Conferencia Introducción a las Redes de Distribución

7/24/2019 Conferencia Introduccin a las Redes de Distribucin

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2011

CONFERENCIACONFERENCIA

Introduccin a las redes elctricasIntroduccin a las redes elctricas

de distribucinde distribucin


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Aspectos a tratar:1. Introduccin.

2. Caractersticas de las cargas.

3. Caractersticas de las redes de distribucin primarias

segn su conexin.4. Disposicin y caractersticas del conductor neutro.

5. Caractersticas de las redes de distribucin primarias

segn su topologa.


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La estructura de los Sistemas Elctricos de Potencia (SEP) est

basada en una subdivisin vertical y otra horizontal como semuestra de orma muy sim!liicada en la i"ura 1#1#

TRANSMISIN

Subtransmisin Subtransmisin Subtransmisin

D 1riaD 1riaD 1riaD 1riaD 1riaD 1ria

D 2ria D 2ria D 2ria D 2ria D 2ria D 2ria

GENERACIN

Figura 1.1- Diagrama de bloques que muestra, de forma muy

simplificada, la estructura de un SEP. (Fuente: puntes sobre !edes

El"ctricas de Distribuci#n, $. S. %lamo&


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Figura 1.' Esquema tpico de suministro de energa el"ctrica a los

consumidores mostrando las transformaciones de tensi#n y los ni)eles de

tensi#n. (Fuente: *ua para Sistemas El"ctricos de Distribuci#n, .+.

Pansini&


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a& %a generaci#n que generalmente est

interconectada con otros SEP, mayores o menores

que "l a los que compra yo )ende energa

el"ctrica.

b& %a transmisi#n, que opera a las mayorestensiones (11-/ 0&, mane2a los mayores

bloques de energa el"ctrica y, aunque no aparece

representado en la figura, alimenta las cargas muy

grandes, enla3a las subestaciones importantes ylas estaciones generadoras del SEP controlando

la frecuencia, las tensiones y el flu2o de potencia

acti)a y reacti)a entre ellas.


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a& %a subtransmisi#n, que opera a tensiones

menores que la transmisi#n, no enla3a estacionesgeneradoras y puede considerarse como un primer

paso de distribuci#n de la energa el"ctrica. %a

figura 1.1 muestra que la subtransmisi#n alimenta

a la distribuci#n primaria y a cargas, que por su

tama4o, 2ustifican una alimentaci#n e5presa.

b& %a distribuci#n primaria que representa el ni)el

estructural ms ba2o de los SEP y como semuestra en la figura, alimenta a las redes de

distribuci#n secundaria y a consumidores

medianos en lo que se 2ustifica una alimentaci#n

e5presa desde este ni)el.


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$orizontalmente% los SEP estn ormados !or variosSEP ms !e&ue'os% no re!resentados en la i"ura 1#1%interconectados entre s !or lneas de transmisin &uetransmiten ener"a elctrica en ambos sentidos yaumentan considerablemente la coniabilidad y laleibilidad de la o!eracin de toda la redinterconectada#

El sistema de distribucin es re"ularmente i"ual en

ca!ital invertido a las acilidades de la "eneracin# Lasuma de stos tambin "eneralmente constituye cercadel *0+ de la inversin total del sistema# Por eso esim!ortante el cuidadoso estudio econmico al realizar

una inversin de stas#


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,na clsica deinicin de un com!leto sistemade distribucin% desde el !unto de vistain"enieril% incluye el volumen de subestacionesde uerza% la subtransmisin% la subestacin de

distribucin% el alimentador !rimario% eltransormador de distribucin% secundarios yservicios#

Las redes de distribucin !rimaria o!eran aniveles de tensin medios com!rendidos entre2%-0 y 1.%* /% aun&ue en ciudades muy "randes

!ueden ser mucho ms altos#


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Su uncin es distribuir la ener"a elctrica alos consumidores residenciales% comerciales%industriales !e&ue'os% y del alumbrado !blico#

omo se mostr en la i"ura 1#2% losconsumidores "randes son usualmentealimentados directamente desde lasubtransmisin y si son muy "randes%

directamente de la transmisin#


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Caractersticas de las Cargas,n consumidor aislado% no inluye en orma sustancialen el r"imen de car"a de un sistema% a menos &ue seamuy "rande3 es !or lo "eneral el con4unto de usuariosaines con caractersticas !ro!ias el &ue determina elr"imen de car"a#5e lo e!uesto se deduce &ue las variaciones diariastotales de!endern en mayor o menor "rado del

com!ortamiento de las car"as 6unitarias7 &ue ormen elcon4unto#


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8eneralmente las car"as se clasiican% se"n los usoselctricos% de la si"uiente orma9

