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28 enero, 2018

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El sistema monofásico con retorno por tierra MRT

Retorno a tierra de un solo cable

 

El retorno a tierra de un solo cable (SWER) o retorno a tierra de un solo cable es una línea de transmisión de un solo cable que suministra energía eléctrica monofásica desde una red eléctrica a áreas remotas a bajo costo. Su característica distintiva es que la tierra (o a veces un cuerpo de agua) se utiliza como vía de retorno de la corriente, para evitar la necesidad de un segundo hilo (o cable neutro) que actúe como vía de retorno.

 

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El retorno de tierra de un solo hilo se utiliza principalmente para la electrificación rural, pero también se utiliza para cargas aisladas más grandes, como las bombas de agua. También se utiliza para la corriente continua de alta tensión en cables de alimentación submarinos. La tracción eléctrica monofásica, como el tren ligero, utiliza un sistema muy similar. Utiliza resistencias a tierra para reducir los peligros de los voltajes de los rieles, pero las corrientes primarias de retorno son a través de los rieles.[1]

 
Historia
 

Lloyd Mandeno, OBE (1888-1973) desarrolló completamente SWER en Nueva Zelanda alrededor de 1925 para la electrificación rural. Aunque él lo llamó “Línea de Cables Únicos para Trabajar la Tierra”, a menudo se le llamaba “Línea de Ropa de Mandeno”.2] Más de 200.000 kilómetros han sido instalados en Australia y Nueva Zelanda. Se considera seguro, fiable y de bajo coste, siempre que las características de seguridad y puesta a tierra estén correctamente instaladas. Las normas australianas son ampliamente utilizadas y citadas. Se ha aplicado en todo el mundo, como en la provincia canadiense de Saskatchewan; Brasil; África; y en partes del medio oeste superior de los Estados Unidos y Alaska (Bethel).

 
Descripción

SWER es una opción viable para un sistema de distribución cuando el cableado de corriente de retorno convencional costaría más que los transformadores de aislamiento y las pequeñas pérdidas de potencia de SWER. Los ingenieros de potencia experimentados con SWER y las líneas eléctricas convencionales valoran a SWER como igualmente seguros, más fiables y menos costosos, pero con una eficiencia ligeramente inferior a la de las líneas convencionales.3] SWER puede causar incendios cuando el mantenimiento es deficiente, y los incendios forestales son un riesgo.[4]

 

MRT

 

La alimentación de la línea SWER se realiza a través de un transformador de seccionamiento de hasta 300 kVA. Este transformador aísla la red de tierra o tierra, y cambia la tensión de red (normalmente 22 o 33 kV línea a línea) a la tensión SWER (normalmente 12,7 o 19,1 kV línea a tierra).

 

La línea SWER es un conductor único que puede extenderse durante decenas o incluso cientos de kilómetros, con varios transformadores de distribución a lo largo de su longitud. En cada transformador, como las instalaciones de un cliente, la corriente fluye desde la línea, a través de la bobina primaria de un transformador de aislamiento escalonado, hasta la tierra a través de una estaca de tierra. A partir de la estaca de tierra, la corriente eventualmente encuentra su camino de vuelta al transformador escalonado principal en la cabeza de la línea, completando el circuito. SWER es por lo tanto un ejemplo práctico de un bucle fantasma.[3]

 

En áreas con tierra de alta resistencia, la resistencia del suelo desperdicia energía. Otra cuestión es que la resistencia puede ser lo suficientemente alta que los flujos de corriente insuficiente en la tierra neutral, haciendo que la varilla de puesta a tierra para flotar a voltajes más altos. Disyuntores de reposición automática normalmente restablecen a causa de una diferencia de voltaje entre línea y neutro. Por lo tanto, con suelos de alta resistencia en seco, la diferencia reducida en la tensión entre la línea y neutral puede evitar que los interruptores de reposición. En Australia, lugares con suelos muy secos necesitan las varillas de puesta a tierra que ser muy profunda. La experiencia en Alaska demuestra que MRT necesita ser conectado a tierra por debajo del permafrost, que es de alta resistencia.

