INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERAMECNICA Y ELCTRICA
Estudio de rentabilidad de un Sistemade Distribucin Subterrneo
TESIS
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIEROELECTRICISTA PRESENTA:
EDUARDO MORENO SEGURA
ASESORES:
ING. DANIEL ANTONIO MATA JIMNEZING. CARLOS VACA JIMNEZ
MXICO, D.F. 2008
Agradecimientos:
A Dios por permitirme gozar de la dicha, de llegar a esta fecha tan especialen mi vida personal como profesional.
A mis padres Alicia y Eligio, quien me han apoyado en todo momento, sinimportar los tropiezos que he tenido a lo largo de mi carrera de estudiante.
A mi hermana Janeth Alicia, por la motivacin incondicional de quecumpliera uno ms de mis sueos el cual es, titularme.
A la CFE por permitirme realizar el Servicio Social, donde empec unanueva etapa en el mbito laboral y gracias a la informacin para poderllevar a cabo este proyecto, en especial al Ing. Alfonso Simg Chong e Ing.Carlos Vaca Jimnez, por su apoyo y comprensin.
A mis Tos, Maestros, Asesores, Amigos y Compaeros de m queridaescuela la ESIME, que me ensearon lo que no saba y me despertaron a loque ya saba.
Cuando la gente me pregunta cul es mi propsito en la vida, les contesto que mitrabajo es mi meta. Es sumamente triste saber que la mayora de la gente odia susempleos y lo que es peor todava, no saben lo que quieren hacer. Encontrar elpropsito de tu vida -encontrar un trabajo que te gusta hacer, por ejemplo- esamar a quien tu eres.
El trabajo sirve como expresin de creatividad, es decir, es necesario que permitasque la energa creativa del Universo fluya a travs de ti. No importa lo quehagas, en tanto sea satisfactorio para tu ser y permita realizarte. Recuerda:
Cuando nuestra visin interior se abre, nuestros horizontes se expanden.
NDICE
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IV
NDICE
PG.INTRODUCCIN VIII
Planteamiento del Problema XI
Objetivo XII
Justificacin XIII
Hiptesis XIV
Metodologa XV
CAPITULO I. EL SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA Y SURELACIN CON UN SISTEMA DE DISTRIBUCIN SUBTERRNEO 16
I.1 GENERALIDADES 16
I.2 EL SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA (SEP) 16
I.3 SUBSISTEMAS DEL SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA 18
I.3.1 Generacin 18I.3.2 Transformacin 20I.3.3 Transmisin 21I.3.4 Distribucin 22
I.4 EL SISTEMA DE DISTRIBUCIN COMO COMPONENTE DEL SEP 22
I.4.1 Clasificacin 23I.4.2 Elementos de Diseo de un Sistema de Distribucin 23I.4.3 Requerimientos Tcnicos y Calidad de Servicio 24
A) Carga 24B) Continuidad 25C) Estructura de la Red Primaria 26D) Tensin Primaria y Secundaria 27E) Control de la Frecuencia y Cada de Tensin 28
CAPTULO II. PARTES CONSTITUTIVAS DE UN SISTEMA DEDISTRIBUCIN SUBTERRNEO DE ENERGA ELCTRICA(DISEO, EQUIPO Y MATERIALES) 29
II.1 GENERALIDADES 29
II.2 CARACTERSTICAS DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCIN SUBTERRNEOS 30
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V
II.2.1 Tensin del Sistema 30A) Baja Tensin 31B) Media Tensin 31
II.2.2 Tipos de Carga 32A) Zonas Comerciales 32B) Zonas Residenciales 33C) Zonas Tursticas 33D) Zonas Industriales 34
II.2.3 Determinacin de las Cargas 34II.2.3.1 Sistemas Nuevos 34II.2.3.2 Sistemas Existentes 35
II.2.4 Demandas Mximas 36II.2.5 Configuracin del Sistema 36
II.2.5.1 Radial 37II.2.5.2 Anillo 37
II.3 CRITERIOS DE DISEO Y PRCTICAS ACTUALES DE OPERACIN DE LOSSISTEMAS DE DISTRIBUCIN SUBTERRNEOS EN EL TERRITORIO NACIONAL 38
II.4.1 Distribucin en Media Tensin 38II.4.2 Distribucin en Baja Tensin 39II.4.3 Banco de Ductos 40
II.4 PERFORACIN HORIZONTAL DIRECCIONAL 41
II.4.1 Condiciones de Terreno 41II.4.2 Fluidos de Perforacin 41II.4.3 Aditivos para Fluidos de Perforacin 42II.4.4 Perforacin 42II.4.5 Ampliacin en Retroceso 42II.4.6 Tapn de Lodo (hidra-look) 43II.4.7 Rendimientos 43II.4.8 Descripcin 43II.4.9 Procedimiento 44
II.5 ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UN CABLE (MATERIALES) 47
II.5.1 Conductor 48II.5.2 Cinta Semiconductora Sobre el Conductor 49II.5.3 Aislamiento 49II.5.4 Cinta Semiconductora Sobre el Aislamiento 49II.5.5 Pantalla Metlica 49II.5.6 Forro 50
II.6 ACCESORIOS DE CABLES SUBTERRNEOS (MATERIALES) 50
II.6.1 Terminales 53II.6.1.1 Monofsica de Cermica 53II.6.1.2 Premoldeada 54
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VI
II.6.1.3 Termocontrctiles 54
II.6.2 Empalmes 54II.6.2.1 Encintado 55II.6.2.2 Prefabricado 55II.6.2.3 Termocontrctil 56II.6.2.4 Contrctil en Fro 56
II.6.3 Conectores (Conectadores) 56II.6.3.1 Tipo Codo 56
A) Desconectable con Carga 57B) Desconectable con Carga y Fusible Limitador de Corriente 57C) De 600 Amperes 58
II.6.3.2 Conectores Mltiples 58II.6.3.3 Conector Tipo Unin 59II.6.3.4 Conector Tipo Tapn 59
II.7 TRANSFORMADORES (EQUIPO) 59
II.7.1 Definicin 59II.7.2 Principio de Funcionamiento 59II.7.3 Ncleo 60II.7.4 Bobinas 60II.7.5 Tanque 61II.7.6 Pruebas 61II.7.7 Efectos de Ferroresonancia en Sistemas de Distribucin Subterrnea 63
II.8 SECCIONALIZACIN Y PROTECCIN (EQUIPO) 65
II.8.1 Instalaciones Monofsicas 66II.8.2 Instalaciones Trifsicas 66II.8.3 Proteccin contra Sobretensiones 66II.8.4 Proteccin contra Sobrecorrientes 69
CAPTULO III. PRINCIPALES FALLAS EN LOS SISTEMAS DEDISTRIBUCIN DE ENERGA ELCTRICA 71
III.1 ANLISIS DE LA NATURALEZA DE LA FALLA 71
III.2 FALLAS EN LAS REDES AREAS 72
III.2.1 Fallas por Descargas Atmosfricas 72III.2.2 Fallas por Vientos Fuertes 73III.2.3 Fallas por presencia de Animales 74III.2.4 Fallas por Tormenta 75III.2.5 Fallas por Grupo de Factores 76
III.3 FALLAS EN LAS REDES SUBTERRNEAS 77
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VII
III.3.1 Fallas en el Aislamiento del Cable 77III.3.2 Fallas en el Aislamiento en Particular 78III.3.3 Fallas en Aislamientos de Codos Conectores Quemados o Perforados 79III.3.4 Fallas por Conductor con Maltrato Mecnico o Quemado 79
CAPTULO IV. ANLISIS COMPARATIVO ENTRE UN SISTEMA DEDISTRIBUCIN AREO Y UN SISTEMA DE DISTRIBUCINSUBTERRNEO. 81
IV.1 GENERALIDADES 81
IV.2 ANLISIS DE LAS VENTAJAS 81
IV.3 ANLISIS DE LAS DESVENTAJAS 82
IV.4 ANLISIS DE LAS FORTALEZAS 83
IV.5 ANLISIS DE LAS DEBILIDADES 83
IV.6 ANLISIS POR CAUSAS DE FALLAS 84
IV.7 ANLISIS DE LAS FALLAS TOTALES 85
IV.8 ANLISIS ECONMICO 86
CONCLUSIONES 89
ANEXOS 92
NDICE DE FIGURAS 92NDICE DE TABLAS 92NDICE DE GRAFICAS 93
BIBLIOGRAFA 94
INTRODUCCIN
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VIII
Introduccin
Desde mediados del siglo XVIII cuando por primera vez fue posible la creacin de la
energa elctrica a travs de generadores que funcionaron, desde entonces, bajo los
principios de la induccin electromagntica y el aprovechamiento de los conocimientos de la
mecnica, que entonces predominaba, dio la humanidad un paso ms en su camino hacia el
progreso, impulsando entre otras cosas, la manera en cmo transformar los recursos
naturales, en su propio beneficio.
Pasaron muchos aos para que se pudiera desarrollar la infraestructura capaz de
transmitir la energa elctrica desde puntos alejados, hasta los centros de consumo, y se
tomaran en cuenta la tecnologa, la economa, la poltica energtica, as como los factores
sociales y demogrficos del pas, para hacer posible su engrandecimiento.