Residenciales:

1),rbanas2):urales

Comerciales:

1);reas centrales

2)entros comerciales% tiendas

.)Ediicio comerciales


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Industriales:

1)Pe&ue'as !lantas

2)8randes !lantas


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Factores Caractersticos de lasCargas


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5emanda9 Para un inter)alo de tiempo dado, sedefine la demanda como el )alor promedio que

durante este tiempo es capa3 de portar la misma

energa que la carga con sus )ariaciones reales.

La!so de demanda9 es el perodo en el cual sepromedia la carga (para determinar la demanda&.

Puede ser 18 minutos, 9 minutos o ms.


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El dia"rama (curva) de car"arepresenta la cargaen funci#n del tiempo, frecuentemente esta

representaci#n se lle)a a )alores por unidad(relati)os&. Puede cubrir un perodo diario, o ms.

%os datos de la cur)a de carga se pueden

representar ordenados por )alor, cur)a de carga -

duraci#n.


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Figura 1.' *rfico de demanda tpico del tipo de carga

residencial. (Fuente: Softare !D;% /.,


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E4em!lo de a"ru!acin de un con4unto decar"as9


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5emanda no coincidente9 suma de las demandasde un grupo de cargas sin restricciones en el

inter)alo en que cada carga se presenta.

=actor de demanda9 relaci#n entre la m5imademanda del sistema y la carga total conectada del

sistema.

DF = mxima demanda / demanda total (1.1)

ar"a conectada9 suma de las demandas (cargaque pueden absorber con continuidad& de los

aparatos conectados al sistema (o a una parte&.


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=actor de utilizacin9 relaci#n entre la m5ima demanda deun sistema y la capacidad nominal del sistema, o de unaparte, la capacidad nominal puede ser definida por criterio

t"rmico o por cada de tensi#n.

Fu = mxima demanda / capacidad nominal del sistema(1.2)

=actor de !lanta9relaci#n de la energa total producida, en undeterminado lapso, y la energa que podra producirse en el

mismo tiempo con la m5ima potencia nominal de la planta.Factor de planta = ener!a producida / (capacidad nominal

" #iempo)

(1.$)


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=actor de car"a9relaci#n entre la carga promedio enun determinado perodo y la carga pico de esemismo perodo. Este factor se puede definir diario,

mensual, anual, %n la &iura 1.$ se aprecia 'ue el

&actor de cara indica como dos consumidorescon la misma demanda mxima utilian el

sericio de suministro de ener!a el*ctrica en

di&erentes cantidades durante un per!odo de 2+

,oras, un actor de car"a mayor indica un mayorconsumo de ener"a#

F-D = cara promedio / pico de cara (1.+)


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Figura 1.9 Factor de carga para dos consumidores con la

misma demanda m5ima. (*ua para Sistemas El"ctricos

de Distribuci#n, .+. Pansini&


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=actor de diversidad9 suma de las demandasm5imas indi)iduales, di)idido la demanda

m5ima coincidente, en la figura 1.9 se muestra

un e2emplo de clculo del factor de di)ersidad.

FD = (D1 D2 D$... Dn)/ Dc (1.)


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Figura 1.> E2emplo de clculo del factor de di)ersidad.

(*ua para Sistemas El"ctricos de Distribuci#n, .+.

Pansini&


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=actor de coincidencia9 es la relaci#n entre la m5imademanda total coincidente de un grupo de cargas, y la sumade las m5imas demandas indi)iduales.

FC = 1 / FD (1.0)

5iversidad de car"a9es la diferencia entre la suma de lospicos de dos o ms cargas indi)iduales y el pico de las

cargas combinadas.

-D = (D1 D1 D$...Dn) Dc (1.)

=actor de contribucin9es el factor con que contribuye unacarga indi)idual a la m5ima demanda del con2unto.

Dc= c1" D1 c2" D2 c$" D$... cn" Dn (1.3)


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=actor de !rdidas9 relaci#n entre las p"rdidaspromedio y las p"rdidas en el pico de carga.

F-4 = p*rdidas promedio / p*rdidas en el pico(1.5)

Esta relaci#n es )lida para las p"rdidas

dependientes de la carga, p"rdidas en el cobre,

pero no para las p"rdidas en )aco, p"rdidas en el?ierro.


