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24 julio, 2014

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Distribución de energía eléctrica

Distribución de electricidad es la etapa final en el suministro de electricidad a los usuarios finales. La red de un sistema de distribución lleva electricidad a partir de la red de transporte de alta tensión y la entrega a los consumidores. Típicamente, la red incluiría las líneas eléctricas y subestaciones transformadoras en media tensión (34,5 kV 2 kV a), y el cableado de distribución de bajo voltaje (menos de 1 kV).

 
Montaje en Poste monofásico

Un transformador de distribución montado en un poste de 50 kVA

 
Historia
 
Primera distribución comercial de la energía eléctrica
 

En los primeros días de la distribución de electricidad (por Pearl Street Station de ejemplo Thomas Edison), (DC) los generadores de corriente continua se conectan a cargas en el mismo voltaje. La generación, transmisión y cargas tenían que ser de la misma tensión, porque no había manera de cambiar los niveles de voltaje de corriente continua, con excepción de los conjuntos motor – generador ineficientes. Voltajes DC bajos (alrededor de 100 voltios) se utilizaron ya que era una tensión de práctica para las lámparas incandescentes, que eran la carga eléctrica primaria. Baja tensión también requiere menos aislamiento para la distribución de seguros dentro de los edificios. La pérdida en un cable es proporcional al cuadrado de la corriente, y la resistencia del cable. Una tensión de transmisión más alta reduciría el tamaño de cobre para transmitir una determinada cantidad de poder, pero no existe un método eficiente existido para cambiar el voltaje de los circuitos de alimentación de CC. Para mantener las pérdidas a un nivel económicamente práctico sistema de Edison DC necesitaba gruesos cables y generadores locales. Las primeras plantas de generación de corriente continua necesarias para estar dentro de aproximadamente 1,5 millas (2,4 km) del cliente más lejano para evitar conductores excesivamente grandes y caros.

 

distribucion electrica

Diagrama simplificado de la distribución eléctrica de CA de centrales de generación a los consumidores. Elementos de redes de transporte se muestran en azul, los elementos del sistema de distribución están en verde.

 
Introducción de la corriente alterna
 

La competencia entre la corriente continua (DC) y corriente alterna (AC) (en los EE.UU. Respaldados por Thomas Edison y George Westinghouse, respectivamente) era conocido como la Guerra de Corrientes. En la conclusión de su campaña, AC se convirtió en la forma dominante de la transmisión de la potencia. Los transformadores de potencia, instalados en las centrales eléctricas, podrían ser utilizados para elevar el voltaje de los generadores, transformadores y en las subestaciones locales podrían reducir la tensión a suministrar cargas. El aumento de la tensión reduce la corriente en las líneas de transmisión y de distribución y por lo tanto el tamaño de los conductores y las pérdidas de distribución. Esto hizo que fuera más económico para distribuir la energía a través de largas distancias. Generadores (por ejemplo, sitios hidroeléctricos) podrían estar ubicados lejos de las cargas.

 
distribucion electrica2

Disposición general de las redes eléctricas

 
Variaciones
 

Sistemas de distribución de energía en América del Norte y Europa difieren en que los sistemas norteamericanos tienden a tener un mayor número de transformadores reductores de baja tensión ubicados cerca de las instalaciones de los clientes. Por ejemplo, en los EE.UU. un transformador montado en un poste en un entorno suburbano puede suministrar 7-11 casas, mientras que en el Reino Unido una típica subestación de baja tensión urbana o suburbana normalmente se clasificaría entre 315 kVA y 1 MVA y abastecer a todo un barrio. Esto es porque la tensión interna más alta utilizada en Europa (415 V vs 230 V) se puede llevar a más de una distancia mayor con la pérdida de potencia aceptable. Una ventaja del sistema norteamericano es que el fracaso o el mantenimiento en un solo transformador sólo afectará a unos pocos clientes. Ventajas del sistema del Reino Unido son que los transformadores son menos en número, más grande y más eficiente, y debido a la gran diversidad de cargas no tienen por qué ser menos capacidad de repuesto en los transformadores, la reducción de residuos . En las zonas de América del Norte de la ciudad con muchos clientes por unidad de superficie, la distribución de la red se puede utilizar, con múltiples transformadores interconectados con buses de distribución de baja tensión durante varias manzanas de la ciudad.

 

Sistemas de electrificación rural, en contraste con los sistemas urbanos, tienden a utilizar voltajes de distribución más altos a causa de las largas distancias cubiertas por las líneas de distribución (ver Administración de Electrificación Rural). 7,2 , 12,47 , 25 y 34,5 kV de distribución es común en los Estados Unidos; 11 kV y 33 kV son comunes en el Reino Unido, Australia y Nueva Zelanda; 11 kV y 22 kV son comunes en Sudáfrica. Otras tensiones se utilizan de vez en cuando.