Es innegable que el progreso de la sociedad humana y su civilizacin, se deben en gran
medida, entre otras cosas, a la electricidad, en sus inicios y ms recientemente, a los
sistemas elctricos, ya que al facilitar el crecimiento de la actividad industrial, elevan el nivel
de vida de las personas. De esta forma, tanto el desarrollo tecnolgico como el industrial y el
social al ir en una creciente expansin, demandan mayor uso de la energa elctrica.
Conforme se fueron incrementando la poblacin, la economa y la tecnologa de las
naciones, tambin se hizo compleja la forma de distribuir la energa elctrica desde los
centros de produccin hasta los lugares de consumo.
Consecuentemente la invencin de otros sistemas elctricos de reparticin de energa,
ha permitido el desarrollo industrial, que es una de las formas que nos permiten apreciar la
mejora en la calidad de vida de las personas, objetivo primario de la bsqueda y hallazgo del
conocimiento.
La historia en nuestro pas en este sector, inicia a principios del siglo pasado, cuando la
industria elctrica estaba constituida por empresas particulares que buscaban satisfacer las
necesidades propias de las industrias textil y minera. La electricidad era distribuida de
manera regional, porque se haban constituido decenas de empresas monoplicas
verticalmente integradas que atendan lo solicitado por los principales centros de consumo
INTRODUCCIN
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IX
del pas. La creciente demanda, rpidamente super la capacidad de las pequeas plantas
generadoras, propiciando la formacin desordenada de empresas suministradoras de este
recurso energtico.
Ante tales circunstancias, la ausencia de un marco normativo e institucional capaz de
regular la produccin, transmisin y distribucin de electricidad, se reflej en un suministro
desigual que prcticamente exclua a las zonas rurales de los beneficios de este recurso. Por
ello, en 1934, y respondiendo a las necesidades prevalecientes en ese entonces, el H.
Congreso de la unin, que cuenta entre sus facultades constitucionales la legislacin en
materia de energa elctrica, present la iniciativa de ley que en 1937, y con la prioridad de
ampliar el servicio elctrico a las zonas donde la rentabilidad en los proyectos no exista,
cre la Comisin Federal de Electricidad (CFE).
De manera que para el ao de 1960, con el propsito de darle eficiencia y transparencia
al aparato productor de electricidad, el gobierno federal decidi comprar las acciones de las
empresas privadas que generaban y transmitan la energa elctrica en esa poca, dando un
paso importante en la consolidacin de esta industria, como motor de la vida nacional del
pas.
El ao de 1979 fue un parte aguas para los sistemas de distribucin, ya que fue editada
la primera edicin de la norma de construccin relativa a redes subterrneas, inicindose con
fuerza el desarrollo de estos sistemas, cuya aplicacin en el naciente siglo, avanza da con
da, en zonas del territorio nacional, tales como las residenciales, lugares tursticos y centros
histricos, preferentemente.
En la actualidad, el adelanto cientfico en todos los campos de la ciencia, ha logrado
contribuir con altos niveles de eficiencia en la generacin, transmisin y distribucin de la
electricidad. Sin embargo, los recursos tcnicos del momento no son suficientes y es
necesario buscar fuentes de subvencin para hacer frente a la creciente demanda de esta
vital fuente de energa.
La exigencia de preservar los centros histricos en excelentes condiciones, est
provocando en el presente, que se tomen y consideren los caminos que solucionen la
INTRODUCCIN
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X
problemtica. Ante esta situacin, y especficamente en el terreno de la distribucin
subterrnea, nuestra labor con la sociedad, es la de proporcionar los elementos necesarios
para que se beneficie la rentabilidad de los sistemas elctricos, de manera que se
aprovechen eficiente y racionadamente en el mediano y largo plazo.
Por ltimo, es importante recordar que cualquier decisin encaminada al mejoramiento
de un objeto o un sistema, est respaldada por una visin a futuro.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
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XI
Planteamiento del Problema
En su inicio, los sistemas de distribucin subterrnea eran catalogados como costosos
por lo que solo se empleaban en lugares donde se tena un nivel socioeconmico alto as
como en lugares exclusivos de turismo como son los centros residenciales y hoteles en las
principales playas del pas.
Sin embargo para colonias, barrios, centros habitacionales y capitales de los estados
solo se pensaba en una distribucin area ya que era demasiado costoso realizar una
distribucin subterrnea en estos lugares.
Sin embargo los centros de las capitales de los estados que actualmente se consideran
histricos e incluso patrimonio cultural de la humanidad en la Repblica Mexicana, se ha
presentado la necesidad de conservar estos lugares con el mejor aspecto posible lo que ha
propiciado que con el paso de los aos, su conservacin y su apariencia visual deben estar
en perfectas condiciones, toda vez que no solo son admirados por los propios mexicanos,
sino que tambin son del agrado de personas que vienen de visita del extranjero.
En este sentido, y para contribuir a que se logre lo anterior, una de las partes que nos
corresponden a los encargados de proveer la energa elctrica, es la de plantearnos lo que
sigue:cmo debemos proporcionarla en el presente, de manera que se mejore la calidad
del suministro y la esttica de dichos inmuebles, evitando postes de concreto en cada
esquina, cables que parecen telaraas en las fachadas, fallas en el abastecimiento por
descargas atmosfricas, robo de energa, choques y dems problemas que ocasionan las
redes actuales?.
OBJETIVO
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XII
Objetivo
Dar a conocer la rentabilidad de inversin en los Sistemas Subterrneos, para motivar la
sustitucin de las redes de distribucin de energa elctrica actuales, por redes de
distribucin subterrneas en lugares crticos de operacin y mantenimiento. Eliminando el
paradigma de uso exclusivo para centros con nivel socioeconmico alto as como en lugares
exclusivos de turismo.
JUSTIFICACIN
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XIII
Justificacin
Eliminar el paradigma de los altos costos ya que actualmente al considerar la obra civil,
electromecnica, mantenimiento y energa dejada de vender compensa el uso de estos
sistemas ya que su inversin en estos sistemas a disminuido tanto que en menos de 6 aos
es posible recuperar su inversin ya que el costo de mantenimiento comparado con los
sistemas areos podemos considerarlo nulo aunado a la disminucin de los costos en la
construccin y materiales empleados en la misma.
Y en virtud de una mejor distribucin de energa elctrica que conlleve a una mejor
calidad en cuanto al suministro coadyuvando con ello a dar una mejor apariencia a los
centros histricos los cuales en algunos casos son considerados patrimonio cultural de la
humanidad, es importante mantener las instalaciones elctricas que lo circundan con un
excelente servicio y apariencia visual, y la mejor manera de conseguirlo es a travs de la
conversin de las redes elctricas actuales por redes subterrneas. Aunado a que con estas
acciones se evitan actos de vandalismo, robo de energa, en contra de las citadas
instalaciones, as como daos por descargas atmosfricas y excesivos gastos por
mantenimiento. Al mismo tiempo proporcionamos una mejor calidad del servicio y
continuidad, e incrementamos la plusvala del lugar.
HIPTESIS
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XIV
Hiptesis
Mostraremos las bondades del sistema de distribucin de energa elctrica subterrnea y
motivaremos con esto a que se considere la posibilidad de cambiar las redes actuales donde
las zonas estn expuestas a ciertos efectos ambientales o tambin si se trata de zonas
comerciales y residenciales por redes subterrneas.
La sustitucin de redes areas, por redes subterrneas, mejorar la calidad del servicio
energtico, la apariencia visual, el entorno de los centros histricos, al mismo tiempo que
contribuir a reducir los costos por mantenimiento, los actos de vandalismo, daos por
descargas atmosfricas en las lneas, robo de energa, choques, etc.
METODOLOGA
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XV
Metodologa
En el primer captulo se realiza el estudio del Sistema Interconectado Nacional de
Potencia, se analiza el mercado y consumidores.
Para el segundo captulo, ingeniera de distribucin subterrnea materiales y equipo
utilizado en estos sistemas.
En el tercer captulo se presenta la estrategia comercial planteando los problemas que se
tienen actualmente en los Sistemas de Distribucin Areo y los Sistemas de Distribucin
Subterrnea con lo cual se busca motivar al mercado con la finalidad de demostrar el uso de
un sistema u otro.
En el ultimo capitulo se demuestra con ejemplos la rentabilidad de estos sistemas que
actualmente est promoviendo la CFE.
Por ltimo se presenta la conclusin de la demostracin de las ventajas que conllevan los
sistemas de Distribucin Subterrnea en Mxico
Las fuentes de informacin utilizadas al elaborar este trabajo de investigacin,
principalmente son las siguientes: Varios Proyectos de Divisiones de Comisin Federal de
Electricidad, Documentos Normativos y diversos autores de libros en la materia.
CAPITULO I. EL SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA Y SU RELACIN CON UN SISTEMA DE DISTRIBUCINSUBTERRNEO
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16
CAPITULO I. EL SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA Y SU RELACIN CONUN SISTEMA DE DISTRIBUCIN SUBTERRNEO
I.1 GENERALIDADES
Como se sabe la generacin, transformacin, transmisin y la distribucin de la energa
elctrica constituyen las acciones fundamentales de un Sistema Elctrico de Potencia (SEP).
Ahora bien, dentro del SEP, el sistema de distribucin juega un papel importante, debido
a que es el encargado de distribuir la energa elctrica a todos los centros de consumo.
