IE-03dis - SISTEMAS DE DISTRIBUCIONAlfredo Rifaldi - Norberto I. SirabonianSistemas radialesSupongamos que se tiene un centro de cargas, y varias cargas que deben ser alimentadas desde este centro. Desde cada carga hasta el centro se debe encontrar un camino a travs de un cable.El cable puede ser exclusivo para cada carga o bien puede pasar por varias cargas sucesivamente.El sistema de alimentacin en el cual cada carga esta unida con el centro de alimentacin a travs de un cable exclusivo(figura1 caso A), es caracterstico de las instalaciones industriales en el nivel de alimentacin de las cargas. Una ventaja de este sistema es que permite el control centralizado desde el centro de alimentacin, un ejemplo clsico es un centro de control de motores. (Los crculos negros representan los centros de alimentacin, y los blancos las cargas)El sistema de alimentacin en el cual un solo cable va pasando por todas las cargas sucesivamente(figura1 caso B), es caracterstico de la distribucin domiciliaria, de los circuitos de iluminacin de calles. Este sistema obliga a tener los dispositivos de control de las cargas distribuidos, uno en correspondencia de cada derivacin de carga, salvo que simplemente se conecten y desconecten todas las cargas juntas desde el centro de alimentacin.Ambos sistemas son de diseo intuitivo, caracterstica muy valiosa ya que reduce la cantidad de documentacin descriptiva necesaria.Una mezcla entre los dos sistemas podemos llamarla arborescente(figura1 caso C), el cable nace troncal en el centro de alimentacin, y se subdivide en ramas y mas ramas, llegando hasta las cargas (hojas).El calculo de la red es simple, el flujo de carga se puede desarrollar suponiendo perdidas nulas, la carga que pasa por una rama cualquiera es suma de todas las cargas comprendidas entre esa rama y las hojas.As puede determinarse la corriente en la rama y verificar que el cable seleccionado para la rama soporta esta corriente (desde el punto de vista trmico), otra verificacin de inters es determinar la cada de tensin en la rama (para lo cual se deben conocer sus parmetros resistencia y reactancia y la longitud).Determinadas las cadas de tensin en todas las ramas, la cada de tensin total en cada camino se obtiene sumando las cadas de todas las ramas desde el punto de inters hasta el punto de alimentacin.En modo similar se pueden determinar las perdidas en cada cable, y perfeccionar el flujo de carga teniendo en cuenta tambin las perdidas.Todos los esquemas vistos presentan la particularidad de que cuando (se pierde) se produce falla de un cable (de un tramo) sucede la perdida de todas las cargas que incluyen el tramo como camino de alimentacin.

Anillos y mallasBuscando soluciones a esta debilidad (desde el punto de vista de seguridad de alimentacin) se plantean redes de mayor complejidad.Los esquemas radiales se pueden duplicar, radial doble, y cada carga puede seleccionar si se alimenta desde un cable o el otro.O bien una lnea que alimenta muchas cargas puede terminar en otro centro de alimentacin, alimentarse desde ambas puntas, formando un anillo(figura2 caso D).Si a un sistema arborescente se le agregan mas ramas entre nodos ya existentes(figura2 caso E), se forma un sistema mallado. El sistema mallado puede tener tambin mas puntos de alimentacin. (Los crculos negros representan los centros de alimentacin, y los blancos las cargas, los cables rojos permiten cerrar mallas o alimentar desde otro centro).La documentacin de estas redes es mas compleja, ahora nada es intuitivo... es necesario que se hagan muchas aclaraciones a fin de poder calcular el funcionamiento de la red en una condicin cualquiera.Frecuentemente en el nivel de distribucin el funcionamiento de las redes, aun teniendo estructura mallada es radial, es decir se abren cierta cantidad de ramas a fin de poder alimentar todas las cargas y la red queda radial. En caso de prdida de un cable en servicio se conectan otros cables (que estaban desconectados) a fin de que nuevamente la red con un nuevo esquema radial preste servicio a todos los usuarios, se puede decir que la red mallada funciona como red radial dinmica (que cambia).El clculo y verificacin de esta red se debe repetir para distintas configuraciones, encontrando para cada elemento las condiciones dimensionantes (criticas).Si se desea mantener las mallas cerradas, debe considerarse que los sistemas de protecciones debern garantizar el buen funcionamiento separando exclusivamente el tramo que en cada condicin se encuentre en falla. Esta es la principal dificultad que aun cuando se plantean sistemas mallados a nivel de distribucin se los hace funcionar en modo radial, para facilitar la identificacin de los puntos donde ocurren las fallas.Las redes de alta tensin (transmisin) son las que funcionan en modo mallado, a medida que se baja a tensiones menores el funcionamiento se plantea en modo radial.Reflexiones sobre redes elctricas de suministroLa red elctrica une la fuente de energa con los usuarios, las cargas, en su forma ms simple e intuitiva es una red de tipo arborescente, radial pura, cuya raz es la fuente y cuyas hojas son los usuarios.Una red de este