 

En Nueva Zelanda, Australia, Saskatchewan, Canadá y Sudáfrica, los sistemas individuales de alambre de tierra de retorno (Swer) se utilizan para electrificar zonas rurales remotas.

 

Mientras que la electrónica de potencia ahora permiten la conversión entre los niveles de voltaje de CC, AC se prefiere en la distribución debido a la economía, la eficiencia y la fiabilidad de los transformadores. De alta tensión de CC se utiliza para la transmisión de grandes bloques de poder a través de largas distancias, para su transmisión a través de cables submarinos para distancias medias o para la interconexión de redes de corriente alterna adyacentes, pero no para la distribución local a los clientes. La energía eléctrica se genera normalmente en 11 – 25kV en una central eléctrica. Para transmitir la potencia a través de largas distancias , se dio un paso previo a voltajes más altos , según sea necesario : 400kV , 330kV , 275kV , 220kV , 132kV , 110kV y 66kV son comunes en el Reino Unido, Irlanda, Australia y Nueva Zelanda , mientras que 765kV , 500kV , 345kV , 230kV , 138kV , 115kV y 69kV son comunes en América del Norte. La alimentación se realiza a través de esta red de transmisión de las líneas de alta tensión para los centenares de kilómetros y entrega el poder como una piscina de interconexión llamado el “sistema eléctrico”. Esta red se conecta entonces a los centros de carga (ciudades) a través de una red de sub – transmisión de líneas en voltajes de 33 kV hasta 230 kV o más. Estas líneas terminan en subestaciones, donde se dio un paso más allá de la tensión – hasta 25 kV o menos para la distribución de energía a los clientes a través de una red de distribución de líneas locales en estas tensiones más bajas. Tenga en cuenta que un ‘grid’ en realidad no permite que fluya la corriente sin pérdida de una punta a la otra – que puede ser de cientos de kilómetros de largo, pero los flujos de corriente dentro de la cuadrícula son típicamente mucho más corto que eso, y sería muy ineficiente para tratar la ‘grid’ como portadora de transmisión de larga distancia. El ‘grid’ realmente realiza una función de ‘equilibrio’ – permitiendo a los generadores de energía locales en todo el país para sincronizar sus salidas de energía y por lo tanto fácilmente de acciones generó el poder con sus vecinos.

 
Sistemas de distribución modernos
 

El moderno sistema de distribución comienza cuando el circuito primario sale de la subestación y termina como servicio secundario entra en la base de medición del cliente por medio de una línea de servicio . Los circuitos de distribución sirven para muchos clientes. El voltaje utilizado es apropiado para la distancia más corta y varía de 2.300 a alrededor de 35.000 voltios en función de la práctica estándar de la utilidad, la distancia y la carga para ser servido. Los circuitos de distribución se alimentan desde un transformador situado en una subestación eléctrica, donde el voltaje se reduce a partir de los valores altos utilizados para la transmisión de potencia .

 

Conductores para distribución podrán realizarse en las líneas aéreas de polos, o en zonas densamente pobladas, enterrados bajo tierra. Distribución urbana y suburbana se realiza con sistemas trifásicos para servir tanto cargas residenciales, comerciales e industriales. Distribución en las zonas rurales puede ser sólo monofásica si no es económico instalar energía trifásica para relativamente pocos y pequeños clientes.

 

Sólo los grandes consumidores se alimentan directamente de los voltajes de distribución; la mayoría de los clientes de servicios públicos estén conectados a un transformador, que reduce la tensión de distribución a la relativamente baja tensión utilizado por los sistemas de cableado de interiores y de iluminación. El transformador puede ser poste – montar ni engarzar en el suelo en un recinto protector. En las zonas rurales de un transformador de montaje de poste puede servir un solo cliente, pero en las zonas más urbanizadas se puede conectar a múltiples clientes. En las zonas muy densas de la ciudad, una red secundaria se puede formar con muchos transformadores de alimentación en un bus común en el voltaje de utilización. Cada cliente tiene una conexión de línea de servicio y un medidor para la facturación. (Algunas cargas muy pequeñas, tales como luces del patio, puede ser demasiado pequeño para metro y tan sólo se cobran una tarifa mensual.)