 

Enrollado El secundario del transformador locales suministrará al cliente, ya sea con una sola fase sola terminal (N-0) ofase dividida (N-0-N) de energía en voltajes aparato estándar de la región, con la línea de 0 voltios conectada a una tierra de seguridad que normalmente no lleva una corriente de funcionamiento.

 

Una línea MRT grande puede alimentar a un máximo de 80 transformadores de distribución. Los transformadores son generalmente clasificados en 5 kVA, 10 kVA y 25 kVA. Las densidades de carga son por lo general por debajo de 0,5 kVA por kilómetro (0,8 kVA por milla) de la línea. Demanda máxima de Cualquier solo cliente será típicamente menos de 3,5 kVA, pero cargas más grandes hasta la capacidad del transformador de distribución también puede ser suministrado.

 

Algunos sistemas MRT en los EE.UU. son alimentadores de distribución convencionales que se construyeron sin neutro continua (algunos de los cuales estaban obsoletos líneas de transmisión que fueron reacondicionados para el servicio de distribución rural). La subestación de alimentación de estas líneas tiene una varilla de puesta a tierra en cada polo en la subestación; a continuación, en cada rama de la línea, el lapso entre el polo junto a y el polo que lleva el transformador tendría un conductor puesto a tierra (dando cada transformador dos puntos de conexión a tierra por razones de seguridad).

 

Diseño mecánico

 

Diseño mecánico adecuado de una línea MRT puede reducir su costo de vida y aumentar su seguridad.

 

Desde la línea es de alto voltaje, con corrientes pequeñas, el conductor usado en líneas MRT históricos era 8- calibregalvanizado alambre de la cerca de acero. Más instalaciones modernas utilizan AS1222.1 especialmente diseñado de acero de alto carbono, alambres de aluminio revestido. Aluminio cables revestidos corroen en las zonas costeras, pero son de otro modo más adecuado. Debido a los largos tramos y altas tensiones mecánicas, la vibración del viento puede causar daño a los cables. Los sistemas modernos instalar amortiguadores de vibraciones en espiral en los cables.

 

Los aislantes son a menudo porcelana porque los polímeros son propensos a ultravioleta daños. Algunas utilidades instalar aislantes de mayor tensión para que la línea se puede actualizar fácilmente para transportar más energía. Por ejemplo, 12 kV pueden ser aislados a 22 kV o 19 kV a 33 kV.

Hormigón armado polos se han utilizado tradicionalmente en las líneas MRT debido a su bajo costo, bajo mantenimiento y resistencia a daños por agua, termitas y hongos. La mano de obra local puede producirlos en la mayoría de las áreas, reduciendo aún más los costos. En Nueva Zelanda, los postes de metal son (a menudo son antiguos rieles de una vía férrea) comunes. Postes de madera son aceptables. En Mozambique, los postes tenían que ser por lo menos 12 m (39 pies) de altura para permitir el paso seguro de las jirafas debajo de las líneas.

 

Si un área es propensa a relámpagos, diseños modernos colocan bandas a tierra relámpagos en los polos cuando se construyen, antes de la erección. Las correas y el cableado se pueden arreglar a ser un pararrayos bajo costo con bordes redondeados para evitar la atracción de un rayo.

 

Características

 

Seguridad

 

MRT se promueve como seguro debido al aislamiento de la tierra tanto desde el generador y el usuario. La mayoría de los otros sistemas eléctricos utilizan un metálico neutro conectado directamente al generador o una planta compartida.

 

Puesta a tierra es fundamental. Corrientes significativos en el orden de 8  amperios fluyen a través del suelo cerca de los puntos de la tierra. Una buena calidad de conexión a tierra es necesaria para evitar el riesgo de descarga eléctrica debido al potencial de tierra subida cerca de este punto. También se utilizan motivos independientes para potencia y seguridad.La duplicación de los puntos de tierra asegura que el sistema es todavía seguro si alguno de los motivos está dañado.

