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Historia del sistema MRT – Monofásico con Retorno por Tierra (1ra Parte)

Cualquier profesional que haya diseñado un sistema eléctrico rural o SER, se habrá topado en algún momento con el sistema monofásico con retorno por tierra o comúnmente conocido como sistema MRT, «single wire earth-return»-SWER en inglés.

Este sistema a diferencia del trifásico que lleva 3 fases, solo lleva una fase y el retorno de la corriente se hace por tierra, de ahí su nombre.

Historia

Nikola Tesla

Nikola Tesla, un inventor Serbio-Americano fue quien demostró alrededor de 1890 que se podría transmitir energía eléctrica usando un solo conductor y un retorno por tierra en lugar de un conductor de retorno, aprovechando para ello la conductividad eléctrica de la tierra y el sistema de corriente alterna que el mismo inventó, logrando transmitir energía eléctrica a grandes distancias a un menor costo.

Lloyd Mandeno

Pero fue Lloyd Mandeno, ingeniero electricista neo-zelandez quien en la década de 1920 masificó el uso del sistema MRT en Nueva Zelanda, de tal forma que estos sistemas fueron apodados como «Mandeno’s clothesline» o «Tendederos de Mandeno». Fue Mandeno quien propuso este sistema como una alternativa económica para la transmisión de energía eléctrica a grandes distancias para uso doméstico, desde su posición como promotor de la energía eléctrica producida por la central hidroeléctrica ubicada en las cataratas de Omanawa, Mclaren.

Basado en las experiencias de Nueva Zelanda, alrededor del año 1970, Australia y Nueva Zelanda normalizan el sistema MRT, destacando entre las limitaciones una corriente máxima de transmisión de 8 amperios (8A) debido a las radio-interferencias con las líneas telegráficas.

Fue en esa época que sobre todo países extensos como Australia, Brasil, Canadá y algunas zonas en USA comenzaron a masificar este sistema.

Nueva Zelanda – 1920

A inicios de la década de 1980 y con el desarrollo de las telecomunicaciones telefónicas, se comenzaron a descontinuar las líneas telegráficas, con la que la limitación de los 8A fue pasando a un segundo plano, fue entonces que en México se comenzó hacer estudios sobre la capacidad máxima de un sistema MRT, llegando a hacer pruebas para 15A y 20A logrando obtener resultados satisfactorios en ambos casos, teniendo como limitación la humedad de la tierra.

Redes MT Brasil – 1970

Introducción del sistema MRT en Perú

Fue en la década de 1980 que un grupo de profesionales de Electroperu liderados por el Ing. Luis Prieto Gomez se propusieron hacer los estudios teóricos y prácticos para implementar el sistema MRT en el Perú que hasta ese entonces era desconocido.

A partir de los resultados de las experiencias en México  y Brasil y con el financiamiento de Electroperu se hicieron los estudios teóricos y las pruebas en campo del sistema MRT. Una de las primeras pruebas consistió en instalar un sistema 34,5kV/20kV, 20kV en MRT, a un grupo de localidades del Valle del Mantaro. Los resultados teóricos arrojaban un rango de entre 15 y 30 amperios, pero luego de hacer las pruebas con 15A, 20A y 30A, se obtuvo que:

en los dos primeros casos el sistema funcionaba satisfactoriamente, y con 30A todo el sistema instalado se prendía y apagaba como un árbol de navidad, primero se prendía una localidad, luego se apagaba y entraba otra; ello debido a que el calor emitido por la corriente iba más rápido que la recuperación de la humedad del terreno, y por lo tanto la corriente se cortaba.

Considerando que en 1985 ya no se tenían líneas telegráficas, se procedió a normalizar en Electroperu los 15A, y la Dirección General de Electricidad-DGE  publicó la directiva 001-85-EM/DGE que aprobaba el 13,2kV-MRT, y los valores de puesta a tierra requeridos para cumplir con las tensiones de toque y paso. Asimismo en la misma norma se aprueban los sistemas para baja tensión 3ø-380V/1ø-220V y 1ø-440V/1ø-220V que también fueron estudiados y comprobados por el mismo equipo de Electroperu.

Finalmente la norma  RD-018-2003-EM/DGE aprobada en el 2004 y con vigencia en la actualidad pasó a reemplazar a la norma 001-85-EM/DGE.

Sistema MRT – Monofasico con retorno por tierra – 13,2kV – Perú

Ventajas

Este sistema es mas económico debido a varias razones:

  • El llevar un solo conductor reduce la longitud de conductores requerida
  • Se puede aprovechar la existencia de un solo conductor para reducir el tamaño de la estructura, ya que se puede colocar el conductor por encima de la cabeza de la estructura para maximizar la distancia de seguridad al terreno, manteniendo el mismo vano de diseño que su similar trifásico. Por ejemplo en algunos proyectos de electrificación rural se usa postes de 11m para los tramos MRT y postes de 12m en tramos trifásicos.
  • Al existir un solo conductor se reduce los esfuerzos en las estructuras, por lo que se requiere de estructuras menos resistentes que su similar trifásico, y si se usa la misma estructura que de una distribución trifásica se puede incrementar el vano entre estructuras, reduciendo el número de estructuras a usar en terrenos desnivelados, donde la limitante es la carga de trabajo y no la distancia de seguridad al terreno.