 

Una conexión a tierra a la tierra local, suele proporcionarla el sistema del cliente, así como para el equipo de propiedad de la utilidad. El propósito de conectar el sistema del cliente a tierra es la de limitar la tensión que pueden desarrollarse si los conductores de alta tensión caen en conductores de baja tensión que se montan por lo general más cerca del suelo, o si se produce una falla en un transformador de distribución. Si se unen todos los objetos conductores al mismo sistema de puesta a tierra, el riesgo de choque eléctrico se reduce al mínimo. Sin embargo, múltiples conexiones entre el suelo y la utilidad del suelo al cliente pueden conducir a problemas de tensión callejeros; tuberías cliente, piscinas u otro equipo pueden desarrollar voltajes objetables. Estos problemas pueden ser difíciles de resolver, ya que a menudo se originan en lugares distintos de la sede del cliente.

 

Subestacion

Subestaciones de distribución eléctricos transforman la energía del voltaje de transmisión a la tensión más baja se utiliza para la distribución local a hogares y empresas.

 
Las diferencias internacionales
 

En muchas áreas, el servicio trifásico “delta” es común. Servicio de Delta no ha distribuido el hilo neutro y por lo tanto es menos costoso. En América del Norte y América Latina, tres de fase de servicio es a menudo una Y (conexión en Y) en la que el neutro está conectado directamente a la ‘centro eléctrico’ del estator del generador. El neutro proporciona un retorno metálico de baja resistencia al transformador de distribución. Servicio de Wye es reconocible cuando una línea tiene cuatro conductores, uno de los cuales está aislada a la ligera. Servicio en estrella trifásica es ideal para los motores y el uso de energía pesada.

 

Muchas áreas en el mundo utilizan monofásica 220 V o 230 V de servicios industriales residenciales y luz. En este sistema, la red de distribución de alta tensión suministra un par de subestaciones por área, y la fuente de 230 V de cada subestación se distribuye directamente. A (caliente) cable de alta tensión y el neutro se conectan a la construcción de una fase de servicio trifásico. Distribución monofásica se utiliza cuando las cargas de motores son ligeros.

 

Europa
 
En Europa, la electricidad tiene una distribución normal para la industria y el uso doméstico por el trifásico, sistema de cuatro hilos. Esto da una tensión trifásica de 400 voltios servicio en estrella y una tensión monofásica de 230 voltios. Para los clientes industriales, de 3 fases 690/400 voltios también está disponible. Clientes industriales grandes tienen su propio transformador con 10 kilovoltios hasta 220 kV entrada.

 

Japón
 
Japón cuenta con un gran número de pequeños fabricantes industriales, y por lo tanto la alimentación a baja tensión trifásica de servicio estándar en muchos suburbios. Además, Japón normalmente suministra el servicio residencial como dos fases de un servicio trifásico, con un neutro. Estos funcionan bien tanto para iluminación y motores. Japón proporciona 50 Hz o 60 Hz de alimentación de CA a partir de diferentes proveedores de energía.

 

Servicios rurales
 
Servicios rurales normalmente tratan de minimizar el número de postes y cables. Solo cable de tierra de retorno (SWER) es el menos costoso, con un alambre. Se utiliza voltajes más altos (que la distribución urbana), que a su vez permite el uso de alambre de acero galvanizado. El alambre de acero fuerte permite menos costosas separaciones polos de ancho. Otras áreas de uso más alta de fase partida de tensión o de servicio de tres fases a un costo mayor.

 

Medida
 
Contadores de energía eléctrica utilizan diferentes ecuaciones de medición dependiendo de la forma del servicio eléctrico. Desde la matemáticas difiere de servicio a servicio, el número de conductores y sensores en los metros también varían.

 

Condiciones
 
Además de referirse al cableado físico, el servicio eléctrico término también se refiere en un sentido abstracto para el suministro de electricidad a un edificio.

 
Configuraciones de red de distribución
 

Las redes de distribución suelen ser de dos tipos, radial o interconectado (ver punto de red). Una red radial sale de la estación y pasa a través del área de la red sin conexión normal a cualquier otro suministro. Esto es típico de las líneas rurales largos con las áreas de carga aislados. Una red interconectada se encuentran generalmente en áreas más urbanas y tendrá múltiples conexiones con otros puntos de suministro. Estos puntos de conexión están normalmente abiertos pero permiten varias configuraciones de un servicio público operativo mediante el cierre y la apertura de los interruptores. La operación de estos interruptores puede ser por control remoto desde un centro de control o por un instalador de líneas. El beneficio del modelo interconectado es que en el caso de un fallo o mantenimiento requiere una pequeña área de la red puede ser aislado y el resto mantiene en el suministro.

