio, la energa solar o la energa cintica del viento. En

las cercanas de la central elctrica existe la llamada subestacin elevadora, la cual

aumenta el voltaje de generacin para realizar la transmisin de energa. Debido a que

las centrales de generacin se encuentran frecuentemente alejadas de los centros de

consumo resulta mucho ms econmico elevar el voltaje de generacin mediante

transformadores de gran capacidad para transmitir la energa a niveles de voltaje muy

altos.

Sistema de Transmisin

El sistema de transmisin est formado por el conjunto de lneas y subestaciones

que enlazan las centrales elctricas entre s y con los centros de consumo. La

transmisin de dicha energa puede realizarse ya sea por corriente alterna (AC) o

directa (DC), y de acuerdo al diseo de la lnea puede ser de transmisin area o

subterrnea.

Mayoritariamente, la transmisin de energa elctrica es area, mediante

corriente alterna trifsica. Los siguientes criterios deben considerarse en la seleccin de

los voltajes de transmisin:

1. Magnitud de la potencia a ser transmitida

2. Mnimo de lneas y circuitos para proveer un servicio confiable

3. Longitud de las lneas de transmisin.

4. Prdidas elctricas de transmisin

5. Cada de voltaje

6. Disponibilidad de equipos de transmisin

7. Aspectos Econmicos. Costos de ejecucin, mantenimiento y

expansin.

8. Disponibilidad de partes de repuestos.

9. Programa de expansin futura.

6

Los costos mencionados en el criterio 7 se refieren a: costo de lnea instalada /

km, costo de los equipos terminales (incluyendo Subestacin), costo de las prdidas de

transmisin, costo de los equipos y materiales de repuesto, costo para futura

expansin, costo de capital. Los costos operativos de las Subestaciones de diferente

nivel de voltaje son similares por lo que no son considerados.

Los criterios 6 y 7 constituyen los criterios predominantes dado que los

anteriores convergen en ellos. Por lo tanto, se selecciona el nivel de voltaje que mejor

satisfaga el criterio econmico.

En lneas de corta extensin sin mucha concentracin de carga, el voltaje

seleccionado es de 115 kV; para lneas de transmisin de media distancia y media

concentracin de carga, el voltaje apropiado es de 230kV y para lneas de grandes

longitudes y concentraciones de carga, la seleccin es de 400kV a 800kV. En 115kV y

230 kV, cada torre de transmisin soporta dos circuitos, para brindar mayor

confiabilidad se utilizan dos torres y por lo tanto, cuatro circuitos para suplir la carga. En

el caso de voltajes mayores de 400kV, cada torre soporta un solo circuito, para efectos

de confiabilidad se indican dos torres, por lo que, dos circuitos suplirn la carga (ver

tabla 1.1).

Tabla 1.1. Voltaje de transmisin segn carga y longitud de lnea

Voltaje de

Transmisin (Kv)

Carga

(MVA)

Longitud de Lnea

(Km)

N de Circuitos

115 Hasta 250 Hasta 125 4 circuitos

230 Hasta 500 Hasta 250 4 circuitos

400 y mas Sobre 500 Sobre 250 2 circuitos (mnimo)

7

Sistema de Distribucin

El sistema de distribucin est constituido por todos los elementos de transporte,

transformacin, proteccin y control, comprendidos entre las subestaciones donde se

reduce el voltaje de transmisin hasta las bajadas de servicio para los consumidores o

clientes.

Un sistema de distribucin tpico est formado por: a) la subestacin de

distribucin, donde se reduce el voltaje de transmisin; b) el sistema de distribucin

primaria formado por circuitos o alimentadores primarios, los cuales sirven a los centros

de carga, c) estaciones de transformacin donde los transformadores de distribucin

reducen nuevamente el voltaje del sistema, d) el sistema de distribucin secundaria

formado por los circuitos o alimentadores secundarios que transportan la energa hasta

los usuarios finales. La figura 1.2 muestra un diagrama unifilar del sistema de

distribucin mencionado.

Figura 1.2. Diagrama unifilar de un sistema de distribucin tpico. (a) Subestacin de distribucin, (b) alimentador primario, (c) subestacin transformadora,

(d) alimentador secundario.

(a)

(b)

(b)

(b)

(c)

(d) (d)

Cargas

(c)

Transmisin

8

Generalmente, en el esquema de la distribucin de energa, aparece el

denominado sistema de subtransmisin: las lneas de transmisin de alta tensin llegan

a estaciones elctricas de subtransmisin para reducir el voltaje y desde all arrancan

las lneas de subtransmisin (de 34,5kV a 115kV) que llevan la energa a las

subestaciones de distribucin. Ver figura 1.3.

Figura 1.3 Diagrama unifilar de un Sistema de Potencia Elctrico incluyendo componentes de Subtransmisin. a) Central Elctrica, b) transformador elevador, c) lnea de transmisin, d) SE de Subtransmisin, e) lnea de subtransmisin, f) transformador de distribucin, g) alimentador primario, h) transformador de distribucin, i) alimentador secundario

La red de subtransmisin puede configurarse en dos formas bsicas radial y

mallada, segn las subestaciones de distribucin se alimenten por un solo camino o por

varios simultneamente. La red radial ofrece economa y simplicidad de operacin y de

proteccin, pero presenta baja confiabilidad, por el contrario la red mallada es costosa,

compleja pero ms confiable. Las subestaciones de distribucin tienen un diseo

normalizado con el objeto de cubrir eficientemente las necesidades de los sistemas de

Sistema de Subtransmisin

(a) (c)

(b)

(c)

(d)

(e)

(e)

(f)

(g) (g) (g) (g)

(g)

(f)

(h)

(i)

SE de Distribucin

9

transmisin y de distribucin, incluyendo la expansin futura. La normalizacin permite

acelerar los programas de construccin y unifica los criterios de operacin y

mantenimiento dando como resultado una mayor economa y seguridad. La figura 1.4

muestra dos subestaciones de distribucin normalizadas por la empresa C.A. de

Administracin y Fomento Elctrico (CADAFE), una subestacin tipo radial donde el

flujo de energa tiene un solo sentido y una tipo nodal (mallada), que se interconecta

con otra conformando un anillo con el sistema de subtransmisin y en el cual el flujo de

energa puede ser en uno u otro sentido dependiendo de las condiciones del sistema.

Figura 1.4 Esquemas de subestaciones de distribucin normalizadas por CADAFE. (a) subestacin radial, (b) subestacin nodal

115kV/ 34,5kV

115kV/ 13,8kV

13,8kV/ 2,4kV

115kV

(a)

230kV/ 115kV 230kV/ 115kV

115kV/ 13,8kV 115kV/ 13,8kV

115kV/ 13,8kV 115kV/ 13,8kV

(b)

10

Adicionalmente, existen variantes a los esquemas bsicos de distribucin

mostrados en las figuras 1.2 y 1.3, que incorporan un mayor grado de complejidad,

debido a la magnitud de la carga y/o caractersticas particulares del sistema, tales

como: a) existencia de generacin local en el rea de consumo que puede suministrar

energa a nivel de la subestacin de distribucin o a nivel del sistema de distribucin

primario, b) alimentacin y/o transformacin desde el alimentador primario a cargas de

gran magnitud, c) existencia de mas de un nivel de voltaje en el rea de consumo.