Limitaciones

  • La corriente máxima que un sistema MRT puede inyectar en la tierra se encuentra en el rango de 15A a 30A, limitado por la humedad del terreno.
  • Un menor valor de la corriente máxima a inyectar en la tierra disminuye los requerimientos de resistencia de puesta tierra para cumplir con las tensiones de toque y paso exigidas por las normas.
  • Si se usa conjuntamente el sistema MRT con un sistema trifásico la red está mas propensa a desbalances de potencia en las fases.
  • El sistema depende de una correcta medición y  mantenimiento de la puesta a tierra en la subestación de distribución MT/BT, para mantener  dentro de valores aceptables, las tensiones de toque y paso alrededor de la subestación.

En la segunda parte de este artículo ahondaremos con mas en detalle la implementación del sistema MRT en Perú, su normalización para la zona Sierra y la frustación de una normalización para la zona Selva.

Se agradece al ingeniero Luis Prieto Gomez, Presidente de PRICONSA, por brindarnos los detalles acerca de la introducción del sistema MRT en el Perú.

Referencias:

  • wikipedia.org
  • Directiva DGE N° 001-85-EM/DGE
  • “Criterios para la Selección y Diseño de los Sistemas de Distribución Rural en el Perú” desarrollado por Electro Perú en 1986.
  • Exposición SISTEMA MONOFILAR RETORNO POR TIERRA – (MRT) – Ing. Miguel Révolo – Osinergmin
  • Audiencias VAD 2009 – Osinergmin

 Acerca del Autor del artículo:

Ingeniero Jose Luis de la Cruz Lazaro - Perfil 

José Luis de la Cruz

Ingeniero Electricista especialista en análisis y diseño de sistemas eléctricos de transmisión y distribución Líder del equipo de desarrollo de los software TOPOMAGIC (Topografía), REDLIN (Software de diseño de líneas de transmisión y distribución) y REDCAD (Software de Diseño de Redes de Energía Eléctrica de Media y Baja Tensión): www.esolutions.com.pe Líder del equipo de desarrollo del Software PSECAD: Software GIS para el planeamiento, análisis técnico y determinación del sistema eléctrico MT/BT económicamente adaptado, para efectos del cálculo del VAD. Realizado por encargo del Osinergmin. Especialidades Diseño de líneas de transmisión Diseño de sistemas eléctricos de distribución: MT, BT y energía renovable Especialista en análisis y planeamiento de sistemas eléctricos de potencia (DigSilent Power Factory) Experto en desarrollo de software especializado aplicado al diseño, análisis técnico y geográfico(GIS) de sistemas eléctricos de transmisión y distribución Formulación y evaluación de proyectos de inversión pública (Especialista SNIP) Estudios de preinversión (Perfiles, Estudios de Factibilidad) y estudios definitivos Estudios de tarifas y demandas Elaboración de presupuestos de proyectos de AT, MT, BT y energía Renovable Desarrollador C++ Senior, experto en algoritmos avanzados aplicados a la ingeniería Experiencia (2009-Actualidad) CEO en ESOLUTIONS S.A.C. (2003-2008) Jefe de Proyectos en PRICONSA Educación (2012-2013) Massachusetts Institute of Technology-MIT, EDX Program Certificate of mastery in 6.00x: Introduction to Computer Science and Programming (2012) University of California, Berkeley, EDX Program Certificate in CS188.1x: Artificial Intelligence - Certificate in CS184.1x: Foundations of Computer Graphics Certificate in CS169.1x: Software as a Service (2003) Universidad Nacional de Ingeniería, Lima- Perú - Ingeniero Electricista, Ingeniería Eléctrica Contacto Linkedin: pe.linkedin.com/in/jldcruz Twitter: twitter.com/#!/jldcruz_

36 comentarios

  1. Es complejo el uso de distribución en MRT, se debe considerar las caidas de tensión variables por la resistencia variable del suelo, se debe considerar las pérdidas de transmisión por la resistencia elevada del suelo, las corrientes de fuga a tierra en esas lineas que algunas veces no son vistas por las protecciones, la poca capacidad y poca distancia que se logra en las lineas MRT, los problemas que se pueden presentar ante descargas atomosféricas en la linea, por estas y muchas otras razones recomiendo el uso de linea monofásica con retorno neutro físico, la inversión es mayor pero el servicio es mejor y más seguro.
    Atte.

    1. Estimado Erik, en el artículo ya se ha mencionado su consulta, en el item de «Limitaciones» se indica que «el sistema depende de una correcta medición y mantenimiento de la puesta a tierra en la subestación de distribución MT/BT, para mantener dentro de valores aceptables, las tensiones de toque y paso alrededor de la subestación». Saludos.

