Líneas De Baja Tensión O Voltaje: Tipos, Diseños

Una línea de baja tensión o voltaje, también conocida como red secundaria es una parte de la distribución de energía eléctrica que transporta la energía eléctrica desde los transformadores de distribución hasta los medidores de electricidad de los clientes finales. Las redes secundarias funcionan a un nivel de baja tensión, que suele ser igual a la tensión de red de los aparatos eléctricos.

La mayoría de las redes de baja tensión modernas funcionan con una tensión nominal de Corriente alterna (CA) de 100 a 127 ó 220 a 240 voltios, con una frecuencia de 50 ó 60 hertzios. La tensión de funcionamiento, el número necesario de fases (trifásicas o monofásicas) y la fiabilidad necesaria determinan la topología y la configuración de la red. La forma más simple son las líneas de servicio radiales desde el transformador hasta las instalaciones del cliente. Los alimentadores radiales de bajo voltaje suministran a múltiples clientes.

Para aumentar la fiabilidad, las denominadas redes de punto y redes de red proporcionan suministro a los clientes desde múltiples transformadores de distribución y vías de suministro. El cableado eléctrico se puede realizar mediante líneas eléctricas aéreas, cables eléctricos aéreos o subterráneos, o su mezcla.

Líneas De Baja Tensión

Los sistemas de distribución de energía eléctrica están diseñados para servir a sus clientes con energía confiable y de alta calidad. El sistema de distribución más común consiste en circuitos radiales simples (alimentadores) que pueden ser aéreos, subterráneos o una combinación. Desde la subestación de distribución, los alimentadores llevan la energía a los clientes finales, formando la red de media tensión o primaria, operando a un nivel de media tensión, típicamente de 5 a 35 kV. Los alimentadores varían en longitud desde unos pocos kilómetros hasta varias decenas de kilómetros. Como deben abastecer a todos los clientes en el área de distribución designada, a menudo se curvan y se ramifican a lo largo de los corredores asignados. Usualmente una subestación suele abastecer de 3 a 30 alimentadores.

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Los transformadores de distribución o transformadores secundarios, colocados a lo largo de los alimentadores, convierten el voltaje del medio a un nivel de bajo voltaje, adecuado para el consumo directo de los clientes finales (voltaje de red). Típicamente, un alimentador primario rural suministra hasta 50 transformadores de distribución, repartidos en una amplia región, pero la cifra varía significativamente dependiendo de la configuración. Desde estos transformadores, la red de baja tensión o secundaria se ramifica a las conexiones del cliente en las instalaciones del cliente, equipadas con contadores de electricidad.

Consideraciones de diseño

La mayoría de las diferencias en la disposición y diseño de las líneas de baja tensión vienen dictados por la tensión nominal de la red. En Europa y en la mayor parte del mundo, 220-240 V es la opción dominante, mientras que en Norteamérica, 120 V es el estándar.

La norma ANSI C84.1 recomienda una tolerancia de +5%, -2.5% para el rango de voltaje en un punto de servicio. Las líneas de baja tensión norteamericanas cuentan con conexiones secundarias mucho más cortas, de hasta 250 pies (80 metros), mientras que en el diseño europeo pueden alcanzar hasta 1 milla (1,600 metros). Por lo tanto, los transformadores de distribución norteamericanos deben estar mucho más cerca de los consumidores y ser más pequeños (de 25 a 50 kVA), mientras que los europeos pueden cubrir áreas más extensas y por lo tanto tener potencias más altas (300 a 1000 kVA); sólo las áreas rurales remotas en el diseño europeo son servidas por transformadores monofásicos.

Dado que la baja tensión distribuye la energía eléctrica a la clase más amplia de usuarios finales, otra de las principales preocupaciones en materia de diseño es la seguridad de los consumidores que utilizan los aparatos eléctricos y su protección contra las descargas eléctricas. Un sistema de puesta a tierra, en combinación con dispositivos de protección tales como fusibles y dispositivos de corriente residual, debe garantizar en última instancia que una persona no entre en contacto con un objeto metálico cuyo potencial relativo al potencial de la persona (que es, a su vez, igual al potencial de tierra a menos que se utilicen esteras aislantes) supere un umbral “seguro“, normalmente fijado en unos 50 V.