Tensiones Utilizadas en los Sistemas Elctricos de Potencia

Existe una amplia variacin en la combinacin de voltajes que pueden usarse en

un sistema elctrico de potencia, dependiendo de la magnitud de la carga servida y de

la distancia entre la fuente y el usuario, por lo tanto, no hay una combinacin estndar

de voltajes en los sistemas. Sin embargo, en la actualidad los niveles de voltaje de

mayor uso son los siguientes: voltajes de generacin de energa elctrica 12000V y

25000V; voltajes de transmisin 115kV, 230kV, 400kV y 800kV, y voltajes de

distribucin 115000V, 34500 V, 13800 V.

1.2 EL SISTEMA ELCTRICO NACIONAL (SEN)

La energa elctrica en nuestro pas es generada, transmitida y distribuida por

varias compaas de electricidad, tanto pblicas como privadas, las cuales son

directamente responsables de la energa entregada al consumidor, esto representa un

95% de la energa elctrica consumida en el pas. El porcentaje restante proviene del

Sector Autoabastecido (Petrleos de Venezuela, productores independientes e

industrias con generacin propia).

Las empresas pblicas de electricidad son:

11

C.V.G. Electrificacin del Caron (EDELCA), opera centrales hidroelctricas en el

estado Bolvar, generando entre el 65% y el 80% de la energa total del pas,

transmite a nivel nacional y distribuye a nivel regional.

C.A. de Administracin y Fomento Elctrico (CADAFE), empresa de alcance

nacional (opera en un 93% del territorio), cuenta con centrales hidroelctricas y

trmicas (gas, vapor y disel) y se ocupa tanto de sistemas de transmisin como

de distribucin. A partir de enero del 2007 se reorganiz en las siguientes nueve

regiones:

Regin Sede

1. Sucre-Anzotegui Cuman

2. Monagas-Delta Amacuro Maturn

3. Gurico-Apure San Fernando

4. Aragua-Miranda Maracay

5. Barinas-Portuguesa-Cojedes Acarigua

6. Carabobo-Yaracuy Valencia

7. Tchira-Mrida-Trujillo San Cristbal

8. Bolvar-Amazonas Puerto Ordaz

9. Falcn Coro

C.A. Electricidad de Barquisimeto (ENELBAR), empresa de alcance regional que

opera centrales de tipo trmico, trasmite y distribuye en el estado Lara.

C.A. de Energa Elctrica de Venezuela (ENELVEN), empresa de alcance

regional que opera centrales de tipo trmico, trasmite y distribuye en el estado

Zulia.

C.A. de Energa Elctrica de la Costa Oriental (ENELCO), empresa encargada

del proceso de distribucin y comercializacin de la energa en todos los

municipios de la Costa Oriental del Lago de Maracaibo.

12

El gobierno nacional en el ao 2007 adquiere empresas privadas tales como

C.A. Electricidad de Caracas y Sistema Elctrico del Estado Nueva Esparta C.A.

(SENECA), y mediante un decreto para la reorganizacin del Sector Elctrico publicado

en la Gaceta Oficial Nmero 38.736 de fecha 31-07-2007 crea la sociedad annima

Corporacin Elctrica Nacional S.A. La corporacin est adscrita al Ministerio del Poder

Popular para la Energa y Petrleo, encargada de la realizacin de las actividades de

generacin, transmisin, distribucin y comercializacin de potencia y energa elctrica.

Todas las empresas pblicas en un plazo de tres aos debern fusionarse dentro de la

corporacin nacional.

El 85% del sistema elctrico nacional est interconectado a travs de lneas de

transmisin que se extienden hacia el centro, oriente y occidente del Pas, para servir al

90% de la poblacin. El Sistema Interconectado Nacional (S.I.N.), integra las empresas:

CVG-Electrificacin del Caron (EDELCA), C.A. de Administracin y Fomento Elctrico

(CADAFE), C.A. Electricidad de Caracas (ELECAR) y Energa Elctrica de Venezuela

(ENELVEN). La operacin del S.I.N. es coordinada a travs de la Oficina de Operacin

de Sistemas Interconectados (OPSIS) desde el Despacho Central de Carga, quien es la

mxima autoridad en lo referente a este concepto y trabaja de manera conjunta con los

Centros de Control y Despachos Regionales de cada una de las empresas que

conforman el S.I.N.

Las estadsticas del SIN sealan en cuanto a la generacin, un predominio de la

capacidad instalada de generacin hidrulica, en cuanto a la transmisin el uso de

redes de alta y muy alta tensin (230kV, 400kV y 765kV) y en cuanto a la distribucin

un consumo concentrado en clientes residenciales e industria de la regin de Guayana,

tal como lo indican estadsticas del Sistema Elctrico Nacional (SEN) tomadas de

OPSIS y de la Cmara Venezolana de la Industria Elctrica (CAVEINEL)

esquematizadas en las figuras 1.5, 1.6 y 1.7 y en la Tabla 1.2. La figura 1.8 muestra un

diagrama del sistema interconectado.

13

Actualmente se desarrolla un proceso de transformacin de OPSIS hacia El

Centro Nacional de Gestin (CNG). El CNG es la empresa del estado venezolano que

bajo la supervisin del Ministerio del Poder Popular para la Energa y Petrleo

(MENPET), realizar la operacin centralizada del sistema interconectado.

Figura 1.5. Capacidad Instalada en Venezuela (ao 2006). Fuente OPSIS.

TABLA 1.2 Lneas de la Red Troncal de Transmisin del SIN (ao 2006).

VOLTAJE DE

TRANSMISIN (kV) EMPRESA

LONGITUD DE LNEA (KM)

765 EDELCA 2083

400 EDELCA 2812

CADAFE 1433

230

EDELCA 466

CADAFE 3732

ELECAR 68

ENELVEN 277

ENELBAR 56

Fuente OPSIS.

14

Figura 1.6. Energa Consumida en Venezuela (ao 2005). Fuente CAVEINEL

Figura 1.7. Clientes en Venezuela (ao 2005). Fuente CAVEINEL

Residencial 89%

Comercial 10%

Industria-Otros 1%

Industria-Otros 1%

Residencial 18%

Industria General

9% Industria Guayana

24%

Comercial 11%

Otros 10%

No facturado 28%

15

Figura 1.8. Sistema Interconectado Nacional (SIN). Fuente EDELCA (www.edelca.com.ve)

16

1.3 SISTEMA DE POTENCIA ELCTRICO INDUSTRIAL

Todo proceso productivo requiere de mquinas y equipos, los cuales son

alimentados mediante energa elctrica, por lo tanto, para el buen funcionamiento de

una planta industrial se requiere de un sistema elctrico confiable, seguro, y

eficiente. Debido a que las plantas actuales, tienen mayor tamao, manejan

procesos ms complejos y utilizan nuevas tecnologas, son ms dependientes de su

sistema elctrico. El sistema elctrico bsico de una planta industrial comprende los

siguientes elementos:

La conexin del servicio primario

La distribucin primaria dentro de la planta

La transformacin a bajo o medio voltaje

La distribucin secundaria en bajo o medio voltaje

Las cargas del sistema elctrico: motores, alumbrado, etc.

Generalmente, la acometida y la distribucin primaria es en exteriores a las

edificaciones de la planta y la distribucin secundaria es en interiores, la figura 1.9

muestra el diagrama unifilar de una planta industrial, donde la distribucin

secundaria es en bajo voltaje (480V) y en medio voltaje (2,4kV). Segn la funcin

que realicen los diferentes circuitos del sistema elctrico, se establecen los

siguientes subsistemas:

1. Sistema de fuerza: se encarga de transportar la energa elctrica a las mquinas y

equipos de produccin.

