TRANSPORTE DE ENERGÍA ELÉCTRICA (1)

Transcripción

1 TRANSPORTE DE ENERGÍA ELÉCTRICA () a) Se genera la energía eléctrica con tensiones de hasta 30 k y se eleva en la central a Alta Tensión (A.T.) -de 66 hasta 400 k (excepcionalmente hasta 200 k en Rusia)-. b) Se transporta en A.T. hasta las proximidades de los centros de consumo donde se reduce a Media Tensión (M.T.) -de 3 a 30 k-. c) Se realiza una distribución primaria de la energía con estas tensiones para luego reducirla a Baa Tensión (B.T.) -menor que 000 en c.a. y 500 en c.c.- en los Centros de Transformación (C.T.). d) Se realiza la distribución secundaria de la energía eléctrica en B.T.

2 TRANSPORTE DE ENERGÍA ELÉCTRICA (2) Se pueden distinguir dos tipos de transporte: TRANSMISIÓN Transporte de la energía propiamente dicho. Se realiza en Alta Tensión. Se utilizan líneas que no suelen tener ramificaciones. DISTRIBUCIÓN Hay dos distribuciones: Distribución primaria a Media Tensión hasta los centros de transformación. Distribución secundaria en Baa Tensión desde los centros de transformación hasta los consumidores. En la distribución hay líneas ramificadas. La distribución puede ser Radial o en Anillo (y también en malla) y realizarse con c.a. monofásica, trifásica o, más raramente, con corriente continua.

3 DISTRIBUCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA () RADIAL Esquema trifilar de una distribución radial en trifásica Esquema unifilar de una distribución radial en trifásica

4 DISTRIBUCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA (2) EN ANILLO Esquema trifilar de una distribución en anillo en trifásica Esquema unifilar de una distribución en anillo en trifásica

5 LÍNEAS ELÉCTRICAS () Pueden realizarse mediante conductores desnudos (sobre soportes aislantes) o aislados. CONDUCTORES Formas constructivas: a) Hilos o alambres: de sección cilíndrica maciza y diámetro no superior a 7 mm. b) Barras rígidas o pletinas: de sección rectangular. Se utilizan para transportar fuertes corrientes en distancias cortas. c) Cables: Compuesto de alambres agrupados. Hay un alma o núcleo central y alrededor de él se colocan varias capas de conductores con torsión helicoidal. En el cable aluminio-acero el alma es de acero y los conductores de aluminio. Materiales: a) Cobre. ρ 20 /56 Ω mm 2 /m b) Aluminio. ρ 20 /35 Ω mm 2 /m c) Aleaciones especiales (Almelec, Aldrey,...) (ρ 20 : resistividad a 20ºC)

6 AISLANTES LÍNEAS ELÉCTRICAS (2) Los materiales aislantes utilizados para las líneas se pueden clasificar en: a) Papel impregnado b) Termoplásticos (se ablandan con el calor): - Policloruro de vinilo (PC) - Polietileno c) Termoestables (sólo son plásticos al calentarlos por primera vez): - Polietileno reticulado (XLPE) - Etileno-propileno (EPR) d) Elastómeros (son elásticos a temperatura ambiente): - Caucho natural (goma) - Caucho butílico e) Especiales Las líneas eléctricas pueden ser aéreas o subterráneas.

7 CABLES PARA LÍNEAS SUBTERRÁNEAS ()

8 CABLES PARA LÍNEAS SUBTERRÁNEAS (2)

9 CABLES PARA LÍNEAS SUBTERRÁNEAS (3) Cable tripolar con conductores apantallados (de campo radial)

10 PARÁMETROS DE LAS LÍNEAS ELÉCTRICAS () RESISTENCIA (R) R 0 ρ S Ω/m R 0 Resistencia de cada hilo por unidad de longitud (en Ω/m) ρ Resistividad del conductor (en Ω mm 2 /m) l Longitud del conductor (en m) S Sección del conductor (en mm 2 ) R varía con la temperatura y puede ser diferente en c.c. y en c.a. debido al efecto piel. CONDUCTANCIA O PERDITANCIA Indica las pérdidas que se producen a lo largo de la línea por fenómenos tales como el efecto corona, la derivación de corriente en los aisladores, etc. No se tiene en cuenta en líneas cortas (de menos de 50 km).