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Tipos de líneas o redes

Las líneas de baja tensión o voltaje se dividen en los siguientes tipos:

Redes radiales

La operación radial es el diseño más extendido y económico de las líneas de media tensión y baja tensión. En los sistemas americanos (120 V), los clientes suelen ser alimentados directamente desde los transformadores de distribución a través de líneas de bajada de servicio relativamente cortas, en una topología en forma de estrella. En los sistemas de 240 V, los clientes son atendidos por varios alimentadores de baja tensión, realizados por líneas eléctricas aéreas, cables eléctricos aéreos o subterráneos, o su mezcla; en una red aérea, las caídas de servicio se realizan desde la parte superior de los postes hasta las conexiones del techo. En una red de cables, todas las conexiones y dispositivos de protección necesarios se colocan normalmente en gabinetes montados en pedestal o, ocasionalmente, en pozos de registro (las conexiones en tensiones enterradas son propensas a fallas).

La protección del sistema de potencia en redes radiales es sencilla de diseñar e implementar, ya que las corrientes de cortocircuito sólo tienen un camino posible que debe ser interrumpido. Los fusibles se utilizan más comúnmente para la protección contra cortocircuitos y sobrecargas, mientras que los disyuntores de baja tensión se pueden utilizar en circunstancias especiales.

Redes de punto

Las redes de punto se utilizan cuando se requiere una mayor fiabilidad de suministro para clientes importantes. La línea de baja tensión se alimenta de dos o más transformadores de distribución en un mismo emplazamiento, cada uno alimentado por un alimentador de media tensión diferente (que puede proceder de la misma subestación o de subestaciones diferentes). Los transformadores se conectan con un bus o un cable en el lado secundario, llamado bus en paralelo o bus colector.

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El bus en paralelo normalmente no tiene cables de conexión (alcances) a otras unidades de red, en cuyo caso tales redes se denominan redes de puntos de aislamiento; cuando los tienen, se denominan redes de puntos con alcances. En algunos casos, se pueden aplicar disyuntores secundarios de acción rápida entre secciones de bus para aislar fallas en el interruptor secundario y limitar la pérdida de servicio.

Los sistemas Spot se aplican comúnmente en áreas de alta densidad de carga como distritos comerciales, grandes hospitales, pequeñas industrias e instalaciones importantes como sistemas de suministro de agua. En operación normal, el abastecimiento de energía es suministrado por ambos alimentadores primarios en paralelo. En caso de una interrupción de cualquiera de los alimentadores primarios, el dispositivo de protección de red en el correspondiente transformador de punto secundario se abre automáticamente; los transformadores restantes continúan surtiendo suministro por medio de sus respectivos alimentadores primarios.

Sólo en los casos en que el cortocircuito se localice en el bus en paralelo, o cuando se produzca una pérdida total de suministro primario, el cliente permanecerá fuera de servicio. Los fallos en la red de baja tensión son manejados por fusibles o disyuntores locales, resultando en la pérdida de servicio sólo para las cargas afectadas.

Redes Grid

Una red de redes consiste en una red de circuitos interconectados, energizados desde varios alimentadores primarios a través de transformadores de distribución en múltiples ubicaciones. Las redes eléctricas suelen estar presentes en los centros urbanos de las grandes ciudades, y los cables de conexión se colocan en conductos subterráneos a lo largo de las calles. Numerosos cables permiten múltiples vías de corriente desde cada transformador hasta cada carga dentro de la red.

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Al igual que las redes de distribución, los protectores de red se utilizan para proteger contra las fallas del alimentador primario y para evitar que la corriente de falla se propague de la red al alimentador primario. Las secciones de cable individuales pueden estar protegidas por limitadores de cable en ambos extremos, fusibles especiales que proporcionan una protección contra cortocircuitos muy rápida. Los limitadores de cable no tienen un amperaje nominal y no pueden utilizarse para proporcionar protección contra sobrecargas; su único propósito es aislar la falla.

En condiciones de cortocircuito elevado, los limitadores soplan y cortan el cable con falla, mientras que los cables no afectados toman su carga y continúan prestando servicio. Las interrupciones de los alimentadores primarios, así como los limitadores y los protectores de red despejados debido a fallas anteriores, causan cambios en el flujo de carga que no se detectan fácilmente, por lo que sus estados pueden requerir una inspección periódica. La redundancia inherente del sistema generalmente evita que cualquier cliente experimente un apagón.

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