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:elacin entre actores de car"a y !rdidasEl factor de p"rdidas no es determinable a partir del factor decarga

Si se dispone del diagrama de carga ?orario, o el diagrama

ordenado, se puede obtener el diagrama de p"rdidas y los

)alores F%D y F%S.Para un sistema de distribuci#n, @uller y 7oodro (%oad

factor equi)alent ?our )alues compared - Electrical 7orld - )ol

A', B ', 2uly 1>, 1A'/, pag 8A-C& propusieron una f#rmula

utili3able en estos casos:

F-4 = c " F-D c " F-D62 (1.13)

Donde c es un coe&iciente aria7le 'ue depende de

aproximaciones estad!sticas.


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%as e5presiones ms com6nmente empleadas para el clculo

del factor de p"rdidas son:

F-4 = 8.$ " F-D 8. " F-D62 prctica americana

F-4 = 8.+ " F-D 8.0 " F-D62 prctica europea


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Crecimiento de la cara


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Caractersticas de las Redes de distribucin

primarias segn su conexin

La !rctica ms "eneral es alimentar los circuitos dedistribucin desde una uente sim!le llamada

subestacin de distribucin !rimaria &ue se alimenta"eneralmente de la subtransmisin# La conein de lostransormadores de esta subestacin !or el lado de ba4atensin (secundario de la subestacin% !ero !rimario del

circuito) !uede ser delta () o estrella (>)# 5icha coneindetermina la clasiicacin de las :edes de 5istribucinPrimaria% se"n su conein% en aisladas de tierra () oconectadas a tierra (>)#


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Y

120/208

120 240

240/480

Ramal

Ramal

Ramal

Alimnta!"r 1

Alimnta!"r2

Alimnta!"r#

120/2401$

%

%

120/240

240/480 %

Figura 1./ Diagrama monolineal de un circuito primario de

distribuci#n aislado de la tierra (&.


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Ramal

Ramal

Ramal

Alimnta!"r 1

Alimnta!"r2

Alimnta!"r#

120/240 %1$

120/208 %

120/240V

240/480V

120/240V

240/480V

Y

Y Y

V

Figura 1.A Diagrama monolineal de un circuito primario de

distribuci#n conectado a tierra (&.


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5is!osicin y caractersticas del conductor neutro#En las redes de distribuci#n urbana el conductor neutro corre

2unto con los conductores de fase. Si el circuito est conectado

en estrella el neutro tiene la doble funci#n de neutro primario y

neutro secundario. Si el circuito est conectado en delta sufunci#n es s#lo la de neutro secundario.

En ambos casos, para lograr una cone5i#n a tierra efecti)a, el

neutro se conecta a la malla de tierra de la subestaci#n y se )a

conectando a tierra donde quiera que ?aya un banco detransformadores, de capacitores, cuc?illas desconecti)as,

recerradores, etc"tera mediante una )arilla de bronce, ?ierro

gal)ani3ado o recubierta de cobre de unos 9 m de largo.


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En las redes de distribuci#n urbanas conectadasen , es recomendable no conectar a tierra el

neutro de los bancos de transformadores

secundarios conectados en por )arias ra3ones:

1&E)itar la operaci#n del banco en estrellaincompleta (& delta abierta (&cuando falla una

fase o un transformador.

'&E)itar que circule dentro de la delta la corrientede secuencia cero debida al desbalance de las

cargas. Ello e)ita un sobrecalentamiento adicional

de los transformadores.


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1& Permite formar la delta con transformadorescuyas impedancias de cortocircuito son

diferentes.

'& Permite formar la delta con transformadores quetengan deri)aciones diferentes.

9& l no e5istir componente de secuencia cero en

las corrientes de cortocircuito, esta cone5i#n

disminuye el ni)el de cortocircuito.


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Comparacin entre los sistemas conectados ;aislados de tierra.

Con respecto a la inersin inicial

1&%a in)ersi#n inicial, tanto en la creaci#n como en

la ampliaci#n de las redes de distribuci#n urbanas

conectadas en delta es ms costosa que en los

sistemas conectados en estrella por )arias ra3ones:

'&%os ramales monofsicos de los circuitosconectados en delta son entre fases por lo que

utili3an un aislador ms por poste que los

conectados en (figura 1.1&.


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A

AB

n

Figura 1.1 B6mero de aisladores en los ramales

monofsicos entre fases y entre una fase y el neutro.