11 PARÁMETROS DE LAS LÍNEAS ELÉCTRICAS (2) AUTOINDUCCIÓN (L) Es mayor en las líneas aéreas que en los cables aislados. En el caso de líneas de corta longitud (de menos de 50 km) la reactancia inductiva se tiene en cuenta para las líneas aéreas, pero se desprecia para los cables aislados. Línea bifilar: d L0 0,5 + 4,6 log 0 a 4 (H/km) L 0 Autoinducción de cada hilo por unidad de longitud (en Henrios/km) d Separación entre los dos conductores (en mm) a Radio de los conductores (en mm) Línea trifilar: ale también la expresión anterior. Si la disposición de los 3 conductores no es simétrica: d 3 d d2 d3

12 CAPACIDAD (C) PARÁMETROS DE LAS LÍNEAS ELÉCTRICAS (3) Es más grande en los cables aislados que en las líneas aéreas. En cualquier caso, este parámetro se desprecia para el estudio de líneas cortas (de menos de 50 km), tanto aéreas como cables aislados. Línea bifilar: C 0 0,024 d log a (µf/km) C 0 Capacidad respecto a tierra por unidad de longitud (en µf/km) a y d Igual que para la autoinducción Línea trifilar: ale también la expresión anterior para calcular la capacidad de cada fase con respecto a tierra. Para que las fases de la línea trifilar sean simétricas se realiza la transposición de sus conductores:

13 ELÉCTRICOS CRITERIOS DE CÁLCULO DE LÍNEAS ELÉCTRICAS * Por calentamiento o intensidad máxima admisible. * Por caída de tensión Para líneas cortas (de menos de 50 km) se calcula la caída de tensión a base de estos criterios: - Se supone que en todos los puntos de la línea las tensiones están aproximadamente en fase. - En líneas aéreas se tiene en cuenta la resistencia y la autoinducción. En cables aislados sólo la resistencia. - La máxima caída de tensión admisible para líneas de B.T. se indica en el Reglamento Electrotécnico de Baa Tensión de agosto de * Por corriente de cortocircuito (no es necesario en B.T.) MECÁNICOS ECONÓMICOS

14 PREISIÓN DE CARGAS POTENCIA INSTALADA Es la suma de las potencias de todas las cargas de una instalación eléctrica. En algunas instalaciones se podrá determinar de manera bastante precisa porque se conocen la mayor parte de las cargas que se van a conectar: talleres, industrias, obras,... En otras (viviendas, locales comerciales, oficinas,...) habrá que realizar una estimación de la potencia instalada. Así, la ITC-BT-0 da las pautas para conocer la potencia instalada en edificios en función de su superficie, la actividad que se desarrolla en ellos, etc. POTENCIA DE CÁLCULO Es la potencia a considerar para el cálculo de la instalación. Se obtiene aplicando una serie de coeficientes a la potencia instalada. Estos coeficientes son aproximados y siempre tienen un margen de incertidumbre. Los coeficientes más utilizados son: * Coeficiente de simultaneidad * Coeficiente de utilización * Coeficiente de mayoración

15 COEFICIENTE DE SIMULTANEIDAD (K S ) En una instalación eléctrica con varias cargas lo habitual es que nunca estén todas conectadas simultáneamente. El coeficiente de simultaneidad es un coeficiente inferior o igual a la unidad que multiplicado por la potencia instalada da la máxima potencia que llegará a demandar la instalación (que se producirá cuando esté conectada el máximo de carga susceptible de funcionar simultáneamente). COEFICIENTE DE UTILIZACIÓN (K u ) Es un factor inferior a la unidad que tiene en cuenta que una carga no siempre funciona con su potencia máxima.