2. Sistema de alumbrado: su funcin es transportar la energa que proporciona

iluminacin a la planta industrial.

3. Sistema de alimentacin para equipos de uso general (aire acondicionado,

ventilacin, bombeo de aguas de lluvia, blancas, etc).

4. Sistema de control: transporta la energa elctrica a los instrumentos y centros de

control.

17

5. Sistemas de comunicacin: para transmitir y recibir informacin entre las

diferentes reas de la misma planta, y entre la planta y el exterior.

6. Sistemas de tierra y pararrayos: Este sistema transporta la energa elctrica

proveniente de cargas estticas originadas en motores y descargas originadas de la

atmsfera a la tierra.

7. Sistema de Emergencia de la planta. Este sistema alimenta las cargas crticas de

la planta.

Figura 1.9. Diagrama unifilar de una planta industrial.

M03-M08 500hp/ 2400V

M09-M16 200hp/ 460V

T2 2 MVA 4,16KV/480V

T1 3750 KVA

4,16KV/2,4 KV

T3 5 MVA 4,16KV/208V/120V

T4 5 MVA 4,16KV/208V/120V

M01 750hp 4000V

M02 750hp 4000V

TP1 20 MVA 13,8KV/4,16KV

TP2 20 MVA 13,8KV/4,16KV

Alumbrado y Tomas

NA

18

1.4 CONSIDERACIONES GENERALES DEL DISEO DE UN SISTEMA DE

POTENCIA INDUSTRIAL

Los principales aspectos a considerar para el diseo del sistema elctrico de

una planta industrial son los siguientes:

Seguridad: el resguardo de la vida y de la propiedad son factores

esenciales en el diseo de un sistema elctrico industrial. Por esto, es necesario el

seguimiento de las normas y estndares vigentes, la seleccin del equipo apropiado

y la instalacin correcta de stos.

Confiabilidad y continuidad de operacin: la confiabilidad se basa en el

uso de componentes de calidad y del conocimiento de los procesos de la planta de

manera de ofrecer una operacin continua de la planta. Algunas plantas requieren

una continuidad absoluta en sus procesos y otras pueden tolerar fallas en el servicio

elctrico sin mayores prdidas. El sistema debe disearse de manera que permita

aislar las fallas con un mnimo de perturbacin al sistema. Debe establecerse un

compromiso entre los requerimientos de la planta y los costos por confiabilidad.

Simplicidad de operacin: se refiere a configurar un sistema elctrico

que pueda ser operado y mantenido de forma segura, confiable y sencilla.

Mantenimiento: el diseo debe incluir acceso y disponibilidad para

mantenimiento correctivo y preventivo. La inspeccin, ajuste y reparaciones deben

hacerse en reas limpias, ventiladas y a temperatura controlada. Si el

mantenimiento de la planta necesita una parada de operaciones entonces la planta

se considera no mantenible.

Regulacin de Voltaje: el diseo debe incluir la regulacin del voltaje, de

manera que el voltaje de utilizacin de los equipos se mantenga dentro de los lmites

de tolerancia bajo todas las condiciones de carga.

Flexibilidad: se refiere a la adaptabilidad del sistema elctrico al

desarrollo de la capacidad de produccin de la planta y a los diferentes

requerimientos durante la vida de la planta. Aqu son importantes la seleccin del

nivel de voltaje y de las capacidades de los equipos, y la provisin de espacios para

19

instalaciones futuras. El sistema deber permitir que en presencia de fallas, la planta

opere parcialmente con una capacidad de produccin considerable.

Costos Iniciales: estos son importantes para los propietarios de la planta,

pero no debe economizarse en perjuicio de la calidad ni de la capacidad de equipos

o materiales, en la calidad de la construccin e instalacin, lo que produce

detrimento de la mantenibilidad, seguridad y flexibilidad del sistema elctrico de la

planta. Adems de los costos iniciales se deben tener presentes los costos de

operacin, de mantenimiento y de expansin que son costos para toda la vida de la

planta y que pueden resultar muy grandes dependiendo del diseo original de la

planta.

1.5 GUA DE PLANIFICACIN PARA EL DISEO UN SISTEMA DE

POTENCIA INDUSTRIAL

Seguidamente se exponen los pasos para el diseo del sistema elctrico de

una planta industrial teniendo en consideracin los aspectos de diseo mencionados

en el aparte anterior, es imprescindible que se conozca de manera total y profunda

los procesos de produccin y operacin de la planta.

Realizar un estudio de la carga de la planta.

Esto comienza por buscar informacin sobre plantas similares y consultar con

ingenieros de diseo y con personal experto de produccin y mantenimiento.

Estimar la Carga.

Se inicia con un plano general de la planta donde se ubicarn las cargas,

tanto del proceso industrial como las de alumbrado, ventilacin, etc. Se estiman los

valores de las cargas. Las cargas de iluminacin, ventiladores y aire acondicionado

resultan fciles de estimar, las cargas de iluminacin se valoran usando manuales

de alumbrado considerando el nivel de iluminacin requerido, tipo de luminaria y

caractersticas de la construccin y las de aire acondicionado y ventiladores tambin

se estiman a partir de normas de uso general. Las cargas de los procesos de la

20

planta dependen de los equipos utilizados y se estiman con la ayuda de diseadores

del proceso y de los equipos. La figura 1.10 muestra un plano general de una planta.

Especificar las caractersticas y requerimientos de las cargas.

Esto se refiere a indicar: a) variaciones de carga en kA esperadas bajo

condiciones de baja carga, carga pico y carga promedio; b) naturaleza de la carga

segn su ocurrencia: continua, intermitente, cclica, especial, o combinacin de

ellas; c) factor de potencia esperado durante baja carga, d) cargas especiales tales

como controladores de velocidad variables, hornos controlados por SCR,

convertidores de alta potencia, etc.; e) cargas generadoras de armnicos: lmparas

de descarga, hornos de arco, equipos de electrnica de potencia; f) cargas crticas o

sensibles a problemas de calidad de energa: cargas de proceso continuo, equipos

de computacin y control; g) requerimientos para el arranque de grandes motores.

Figura 1.10. Plano de ubicacin de equipos de una planta (sin escala).

Tanque 1

Tanque 2

PROCESO

SE 1

SE Principal 13,8 / 4,16 KV

SE 2

OFICINAS

ALMACN

ES

TA

CIO

NA

MIE

NT

O Vigilancia

ZONA VERDE

ZONA VERDE

VA

VA

ENTRADA

CCM

M01

M02

M03-M08

M09-M16

TE1

TE2

TE3

LEYENDA CCM centro control de motores TE1, TE2, TE3 Tableros alumbrado y tomas M01-M02 Motores 750 hp, 4,16 kV M03-M08 Motores 500 hp, 2,4 kV M09-M16 Motores 200hp, 480 V SE1 Sub Estacin 4,16/ 2,4 kV, 4,16 kV/ 480V SE2 Sub Estacin 4,16kV/ 280V/ 120V

21

Realizar estudios de demanda.