 

Una buena conexión a tierra es normalmente una participación de 6 m de acero revestido de cobre impulsado verticalmente en el suelo, y unida a la tierra del transformador y el tanque. Una buena resistencia de tierra es de 5-10 ohmios. Sistemas MRT están diseñadas para limitar la tensión en la tierra de 20 voltios por metro para evitar impactar a la gente y los animales que podrían estar en la zona.

 

Otras características estándar incluyen disyuntores de reconexión automática (reconectadores). La mayoría de los fallos (sobrecorriente) son transitorios. Dado que la red es rural, la mayoría de estas fallas se borrará por el reconectador. Cada sitio de servicio necesita una gota rewirable cabo fusible de protección y de conmutación del transformador. El transformador secundario también debe ser protegido por una alta capacidad de ruptura estándar (CDH) de fusibles o disyuntor de baja tensión. Un disipador de sobretensiones (separación de encendido) en el lado de alta tensión es común, especialmente en áreas propensas a relámpagos.

 

La mayoría de los riesgos de seguridad contra incendios en la distribución eléctrica son de equipos de envejecimiento:. Corroído líneas, aisladores rotos, etc. El menor costo de mantenimiento Swer puede reducir el costo de operación segura en estos casos

 

MRT evita líneas de choque en el viento, una característica importante de seguridad contra incendios, pero un problema surgió en la investigación oficial en los incendios forestales Negro sábado en Victoria, Australia. Estos demostraron que un conductor MRT roto puede cortocircuito a tierra a través de una resistencia similar a la carga normal del circuito; en ese caso particular, un árbol. Esto puede causar grandes corrientes sin una indicación de falla a tierra. Esto puede presentar un peligro en las áreas propensas a incendios donde un conductor puede ajustar y corriente puede arco a través de los árboles o la hierba seca.

 

Bare-wire o de retención de tierra de telecomunicaciones pueden verse comprometidas por la corriente de retorno a tierra si el área de puesta a tierra está más cerca de 100 m, o se hunde más de 10 A de corriente. Sistemas de radio moderna, canales de fibra óptica y de telefonía celular no se ven afectadas.

 

Muchos reglamentos eléctricos nacionales (en particular la de Estados Unidos) requieren una línea de retorno metálico de la carga al generador. En estas jurisdicciones, cada línea MRT debe ser aprobado por la excepción.

 

Ventajas de costos
 
La principal ventaja de MRT es su bajo costo. A menudo se utiliza en zonas poco pobladas donde el costo de la construcción de una línea de distribución aislada no puede justificarse. Los costos de capital son más o menos 50% de una línea monofásica de dos conductores equivalente. Pueden costar 30% de los sistemas trifásicos de 3 hilos. Los costos de mantenimiento son más o menos 50% de una línea equivalente.

 

MRT también reduce el mayor coste de una red de distribución, el número de polos. Líneas de distribución de 2 hilos o 3 hilos convencionales tienen una capacidad de transferencia de potencia más alto, pero pueden requerir 7 polos por kilómetro, con vanos de 100 a 150 metros. Alta tensión de la línea de MRT y baja actual también permite el uso de bajo costo de acero galvanizado de alambre (históricamente, No. 8 alambre de la cerca). Una mayor fortaleza de acero permite tramos de 400 metros o más, lo que reduce el número de polos de 2,5 por kilómetro.

 

Si los polos también llevan el cable de fibra óptica para telecomunicaciones (conductores metálicos no pueden ser utilizados), los gastos de capital por parte de la empresa de energía pueden reducirse aún más.

 

Confiabilidad

 

MRT se puede utilizar en una cuadrícula o bucle, pero por lo general está dispuesta en una disposición lineal o radial para ahorrar costes. En la forma lineal de costumbre, un fallo de un solo punto en una línea de MRT hace que todos los clientes más abajo en la línea de perder el poder. Sin embargo, puesto que tiene menos componentes en el campo, MRT tiene menos a fallar. Por ejemplo, ya que sólo hay una línea, vientos pueden no causan líneas para chocan, la eliminación de una fuente de daños, así como una fuente de incendios forestales rurales.