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9& En los bancos formados por uno o dos transformadores se

necesita un pararrayos y un interruptor portafusible (Drop-

ut& mas por fase. (figuras 1.11 y 1.1'&.

O

B

A

O

A

?

OO

OO

Figura 1.11


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OO

OO

OO

OO

OO

A

B B

C C

A Y

Figura 1.1'


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5eteccin de las allas &ue com!renden latierra#

1&En los sistemas conectados en estrella con el

neutro conectado a tierra de forma efecti)a, lasfallas a tierra son detectadas rpidamente y

eliminadas por las protecciones de sobrecorriente

del circuito.

'&En los sistemas conectados en delta, las fallas a

tierra no son detectadas pudiendo estar una de las

tres fases conectada a tierra sin que se cono3ca.


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Se"uridad del !ersonal de o!eracin ymantenimiento#

CA CCCBO

O

C

B

A

Pararrayos

Figura 1.19


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En o!eracin normal% las tensiones entre las fases , @ y .%os sistemas puestos a tierra a tra)"s de una resistencia

tienen muy buen comportamiento con respecto a las

sobretensiones.


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enta


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Desenta


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Caractersticas de las Redes de distribucin

primarias segn su topologa

Seg6n su topologa, es decir, seg6n la forma en que

est"n dispuestos sus alimentadores y ramales, los

circuitos de distribuci#n urbana pueden ser:

1&!adiales.

'&En la3o, que puede ser por el primario o por el

secundario.9&En malla o red (Jnetor0K& que puede ser por el

primario con el secundario radial o por el secundario

con el primario radial.


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Circuitos de distri7ucin radiales a*reos.

Ln circuito es radial cuando la energa el"ctrica tiene una

sola trayectoria desde la subestaci#n ?asta la carga. %as

figuras 1.1> y 1.18 son e2emplos tpicos de circuitosradiales muy simplificados. %a mayor parte de los circuitos

de subtransmisi#n y distribuci#n son radiales. De los

alimentadores, tambi"n llamados troncos principales, se

)an sir)iendo los diferentes consumidores de un rea

determinada en una de dos formas:


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1. Mediante un ser)icio e5clusi)o a los

consumidores medianos como ?ospitales,

talleres, fbricas medianas, comercios grandes,

etc"tera y'. Mediante los transformadores de distribuci#n

secundaria a los consumidores residenciales,

comercios peque4os, cinemat#grafos, el

alumbrado p6blico, etc"tera. (Figura 1.1>&.


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CONSUMIDORES MEDIANOS

120/240 V 120/208 V 1F

240 V 208 V 3F

VIVIENDAS COMERCIOS

CINES E!C"!ERA#120/240 V 120 208 1F#

D$s%r$&'($n

S)('n*ar$a#

Figura 1.1> Formas bsicas de distribuci#n de la carga

en los circuitos de distribuci#n urbana radiales a"reos.


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O O

O

O

O

O

OO

PNC

NC

NC

NA

A

B

S'&)s%a($n *)D$s%r$&'($nPr$+ar$a#

C

D

,1-

,2-

,3-

,4-

Figura 1.18 Enlace entre dos alimentadores radiales

mediante los que se mantiene el ser)icio durante una falla

permanente.


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enta


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Desenta


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Circuitos con lao por el primario.

%os circuitos con la3o en el primario se utili3an en las reas

donde la densidad de carga est entre mediana y grande. $ay

dos formas bsicas para este tipo de la3o. %a primera ya se)io. Surge cuando en un circuito radial se cierra

permanentemente, mediante un interruptor instalado en un

enlace de emergencia de un circuito de distribuci#n radial

(Figura 1.18&. Este interruptor posee una protecci#n de

sobrecorriente instantnea y se abre, en caso de falla, de2andoel alimentador sin ser)icio por lo que no incrementa laconiabilidad del servicio#


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%a otra )ariante del la3o primario se muestra en lafigura 1.1C. Se utili3a principalmente en las

industrias. Su ob2eti)o principal es me4orar laconiabilidad del servicio# Para lograr este ob2eti)ose instalan )arios interruptores, usualmente con

protecci#n de sobrecorriente direccional, que estn

coordinados de forma tal, que si ocurre un

cortocircuito en una secci#n disparan dosinterruptores, abren el la3o, pero ninguna carga se

queda sin ser)icio.


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Car.a Car.a

Car.a

1

2

3 4

8

Figura 1.1C %a3o primario para me2orar la confiabilidad

del ser)icio.