Una vez que se han establecido las cargas, como no operan todas a carga

completa de forma constante es necesario determinar la demanda total impuesta a

la fuente de suministro. Para esto se hacen estudios de demanda parciales con

grupos de cargas y luego se determina la demanda mxima de la planta. En el

estudio de la demanda se utilizan los siguientes trminos:

Demanda. Promedio de la carga elctrica conectada en un intervalo de

tiempo especfico. Se expresa en A, kW o kVA y el intervalo es generalmente 15

minutos, 30 minutos o una hora. Ver la figura 1.11 donde se muestra la variacin de

la demanda con el intervalo de tiempo para una cierta carga

Carga Pico. Mxima carga producida o consumida por una unidad o grupo

de unidades en un perodo de tiempo. Puede ser la carga mxima instantnea o una

carga mxima promedio en el designado perodo de tiempo.

Demanda Mxima. La ms grande de todas las demandas ocurridas

durante un perodo de tiempo. Para efectos de facturacin el perodo de tiempo es

generalmente un mes.

Factor de Demanda. La relacin de la mxima demanda de un sistema

con respecto a la carga total conectada al sistema.

Factor de Diversidad. La relacin de la suma de las demandas mximas

individuales de varias subdivisiones del sistema con respecto a la mxima demanda

del sistema completo.

Factor de Carga. la relacin de la carga promedio en un perodo de tiempo

especificado con respecto a la carga pico que ocurre en ese perodo.

Demanda Coincidente. Cualquier demanda que ocurre simultneamente

con otra demanda, tambin la suma de cualquier conjunto de demandas

coincidentes.

Los factores mencionados se utilizan para calcular la mxima demanda de

cada alimentador del sistema de distribucin de la planta, un resumen del

procedimiento se muestra en la tabla 1.3.

22

Figura 1.11. Variacin de la demanda con el intervalo de tiempo. Tomado con modificaciones de Figura 1, Distribution Systems, Westinghouse.

1.5.2 Seleccin del Sistema de Distribucin

Existe una amplia variedad de tipos de sistemas para plantas industriales,

para escoger el apropiado se requiere conocer las necesidades del proceso de

produccin en cuanto a confiabilidad y el costo de las paradas de operacin de la

planta. Un sistema sencillo permite reducir costos, pero no debe hacerse en

detrimento de la calidad de equipos sino en alguna desmejora de confiabilidad y

reserva de capacidad. Entre los sistemas ms usados se puede mencionar:

Sistema Radial Simple. El sistema es apropiado para plantas pequeas

que permitan paradas para labores de mantenimiento. Se caracteriza por tener el

menor costo de todos los arreglos, la no duplicidad de equipos, operacin y

expansin sencilla, y la confiabilidad puede ser alta si se utilizan equipos de alta

calidad. La figura 1.12.(a) muestra un sistema radial simple.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Max demanda en 1h

Max demanda 30min Max demanda 15min

Tiempo (hora)

Ca

rga p

.u.(

pic

o)

demanda promedio

23

Tabla 1.3. Clculo de las Demandas Mximas de los circuitos alimentadores

ESQUEMA DEL CIRCUITO PROCEDIMIENTO ECUACIONES PARA CLCULO

1. Para cada ramal se estima el factor de carga (FC ) 2. Se calcula el pico de carga que determinar la capacidad del ramal. 3. Se estima el Factor de demanda de las cargas (FD) 4. Se calcula la demanda mxima de las cargas (DMAX) que determinar la capacidad del alimentador

CC FFcarga de Pico

Tdt)t(P

TD

0

1

DMAX = ( cargas) FD

1. Se estima el Factor de Diversidad (FDIV) de los circuitos alimentadores que salen del centro de carga. 2. Se calcula la demanda mxima del conjunto de alimentadores que determinar la capacidad del alimentador del centro de carga.

DIVF

esIndividualDentadoreslima conjuntoD MAXMAX

carga

alimentador Se calcula Demanda Mxima

alimentador Centro De

Carga

carga

ramal

alimentador

Se calcula pico de carga

Se calcula Demanda mxima

24

Tabla 1.3. Clculo de las Demandas Mximas de los circuitos alimentadores (Continuacin)

ESQUEMA DEL CIRCUITO PROCEDIMIENTO ECUACIONES PARA CLCULO

1. Se estima el Factor de Diversidad (FDIV) de los circuitos del transformador 2. Se calcula la demanda mxima del transformador que determinar la capacidad del alimentador del transformador.

DIV

MAXMAX

F

entadoreslima .IndividDdortransformaD

1. Se estima el Factor de Diversidad (FDIV) de los transformadores de distribucin. 2. Se calcula la demanda mxima del alimentador primario

DIV

MAXMAX

F

.transform .IndividDprim entadorlimaD

alimentador

Se calcula Demanda mxima del transformador

alimentador

Centr

o d

e C

arg

a

Se calcula Demanda Mxima del alimentador primario

Alimentador primario

25

Figura 1.12. Tipos de Sistemas de Distribucin Primaria. (a) Sistema Radial Simple. (b) Sistema Radial Expandido.

panel cable

Barra ducto

(a)

(b)

26

Sistema Radial Expandido. Este sistema tiene las mismas ventajas y

desventajas del radial simple pero permite alimentar mayor nmero de cargas

mediante subestaciones unitarias localizadas cerca de los centros de carga. La

figura 1.12.(b) muestra un sistema radial expandido.

Sistema Selectivo Primario. Cada subestacin unitaria se conecta a dos

alimentadores a travs de equipos de interruptores para proveer una fuente de

alimentacin normal y otra de reserva. La operacin de transferencia puede ser

manual o automtica. El sistema tiene como ventajas la seguridad de alimentacin

primaria pero resulta costoso debido a la duplicidad de alimentadores y equipos de

maniobra y proteccin. Ver figura 1.13.(a).

Sistema Primario en Anillo. Tiene ventajas y desventajas anlogas al

arreglo anterior, con un costo menor. Al producirse la falla de la alimentacin normal,

se asla el alimentador correspondiente y el servicio se restaura desde el

alimentador de reserva. Sin embargo, tiene como desventaja frente al esquema

anterior la posibilidad de operaciones riesgosas: en el caso de una falla lo ms

rpido para restablecer el servicio es seccionar y reenganchar, lo cual resulta

peligroso si la falla persiste. Tambin puede ser riesgoso que una seccin pueda ser

energizada por ambos extremos. Ver figura 1.13.(b).

Sistema Selectivo Secundario. En este caso un par de subestaciones

unitarias se conectan a travs de un interruptor de unin normalmente abierto para

proveer una fuente de alimentacin normal y otra de reserva. Las subestaciones

operan como sistemas radiales.

27

Figura 1.13. Tipos de sistemas de distribucin Primaria. (a) Sistema Selectivo Primario. (b) Sistema Primario en Anillo.

Si un alimentador primario o un transformador falla, el interruptor del

transformador afectado se abre y se cierra el interruptor de unin, pudiendo

(b)

(a)

Nota. Otro arreglo usa un switche selector primario con un solo fusible (lo cual puede no tener la capacidad de maniobra certificada)

28

alimentarse toda la subestacin de un solo transformador. Para lograr esto se tienen

varias opciones:

a) Se sobredimensionan ambos transformadores de modo que uno de ellos

pueda alimentar toda la carga, b) Se prev la utilizacin de ventilacin forzada en

cada transformador para la emergencia, c) Se saca de servicio la carga no esencial

durante la emergencia, d) Se usa la capacidad de reserva temporal del

transformador durante la emergencia, aceptando la disminucin de la vida del

transformador. Ver figura 1.14.(a).

Una variante es el sistema selectivo secundario distribuido consiste en pares

de subestaciones ubicadas en diferentes sitios que estn conectadas por un cable y

un interruptor normalmente abierto en cada subestacin, en este caso se deben

comparar los costos generados por el cable y los interruptores en cada subestacin

con las ventajas de tener las subestaciones cerca de los centros de carga.