En este captulo se describen los conceptos de generacin, transformacin, transmisin y
distribucin de la energa elctrica a los diversos tipos de consumidores (industriales,
comerciales, residenciales). Adems, se resalta la importancia de la funcin del sistema de
distribucin dentro del SEP.
Con la teora y el anlisis de este captulo, es posible argumentar que en trminos
operacionales, un sistema de distribucin subterrneo es mucho ms eficiente que un
sistema areo, pero el desembolso econmico inicial de su diseo y construccin se ha
considerado mayor, toda vez que hace algunas dcadas, no contbamos con la tecnologa
actual, sin embargo, cuando se proyecta en base a un retorno de inversin inicial, se observa
que el sistema subterrneo tiende a ser ms econmico. De esta premisa fundamental
hablaremos en los captulos subsecuentes, en donde se analizan en forma ms especfica
aspectos de diseo para sistemas subterrneos con nuevos avances tecnolgicos.
I.2 EL SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA (SEP)
Para entender la estructura y operacin del SEP, as como los diferentes subsistemas
que lo componen, en la figura I.1 se ejemplifican de manera esquemtica las partes que lo
integran. Adicionalmente, en la seccin siguiente se describen de manera general cada uno
de stos.
CAPITULO I. EL SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA Y SU RELACIN CON UN SISTEMA DE DISTRIBUCINSUBTERRNEO
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17
Figura I.1 Forma esquemtica de las partes que integran al SEP.
CAPITULO I. EL SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA Y SU RELACIN CON UN SISTEMA DE DISTRIBUCINSUBTERRNEO
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18
I.3 SUBSISTEMAS DEL SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA
I.3.1 Generacin
Figura I.2 Central generadora.
Es conocido que los centros de generacin se localizan en puntos estratgicos de una
red, los cuales producen energa elctrica, que a su vez es transformada para ser llevada por
lneas de transmisin de alta tensin (AT) a grandes distancias hasta los centros de
consumo.
El principio de bsico que hace posible esta etapa del SEP, es el aprovechamiento de la
energa mecnica para transformarla en energa elctrica mediante diferentes equipos y
dispositivos. Es decir, con la energa potencial de una cada de agua es posible para hacer
girar las turbinas hidrulicas que estn unidas al rotor de un generador elctrico, y cuando el
agua golpea las hlices de la turbina, sta empieza a girar junto con el rotor, el cual corta las
lneas de fuerza magntica generadas por el estator; de esta manera, se induce una
diferencia de potencial en el rotor, produciendo una corriente elctrica en los bornes de sus
devanados. (Ver figura I.2)
Actualmente la mayora de los pases industrializados generan su propia electricidad a
travs de los diferentes tipos de centrales generadoras clasificadas en la tabla I.1.
CAPITULO I. EL SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA Y SU RELACIN CON UN SISTEMA DE DISTRIBUCINSUBTERRNEO
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19
Tabla I.1 Clasificacin de las Centrales Generadoras1.
Convencionales No convencionales
Hidroelctricas
Termoelctricas
Geotrmicas
Elicas
Solares
Maremotrices
Nucleoelctricas
Como se puede apreciar en la tabla I.1, existen centrales generadoras denominadas
convencionales, que son las de mayor utilizacin en nuestro pas; contrario a lo que se
presenta con las no convencionales, a excepcin de las nucleoelctricas, geotrmicas y
elicas (en cantidad menor).
La tendencia actual en el diseo y edificacin de centrales y construcciones elctricas, es
no alterar el medio natural y la ecologa. Esto se puede lograr a travs de su adecuada
localizacin, ubicndolas alejadas de las zonas urbanas, centros histricos, reas protegidas
y zonas de gran productividad agrcola. As tambin se consideran aspectos como: la
contaminacin marina e industrial con el fin de minimizar los conflictos de tipo social,
econmico, ecolgico, esttico y de salud.
En nuestro pas la Comisin Federal de Electricidad (CFE) y la Compaa de Luz y
Fuerza del Centro (LyFC), tienen a su cargo el abastecimiento de energa elctrica en todo el
territorio nacional, operando un total de 179 centrales generadoras distribuidas como se
muestran en la tabla I.2.
1 CENTRALES ELCTRICAS POR FREDERICK T MORSE EDITORIAL CECSA 1971
CAPITULO I. EL SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA Y SU RELACIN CON UN SISTEMA DE DISTRIBUCINSUBTERRNEO
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Tabla I.2 Tipos de Centrales Generadoras2.
TIPO CANTIDAD
HIDROELCTRICAS 78
VAPOR 28
CICLO COMBINADO 11
TURBOGAS 40
COMBUSTIN INTERNA 9
GEOTERMO-ELCTRICAS 7
DUAL 1
CARBO-ELCTRICAS 2
NUCLEO-ELCTRICAS 1
EOLO-ELCTRICAS 2
TOTAL 179
Se cuenta adems con 30 plantas generadoras mviles, las cuales son empleadas en
casos de emergencia o eventualidades del sistema.
La capacidad de las centrales generadoras instalada a la fecha es de 38,391.20 MW y
ms de 118.51 MW producidos por las plantas mviles.
I.3.2 Transformacin
El esquema de la figura I.1 expone la topologa de un Sistema Elctrico de Potencia
(sencillo), en donde se aprecia que la energa generada, es transportada hasta los centros
de consumo. Para realizarlo, es necesario elevar la tensin a un nivel adecuado de
transmisin; mientras que en las zonas de carga (poblaciones grandes y pequeas, zonas
industriales, etc.) Es necesario disminuir la tensin a niveles adecuados de distribucin.
La transformacin de la energa se realiza en las subestaciones, las cuales se clasifican
bsicamente en:
2 ESPECIFICACIN BSICA CFE 2006
CAPITULO I. EL SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA Y SU RELACIN CON UN SISTEMA DE DISTRIBUCINSUBTERRNEO
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Subestacin de transmisin: en la actualidad se cuenta con 327 subestaciones, con una
capacidad de transformacin de 135,238 MVAs y niveles de tensin de hasta 400 kV.
Subestacin de distribucin: hoy en da, se tienen instaladas 1551 subestaciones de
distribucin, con una capacidad de conversin de energa de 41,035 MVAs y niveles de
tensin mximos de 115 kV.
Transformadores de distribucin: se tienen en operacin un total de 991,104 unidades,
con una capacidad de 32,458 MVAs y niveles de tensin que van de los 13.2 hasta los
34.5 kV.
I.3.3 Transmisin
Para transferir la energa de las centrales generadoras hasta las subestaciones de
distribucin, es necesario utilizar las llamadas lneas de transmisin. En esta etapa del
sistema es donde se maneja la mayor cantidad de potencia. En nuestro pas, la transmisin
se realiza principalmente en los niveles de 115, 230 y 400 kV. A la fecha se cuenta con
46,688 km de este tipo de lneas en 400 y 150 kV.
En Mxico las lneas de transmisin operan en tensiones de hasta 400 kV y son
comnmente montadas en estructuras metlicas de hasta 40 metros de altura. Las lneas de
transmisin terminan cuando llegan a las subestaciones transformadoras reductoras, las
cuales, transfieren la potencia a las lneas de distribucin del circuito primario del subsistema
de distribucin.
La transmisin de energa elctrica es ms eficiente cuando se transmite a
subestaciones de transformacin ubicadas en las inmediaciones de los centros de consumo;
pero cuando la zona por alimentar es amplia y alejada de la subestacin transformadora, es
conveniente alimentar otras subestaciones que se encuentren ms cerca de los diversos
centros de carga. Para lograr esto se utilizan lneas de subtransmisin, que actualmente
hacen un total de 46,633 km operando en el rango de los 69 y 138 kV, que van de la
subestacin de alimentacin hasta la carga. En Mxico la subtransmisin se realiza
principalmente en las siguientes tensiones: 138, 115, 85 y 69 kV.
CAPITULO I. EL SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA Y SU RELACIN CON UN SISTEMA DE DISTRIBUCINSUBTERRNEO
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I.3.4 Distribucin
Una vez transportada la energa hasta la subestacin reductora de distribucin, este
sistema se encarga de repartirla en los niveles adecuados para su uso, que generalmente en
la repblica mexicana va de los 34,5 a los 13,2 kV en circuitos primarios y de 240/120 y
220/127 en los circuitos secundarios.
I.4 EL SISTEMA DE DISTRIBUCIN COMO COMPONENTE DEL SEP
El sistema de distribucin tiene como objetivo fundamental lograr que todos y cada uno
de los usuarios reciban el suministro correcto de energa elctrica para satisfacer sus
necesidades. Por esta razn, todo el SEP puede ser considerado como un gran sistema de
distribucin.
Es importante mencionar que la calidad de la energa elctrica y su continuidad estn en
funcin del diseo adecuado de cada uno de los subsistemas del SEP y especialmente de
cada uno de los elementos del subsistema de distribucin.
En la figura I.3 se muestra esquemticamente un sistema de distribucin, en el que se
representan sus principales componentes:
Figura I.3 Representacin en bloques de un sistema de distribucin.
CAPITULO I. EL SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA Y SU RELACIN CON UN SISTEMA DE DISTRIBUCINSUBTERRNEO
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23
En donde:
1) Subestacin de distribucin.