16 COEFICIENTE DE MAYORACIÓN (K O ) Es un coeficiente mayor que la unidad que se aplica a cierto tipo de cargas. MOTORES En el momento del arranque de un motor se producen unas corrientes elevadas, superiores a su corriente de funcionamiento normal. El cable que alimenta el motor debe estar diseñado para que aguante estas corrientes de arranque. La ITC-BT-47 indica que las líneas que alimentan motores deben dimensionarse suponiendo que el motor de mayor potencia demanda una corriente igual al 25% de su corriente nominal (K O,25). LÁMPARAS DE DESCARGA Las lámparas de descarga (fluorescentes, de vapor de sodio, de vapor de mercurio,... ) necesitan de una serie de accesorios para poder funcionar (balasto, cebador,... ). Si se conoce la potencia del conunto lámpara-accesorios, ésta será la que se utilice en los cálculos. Si sólo se conoce la potencia de la lámpara, la ITC-BT-44 señala que se debe utilizar un coeficiente K O,8. (En realidad la ITC indica un factor K O,8 cos ϕ, pero en la práctica se trabaa con un valor de,8).

17 INTENSIDADES MÁXIMAS ADMISIBLES EN LOS CONDUCTORES POR CALENTAMIENTO * Al pasar corriente por un conductor se producen pérdidas de tipo Joule debidas a su resistencia. Estas pérdidas elevan la temperatura del conductor. * Si la corriente es excesiva la temperatura que alcanza el conductor puede dañarlo a él o a su aislamiento. * Por lo tanto, para un conductor habrá una corriente máxima que puede circular por él sin que se alcancen temperaturas peligrosas. * Esta corriente máxima depende de las características del conductor y de su aislamiento, así como de cómo está instalado y de las condiciones ambientes. * En las normas UNE y en el Reglamento Electrotécnico de Baa Tensión se indican las corrientes máximas que pueden soportar los diferentes tipos de líneas.

18 TABLA 52-B (UNE :2004) Métodos de instalación de referencia Instalación de referencia y columna Intensidad admisible para los circuitos simples Aislamiento Aislamiento PC XLPE o EPR Número de conductores Conductores aislados en un conducto en una pared térmicamente aislante A columna 4 columna 3 columna 7 columna 6 Cable multiconductor en un conducto en una pared térmicamente aislante A2 columna 3 columna 2 columna 6 columna 5 Conductores aislados en un conducto sobre una pared de madera o mampostería B columna 6 columna 5 columna 0 columna 8 Cable multiconductor en un conducto sobre una pared de madera o mampostería B2 columna 5 columna 4 columna 8 columna 7 Cables unipolares o multipolares sobre una pared de madera o mampostería C columna 8 columna 6 columna columna 9 Cable multiconductor en conductos enterrados D A.52-2 bis columna 3 A.52-2 bis columna 4 A.52-2 bis columna 5 A.52-2 bis columna 6 Cable multiconductor al aire libre Distancia al muro no inferior a 0,3 veces el diámetro del cable E columna 9 columna 7 columna 2 columna 0 Cables unipolares en contacto al aire libre Distancia al muro no inferior al diámetro del cable F columna 0 columna 8 columna 3 columna Cables unipolares espaciados al aire libre Distancia entre ellos como mínimo el diámetro del cable G --- er UNE er UNE XLPE: Polietileno reticulado EPR: Etileno-propileno PC: Policloruro de vinilo

19 Método de instalación de la tabla 52-B TABLA A.52- BIS (UNE :2004) Intensidades admisibles en amperios (Cables con una tensión nominal no superior a k en c.a. y a,5 k en c.c.) Temperatura ambiente 40 C en el aire Número de conductores cargados y tipo de aislamiento A PC3 PC2 XLPE3 XLPE2 A2 PC3 PC2 XLPE3 XLPE2 B PC3 PC2 XLPE3 XLPE2 B2 PC3 PC2 XLPE3 XLPE2 C PC3 PC2 XLPE3 XLPE2 E PC3 PC2 XLPE3 XLPE2 F PC3 PC2 XLPE3 XLPE Sección mm 2 Cobre,5,5 3 3, , , ,5 8, , Aluminio 2,5,5 2 3, , ,5 27, , XLPE: Polietileno reticulado (90ºC) EPR: Etileno-propileno (90ºC) PC: Policloruro de vinilo (70ºC)