El sistema selectivo secundario puede combinarse con el sistema selectivo

primario para una mayor confiabilidad aunque los costos son tambin mayores y la

operacin del sistema es ms compleja.

Otro sistema es el llamado esquema con transformador de reserva mostrado

en la figura 1.14.(b). Se observa que para el arreglo de la figura 1.14.(a) la carga

total de la subestacin debe ser igual o menor que la capacidad de un transformador

o del interruptor del lado de baja, mientras que para el arreglo de la figura 1,14.(b) se

puede desarrollar una capacidad firme igual a la capacidad de (n-1) transformadores

o interruptores del lado de baja.

Los sistemas de la figura 1.14 tienen condiciones de operacin y proteccin

similares, con dos diferencias importantes: a) la transferencia automtica iniciada por

la prdida de voltaje en la barra de bajo voltaje no puede darse en el caso del

arreglo del transformador de reserva, b) los deberes de falla del interruptor

alimentador son casi siempre mayores en el arreglo de la figura 1.14.(a) que en el

29

arreglo de la figura 1.14.(b), debido a que presenta una mayor corriente de falla

durante la condicin de emergencia cuando la unin est cerrada.

Figura 1.14. Sistemas Selectivo Secundario. (a) Sistema selectivo secundario. (b) Sistema con transformador de reserva.

N.A.

(a)

Transformador de reserva

Futuro Transformador

N.A. N.A.

Barra Secundaria de unin

(b)

30

Sistema Secundario Mallado. En este sistema dos o ms

transformadores de distribucin son suplidos por alimentadores primarios

separados. Los secundarios de los transformadores se conectan en paralelo a travs

de interruptores especiales llamados protectores de red a una barra secundaria. De

esta barra salen los alimentadores secundarios radiales para suplir a los equipos.

Ver figura 1.15.(a). En el caso de una falla en el alimentador primario o en el

transformador, los otros transformadores tratan de alimentar la falla, la inversin de

potencia en el protector de red del alimentador fallado hace que este abra y se asle

la falla. La operacin es muy rpida, por lo que, los equipos tiene una exposicin

mnima a la cada de voltaje producida por la falla.

El sistema mallado es el ms confiable para la alimentacin de grandes

cargas, para que se produzca un corte de energa es necesario una falla

simultnea de todos los alimentadores o de la barra secundaria, no hay

interrupciones momentneas para la operacin de interruptores de transferencia

como ocurre en los sistema de primario selectivo, primario en anillo y secundario

selectivo y las cadas de voltaje por fallas son prcticamente reducidas. Por otra

parte, el sistema es muy costoso por el nmero de interruptores y transformadores

que utiliza y adems, los transformadores aumentan la capacidad de cortocircuito

del sistema y por lo tanto, los deberes nominales de los equipos secundarios.

Sistema de Barra en Anillo. El sistema tiene la ventaje de aislar la

falla automticamente con el restablecimiento del servicio. Al ocurrir una falla en la

fuente 1, los equipos A y B operan para aislar la falla y la fuente 2 alimenta las

cargas. Una falla en cualquier parte del anillo es aislada por la operacin de los

equipos de proteccin. Los seccionadores manuales instalados a ambos lados de

los interruptores automticos permiten las labores de mantenimiento con seguridad y

sin interrupcin de servicio, y la expansin del sistema sin interrupciones. Ver figura

1.15.(b).

31

Figura 1.15. (a) Sistema Secundario Mallado. (b) Sistema de Barra en Anillo.

Protector de red

Barra secundaria

Alimentadores Primarios

Alimentador Secundario

Transformador de Distribucin

(a)

A

B

C

D

Fuente1 Fuente 2

(b)

32

1.5.3 Seleccin de Voltaje.

Se refiere a seleccionar el mejor conjunto de voltajes para los diferentes

niveles de voltaje del sistema elctrico de la planta. Estos niveles de voltaje

dependern de la carga total de la planta, del voltaje de utilizacin de los equipos,

los costos, la expansin futura, etc. Los aspectos relacionados con el voltaje del

sistema elctrico de la planta se tratan en el Captulo 2.

1.5.4 Contactar la Empresa de Suministro Elctrico.

Apenas se tengan datos estimados del sistema elctrico de la planta es

necesario comunicarse con la empresa de suministro elctrico. La empresa de

suministro elctrico requiere de tiempo que puede ser extenso para poner a

disposicin del usuario una acometida, es decir, se requiere tiempo para

especificacin, manufactura e instalacin. Adems, dependiendo del tamao de la

planta puede ser necesaria la expansin de una subestacin o de una lnea de

transmisin, aparte de considerar los aspectos relacionados con la elaboracin del

contrato de servicio.

Informacin que debe suministrarse a la Empresa de Servicio Elctrico.

1. Plano de la planta indicando edificaciones y otras estructuras.

2. Cargas de la planta en kW y mxima demanda en kVA.

3. Punto preferido para conexin del servicio elctrico.

4. Voltaje de servicio preferido.

5. Arreglo preferido del suministro elctrico.

6. Programa de construccin y arranque de la planta.

7. Requerimientos no usuales tales como recierre de alta velocidad.

8. Motor de gran tamao en el sistema y sus deberes de arranque.

9. Factor de potencia estimado.

33

10. Naturaleza de la carga conectada.

Informacin que debe suministrar la Empresa de Servicio Elctrico.

1. Voltaje de servicio o voltajes disponibles.

2. Banda de voltaje (mxima y mnima magnitud del voltaje en estado estable).

3. Punto de suministro y ruta de la lnea.

4. Esquema de facturacin.

5. Opciones para adquirir la propiedad de los transformadores de suministro.

6. Requerimientos de espacio: para la subestacin de distribucin si esta es

suplida por la empresa de servicio y para el transformador de distribucin si la

planta es suplida al voltaje de utilizacin.

7. Datos del sistema de suministro tales como: deberes de cortocircuito trifsico

mximo y mnimo en el punto de entrega, Tipo de aterramiento del sistema de

suministro incluyendo corrientes de falla a tierra mxima y mnima en el punto

de suministro, confiabilidad del suministro.

8. Requerimientos para medida.

9. Requerimientos para la coordinacin con las protecciones del sistema de

suministro.

10. Circuito de respaldo de suministro cuando sea necesario.

1.5.5 Generacin propia.

En el caso de requerirse generacin propia, se determina si sta ser

paralela, de respaldo (standby) o de emergencia. En todos los casos es necesario

considerar: carga del generador en kVA, voltaje del generador, esquemas de

proteccin y medicin, regulacin de voltaje, sincronizacin, aterramiento,

requerimientos para mantenimiento, arranque del motor ms grande o de grupos de

motores, y costos.

34

1.5.6 Diagrama unifilar

Se debe elaborar un diagrama unifilar en conjunto con otros planos de la planta

que muestren los datos suficientes para planificar y evaluar el sistema elctrico (ver

la figura 1.16). Los smbolos elctricos normalizados se indican en las normas

internacionales IEEE 315-1975 e IEC 60617 -3:1996, y en la norma venezolana

COVENIN 391: 1974.

Los siguientes elementos deben estar presentes en un diagrama unifilar.

1. Fuentes de potencia incluyendo voltajes y corrientes de cortocircuito.

2. Tamao, tipo, capacidad y nmero de todos los conductores en kVA

nominal.