  2. Estimado Jose,

    El articulo me parece muy bueno y gracias por tu aporte. Ahora, dadas las ventajas y desventajas que ofrece, me parece que en virtud de las condiciones de inseguridad ) tensiones de paso y toque ) y baja calidad que el servicio ofrecería, no recomendaría su normalizacion. Saludos, Edgar

  3. Muy buena la disercion sobre el tema quisiera preguntar que problemas puede haber si se lleva este sistema hasta solo un pueblo que esta a 30km del punto de alimentacion que va tener como cuatro subestaciones con este sistema en ese pueblo
    esperamos la segunda parte con referente ala selva saludos y gracias por la respuesta

  4. Es importar reconocer la participación del Ing. POLIDORO ERNANI DE SAO TIAGO FILHO. Experto Asesor Técnico BID de la Gerencia de electrificación de Electroperú, en el desarrollo de las LÍNEAS MRT ó CRT en el Perú. Seguidamente cito sus recomendaciones expresadas en el Simposio de “Ampliación de la frontera Eléctrica” en el CIP de Ancash – Huaraz. El 16-17/11/1984:
    En los casos que un T/F sea exclusivo para una propiedad en sistema MRT, recomienda apartar los aterramientos de MT y BT por los menos 25m.
    En el sistema MRT la corriente de falla baja la tierra por un solo punto, pudiendo provocar tensiones de paso y toque peligrosos.
    A través de mediciones prácticas en las peores condiciones se encontró tensiones de paso y corrientes de toque menores de 50V y 30mA, respectivamente. Como las corrientes de 9 a 25mA pueden ser peligrosas, no se debe tocar ni aproximarse a los aterramientos de sistemas MRT, principalmente en ocasiones de tempestad. Estos riesgos pueden ser evitados con buenos aterramientos, aislamiento del conductor de bajada hasta 3m.
    Para garantizar potenciales de paso y toque en condiciones normales de operación inferiores a los valores peligrosos se puede calcular para cada tensión del sistema y potencia del transformador, la resistencia máxima de su aterramiento es:
    R = (DV x V)/P
    Dónde:
    DV= Tensión de paso o toque máxima admisible, considerada como: 26,6V
    V= Tensión fase –tierra nominal del sistema.
    P= Potencia del transformador.

  5. Sobre las pruebas efectuadas en el Valle del Mantaro, favor de verificar la tensión de 20 kV. mencionada en el articulo……..

    Con respecto a que «….todo el sistema instalado en el Valle del Mantaro se prendía y apagaba como un árbol de navidad, primero se prendía una localidad, luego se apagaba y entraba otra….», para que esto sucediera los transformadores (de prueba) en las localidades tendrían que haber sido de 20 kV. (fase viva-tierra) ó 11.55 kV (fase viva-tierra), lo cual no queda muy claro……ya que desde el inicio de la electrificación rural en el Perú, en el Sistema Eléctrico del Valle del Mantaro, la tensión fué trifasica 13.2 kV. con neutro corrido (armados de la Norma R.E.A)….que utilizaba transformadores monofásicos a 6.72 kV. (fase viva y neutro).

    1. Estimado José, esta sistema se implementó en 34,5kV/20kV, es decir, 20kV -MRT y fue a un grupo reducido de localidades del Valle del Mantaro, esta experiencia se realizó antes de que entrara en vigencia la Directiva DGE N° 001-85-EM/DGE, que normalizaba el 22,9/13,2kV y fue a raiz de esta experiencia que se dio luz verde a esta normalización. Es muy probable que luego de que se diera la normalización este sistema se haya reconvertido, respetando las normas vigentes de la empresa concesionaria de la zona.

      Se ha hecho las correcciones respectivas al artículo para evitar la confusión.

      Gracias por sus comentarios.

      José Luis

    2. Respecto a la implementación de los sistemas MRT ó CRT en el Valle del Mantaro:
      El 05 de Octubre de 1984 se suscribió un acta de Coordinación Electrocentro – Gerencia de Electrificación de Electroperú S.A. Suscritos por:
      Electrocentro: Ings. EUGENIO LINDO, CARLOS ARROYO, MELITON VALENCIA.
      Electroperú: Ings. LUIS PRIETO G., NELSON CHAVEZ H., JOSE GUERRERO S.
      Documento mediante el cual se daba luz verde a la aplicación de los sistemas MRT con los siguientes proyectos pilotos:
      Línea MRT en 7,62 kV para alimentar a la localidad de Raquina (Dist. Pucará, Prov. De Huancayo).
      Línea MRT en 19 kV derivado de la línea en 33 kV del tramo huarisca-Cochangará, para alimentar la localidad de Copca (Dist. Ahuac, Prov. De Huancayo).
      ¡Amigos si tienen alguna duda ya saben a qué ingenieros preguntar…!

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