2) Circuito primario.
3) Transformador de distribucin.
4) Circuito secundario.
5) Acometida y medidores.
1.4.1 Clasificacin
Los sistemas de distribucin subterrneos se clasifican de acuerdo a los criterios que se
resumen en la tabla I.3.
Por lo que respecta a la clasificacin por nmero de fases y niveles de tensin, la
asociacin de normatividad del sector elctrico divide estos aspectos en dos categoras, las
cuales se citan a continuacin:
A) Distribucin en media tensin, es decir, de 34,5 a 13,2 kV
B) Distribucin en baja tensin, menos de 1000 V
1.4.2 Elementos de Diseo de un Sistema de Distribucin
Como se conoce, la continuidad en el servicio y el aspecto econmico son los principales
factores a considerar en el diseo de una red de distribucin. Sin embargo, mediante un
estudio tcnico-econmico y un anlisis de los requerimientos de continuidad de la carga, es
posible disear un sistema que satisfaga ambos parmetros. Segn las experiencias de las
diversas compaas suministradoras de energa elctrica, la eficiencia del sistema se puede
mejorar si se aplican las normas nacionales e internacionales que se han emitido para la
construccin de redes de distribucin. Esta eficiencia, sin embargo no depende
exclusivamente del sistema de distribucin, sino de la continuidad en todos los subsistemas
del SEP debe quedar claro que el aspecto financiero es uno de los factores de mayor
consideracin para el adecuado diseo y seleccin del sistema de distribucin.
CAPITULO I. EL SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA Y SU RELACIN CON UN SISTEMA DE DISTRIBUCINSUBTERRNEO
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24
Tabla I.3 Clasificacin de los Sistemas de Distribucin Subterrneos3.
Criterios Tipo
Construccin de la red Subterrnea
Hbrida
Utilizacin
Distribucin:
Industrial
Comercial
Residencial
Nivel de Tensin
Media Tensin
(MT)
Baja Tensin
(BT)
Numero de fases Monofsico
Trifsico
Estructura de la red
Radial
Anillo
Doble derivacin
Automtica
1.4.3 Requerimientos Tcnicos y Calidad de Servicio
Existen diversos requerimientos tcnicos a tomar en cuenta para el correcto diseo de un
sistema de distribucin, entre los que destacan:
A) Carga
Para el diseo de un sistema de distribucin, la carga representa un factor determinante,
toda vez que depende de la continuidad del servicio, la estructura de la red, el nivel de la
tensin de la red, tipo y calibre del conductor, cantidad y capacidad de los transformadores,
dispositivos de proteccin, entre otros.
3 NORMA DE DISTRIBUCIN CONSTRUCCIN REDES SUBTERRNEAS 2005
CAPITULO I. EL SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA Y SU RELACIN CON UN SISTEMA DE DISTRIBUCINSUBTERRNEO
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25
Se entiende como carga, a todos los elementos del sistema que representan una
cantidad de potencia por satisfacer, su clasificacin se basa, principalmente, en los
siguientes criterios:
Localizacin geogrfica
(rurales y urbanas)
Tipo de utilizacin de la energa
(residencial, comercial, industrial, cargas de servicio pblico hospitales, alumbrado,
sistema de bombeo, etc.)
Dependientes del servicio
Sensibles: cuando una desconexin momentnea causa problemas graves.
Semisensible: donde una interrupcin con mayor a 10 minutos no causa problemas
graves.
Normales: cuando una interrupcin mayor de una hora no causa problemas graves.
Tarifa
La aplicacin de la tarifa del servicio elctrico depende de la compaa suministradora
en nuestro pas. En la tabla I.4 se presenta el criterio establecido en la repblica
mexicana para el cobro de la energa elctrica, dependiendo del tipo de carga.
B) Continuidad
La continuidad nos define la eficiencia del circuito para alimentar una carga sin sufrir
interrupciones. Esto es muy importante, principalmente porque una suspensin parcial
significa enormes prdidas econmicas, especialmente si la falla ocurre en la lnea de
transmisin.
En este sentido, el principal objetivo de la poltica tarifara es la de recuperar la relacin
precio/costo a niveles que permitan el sano crecimiento de las empresas y generar los
recursos suficientes para financiar los programas de inversin.
Las tarifas elctricas de uso general se establecen con base en una estructura de 7
categoras para uso domestico y 2 para uso comercial de un total de 34 categoras, de
acuerdo a criterios tales como energa demandada, tensin, temperatura, uso, tipo y garanta
de servicio.
CAPITULO I. EL SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA Y SU RELACIN CON UN SISTEMA DE DISTRIBUCINSUBTERRNEO
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Tabla I.4 Tarifas para el suministro4.
Servicio domstico
1 A medidor y cuota fija
1a P/loc. C/temperatura med/ mnimaen verano 25 c.
1b P/loc. C/temperatura med/ mnimaen verano 28 c.
1c P/loc. C/temperatura med/ mnimaen verano 30 c.
1d P/loc. C/temperatura med/ mnimaen verano 31 c.
1e P/loc. C/temperatura med/ mnimaen verano 32 c
1f P/loc. C/temperatura med/ mnimaen verano 33 c
dac Servicio domestico de altoconsumoServicio comercial
2 General hasta 25 kW de demanda
3 General para ms de 25 kW dedemanda
C) Estructura de la Red Primaria
Se ha demostrado que el tipo de red del circuito primario y del secundario, influyen
directamente en la continuidad del servicio, por lo que en la etapa del diseo es de suma
importancia estimar el grado de continuidad deseado por el consumidor y el tipo de red que
satisfaga este requisito. Segn experiencias y practicas internacionales, el grado de
continuidad de un sistema de distribucin subterrneo, es directamente proporcional al tipo
de configuracin que se utiliza en la red, la cual puede ir de la ms confiable a la menos
confiable y puede clasificarse en: red automtica, alimentacin selectiva, anillo y radial. En la
4 http://www.energia.gob.mx/wb/distribuidor.jsp?seccion=114
CAPITULO I. EL SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA Y SU RELACIN CON UN SISTEMA DE DISTRIBUCINSUBTERRNEO
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27
actualidad, la estructura del sistema se proyecta para operar en anillo con un punto
intermedio normalmente abierto.
D) Tensin Primaria y Secundaria
En la repblica mexicana, las tensiones ms comunes y el tipo de sistema que utiliza, se
presenta en las tablas I.5 y I.6 respectivamente.
Tabla I.5 Tensiones de distribucin5.
Preferente (kV) Congelada (kV)
.120
.127
.220
.240
13.2
23
34.5
4.4
6.0
6.9
11.8
20
44
60
Tabla I.6 Tensiones nominales preferentes de distribucin6.
Tensin nominal (V) Tipo de sistema
120/240 1fase 2hilos
240/120 3fases 4hilos
220/127 3fases 4hilos
13 200 3fases 3 4hilos
23 000 3fases 3 4hilos
34 500 3fases 3 4hilos
5 NMX-J-098-ANCE-19996 ESPECIFICACIN CFE-L0000-02
CAPITULO I. EL SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA Y SU RELACIN CON UN SISTEMA DE DISTRIBUCINSUBTERRNEO
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E) Control de la Frecuencia y Cada de Tensin
Este parmetro se refiere principalmente a la magnitud permisible de variacin de
frecuencia y tensin en todo el sistema.
Es conocido que la frecuencia en un circuito debe permanecer constante en cualquier
parte del mismo para evitar daos en los diferentes aparatos elctricos, ya que estos estn
diseados para trabajar a una frecuencia determinada. En nuestro pas la frecuencia de la
energa suministrada es de 60 Hz.
Con base en lo anterior, resulta importante mencionar que la cada de tensin total en un
sistema de distribucin no debe sobrepasar de 10%, correspondiendo 5% a la red primaria,
2% a la red secundaria, 1% a la acometida y 2% a los transformadores.
CAPITULO II. PARTES CONSTITUTIVAS DE UN SISTEMA DE DISTRIBUCIN SUBTERRNEO DE ENERGAELCTRICA (DISEO, EQUIPO Y MATERIALES)
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CAPITULO II. PARTES CONSTITUTIVAS DE UN SISTEMA DE DISTRIBUCINSUBTERRNEO DE ENERGA ELCTRICA (DISEO, EQUIPO Y MATERIALES)
II.1 GENERALIDADES
En nuestro pas la convivencia con redes de distribucin subterrnea inicio en el ao de
1974 cuando se realiz la primera norma de distribucin subterrnea, la cual sufri su
primera modificacin y actualizacin 18 aos despus. Sin embargo, las condiciones
econmicas del pas no permitan aun su expansin debido a que los materiales utilizados
eran de importacin.
En 1997 sufre su segunda actualizacin, en donde ya se empezaban a respirar
alternativas de construccin de estos sistemas. Pero no fue hasta el 2001, cuando se realiza
el primer congreso de especialistas en sistemas de distribucin subterrneos, en el que se
dieron a conocer los avances tecnolgicos que permitieron abaratar, en comparacin con los
sistemas areos, su construccin y se observo que los beneficios principales que ofrecen
son:
Mayor continuidad
Mejor apariencia
Mayor seguridad
Armona con el entorno
Incrementa la plusvala de su propiedad
No se afecta la ecologa
No son afectadas por huracanes
Embellecen los lugares donde se instalan
Lo que propici que un ao despus, surgiera la nueva edicin de la norma de
distribucin subterrnea.