20 TABLA A.52-2 BIS (UNE :2004) Intensidades admisibles en amperios (Cables con una tensión nominal no superior a k en c.a. y a,5 k en c.c.) Temperatura ambiente 25 ºC en el terreno Método de instalación D D Número de conductores cargados Sección y tipo de aislamiento mm 2 PC2 PC3 XLPE2 XLPE3 Cobre,5 20,5 7 24,5 2 2,5 27,5 22,5 32,5 27, Aluminio 2,5 20,5 7 24, ,5 22,5 32,5 27, XLPE: Polietileno reticulado (90ºC) EPR: Etileno-propileno (90ºC) PC: Policloruro de vinilo (70ºC)

21 TABLA A.52-3 (UNE :2004) Factores de reducción por agrupamiento de varios circuitos o de varios cables multiconductores (a utilizar con los valores de intensidades admisibles de la tabla ) Punto Disposición Número de circuitos o de cables multiconductores Empotrados o,00 0,80 0,70 0,70 0,55 0,50 0,45 0,40 0,40 embutidos 2 Capa única sobre,00 0,85 0,80 0,75 0,70 0, los muros o los suelos o bandeas no perforadas 3 Capa única en el 0,95 0,80 0,70 0,70 0,65 0, techo 4 Capa única sobre,00 0,90 0,80 0,75 0,75 0, bandeas perforadas horizontales o verticales 5 Capa única sobre,00 0,85 0,80 0,80 0,80 0, escaleras de cables, abrazaderas, etc.

22 INTENSIDADES MÁXIMAS ADMISIBLES EN CABLES PARA B.T. AL AIRE (b) (Cables con una tensión nominal no superior a k en c.a. y a,5 k en c.c.) XLPE: Polietileno reticulado EPR: Etileno-propileno PC: Policloruro de vinilo

23 INTENSIDADES MÁXIMAS ADMISIBLES EN CABLES PARA B.T. ENTERRADOS (b) (Cables con una tensión nominal no superior a k en c.a. y a,5 k en c.c.) XLPE: Polietileno reticulado EPR: Etileno-propileno PC: Policloruro de vinilo