 

Dado que la mayor parte de la línea de transmisión tiene archivos adjuntos de baja resistencia a la tierra, corrientes de tierra excesivas de pantalones cortos y las tormentas geomagnéticas son más raros que en los sistemas metálicos de retención convencionales. Así, Swer tiene menos de falla a tierra aperturas del interruptor para interrumpir el servicio.

 

Capacidad de actualización

 
Una línea MRT bien diseñado puede ser mejorado sustancialmente ya que la demanda crece sin nuevos polos. El primer paso puede ser la de sustituir el alambre de acero con más caro de alambre revestido de cobre o acero de aluminio revestido.

 

Puede ser posible aumentar la tensión. Algunas líneas MRTdistantes ahora operan con tensiones de hasta 35 kV.Normalmente esto requiere cambiar los aisladores y transformadores, pero no se necesitan nuevos polos.

 

Si se necesita más capacidad, una segunda línea MRT se puede ejecutar en los mismos polos para proporcionar dos líneas MRT 180 grados fuera de fase. Esto requiere más aislantes y alambre, pero duplica el poder sin duplicar los polos.Muchos polos MRT estándar tienen varios agujeros de los tornillos de apoyo a esta actualización. Esta configuración hace que las corrientes más tierra para cancelar, reducir los riesgos de choque y la interferencia con las líneas de comunicación.

 

En dos fases servicio también es posible con una actualización de dos hilos: Aunque menos fiable, es más eficiente. Como se necesita más poder, las líneas se pueden actualizar para que coincida con la carga, desde individuales MRT cable a dos hilos, monofásico y finalmente a tres hilos, trifásico. Esto asegura un uso más eficiente del capital y hace que la instalación inicial más asequible.

 

Equipos cliente instalado antes de estas mejoras de todo será una sola fase, y puede ser reutilizado después de la actualización. Si pequeñas cantidades de energía trifásica se necesitan, se puede sintetizar económicamente de potencia de dos fases con el equipo en el sitio.

 

Debilidad calidad de la energía

 
Líneas MRT tienden a ser largo, con alta impedancia, por lo que la caída de tensión a lo largo de la línea es a menudo un problema, causando una mala regulación. Las variaciones en la causa la variación de la demanda en la tensión suministrada. Para combatir esto, algunas instalaciones tienen transformadores variables automáticas en el sitio del cliente para mantener la tensión recibida dentro de las especificaciones legales.

 

MRT combinado con la generación distribuida es sustancialmente más eficiente que un sistema de una sola terminal. Por ejemplo, algunas instalaciones rurales pueden compensar las pérdidas de línea y de carga corrientes con local de la energía solar, energía eólica, pequeñas centrales hidroeléctricas o de otra generación local. Esto puede ser una excelente relación calidad-precio para el distribuidor eléctrico, ya que reduce la necesidad de más líneas.

 

Después de algunos años de experiencia, el inventor abogó por un condensador en serie con la tierra del transformador principal de aislamiento para contrarrestar la reactancia inductiva de la trayectoria de los transformadores, cables y retorno por tierra. El plan era mejorar la factor de potencia, reducir las pérdidas y mejorar el rendimiento de tensión debido a la potencia reactiva de flujo. Aunque en teoría parezca, esto no es una práctica habitual. Lo hace también permite el uso de un bucle de prueba DC, para distinguir una carga variable legítimo a partir de (por ejemplo) un árbol caído, lo que sería un camino DC a tierra.

 

Además de Nueva Zelanda y Australia, de retorno a tierra de un solo cable se utiliza en todo el mundo.

 

Alaska

 

En 1981 una alta potencia de 8,5 millas línea prototipo MRT se instaló con éxito de una planta de diesel en Bethel aNapakiak en Alaska, Estados Unidos. Funciona a 80 kV, y se instaló originalmente en ligeros especiales de fibra de vidriopostes que formaban una trama A. Desde entonces, los cuadros A se han eliminado y madera estandard postes de electricidad fueron instalados. Los polos A-enmarcado podrían realizarse en ligeros máquinas de nieve, y se podrían instalar con herramientas manuales en el permafrost sin una amplia excavación. Erección de postes “anclaje” todavía se requiere maquinaria pesada, pero el ahorro de costes fueron dramáticos.