 

Subestación2

Subestación cerca de Yellowknife, en los Territorios del Noroeste de Canadá

 

Dentro de estas redes puede ser una mezcla de la construcción la línea aérea de la utilización de postes y cables de servicios públicos tradicionales y, cada vez más, la construcción subterránea con cables y subestaciones de interior o gabinete. Sin embargo , la distribución subterránea es mucho más caro que la construcción de arriba. En parte para reducir este costo, líneas eléctricas subterráneas son a veces co – localizados con otras líneas de servicios públicos en lo que se llaman los conductos de servicios públicos comunes. Alimentadores de distribución que emanan de una subestación son controlados generalmente por un interruptor de circuito que se abrirá cuando se detecta un fallo. Reconectadores automáticos se pueden instalar para separar aún más el alimentador minimizando así el impacto de las fallas.

 

Alimentadores largos experimentan caída de tensión que requiere condensadores o reguladores de voltaje para ser instalado.

 

Características de la oferta dada a los clientes tienen el mandato general por contrato entre el proveedor y el cliente. Las variables de la oferta son:

 

  • AC o DC – Prácticamente todos los suministros públicos de electricidad son AC actual . Los usuarios de grandes cantidades de energía DC como algunos ferrocarriles eléctricos , centrales telefónicas y los procesos industriales, como la fundición de aluminio por lo general ya sea operar su cuenta o tener equipos de generación dedicada adyacente, o utilizar rectificadores para derivar DC de la red eléctrica pública.
  • Tensión nominal , y la tolerancia ( por ejemplo , + / – 5 por ciento )
  • Frecuencia, normalmente 50 o 60 Hz, 16,7 Hz y 25 Hz para algunos ferrocarriles y, en unos pocos lugares industriales y mineros de más edad, 25 Hz.
  • Fase de configuración (de una sola fase , incluyendo polifásico de dos fases y en tres fases)
  • La demanda máxima (algunos proveedores de energía medida como la mayor potencia media entregada en un plazo de 15 o 30 minutos durante un período de facturación)
  • El factor de carga, expresada como una relación de carga media a carga pico durante un período de tiempo. El factor de carga indica el grado de utilización eficaz de los equipos (y la inversión de capital) de la línea de distribución o sistema.
  • Factor de potencia de la carga conectada
  • Sistemas de puesta a tierra – TT, TN- S, TN- C- S o TN- C
  • Corriente de cortocircuito
  • Máximo nivel y la frecuencia de ocurrencia de los transitorios

 

Reconfiguración, mediante el intercambio de los enlaces funcionales entre los elementos del sistema, representa una de las medidas más importantes que pueden mejorar el rendimiento operativo de un sistema de distribución. El problema de optimización a través de la reconfiguración de un sistema de distribución de energía, en términos de su definición, es un problema único objetivo histórico con limitaciones. Desde 1975, cuando Merlin y Back introdujeron la idea de la reconfiguración del sistema de distribución para la reducción de pérdidas de potencia activa, hasta hoy en día, una gran cantidad de investigadores han propuesto diversos métodos y algoritmos para resolver el problema de reconfiguración como un solo problema objetivo. Algunos autores han propuesto optimalidad basado enfoques de Pareto (incluyendo las pérdidas de potencia activa y los índices de confiabilidad como objetivos). Para este propósito, se han utilizado diferentes métodos de inteligencia artificial basada en: microgenético, centralita, optimización de enjambre de partículas y no dominado algoritmo de ordenación genética.

 
Industria de Distribución
 

Tradicionalmente, el sector eléctrico ha sido una institución de titularidad pública pero a partir de la década de 1970 las naciones comenzó el proceso de desregulación y privatización, lo que lleva a los mercados de la electricidad. Un aspecto importante de estos fue la eliminación de la antigua llamado monopolio natural de la generación, transmisión y distribución. Como consecuencia, la electricidad se ha convertido más en una mercancía. La separación también ha dado lugar al desarrollo de una nueva terminología para describir las unidades de negocio (por ejemplo, la compañía de línea, cables de negocio y de la empresa de red).

 
Fuente: Wikipedia

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2 Comentarios Publica un comentario
  1. avatar
    ROLAND MATOS
    Nov 9 2017

    Buenas tardes, no estoy viviendo en PERU, quisiera ser parte de las filas de su empresa, cuento con suficiente experiencia, en el área de distribución, en lineas aéreas y transformadores de distribución, en mi país Venezuela e estado trabajando en la empresa encargado del servicio eléctrico por mas de 20 años continuo

    Responder
  2. avatar
    Jul 24 2014

    exelentes explicaciones

    Responder

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