24 TABLA 52-B (UNE :2004) Métodos de instalación de referencia y columna Intensidad admisible para los circuitos simples Aislamiento Aislamiento PC XLPE o EPR Instalación de referencia Número de conductores Conductores aislados en un conducto en una pared térmicamente aislante Cable multiconductor en un conducto en una pared térmicamente aislante Conductores aislados en un conducto sobre una pared de madera o mampostería Cable multiconductor en un conducto sobre una pared de madera o mampostería Cables unipolares o multipolares sobre una pared de madera o mampostería Cable multiconductor en conductos enterrados Cable multiconductor al aire libre Distancia al muro no inferior a 0,3 veces el diámetro del cable Cables unipolares en contacto al aire libre Distancia al muro no inferior al diámetro del cable Cables unipolares espaciados al aire libre Distancia entre ellos como mínimo el diámetro del cable A A2 B B2 C D E F columna 4 columna 3 columna 6 columna 5 columna 8 A.52-2 bis columna 3 columna 9 columna 0 G --- columna 3 columna 2 columna 5 columna 4 columna 6 A.52-2 bis columna 4 columna 7 columna 8 er UNE columna 7 columna 6 columna 0 columna 8 columna A.52-2 bis columna 5 columna 2 columna columna 6 columna 5 columna 8 columna 7 columna 9 A.52-2 bis columna 6 columna 0 columna er UNE XLPE: Polietileno reticulado (90ºC) EPR: Etileno-propileno (90ºC) PC: Policloruro de vinilo (70ºC) K ρ 20 Cobre: ρ 20 /56 Ω mm 2 /m; Aluminio: ρ 20 /35 Ω mm 2 /m ρ θ Para el cobre y el aluminio: θ 70ºC K θ,20; θ 90ºC K θ,28 POTENCIAS NORMALIZADAS DE TRANSFORMADORES (EN ka): 5, 0, 5, 20, 30, 50, 75, 00, 25, 60, 200, 250, 35, 400, 500, 630, 800, 000, 250, 600, 2000 FACTORES DE MAYORACIÓN K O :,25 para motores y,8 para lámparas de descarga TABLA A.52- BIS (UNE :2004) Intensidades admisibles en amperios Temperatura ambiente 40 C en el aire Método de instalación de la tabla Número de conductores cargados y tipo de aislamiento 52-B A PC3 PC2 XLPE3 XLPE2 A2 PC3 PC2 XLPE3 XLPE2 B PC3 PC2 XLPE3 XLPE2 B2 PC3 PC2 XLPE3 XLPE2 C PC3 PC2 XLPE3 XLPE2 E PC3 PC2 XLPE3 XLPE2 F PC3 PC2 XLPE3 XLPE Sección mm 2 Cobre,5,5 3 3, , , ,5 8, , Aluminio 2,5,5 2 3, , ,5 27, , XLPE: Polietileno reticulado (90ºC) EPR: Etileno-propileno (90ºC) PC: Policloruro de vinilo (70ºC)

25 CAÍDAS DE TENSIÓN ADMISIBLES (Según ITC BT 9) Caso general Caídas máximas de tensión admisibles entre el origen de la instalación y cualquier punto de utilización: * Para alumbrado: 3% * Para los demás usos: 5% Instalaciones con transformador A.T./B.T. Instalaciones que se alimenten directamente en Alta Tensión y tienen un transformador propio desde el cuál se distribuye en B.T. Caídas de tensión máxima admisibles entre la salida del transformador y cualquier punto de utilización: * Para alumbrado: 4,5% * Para los demás usos: 6,5%

26 RESISTIIDAD A UTILIZAR PARA CALCULAR LAS CAÍDAS DE TENSIÓN * Se debe tener en cuenta que la resistividad ρ aumenta con la temperatura. Por lo tanto, se utilizará el valor de la resistividad a la máxima temperatura que aguante el aislamiento: - Policloruro de vinilo (PC): 70ºC - Etileno-propileno (EPR): 90ºC - Polietileno reticulado (XLPE): 90ºC * La resistividad a la temperatura θ vale: ρ Kθ ρ 20 ρ 20 es la resistividad a 20ºC: Cobre: ρ 20 /56 Ω mm 2 /m Aluminio: ρ 20 /35 Ω mm 2 /m K θ es un coeficiente que depende del material conductor y de la temperatura θ. Para el cobre y el aluminio se tienen valores de K θ prácticamente iguales: θ 70ºC: K θ,20 θ 90ºC: K θ,28

27 DISTRIBUIDOR DE C.C. ALIMENTADO POR UN EXTREMO La caída de tensión hasta el extremo más aleado del generador vale: T I r I r I r I r T R i R i R i R i n nom n T R P R i (Las resistencias R son de los dos hilos conuntamente) Expresión formalmente análoga a la ley de los momentos de mecánica: las corrientes actúan como fuerzas cuyos brazos de palanca son las resistencias desde el extremo de alimentación de la red y los puntos de derivación de las corrientes.