Estadsticas recientes de Comisin Federal de Electricidad demuestran que la
construccin de este tipo de sistemas ha aumentado gradualmente, debido principalmente a
que se han logrado bajar los costos de obra civil y electromecnica de estos sistemas.
CAPITULO II. PARTES CONSTITUTIVAS DE UN SISTEMA DE DISTRIBUCIN SUBTERRNEO DE ENERGAELCTRICA (DISEO, EQUIPO Y MATERIALES)
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Este captulo basa su contenido en la presentacin de los diversos aspectos de diseo
de un tpico sistema de distribucin subterrneo, as como de los elementos que los
constituyen, proporcionando la informacin y los criterios necesarios que pueden ser
utilizados en la construccin de dicho sistema, en los lugares requeridos en nuestro pas.
II.2 CARACTERSTICAS DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCIN SUBTERRNEOS
Para los sistemas de distribucin, se toman en cuenta parmetros para lograr un diseo
adecuado, dependiendo de la evaluacin que se haga de la confiabilidad y costo del sistema.
Aunque el aspecto econmico de los sistemas de distribucin subterrneos es mayor que
el de los areos, se ha demostrado que estos proporcionan una mayor seguridad contra
accidentes y una mayor continuidad de servicio (entre otros); dado que evitan muchas de las
causas que propician interrupciones en los sistemas de distribucin area, tales como:
contaminacin de los aisladores, ramas sobre las lneas, descargas atmosfricas,
vandalismos, accidentes diversos y corrosin de partes expuestas al medio ambiente.
Los factores que se consideran con carcter de importantes en el diseo de un sistema
de distribucin son tres, principalmente: la tensin, la capacidad y la configuracin del
sistema.
II.2.1 Tensin del Sistema
La seleccin de la tensin es regida por varios factores. En general, para una cada de
tensin determinada, a mayor tensin, mayor es la energa elctrica entregada. De otro
modo, para una cantidad determinada de energa distribuida, cuanto mayor sea la tensin,
menor ser el tamao de los conductores elctricos requeridos.
Los parmetros a tener en cuenta cuando se selecciona una tensin son los siguientes:
Magnitud de la carga.
La distancia sobre la cual se conducir la energa elctrica.
CAPITULO II. PARTES CONSTITUTIVAS DE UN SISTEMA DE DISTRIBUCIN SUBTERRNEO DE ENERGAELCTRICA (DISEO, EQUIPO Y MATERIALES)
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31
La disponibilidad del equipo o dispositivo en funcin.
Los regmenes y limitaciones de la tensin.
La seguridad.
Los cdigos, normas y reglamentos.
A) Baja Tensin
La tensin entregado al usuario por la compaa suministradora de energa elctrica,
podemos decir que est definido a nivel nacional en funcin de los equipos y aparatos
elctricos que normalmente se utilizan, como son: radios, refrigeradores, planchas,
lavadoras, etc., siendo estas tensiones las siguientes:
Monofsicos 127 V (fase a neutro)
240 V (fase a fase)
Trifsicos 220 V (fase a fase)
Estas tensiones corresponden a valores normalizados.
B) Madia Tensin
Lo ms apropiado para un sistema de distribucin es ir a tensiones altas,
argumentndose principalmente las razones siguientes:
En sistemas con alta densidad de carga, el congestionamiento de alimentadores hace
difcil su instalacin, operacin y mantenimiento.
Las bajas tensiones requieren un mayor nmero de subestaciones y alimentadores para
una zona determinada.
A mayores tensiones se obtiene una mejor regulacin y menores prdidas para una
misma longitud de alimentadores y seccin del conductor.
Existe limitacin fsica en instalaciones actuales para acomodar el crecimiento futuro de
los sistemas con las tensiones utilizadas.
CAPITULO II. PARTES CONSTITUTIVAS DE UN SISTEMA DE DISTRIBUCIN SUBTERRNEO DE ENERGAELCTRICA (DISEO, EQUIPO Y MATERIALES)
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32
En general, a tensiones mayores pueden cubrirse mayores reas y distancias en forma
ms econmica y con mejor calidad de servicio.
Los alimentadores tienen ms capacidad a mayores tensiones.
Las tensiones de distribucin normalizadas actualmente en la repblica mexicana son de
13.2, 24 y 34.5 kV, habindose seleccionado en funcin de lo que a continuacin se
menciona:
En muchas ciudades y zonas rurales del pas, la tensin de 13.2 kV, segn estudios
realizados, es la ms econmica y al mismo tiempo resulta adecuada para cubrir sus
crecimientos de carga por un largo tiempo.
En cambio en zonas de alta densidad de carga y de rpido crecimiento, los estudios
realizados al respecto indican que para estos casos una tensin del orden de 23 kV es lo
ms conveniente.
La adopcin de 13.2 y 23 kV se hizo tomando en cuenta la gran proporcin de equipos
existentes en el mercado para sistemas de distribucin subterrneos operan a estas
tensiones.
II.2.2 Tipos de Carga
Debido a las diferentes condiciones climatolgicas y de desarrollo existentes en el pas,
as como los diversos factores que se deben considerar para obtener las densidades de
carga afectadas por el factor de coincidencia, cada divisin de distribucin determinar
cuales son las aplicables en sus zonas, y proporcionar esta informacin en las bases de
proyecto para cada desarrollo en particular.
A) Zonas Comerciales
En las zonas comerciales, los valores ms importantes a considerar son la densidad de
carga y la continuidad.
CAPITULO II. PARTES CONSTITUTIVAS DE UN SISTEMA DE DISTRIBUCIN SUBTERRNEO DE ENERGAELCTRICA (DISEO, EQUIPO Y MATERIALES)
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33
Dentro de las zonas comerciales se consideran 3 tipos de densidad de carga, que son:
Densidad de carga baja 5 a 10 MVAs / km2
Densidad de carga media 10 a 20 MVAs / km2
Densidad de carga alta mas de 20 MVAs / km2
Se considera como zona comercial de alta densidad de carga, aquella que presenta un
alto grado de comercializacin, es decir, donde la gran densidad de carga obliga a cambiar el
sistema areo por subterrneo, ya que este ofrece mayor continuidad y mejora la esttica de
la ciudad.
B) Zonas Residenciales
La tendencia en el uso de distribucin subterrnea en zonas residenciales, se debe
principalmente a factores estticos, operacionalmente se han considerado los siguientes
criterios en cuanto a la densidad de carga:
Fraccionamientos: hasta 5 MVAs / km2
Conjuntos habitacionales:
baja densidad de carga de 5 a 10 MVAs / km2
alta densidad de carga de 10 a 15 MVAs / km2
C) Zonas Tursticas
Segn estadsticas de la secretaria de turismo, en los ltimos aos se ha incrementado el
desarrollo en este sector, dando lugar a complejos tursticos como Cancn, Ixtapa, Huatulco
y Acapulco entre otros.
Por lo anterior, la planeacin y el desarrollo de estos lugares incluyen reas especficas
para construccin de hoteles y centros comerciales. Esta situacin ha generado la necesidad
de instalar preferentemente sistemas subterrneos de distribucin para garantizar la
continuidad en el servicio y la solucin a los problemas de contaminacin salina.
CAPITULO II. PARTES CONSTITUTIVAS DE UN SISTEMA DE DISTRIBUCIN SUBTERRNEO DE ENERGAELCTRICA (DISEO, EQUIPO Y MATERIALES)
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D) Zonas Industriales
Las densidades de carga para reas industriales, varan grandemente en funcin de la
magnitud de los parques industriales, por lo que no se le considera un rango especfico de
carga.
II.2.3 Determinacin de las Cargas
Fundamentalmente, es necesario determinar la magnitud de las cargas, para dos tipos de
problemas:
II.2.3.1 Sistemas Nuevos
A) Cargas tipo residencial
Se consideran tres estratos socioeconmicos: inters social (FOVISSTE, etc.), clase
media y clase alta.
Generalmente se seleccionan como mnimo cinco reas saturadas urbanstica y elctrica
mente de cada estrato socioeconmico cuando menos con 5 aos en operacin
En temporada de alto consumo se obtiene la demanda mxima de cada una de las reas
y se cuenta el nmero de usuarios conectados, obteniendo la demanda mxima diversificada
coincidente por usuario.
Se obtiene la raz cuadrada media de la demanda mxima diversificada por usuario, para
cada tipo de usuarios. El valor obtenido es la demanda mxima diversificada coincidente por
usuario.
Cada tipo de estrato socioeconmico tiene sus propias caractersticas, para calcular
capacidades de los transformadores y secciones transversales de los conductores de baja
tensin.
CAPITULO II. PARTES CONSTITUTIVAS DE UN SISTEMA DE DISTRIBUCIN SUBTERRNEO DE ENERGAELCTRICA (DISEO, EQUIPO Y MATERIALES)
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35
B) Cargas tipo comercial
Se deben seleccionar como mnimo 5 desarrollos de cada tipo (centros comerciales,
hoteles, etc.), saturados urbanstica y elctricamente, cuando menos con 5 aos en
operacin.
En temporada de alto consumo se obtiene la demanda mxima de cada uno de los
desarrollos y se divide entre su correspondiente superficie construida, obtenindose de esta
forma la densidad mxima coincidente por desarrollo.