 

Investigadores de la Universidad de Alaska Fairbanks, Estados Unidos estiman que una red de este tipo de líneas, combinado con costeras aerogeneradores, podría reducir sustancialmente la dependencia rural de Alaska el cada vez más caro el combustible diesel para la generación de energía. Estado encuesta de detección de energía económica de Alaska abogó más estudio de esta opción para utilizar más de fuentes de energía subutilizadas del estado.

 

En los países en desarrollo

 

En la actualidad, algunos países en desarrollo han adoptado sistemas MRT como sus red eléctrica sistemas, sobre todo Laos, Sudáfrica y Mozambique. MRT también se utiliza ampliamente en Brasil, donde se denomina “Redes Monofilares com Retorno por Terra” o “MRT” . Existen normas detalladas y dibujos disponibles en portugués brasileño que serían transferibles a otros Portugués países como Angola y Mozambique hablar.

 

En los sistemas HVDC

 

Muchos de corriente continua de alta tensión los sistemas que utilizan cables de energía submarinos son sistemas de devolución tierra alambre individual. Sistemas bipolares con cables positivos y negativos también pueden retener un electrodo de puesta a tierra de agua de mar, que se utiliza cuando un polo ha fallado. Para evitar la corrosión electroquímica, los electrodos de tierra de tales sistemas están situados aparte de las estaciones convertidoras y no cerca del cable de transmisión.

 

Los electrodos pueden estar situados en el mar o en tierra. Cables de cobre desnudo se pueden utilizar para cátodos, y barras de grafito enterrados en el suelo, o rejillas de titanio en el mar se utilizan para ánodos. Para evitar la corrosión electroquímica (y pasivación de superficies de titanio) la densidad de corriente en la superficie de los electrodos debe ser pequeño, y por lo tanto se requieren grandes electrodos.

 

La ventaja de estos sistemas es la eliminación del costo de un segundo conductor, ya que el agua salada es un excelente conductor. Algunos ecologistas Afirman que las reacciones electroquímicas causados por el retorno a tierra pueden afectar la vida silvestre. Sin embargo, estas reacciones no se producen en grandes electrodos bajo el agua.

 

Ejemplos de sistemas HVDC con retorno por tierra de un solo cable incluyen:

 

  • Cable Báltico
  • Kontek

Fuente: Wikipedia.org

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2 Comentarios Publica un comentario
  1. avatar
    Jun 18 2019

    En base a nuestras experiencias de campo, en EDESTE S.A. estamos trabajando en una Especificacion técnica.
    Por lo general en nuestro caso las líneas monofilares muy extensas tienen el inconveniente de ser muy capacitivas, por el efecto Ferranti, para lo cual se han instalado reactores inductivos,
    Tenemos distintos sistemas de puesta a tierra, en suelo natural, como excavaciones de gran profundidad, hasta 18 mts, con palas viscacheras, hasta encontrar alguna napa de agua, y que por capilaridad humedecen un electrodo de conductor de CU tipo resorte hasta unos 2 mts, a fin de disipar el la corriente del retorno por tierra.
    enri113@msn.com

    Responder
  2. avatar
    Enrique Antocolsky
    Sep 24 2018

    Existen desarrollos importantes (2500 Km), en nuestra distribuidora de Energia, EDESTE S.A.
    Tenemos de tensiones 13,2 y 19,05 Kv.
    Y se han desarrollado, con cable de acero Acindar Tipo Fortin 1200, de 3,66 mm de diametro, y con cable de aluminio/acero de 35/6 mm2.
    Si es requerido envio el documento que se presentó al inicio del desarrollo con cable de aluminio. En el año 2003. El comienzo en 13,2 Kv, con alambre fue en el año 1981.
    Atte.
    Enrique Antocolsky
    enri113@msn.com
    eantocolsky@edeste.com.ar

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