28 CAÍDAS DE TENSIÓN EN DISTRIBUIDORES ALIMENTADOS POR UN EXTREMO Corriente continua: n nom n T R P R i (R de los dos hilos) Corriente alterna monofásica: ( ) ( ) [ ] ϕ + ϕ n T X sen i R cos i [ ] + n nom T X Q R P (R y X de los dos hilos; i : alor eficaz de la corriente de la carga ; nom : tensión nominal) Corriente alterna trifásica: ( ) ( ) [ ] ϕ + ϕ n T X sen i R cos i 3 [ ] + n nom T X Q R P (R y X de un hilo solamente; i : alor eficaz de la corriente de línea en la carga ; nom : tensión de línea nominal)

29 CÁLCULO DE LA SECCIÓN DE DISTRIBUIDORES ALIMENTADOS POR UN SOLO EXTREMO En líneas cortas a base de cables aislados se puede despreciar la reactancia. Se pretende que la máxima caída de tensión sea max. S L R ρ Corriente continua: ρ ρ n nom max n max L P 2 L i 2 S Corriente alterna monofásica: ϕ ρ n max cos L i 2 S ρ n nom max L P 2 S Corriente alterna trifásica: ϕ ρ n max cos L i 3 S ρ n nom max L P S

30 CASOS ESPECIALES () DISTRIBUIDOR ALIMENTADO POR AMBOS EXTREMOS A LA MISMA TENSIÓN y n x I i I ; ( ) L L i I n y Se localiza el punto de mínima tensión (que recibe corriente activa (I cos ϕ) por ambos lados) y se descompone el distribuidor en dos alimentados por un solo extremo:

31 CASOS ESPECIALES (2) DISTRIBUIDOR EN ANILLO Se estudia como un distribuidor alimentado por ambos extremos a la misma tensión: DISTRIBUIDOR UNIFORMEMENTE CARGADO Tiene una corriente uniformemente repartida de i Amperios por metro. Provoca la misma caída de tensión que una carga con la totalidad de la corriente ( I i L) concentrada en el punto central del distribuidor.

32 RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE LÍNEAS ELÉCTRICAS ) Se analiza qué tipo de instalación es y en qué columna de la tabla de corriente máxima admisible (I máx ) hay que buscar. 2) Se calcula la resistividad ρ a la temperatura máxima que aguanta el cable ( ρ Kθ ρ20 ). 3) Se busca si hay cargas formadas por lámparas de descarga y se analiza si se debe emplear el factor de mayoración,8 (se usa cuando se conozca la potencia de sólo la lámpara, sin incluir la de sus accesorios). Este factor de mayoración de,8 se utilizará en todos los cálculos donde intervengan estas cargas. 4) Se señalan en el esquema unifilar aquellos nudos donde la carga es un motor. Por eemplo, dibuando un circulito alrededor de estos nudos. 5) En las líneas en anillo o con alimentación por ambos extremos donde haya cargas uniformemente distribuidas con un nudo con carga en su interior, estas cargas se subdividen en dos cargas distribuidas: antes y después de dicho nudo. Posteriormente estas cargas distribuidas parciales podrán sustituirse por sus equivalentes concentradas en los respectivos puntos medios.

33 6) Se calculan todas las corrientes de carga teniendo en cuenta el factor de mayoración de,8 para lámparas, si procede, pero no el de,25 para los motores. Las cargas uniformemente distribuidas se sustituyen por sus equivalentes concentrados en los correspondientes puntos medios. 7) Para cada línea se determina el mayor motor que la afecta. Será aquel que demande la corriente de mayor valor eficaz. Se calcula la nueva corriente de este motor mayorada con el factor,25 que se denominará con un apóstrofe (por eemplo: I' D,25 I D ). 8) Si al calcular el punto de mínima tensión en una línea en anillo o alimentada por los dos extremos, éste cae sobre un nudo ficticio que representa una carga uniformemente distribuida: - No significa que necesariamente el punto de mínima tensión esté en el centro de la carga distribuida, sino que está dentro del tramo con carga distribuida. - Una vez localizado el punto de mínima tensión se divide la carga distribuida en dos, antes y después del punto de mínima tensión. Cada una de estas dos cargas distribuidas parciales se podrán sustituir por sus respectivas cargas concentradas equivalentes en el punto medio. 9) Una vez resueltas todas las líneas, el cálculo de la potencia de los transformadores se realiza sin aplicar el factor de mayoración,25 a ningún motor.