tipo tiene una ventaja que frecuentemente no se aprecia lo suficiente, es esencialmente simple, no es necesario documentacin para transmitir su forma, la operacin es intuitiva, y no hay posibilidad de errores ligados a la estructura de la red.A veces el usuario no soporta la perdida de servicio, esta puede ser debida a distintas razones, imputables a la red o no.Cuando se considera que pueden producirse fallas en los dispositivos incluidos en las ramas de la red (aparatos de maniobra, cables, transformadores) si se desea mantener la estructura de la red a cada carga debe llegarse con dos cables, y los correspondientes aparatos de maniobra, surge as el llamado esquema doble radial.El nodo desde donde nace el esquema doble radial, debe permitir que la mayor seguridad que el esquema brinda sea efectivamente mantenida, el punto desde donde se alimenta la carga, debe tener elevadisima confiabilidad para que efectivamente el doble radial sea aprovechable.Observemos que el esquema doble radial obliga a instalar mas aparatos, que el simple radial, pueden ser aparatos ms econmicos, pero su confiabilidad debe ser elevada en caso contrario se pierde la ventaja.Por otra parte la carga tambin tiene su grado de confiabilidad, que quizs sea de orden de magnitud inferior al circuito de alimentacin, entonces no vale la pena la complicacin del radial doble.Varias cargas tambin pueden alimentarse con una nica lnea que pasa por todas ellas, el tamao de los conductores puede decrecer a medida que en el camino a la ultima carga estas van quedando atrs. El esquema de una nica lnea comparado con el radial simple tiene sentido mientras el tamao de los conductores en la nica lnea pueda ser mnimo, en caso que as no sea la nica lnea no presenta ventajas respecto del esquema radial simple, con un cable a cada carga.Si la nica lnea termina en una barra que puede ser de alimentacin, eventualmente la misma de donde comenz, aunque ms lgico es otra, el sistema de distribucin es en anillo, la lnea debe ser dimensionada para transmitir en una u otra direccin.Generalmente los anillos as concebidos trabajan en forma radial, con un punto de corte que puede ser cualquiera, eventualmente los extremos, lo que explica la seccin grande en los extremos, y finalmente en todo el desarrollo del anillo.Mientras que en el esquema radial los equipos de maniobra estn concentrados en la raz donde arranca el sistema, el anillo obliga a distribuir equipos en todo el desarrollo, esto presenta dificultades de operacin y proteccin.Los anillos pueden trabajar cerrados, en esta forma se generan mallas, y aumentan las complicaciones de operacin y proteccin, aunque aparecen ventajas de mayor continuidad del servicio.Las redes de distribucin, tanto de baja como de media tensin, de uso publico como internas de fabricas, pueden desarrollarse con esquemas radiales, o anillos que trabajan abiertos.Las redes de transmisin en cambio, donde la interconexin resulta indispensable para la operacin segura y econmica se hacen malladas, enfrentando los problemas que surgen de esta estructura compleja.En algunos casos que pueden juzgarse excepcionales se han desarrollado sistemas de distribucin de baja o media tensin mallados (network) o en anillo (banking), debiendo aceptar las complicaciones que ello implica.Alternativas prcticas y su caracterizacinEn bajas tensiones las potencias manejadas son relativamente bajas, en redes industriales se alimentan directamente los usuarios, los equipos, las redes son frecuentemente radiales, difcilmente se justifican esquemas radiales dobles.La red de baja tensin de distribucin publica en cambio tiene generalmente un largo distribuidor del que se derivan las cargas, los distribuidores a su vez son derivados a lo largo de un alimentador.En media tensin la red industrial puede ser radial simple cuando soporta una interrupcin que puede ser poco probable, cuando no el esquema es radial doble.A veces el esquema radial doble alimenta mas centros a lo largo de su recorrido, permitiendo cierta economa de equipos de maniobra.La red pblica utiliza esquemas radiales simples mientras las cargas son modestas, cuando el rea servida es de mayor importancia el esquema se hace anillado, trabajando en forma radial, solo excepcionalmente se avanza hacindolo trabajar cerrado, las complicaciones entonces son grandes.Difcilmente una industria posee un red de alta tensin compleja, esto solo se da en industrias muy grandes (aceras por ejemplo), a lo sumo se observan dos o tres centros de alta tensin desde donde se derivan distribuciones de media tensin o se conectan eventuales generadores, los centros de alta tensin se unen a la red pblica en forma radial o formando anillo que trabaja cerrado en ambos extremos.La red de alta y muy alta tensin tiene siempre estructura de red mallada, de la que se desprenden estructuras arborescentes, radiales, que con el tiempo (al desarrollarse el rea) se convierten en nuevas mallas, a su vez al superponerse a una red de alta tensin otra mayor, la de menor tensin reduce su funcin de transporte a distribucin, y entonces frecuentemente pierde su estructura mallada y se hace (nuevamente) radial.