3. Capacidades, impedancia, voltajes, conexiones, y mtodo de aterramiento

de los transformadores.

4. Identificacin y cantidad de equipos de proteccin.

5. Tipo, modelo y caractersticas de los equipos de maniobra.

6. Transformadores de medicin con sus relaciones.

7. Tipo y ubicacin de pararrayos y capacitores.

8. Identificacin de todas las cargas.

9. Identificacin de cualquier otro equipo presente.

10. Tipos de rels y ajustes en las lneas de alimentacin de la empresa de

suministro Elctrico para fallas de fase y de tierra.

11. Expansin futura en lneas punteadas.

1.5.7 Estudios de Cortocircuito.

Se debe establecer el nivel de corriente de cortocircuito mximo permisible en

cada punto del sistema, para definir la capacidad de interrupcin de los equipos de

maniobra y verificar la solicitud trmica en conductores y otros equipos.

35

Figura 1.16. Diagrama unifilar de una planta industrial. Tomado de IEEE 141-1993, Figura 4.10.

36

1.5.8 Seleccin de protecciones.

Se deben establecer las protecciones de sobrecarga, cortocircuito y las

especiales para motores: guarda motores, contactores y trmicos.

1.5.9 Expansin

La posibilidad de expansin del sistema elctrico debe ser considerada tanto

en el diseo de una nueva planta como en el momento de realizar cualquier

modificacin al sistema. De esta forma, cualquier incremento de la carga de la planta

se realiza aadiendo capacidad al sistema inicial sin tener que redisear el sistema

primario. No debe disearse un sistema primario que sea difcil o imposible de

expandir.

La figura 1.17 muestra un ejemplo de expansin del sistema elctrico de una

planta industrial, particularmente se refiere a cuatro diferentes configuraciones de

subestaciones primarias que pueden utilizarse de acuerdo a los requerimientos y

restricciones presentes. La configuracin inicial es la ms simple y de bajo costo, en

la ampliacin de la configuracin(a) se incrementan las capacidades de los

transformadores y de los equipos de maniobra, si es posible aumentar el nmero de

transformadores se tienen las configuraciones (b), (c) y (d). La configuracin (b) es la

ms costosa y su capacidad est limitada por la capacidad de los transformadores,

la (c) es la ms usada aunque su capacidad est limitada por la de los equipos de

maniobra, la (d) es la menos usada porque no se cambian los lmites de los equipos

de maniobra.

Tambin, es posible expandir el sistema incrementando nicamente la

capacidad de los transformadores. Esto generalmente se realiza cuando los

transformadores pertenecen a la empresa de suministro elctrico, debido a que la

empresa puede utilizarlos para otro cliente, pero rara vez si pertenecen a la planta.

Por ejemplo, se comienza con una subestacin de dos transformadores de

37

15/20/25MVA y se solicita a la empresa que los cambien por dos de 30/40/50 MVA,

considerando que todos los equipos de maniobra son capaces de manejar las

mayores corrientes de carga y de cortocircuito.

Figura 1.17. Arreglos Tpicos de Expansin de una planta industrial. Tomado de IEEE 141-1993, Figura 2.9.

1.5.10 Comunicaciones

El proyecto del sistema elctrico de la planta debe contener un sistema de

comunicaciones confiable, bsicamente formado por red telefnica y sistemas de

alarmas, que puede incluir equipos de radio y televisin.

NUEVOS LMITES NUEVA CONFIGURACIN

(a) 2 de 4 barras o

1 de 2 transformadores

(b) 2 de 3 barras o

2 de 3 transformadores

(c) 2 de 3 barras o

2 de 3 transformadores

(d) 1 de 2 barras o

2 de 3 transformadores

CONFIGURACIN INICIAL

LMITES 1 de 2 barras o

1 de 2 transformadores

ALTERNATIVAS DE EXPANSIN

38

1.5.11 Mantenimiento

El diseo del sistema elctrico de la planta debe considerar el programa de

mantenimiento de la planta. En el diseo se incorporan diversas facilidades para las

labores de mantenimiento, entre otras: espacio para los trabajos de mantenimiento,

facilidades para inspeccin y prueba, medios de desconexin para la seguridad de

los trabajadores, equipos de respaldo.

El programa de mantenimiento contiene los siguientes elementos: limpieza,

control de grasa, ventilacin adecuada, reduccin de la corrosin, inspecciones y

pruebas regulares de los equipos, y adems asegurar la organizacin de los

registros de inspeccin, mantenimiento, prueba y reparaciones.

1.5.12 Estndares y Cdigos

En proyectos elctricos, es obligatorio el uso de las normas. Estas indican la

simbologa de equipos y sistemas, especifican las formas de montaje y prueba de

los equipos y las condiciones de seguridad y medio ambiente. En nuestro pas las

normas vigentes son: el Cdigo Elctrico Nacional (CEN) que establece los

requisitos mnimos de seguridad que debe cumplir una instalacin elctrica y las

normas COVENIN, tambin es oportuno considerar Leyes de la Repblica tales

como la Ley Orgnica de Prevencin, Condiciones y Medio Ambiente de trabajo, la

Ley de Metrologa y la Ley Orgnica del Servicio Elctrico.

Las normas internacionales que ms se utilizan son: American National Standards

Institute (ANSI), National Electrical Manufacturers Association (NEMA), Institute of

Electrical and Electronics Engineers, Inc. (IEEE) e International Electrotechnical

Comisin (IEC), tambin son conocidas Verband Deutscher Elektrotechnoker (VDE),

British Standard (BS) y Union Technique d'Electricit (UTE).

39

UNIVERSIDAD DE CARABOBO FACULTAD DE INGENIERA CTEDRA DE SISTEMAS INDUSTRIALES

ASIGNACIN N1 PLANIFICACIN DE SISTEMAS ELECTRICOS INDUSTRIALES

ASIGNACIN N2 - DISEO DE SISTEMAS ELECTRICOS INDUSTRIALES

(USO DE MAPAS MENTALES)

Justificacin

Una tarea importante del docente es apoyar el mejoramiento de la capacidad de los

estudiantes para aprender, recordar, relacionar y generar conocimiento. Una de las

estrategias utilizadas para desarrollar esta capacidad es la de los Mapas Mentales. Estas

asignaciones buscan ejercitar al estudiante en esta estrategia a la vez que aprende los

conceptos y criterios propios del tema bajo estudio, en este caso la planificacin y diseo

de sistemas elctricos industriales.

Objetivos

1. Analizar, sintetizar y evaluar informacin relativa a Planificacin (Asignacin 1) y al

Diseo (Asignacin 2) del sistema elctrico de una industria.

2. Organizar e integrar la informacin mediante un mapa mental.

Descripcin

Asignacin individual. El profesor indicar dos bibliografas, una relativa a la planificacin

y la otra al diseo de sistemas elctricos industriales. El estudiante debe leer

atentamente el material y sintetizar y representar el entramado de conceptos

involucrados en un mapa mental. Se facilitar al estudiante un material relativo a la

construccin y uso de los mapas mentales.

Procedimiento

Elaborar un mapa mental para cada uno de los contenidos de las bibliografas indicadas a

continuacin:

Asignacin Texto paginas

N1 N2

IEEE 141-1993 (libro rojo). Captulo2.

Temas de Sistemas Industriales. Prof. William

Muoz. Facultad de Ingeniera. Captulo 1

Temas de Sistemas Industriales. Prof. William

Muoz. Facultad de Ingeniera. Captulo 2

Temas de Sistemas Industriales. Prof. William

Muoz. Facultad de Ingeniera. Captulo 3

Temas de Sistemas Industriales. Prof. William

Muoz. Facultad de Ingeniera. Captulo 4

Material

Resumen de artculos sobre Mapas Mentales.