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ircuitos conectados en malla o red !or el secundario(6Secundary@AetBor/7)

Estos circuitos de distribuci#n reciben este nombre porque

sus elementos secundarios (en este caso los

transformadores de distribuci#n& estn conectados entre sformando una malla o red como se muestra

esquemticamente en la figura 1.1O Esta cone5i#n puede

aparecer tambi"n por el primario, pero su mayor utili3aci#n

es en las redes de distribuci#n secundaria de ba2a tensi#n.


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Y

Y

Y

Y

Y

Y

S)('n*ar$o

120/208

V,

Y-

A

B

C

F's$

&3)

In%)

rr'4%or

Figura 1.1O


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9rincipales caracter!sticas de los circuitos conectados en

malla por el secundario.

Es el ms confiable y el que ofrece mayor calidad en el

ser)icio el"ctrico.

%os alimentadores primarios son radiales y pueden partir desubestaciones distintas para aumentar la confiabilidad del

circuito.

Para la misma carga, requiere un n6mero menor de

transformadores que el radial, porque al estar todos lostransformadores en paralelo, la carga se reparte entre ellos.

Es el ms costoso por lo que se utili3a s#lo en las 3onas de

alta densidad de carga.


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simila fcilmente los aumentos de la carga.

Pueden darse mantenimientos y reali3arse inspecciones

sin quitar el ser)icio el"ctrico.

Son soterrados por requerimientos est"ticos.

Por lo general, estn conectados en delta por el primario y

su tensi#n secundaria es 1''/ conectado en estrella con

el neutro s#lidamente conectado a tierra.


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9rotecciones especiales de los circuitos con malla en elsecundario.

En los circuitos de distribuci#n con malla en el secundario las

corrientes de cortocircuito son muy altas debido a la ba2a

tensi#n y a que todos los transformadores tienen sussecundarios conectados en paralelo. Si ocurre un cortocircuito

en alg6n alimentador, la corriente de cortocircuito es tan grade,

que se elimina por la fusi#n del propio conductor. Sin embargo,

los consumidores s#lo notan un peque4o parpadeo en las

luces y la red continuar funcionando normalmente alimentada

por ambas cabe3as.


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Fusi7les limitadores (>limiters?)

%a figura 1.1O muestra cuatro fusibles en los puntos donde

se conectan los transformadores al secundario conectado en

malla. Su funci#n es proteger al cable en los casos en que la

corriente de cortocircuito no es lo suficientemente grande

como para fundirlo y s para da4arle el aislamiento por

temperatura etendiendo la alla a todo el cable#

El fusible limitador es un fusible con un tiempo de operaci#n

muy lento para que no se funda antes que el conductor si lacorriente es "rande#


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9roteccin contra 7a


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9roteccin contra potencia inertida.

%a protecci#n contra potencia in)ertida e)ita que al quedar fuera

de ser)icio un alimentador primario, los transformadores a "l

conectados se energicen por el secundario con)irti"ndose en

transformadores ele)adores de tensi#n y en fuentes de

cortocircuito. Esta protecci#n es tan sensible, que es capa3 deoperar con las p"rdidas de ?ierro de los transformadores si

"stas fueran suministradas desde el secundario.

Desde el punto de )ista de la protecci#n del personal que opera

estos circuitos, la energi3aci#n de los transformadores por elsecundario puede pro)ocar accidentes gra)es y por ello, cuando

esta protecci#n opera, ?ay que restablecer el ser)icio

manualmente.


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Circuitos conectados en malla o red por el primario(>9rimar;@etBor?)

%os circuitos de distribuci#n con malla o red por el primario

se utili3an principalmente en las 3onas urbanas. Por lo

general, dic?os circuitos necesitan un mayor n6mero desubestaciones (algo ms peque4as& y ms circuitos de

subtransmisi#n para alimentar dic?as subestaciones que

los circuitos radiales. Pero por otro lado, ofrecen una me2or

regulaci#n de la tensi#n, un menor parpadeo Jflic0erK de las

luces, una mayor continuidad, fle5ibilidad y confiabilidad del

ser)icio y se comparan econ#micamente con los circuitos

radiales en aquellas 3onas donde la densidad de carga es

mayor que 11C 00m'.


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C#S!#

C#S!#

C#S!#

C#S!#

C#S!#

!# *)*$s%r$

C$r('$%osS)('n*ar$os

!#S!# !#S!#

!#S!# !#S!# !#S!#

Figura 1.1/


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