Se obtiene la raz cuadrada media de la densidad mxima coincidente por desarrollo, para
cada tipo.
El valor obtenido es la densidad mxima diversificada coincidente por tipo de desarrollo y
es la que deber utilizarse para calcular capacidades de transformadores y secciones
transversales de los conductores de baja tensin.
II.2.3.2 Sistemas Existentes
De manera general, estos son los pasos para determinar la capacidad de los
transformadores en una zona a remodelar:
Definir el rea a remodelar.
Identificar los transformadores que alimentan los servicios del rea a remodelar.
Instalar aparatos de medicin en la baja tensin, de los transformadores definidos
en el punto anterior, por un periodo de 15 das en temporada de mxima carga con
equipos que cuenten con perfil de carga.
Simultneamente a la medicin se debe obtener:
o Censo de medidores instalados en el rea a remodelar.o Consumos promedio en kW/h por usuario de los registros del rea
comercial y basndose en el censo realizado.
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36
o Consumos promedios por usuario.o Sumar las demandas por usuario calculadas y comparar con la demanda
obtenida en la medicin realizada en los transformadores, observando que
la suma contenga los usuarios correspondientes a cada transformador que
lo alimenta.
o Determinar la capacidad de los nuevos transformadores de acuerdo a lademanda de los servicios por alimentar, considerando la demanda
calculada por usuario.
o Se recomienda un factor de utilizacin unitario para seleccionar lacapacidad del transformador
o Realizar una corrida de flujos de la nueva red secundaria para el evaluarlos rangos de regulacin observando que estos no sobrepasen los lmites
preestablecidos
II.2.4 Demandas Mximas
Cuando el desarrollo se proyecte con un solo ramal monofsico y con el propsito de no
desbalancear el circuito, la mxima demanda ser 180 kVA en 13.2 kV, 300 kVA en 23 kV y
500 kVA en 34.5 kV.
La mxima carga monofsica a alimentar por lote es 100 kVA.
Las demandas superiores a 10 kW pueden suministrarse en media tensin.
II.2.5 Configuracin del Sistema
Adems de la carga, el nivel de tensin en el sistema primario y en el secundario, la
regulacin de la frecuencia y la topologa de la red primaria y secundaria, constituyen los
elementos ms comunes para el diseo de los sistemas de distribucin subterrneos, existen
adems diversos elementos del sistema elctrico subterrneo que son importantes para un
buen diseo.
De acuerdo a prcticas internacionales y experiencias de tipo nacional, los sistemas de
distribucin se pueden disear a travs de configuraciones diversas, tanto para el primario
como para el secundario.
CAPITULO II. PARTES CONSTITUTIVAS DE UN SISTEMA DE DISTRIBUCIN SUBTERRNEO DE ENERGAELCTRICA (DISEO, EQUIPO Y MATERIALES)
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37
Actualmente los sistemas que operan preferentemente en una red subterrnea en
nuestro pas son dos: las configuraciones radiales y en anillo, mismas que se describen
brevemente a continuacin.
II.2.4.1 Radial
Este tipo de configuracin es muy utilizada para alimentadores areos reducidos con
cargas superiores a 100 kW. La razn de ello obedece a que esta estructura ofrece gran
economa por sus alimentadores cortos como se muestra en la figura II.1.
Figura II.1 Configuracin radial.
II.2.4.2 Anillo
Este arreglo se construye con dos alimentadores radiales derivados de la subestacin de
distribucin; de esta manera, los transformadores de distribucin quedan alimentados por
dos alimentadores primarios como se ve en la figura II.2.
Para el uso de este tipo de estructura y de acuerdo con las practicas y experiencias, se
recomienda su aplicacin en zonas con densidad de carga entre 5 y 15 kW / km2 y en zonas
donde el factor de crecimiento de carga es muy pequeo.
CAPITULO II. PARTES CONSTITUTIVAS DE UN SISTEMA DE DISTRIBUCIN SUBTERRNEO DE ENERGAELCTRICA (DISEO, EQUIPO Y MATERIALES)
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Figura II.2 Configuracin en anillo.
II.3 CRITERIOS DE DISEO Y PRCTICAS ACTUALES DE OPERACIN DE LOSSISTEMAS DE DISTRIBUCIN SUBTERRNEA EN EL TERRITORIO NACIONAL.
Los criterios de estas compaas establecen que en zonas con densidad de carga
mnima (12,000 kVA/km) que presenten severos problemas de contaminacin y en zonas
donde existan problemas de huracanes, es necesario hacer la conversin la construccin
de sistemas subterrneos de distribucin.
A continuacin se dan diversos lineamientos y criterios utilizados actualmente por las
compaas suministradoras del pas, en lo que se refiere a la distribucin subterrnea en
zonas comerciales y residenciales:
II.3.1 Distribucin en Media Tensin
Se utiliza en los circuitos primarios 3 fases-4 hilos. En lo que respecta a la estructura de
la red, se usa la configuracin de anillo con operacin radial.
En la red primaria existen diversas tensiones de operacin, entre las que destacan: 13.2,
23 y 34.5 kV.
El conductor primario es del tipo distribucin subterrnea que se instala en sistemas de
200 o 600 A en condiciones normales de operacin. Mientras que el calibre que como
mnimo debe usarse es el 1/0 AWG con aislamiento de polietileno de cadena cruzada
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(XLP), aunque tambin se utiliza el etileno propileno (EP EPR) con cubierta de
policloruro de vinilo (PVC).
Tabla II.1 Seccin transversal de conductores.
Con relacin al alojamiento de los cables primarios, stos se instalan en ductos hechos
de cloruro de polivinilo (PVC), polietileno de alta densidad (PAD) ideal para condiciones
climatolgicas adversas como son: alta contaminacin, en el exterior de las transiciones
(resistente a los rayos ultravioleta), nivel fritico alto, etc.; colocando un cable en cada
uno de ellos. Los cables secundarios tambin se colocan en tubos, dentro de los cuales
pueden ser introducidos ms de un cable, dependiendo la distribucin de los circuitos.
Los transformadores utilizados son los que se indican en el punto II.7.
II.3.2 Distribucin en Baja Tensin
La distribucin en baja tensin se suministra energa monofsica a 2 fases-3 hilos o 3
fases 4 hilos. El nivel de tensin es menor a 600 V.
El cable secundario es del tipo triplex para el sistema monofsico y cudruplex para el
trifsico, con aislamiento de XLP en los calibres :
SeccinTransversal Conductor
mm2
53,5 (1/0 AWG) Aluminio
85,0 (3/0 AWG) Aluminio
253,4 (500 kcmil) Aluminio o cobre
380,0 (750 kcmil) Aluminio o cobre
506.7 (1000 kcmil) Aluminio o cobre
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Tabla II.2 Seccin transversal y configuracin de conductores.
Seccin ConductoresTransversal mm2
13,3 (6 AWG) Triplex y cudruplex21,15 (4 AWG) Triplex y cudruplex33,6 (2 AWG) Triplex y cudruplex53,5 (1/0 AWG) Triplex y cudruplex85,0 (3/0AWG) Triplex y cudruplex177,3 (350 kcmil) Triplex y cudruplex
II.3.3. Banco de Ductos
Sistema de canalizacin
La canalizacin de los conductores se encuentra dentro de los ductos como se muestra
en la figura II.3. De esta manera se ofrece proteccin contra posibles excavaciones. Cuando
se sumergen varios ductos en una construccin de cemento se denomina banco de ductos.
Figura II.3 Canalizacin en ductos.
Las profundidades promedio de las canalizaciones para distribucin comercial y
residencial, son las siguientes:
-cables de baja tensin
menos de 600 V 0.60 metros.
-cables de 15, 25 y 35 kV 0.85 metros.
CAPITULO II. PARTES CONSTITUTIVAS DE UN SISTEMA DE DISTRIBUCIN SUBTERRNEO DE ENERGAELCTRICA (DISEO, EQUIPO Y MATERIALES)
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II.4 PERFORACIN HORIZONTAL DIRECCIONAL
Actualmente la ms moderna tecnologa para la instalacin de ductos y tuberas es el
sistema de perforacin horizontal direccional. Este sistema ofrece todas las ventajas que las
obras subterrneas necesitan: rapidez, limpieza y seguridad, sin causar un impacto
ambiental y sin interrumpir el trfico vehicular y peatonal.
Para la prctica de este tipo de sistemas, se deben conocer los siguientes temas:
II.4.1 Condiciones de Terreno
El tipo de suelo se puede clasificar en dos categoras generales: materiales gruesos y
finos. Los suelos gruesos consisten en arenas y gravas, los finos son arcillas. El tipo de
terreno determina las caractersticas de un fluido de perforacin, la funcin del fluido es
proveer la refrigeracin necesaria a la cabeza de perforacin y a la sonda direccionable,
permitir la lubricacin adecuada en el proceso de inmersin de los ductos y estabilizar los
tneles impidiendo que se derrumben. El principal componente de un fluido de perforacin es
el agua, pero en raras veces se puede utilizar el agua sola para perforar. En el mercado
existen numerosos productos que adicionados al agua optimizan su funcionamiento, el uso
de estos aditivos dependen de las condiciones del terreno.