Ejemplo de elaboracin de un Mapa Mental.

40

UNIVERSIDAD DE CARABOBO FACULTAD DE INGENIERA CTEDRA DE SISTEMAS INDUSTRIALES

ASIGNACIN N3

DIAGRAMAS DE SISTEMAS ELECTRICOS INDUSTRIALES

Justificacin

Es importante que el estudiante se ejercite en la aplicacin de los criterios para el

anlisis, planificacin y diseo de los sistemas elctricos a nivel industrial, pero como

paso inicial es necesario comenzar por conocer la simbologa utilizada en los planos

elctricos y adiestrarse en su lectura.

Objetivos

1. Manejar la simbologa de los sistemas elctricos y los diagramas que

representan los diferentes tipos de sistemas de distribucin.

2. Establecer las relaciones entre los diagramas unifilares, diagramas de

cableado y diagramas isomtricos de la planta.

Descripcin

Asignacin individual. La tarea tiene dos variantes, el estudiante realizar slo una de

ellas.

Tarea 1. Se proporcionan los datos de las cargas y equipos del sistema elctrico de una

planta y diagramas isomtricos de la planta que muestran la ubicacin de equipos y

canalizaciones. Se pide elaborar el diagrama unifilar y el plano general de la planta

(layout).

Tarea 2. Se proporcionan el diagrama unifilar y los datos de las cargas y equipos del

sistema elctrico de una planta, y el plano general de la planta (layout). Se pide elaborar

el diagrama isomtrico correspondiente.

Tarea1

A partir de la informacin contenida en el material suministrado, elabore el diagrama

unifilar del sistema elctrico y el plano general de la planta (layout).

Material Tarea 1

1. Hoja de datos de cargas y equipos del sistema elctrico de una planta.

2. Planos isomtricos de la planta indicando ubicacin de los equipos y las

canalizaciones.

Tarea 2

A partir de la informacin contenida en el material suministrado, elabore un diagrama

isomtrico de la planta indicando ubicacin de equipos y canalizaciones.

Material Tarea 2

1. Hoja de datos de cargas y equipos del sistema elctrico de una planta.

2. Diagrama unifilar del sistema elctrico de la planta. plano general de la planta (layout).

41

UNIVERSIDAD DE CARABOBO FACULTAD DE INGENIERA CTEDRA DE SISTEMAS INDUSTRIALES

TALLER N 1

DIAGRAMA UNIFILAR- ESTIMACIN DE CARGA

Justificacin Un ingeniero en su ejercicio profesional integrar o coordinar equipos de trabajo. Este taller se propone ejercitar al estudiante en esta prctica a la vez que aprende los conceptos propios del

tema bajo estudio.

Objetivos 1. Manejar la simbologa de los sistemas elctricos y los diagramas que representan

los diferentes tipos de sistemas de distribucin.

2. Calcular capacidades e ndices de demanda en sistemas elctricos industriales. 3. Discutir y clarificar ideas relativas a un sistema elctrico especificado. 4. Ejercitar la capacidad de observacin, participacin y juicio crtico en una discusin

de grupo.

Descripcin Se forman equipos de cuatro a seis participantes. Se proporciona a los equipos los datos de las cargas que son alimentadas por un sistema elctrico. Se pide a los equipos elaborar el diagrama unifilar correspondiente, determinar la capacidad de los transformadores presentes y calcular los factores de demanda, carga y diversidad.

Procedimiento De cada equipo se forman dos grupos: el grupo de discusin (3 4 miembros del equipo) y el grupo de observacin (1 2 miembros del equipo). Los integrantes de los grupos no son fijos, para permitir que todos los integrantes del equipo realicen actividades de discusin y de observacin. Al cierre, se discuten procedimientos y el profesor aclara dudas. Actividades del grupo de discusin. En relacin con la hoja Datos del Sistema Elctrico:

1. Elaborar el diagrama unifilar del sistema. Dar la respuesta en la hoja Taller N 1. Duracin: 20 min. (al finalizar los miembros del grupo de observacin sustituyen a miembros del grupo de discusin).

2. Determinar la capacidad de los transformadores principales del sistema. Dar la respuesta en la hoja Taller N 1. Duracin: 20 min. (al finalizar los miembros del grupo de observacin sustituyen a los miembros del grupo de discusin que no han

actuado como observadores. 3. Determinar los factores de carga, demanda y diversidad. Dar la respuesta en la

hoja Taller N 1. Duracin: 10 min.

Actividades del grupo observacin. Cada observador tomar nota de la observacin del grupo de discusin usando la Hoja Actividades del Observador.

Material 1. Hoja Datos del Sistema Elctrico (por equipo) 2. Hoja Taller N 1 (por equipo) 3. Hoja Actividades del Observador (por estudiante)

42

DATOS DEL SISTEMA ELCTRICO DE UNA PLANTA INDUSTRIAL Se tiene un sistema secundario selectivo para servir las cargas cuyas caractersticas generales y ubicacin se resumen en la

siguiente tabla.

DATOS

EQUIPOS DEL SISTEMA

Bombas compresores vlvulas Ilumin tomas Aire

acondicionado

CARACTERSTICAS

kVA 131 131 131 146 146 146 5 5 10 8 100 100

Rgimen

Operacin Cont. Cont. Reser. Cont. Interm. Reser. Interm. Interm. Cont. Interm. Cont. Reser.

Factor de

Carga 0,84 0,84 0,89 0,89 0,89 0,89 0,8 0,8 1 0,5 1 1

Perodo 8h 8h (1) 8h 4h/8h (2) 1h/8h 8h 8h 8h 8h (1)

UBICACIN

Barra 1 x x x x x x x

Barra 2 X X x x x x x

Notas

(1) Arranca despus de parar otra bomba

(2) Arranca antes de sacar otro servicio

Capacidad Transformador (OA) = Dmax (8h) = (carga cont. + carga Inter.) x Factor crecimiento

Capacidad Transformador (FA) = Dmax (15min) = Capacidad Transformador (OA) + Reserva(operacin simultnea) x Factor

crecimiento

Crecimiento futuro de la carga = 20%.

43

UNIVERSIDAD DE CARABOBO Equipo N________

FACULTAD DE INGENIERA Fecha ___________

CTEDRA DE SISTEMAS INDUSTRIALES

TALLER N 1

N Apellidos y Nombres N Cdula Firma

1

2

3

4

5

6

Tipo de grupo Actividades

Parte 1 Parte 2 Parte 3

Discusin (Identificar los integrantes por su nmero)

Observacin (Identificar los integrantes por

su nmero)

Evaluacin del Taller: __________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

44

Respuestas al Taller N1

Parte 1: Diagrama Unifilar del Sistema Elctrico de la Planta

Parte 2: Capacidad de los transformadores principales

Parte 3: Factores de carga, Demanda y Diversidad

45

UNIVERSIDAD DE CARABOBO Nombre___________________

FACULTAD DE INGENIERA Equipo N________

CTEDRA DE SISTEMAS INDUSTRIALES Fecha ___________

Actividades del Observador

1. Registre el comportamiento de cada uno de los integrantes del grupo de

discusin completando la tabla mostrada a continuacin y atendiendo las

siguientes pautas:

1. Parece dirigir la discusin a) poco b) mucho 2. Participacin a) poca b) la mayor parte del tiempo 3. Expresa lo que piensa a) libremente b) con dificultad 4. Interrumpe a) poco b) mucho 5. Escucha con atencin a) siempre b) a veces 6. Responde a) claro b) confuso 7. Resume las ideas a) poco b) mucho 8. Trata de clarificar las ideas o sugerencias a) poco b) mucho 9. Establece conclusiones pertinentes a) poco b) mucho

Nombres de los

Integrantes del Grupo

de Discusin

1 2 3 4 5 6 7 8 9

a b a b a b a b a b a b a b a b a b

2. Evale la actividad del Grupo de Discusin

3. Evale la actividad de Observacin (se logra el objetivo?, cules aspectos

son mejorables?, cul comportamiento es ms difcil de observar?)