II.4.2 Fluidos de Perforacin
La Bentonita es un silicato de aluminio formada por la actividad volcnica desde hace 60
millones de aos. Cuando al agua se le agrega la Bentonita; se quiebra en partculas
microscpicas llamadas platelets. Cuando esta se utiliza para perforacin, los platelets tienen
CAPITULO II. PARTES CONSTITUTIVAS DE UN SISTEMA DE DISTRIBUCIN SUBTERRNEO DE ENERGAELCTRICA (DISEO, EQUIPO Y MATERIALES)
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42
un efecto de sellado que estabiliza las paredes del tnel, impidiendo con esta barrera que el
fluido se escape. Para asegurar una mezcla adecuada, la Bentonita debe mezclarse con
agua limpia, con un PH de 8.5-9.5.
II.4.3 Aditivos para Fluidos de Perforacin
Polmero es el nombre que describe a numerosos compuestos orgnicos y sintticos de
gran peso molecular que tiene la caracterstica de formar cadenas estructurales muy ligeras,
que permiten una mayor fuerza de adhesin entre las molculas del fluido. Los Polmeros
son usados en perforacin por la habilidad de impedir que las arcillas se esponjen y se
hagan mucilaginosas, adems de impedir la friccin actuando como lubricante.
II.4.4 Perforacin
El proceso de perforacin se logra maniobrando una cabeza de perforacin con una
herramienta de corte en la punta que puede direccionarse en cualquier sentido. El ngulo de
perforacin y la profundidad se captan electrnicamente en la superficie y las provee una
sonda alojada dentro de la cabeza. Para perforar, la cabeza gira desbastando el terreno,
utilizando un fluido de perforacin adecuado para enfriar y lubricar la cabeza.
II.4.5 Ampliacin en Retroceso
El proceso de ampliado en retroceso, mejor conocido como jalado, est determinado por
la habilidad de escoger el ampliador adecuado y la cantidad de fluido que cree un Iodo que
se pueda, desplazar hasta la apertura de entrada. Este proceso es crtico y determina el
rendimiento de la mquina. No solamente es necesario usar los fluidos apropiados, tambin
es importante determinar la cantidad de fluido. Para crear un Iodo favorable, se requiere
tener una relacin mnima del 50/50 de fluidos contra slidos desplazados. Es importante no
apresurar el proceso de jalado ya que la ampliacin necesita tiempo para forjar el tnel y
crear una mezcla adecuada de lodos. La capacidad del tanque de Iodos de la mquina, la
potencia, el tipo de terreno y el dimetro del tnel determinan la velocidad de jalado.
CAPITULO II. PARTES CONSTITUTIVAS DE UN SISTEMA DE DISTRIBUCIN SUBTERRNEO DE ENERGAELCTRICA (DISEO, EQUIPO Y MATERIALES)
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II.4.6 Tapn de Lodo (hidra-look)
Es una condicin indeseada que se crea durante el jalado, cuando el Iodo no puede ser
bombeado dentro del tnel por la pobre mezcla del mismo. El Tapn de Lodo (Hidra Look) no
permite pasar en la entrada, sin una ruta de escape el fluido dentro del hoyo. Se presuriza y
acta como un cilindro hidrulico, la presin impide que los tubos se muevan mientras que el
fluido no encuentre una salida.
II.4.7 Rendimientos
El proceso d perforacin es complicado, para calcular los rendimientos de las variables
que intervienen en el proceso, se deben considerar las condiciones del terreno, el tipo de
trabajo, la potencia de la mquina perforadora y la experiencia del personal que la opera.
Para optimizar el proceso debemos tomar en cuenta las siguientes consideraciones:
1. Usar el apropiado tipo y cantidad de fluido de perforacin para las condiciones delsuelo encontradas.
2. En el proceso de ampliacin, la velocidad de jalado no debe sobrepasar a lavelocidad con la que el Iodo abandona el tnel.
3. Usar un tamao adecuado de ampliador. El ampliador debe ser mayor que eldimetro del haz de tubos, pero no demasiado; una regla es usar un ampliador entre1.3 a 1.5 veces el tamao de los tubos.
II.4.8 Descripcin
El trabajo consiste en instalar tubos de PAD (HDPE RD 11 a 13.5) utilizando un sistema
de Perforacin Horizontal de tneles subterrneos, dirigido electrnicamente capaz de
acertar sobre un blanco de 40 cm de dimetro, a distancias sealadas en proyecto, medidas
a partir del punto de inicio. El sistema debe realizar la instalacin de los tubos mientras el
rompimiento de la capa de terreno se reduce al mnimo, la herramienta barrenadora debe ser
electrnicamente rastreable y dirigible, capaz de evitar cualquier obstculo subterrneo y
servicios existentes en su ruta. Debe girar en un radio aproximadamente de 20 metros y
debe ser detectable a una profundidad de hasta 5 metros. El sistema debe utilizar una
mezcla de bentonita-polmero-agua de acuerdo a las caractersticas del terreno, emitida a
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travs de un surtidor de dimetro pequeo con una presin que permita trabajar en la masa
del terreno, estabilizar la pared del tnel y lubricar los tubos que estn instalados.
Los vacos o bolsas de aire generados durante el proceso de la masa del subsuelo deben
ser mnimos sin repercusiones en la superficie.
II.4.9 Procedimiento
A) Condiciones de trabajo.
Mantener el acceso para el trfico vehicular y de peatones evitando la interrupcin de
operacin de los derechos de va pblica con las sealizaciones de transito necesarias,
donde por condiciones de congestionamiento vehicular y peatonal, de concentracin de
comercios, servicios y otros o donde la CFE lo decida, los trabajos deben realizarse en
horario nocturno para evitar trastornos mayores a estas actividades y servicios.
Las sealizaciones deben proteger el lugar de trabajo y consisten en: cintas, barreras,
boyas, luces fijas e intermitentes, letreros e indicaciones grficas. Antes del inicio de
perforacin de cada tramo el contratista debe verificar en cada domicilio la continuidad del
servicio del agua potable y descarga del, drenaje y al final de la instalacin del ducto de cada
tramo debe verificar la continuidad de estos servicios y en su caso proceder a la reparacin
inmediata. El contratista debe tener personal capacitado para dar cumplimiento a lo anterior.
B) Condiciones del suelo y subsuelo.
Con la informacin disponible de las dependencias que tienen instalaciones subterrneas
(telfonos, agua potable, semforos, televisin por cable, etc.), el contratista antes de
barrenar tiene la obligacin de realizar la localizacin de todos los sistemas de servicios,
aunque no estn indicados en los planos entregados, con pruebas fsicas y de deteccin
electrnica o de sondeos en puntos donde coincidan con la ubicacin de registros o como
ltima alternativa en cualquier otro punto (o cualquier combinacin) con el objeto de evitar
daos a los mismos, esta actividad incluye la deteccin de:
Servicios subterrneos:
1. Drenaje pluvial.
2. Lneas elctricas.
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3. Lneas principales de agua.
4. Alcantarillado y sistemas spticos.
5. Tuberas de gas.
6. Lneas telefnicas.
7. Lneas de televisin por cable.
8. Pozos.
9. Otras instalaciones, Servicios areos y otras construcciones tales como:
Postes elctricos y telefnicos.
Cimentaciones y edificios.
rboles.
Sealamientos.
Mobiliario urbano.
C) Equipos y ejecucin.
Los trabajos para la elaboracin de las excavaciones inicial y final de cada tramo deben
de ser hechos por el contratista de acuerdo con el proyecto o las indicaciones de la
supervisin. Los trabajos adicionales que el constructor requiera por las condiciones de
trabajo, daos a instalaciones y/o su proceso constructivo los har por su cuenta, en el
entendimiento que debe dejar la superficie en la condicin original, el contratista debe
proceder a las reposiciones de banquetas y pavimentos por daos ocasionados por las
siguientes actividades:
1. Anclaje de mquina de perforacin.
2. Reparaciones de agua potable, drenaje o a otras instalaciones.
3. Ruptura por proceso de perforacin.
4. Por comienzo de perforacin fuera de las excavaciones iniciales.
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En todos los casos de reposicin y/o elaboracin de concreto, se evitar la obstruccin
de accesos y banquetas, se recoger cualquier excedente y se barrera al final de la jornada.
En los casos de pisos de canteras, adocreto o similares adems de lo anterior se sustituirn
las piezas daadas por sus equivalentes.
El sistema debe ser remotamente dirigible y permitir monitoreo electrnico de la
profundidad del tnel y su localizacin, adems de ser capaz de controlar la profundidad y la
direccin y dar con exactitud a una ventana de 40 cm.
Los tubos se instalarn a una profundidad media de 65 cm para la baja tensin y 100 cm
para la media tensin. El rango en el sentido vertical ser de 50 a 90 cm en baja tensin y de
90 a 150 cm para la media tensin. Estos rangos deben respetarse an en los tramos donde
se instalarn tubos para media y baja tensin.
En el sentido longitudinal los rangos son: para la baja tensin el ancho de la banqueta
(para poder interceptar la trayectoria con los registros de acometida) y para la media tensin
tambin el ancho de banquetas donde lo indique el proyecto. En donde la banqueta ya tenga
instalaciones existentes de otras entidades, la perforacin se direccionar por el arroyo y los
registros que se instalen en arroyo deben cumplir con las especificaciones que las
compaas suministradores para este tipo de instalaciones. Las trayectorias deben tener las
pendientes adecuadas para permitir el drenaje a cualquiera de los registros aledaos.