CAPTULO 2

CONSIDERACIONES DEL VOLTAJE DEL SISTEMA

INTRODUCCIN

Los voltajes del sistema de potencia elctrico de las plantas industriales son

un aspecto esencial en el diseo del sistema debido a su incidencia en costos,

seguridad, expansiones futuras, etc. En este captulo se tratar sobre las

definiciones y trminos ms usados asociados con el voltaje del sistema, los voltajes

normalizados, los efectos de las variaciones de voltajes en los equipos de la planta,

la seleccin de los voltajes y el clculo de las cadas de voltaje en el sistema.

2.1 DEFINICIONES BSICAS

Las siguientes definiciones son tomadas de la norma COVENIN 159:1997, por

lo tanto, son las establecidas para los sistemas de potencia elctricos en todo el

pas.

Tensin nominal: es el valor asignado al circuito o sistema para la denominacin

de su clase de tensin. La tensin real a la cual funciona el circuito, vara dentro de

una banda que permita un funcionamiento satisfactorio del equipo.

Tensin mxima: es el mayor valor de la tensin que aparece en cualquier

instante y en cualquier punto del sistema en condiciones normales de

funcionamiento. Este valor excluye las variaciones momentneas de la tensin,

como aquellas debidas a maniobras en el sistema, causas accidentales o cambios

bruscos del rgimen de carga.

Tensin mnima: es el menor valor de la tensin que aparece en cualquier

instante y en cualquier punto del sistema en condiciones normales de

funcionamiento. Este valor excluye las variaciones momentneas de la tensin,

47

como aquellas debidas a maniobras en el sistema, causas accidentales o cambios

bruscos del rgimen de carga.

Variacin de Tensin: es el valor, en unidades de tensin, en cualquier instante

de la diferencia entre la tensin mxima y la tensin mnima en un punto del sistema,

con respecto a la tensin nominal. Este valor se puede expresar en tanto por ciento,

con su signo, con relacin a la tensin nominal del sistema.

Frecuencia Nominal: es el valor asignado al circuito o sistema para la

denominacin de su clase de frecuencia.

Variacin de frecuencia: es el valor, en Hz, de las diferencias entre los valores

mximo y mnimo de la frecuencia del sistema en cualquier instante, con respecto a

la frecuencia nominal del mismo. Este valor se puede expresar en tanto por ciento,

con su signo, con relacin a la frecuencia nominal del sistema.

Cada de tensin: es el valor, en unidades de tensin, de la diferencia entre la

tensin en un punto cualquiera del sistema con respecto la de otro punto ms

cercano a la fuente, tomado como referencia u origen, debido a la impedancia del

circuito elctrico. Este valor se puede expresar en tanto por ciento con relacin a la

tensin nominal del sistema.

Zona A: es la gama de tensiones comprendidas entre los lmites establecidos por

el punto de medicin de energa suministrada por las empresas de servicio elctrico

en condiciones normales de funcionamiento.

Zona B: es la gama de tensiones por encima y por debajo de los lmites de la

zona A, que resulta de las maniobras o emergencias en los sistemas de suministro

de energa elctrica.

Adicionalmente, a los trminos anteriormente definidos existen otros de uso

comn en la literatura tcnica, como son:

Tensin de servicio: es la tensin medida en el punto de suministro, es decir, en

el punto de conexin entre la empresa de servicio y el usuario.

Tensin de utilizacin: es el voltaje medido en los terminales del equipo.

Banda de Voltaje (voltage spread band): es la diferencia entre los voltajes

mximo y mnimo existentes en cualquier sistema de voltaje en condiciones

normales de operacin.

48

2.2 TENSIONES NOMINALES NORMALIZADAS DEL SISTEMA

Las tensiones normalizadas en el pas de acuerdo con la norma COVENIN

159: 1997, se dividen en dos clases: tensiones desde 100V hasta 1000V y tensiones

mayores de 1000V.

2.2.1 Tensiones normalizadas de 100V a 1000V

Las tensiones normalizadas se muestran en la tabla 2.1 y sus lmites se

mencionan en la tabla 2.2. La denominacin de las tensiones se debe hacer de

acuerdo con la columna de las tensiones nominales de la tabla 2.1, utilizando la

nomenclatura sealada en la tabla 2.3.

Tabla 2.1. Tensiones nominales de 100V a 1000V

Sistema Tensin Nominal (V)

Campo de Aplicacin Recomendado Fases N de Hilos

Monofsico

2 120 Residencial

3 120/240 Residencial, pequeo comercio y alumbrado pblico

3 240/480 Alumbrado pblico y campos deportivos

Trifsico

4 208Y/120 Residencial, comercial, edificaciones pblicas y pequeas industrias

3 240 Uso restringido

4 480Y/277 Comercial, edificios pblicos e industrial

3 480 Industrial

3 600 Industrial

Notas: Los usuarios deben establecer contacto con la empresa de servicio correspondiente a fin de conocer la tensin nominal que puede ser suministrada en la zona de utilizacin del equipo.

Ciertos quipos de control y proteccin tendran disponible un lmite de tensin mnima de 600V. El fabricante, el suministrador de energa o ambos, deben consultarse para asegurar una adecuada aplicacin.

Fuente COVENIN 159:1997

49

Tabla 2.2. Lmites permisibles de la tensin de servicio del sistema en el punto de medicin

Tensin nominal

(V)

Zona A Zona B

Tensin Mnima (V)

Tensin Mxima (V)

Tensin Mnima (V)

Tensin Mxima (V)

120 114 126 110 127

240 228 252 220 254

120/240 114/228 126/252 110/220 127/254

240/480 228/456 252/504 220/440 245/508

208Y/120 197Y/114 218Y/126 191Y/110 220Y/127

480Y/277 456Y/263 504Y/291 440Y/254 507/293

480 456 504 440 508

600 570 630 550 635

Fuente COVENIN 159:1997

Tabla 2.3. Nomenclatura de las tensiones para sistemas monofsicos de tres hilos de dos fases de un sistema trifsico.

Descripcin Nomenclatura

2 activos y neutro de un sistema 208 Y / 120 V 2 x 208 Y/ 120 V

2 activos y neutro de un sistema 240 / 120 V 2 x 240 / 120 V

2 activos y neutro de un sistema 480 Y / 277 V 2 x 480 Y/ 277 V

Fuente COVENIN 159:1997

2.2.2 Tensiones normalizadas superiores a los 1000V

Tensiones nominales de los sistemas de distribucin hasta 34,5 kV

Las tensiones normalizadas y sus lmites se muestran en la tabla 2.4. La

denominacin de las tensiones se debe hacer de acuerdo con la columna de las

tensiones nominales de la tabla 2.4 y se