Se debe sealar con marcas de pintura deleble la trayectoria y proporcionar a la
compaa suministradora un plano y un reporte con los datos sobre la profundidad y
trayectoria, cada 6 metros.
Cuando se realicen trabajos cerca de instalaciones energizadas, deben considerarse los
accesorios capaces de detectar corriente y/o potencial elctrico para avisar al operador
cuando la cabeza o ampliador del perforador se acerquen a cables elctricos.
Es importante que para los empalmes se hagan a travs de Termofusin (la unin de
tubos a travs de fusin y calor) y Electrofusin (la unin de tubos en ventanas) adems de
quitar el labio interno en la unin de tubos.
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El equipo que es obligatorio portar: casco, botas duras o de hule, impermeables, guantes,
mascarillas, caretas y el equipo especial para evitar un shock elctrico en los operadores del
equipo perforador.
Debe existir sealizacin para seguridad contra terceros, colocando las seales en sitios
visibles y de buen tamao, con colores llamativos y letras visibles a distancia adecuada,
tanto para peatones como vehculos, ya sea para circulacin o para indicar reas de peligro.
Esta sealizacin debe ser visible y de color especial en cada rea de trabajo.
II.5 ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UN CABLE (MATERIALES)
La forma de transmitir la electricidad de un punto a otro, es a travs de cables de
energa, los cuales son normalmente construidos en cobre o aluminio dadas sus ventajas
para conducir este recurso energtico. En este punto veremos las partes que componen a
este elemento tan importante dentro de la distribucin subterrnea:
Un cable para distribucin subterrnea est compuesto por 6 capas diferentes, mismas
que se muestran en la figura II.4:
Figura II.4 Partes componentes de un cable subterrneo.
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II.5.1 Conductor
Para el diseo y seleccin de un cable, el primer factor que debe considerarse es el
material con el que se fabricar el conductor. Entre los materiales que son buenos
conductores de la electricidad estn el cobre y el aluminio.
An cuando el oro y la plata tienen las mejores caractersticas de conductividad, quedan
descartados de las instalaciones de potencia, por su alto precio y relativa escasez, sin
embargo, se les utiliza en circuitos electrnicos de alta precisin. El cobre y el aluminio son
en la actualidad los materiales de mayor uso en la produccin de cables de potencia.
El cobre ha sido la mejor seleccin como conductor elctrico, ya que se encuentra
disponible en grandes cantidades, a bajo costo y con caractersticas tales como:
Baja resistividad elctrica
Buena resistencia mecnica
Durabilidad
Ductilidad
Adaptable a todo tipo de conductor desnudo o aislado
Una de las caractersticas de un conductor, es su configuracin, la cual est en funcin del
uso y se fabrica en alguna de las siguientes formas:
Alambre
Concntrico (circular o normal)
Circular (compacto o redondo)
Sectoral
Anular
Segmental
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II.5.2 Cinta Semiconductora Sobre el Conductor
Esta cinta se coloca sobre el conductor con el propsito de eliminar distorsiones del
campo elctrico producidas por las protuberancias de los hilos de la ltima capa del
conductor.
II.5.3 Aislamiento
La funcin del aislamiento es confinar la corriente elctrica al conductor y absorber el
campo elctrico dentro de su masa.
En principio, las propiedades de los aislamientos son con frecuencia ms que adecuados
para su aplicacin, pero los efectos del envejecimiento y del medio ambiente pueden
degradar el aislamiento rpidamente hasta el punto en que este falle.
La eleccin del aislamiento va a depender de muchos factores, como el de la tensin de
operacin, corriente de carga, temperatura ambiente, tipo de instalacin, costo de
accesorios.
II.5.4 Cinta Semiconductora Sobre el Aislamiento
Se coloca sobre el aislamiento con el propsito de homogeneizar las distorsiones del
campo elctrico, que no fueron confinadas por la capa semiconductora sobre el conductor.
II.5.5 Pantalla Metlica
La pantalla metlica es una capa conductora que se coloca despus de la cinta
semiconductora sobre el aislamiento y generalmente se conecta a tierra, esta tiene varias
funciones, entre las que se destacan las siguientes:
Por medio de la pantalla metlica (aterrizada adecuadamente) se obtiene la mxima
eficiencia de aislamiento, ya que el campo elctrico se distribuye uniformemente alrededor
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del conductor. Se obtiene una distribucin radial simtrica de la tensin en el dielctrico,
evitando concentracin de esfuerzos y minimizando la posibilidad de descargas superficiales
a lo largo del aislamiento como en el forro, causando una interrupcin en el servicio.
II.5.6 Forro
El forro de un cable subterrneo tiene las siguientes funciones:
Proteger el cable contra agentes mecnicos como abrasin, cortes, presin, etc.
Evitar el contacto directo del cable con el aire, humedad, luz solar, etc., as como de los
agentes qumicos como alkalis, grasas, hidrocarburos, solventes o atmsferas corrosivas.
II.6 ACCESORIOS DE CABLES SUBTERRNEOS (MATERIALES)
Los accesorios para cables subterrneos son los eslabones de conexin entre distintos
equipos elctricos, por lo que es requisito indispensable que estos sean perfectamente
compatibles con las caractersticas de los equipos que se van a conectar. Las siguientes
figuras7 II.5 a) y II.5 b) muestran los accesorios que se emplean para 200 y 600 A.
7 NORMAS DE DISTRIBUCIN CONSTRUCCIN REDES SUBTERRNEAS 2005
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Figura II.5 a) Accesorios que se emplean para 200 A.
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Figura II.5 b) Accesorios que se emplean para 600 A.
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II.6.1 Terminales
Las terminales para cables subterrneos tienen 3 funciones:
Proporcionar un final al conductor, aislamiento y pantalla metlica.
Proporcionar un medio adecuado para la conexin entre el cable y el equipo elctrico.
Sellar y proteger fsicamente el extremo del cable.
Cuando los cables se conectan al equipo elctrico, es necesario remover parte de la
pantalla metlica aterrizada para prevenir una descarga elctrica. Sin embargo, cuando se
corta la pantalla, el comportamiento del campo elctrico ocasiona que las lneas de flujo se
concentren en la orilla del mismo. Esto resulta un sobreesfuerzo del aislamiento en este
punto.
Como resultado de esta concentracin de esfuerzos, el aislamiento en este punto se
vuelve dbil en el cable y puede ocurrir una falla en el aislamiento. Una forma de reforzar el
cable es construir un aislamiento adicional en forma de doble cono, extendiendo la pantalla
del cable mediante el uso de una cinta semiconductora. Este dispositivo se llama cono de
alivio.
Se mencionan brevemente los tipos de terminales ms comnmente utilizadas en la
actualidad.
II.6.1.1 Monofsica de Cermica
Son usadas para los cables aislados con polmeros, similar a la que se utiliza sobre
cables de papel impregnado, la cual tiene empotrado un cono de alivio. Esta terminal se llena
de aceite y tiene una parte exterior de porcelana acampanada para proporcionar la distancia
de flameo necesaria.
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II.6.1.2 Premoldeada
Es una terminal prefabricada compuesta de etileno propileno (denominada slip on) que
ofrece algunas ventajas econmicas y se usa comnmente en conexiones de cables con
equipo elctrico en interiores, o en exteriores donde el medio ambiente no sea contaminable.
II.6.1.3 Termocontrctiles
Los materiales termocontrctiles fueron usados por primera vez como medios para
terminar un cable de papel y plomo. Se encontr despus que el material termocontrctil
poda aplicarse ms rpidamente y con mayor confiabilidad que las otras tcnicas, en
accesorios como las terminales, dando como resultado un costo menor de instalacin, ms
econmico y ms efectivo.
Este tipo de terminales se han desarrollado para que su instalacin se lleve a cabo con
un mnimo de tiempo y habilidad. La caracterstica de este accesorio, es que requiere de la
aplicacin de calor para poder contraerse y arropar correctamente al cable.
II.6.2 Empalmes
En la instalacin de cables subterrneos es necesario unir frecuentemente dos tramos de
cable o sacar derivaciones del mismo.
Un empalme no es ms que la unin de dos cables, restituyendo los elementos retirados,
con materiales compatibles con los originales, de tal manera que no constituya un punto
dbil en la continuidad de la instalacin.
Al elaborar un empalme, el instalador est fabricando un cable de corta longitud en el
campo.
El funcionamiento de los empalmes depende en gran medida de la habilidad del operario
que los efectu. Las precauciones y pasos a seguir son producto de la experiencia.
Los tipos de empalmes ms frecuentemente utilizados son: encintado, prefabricado,
termocontrctil y contrctil en fro.
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II.6.2.1 Encintado
Cada tipo de cable, segn sea su construccin y su tensin de operacin, requerir de
diferentes tcnicas de empalme.
Teniendo esto en cuenta, y nicamente con el objeto de ilustrar este punto, daremos los
pasos generales seguidos en la elaboracin de un empalme.
A) Colocar los cables en posicin, y cortarlos cuidadosamente en sus extremos para que
empalmen exactamente.
B) Remover la cubierta, cinta semiconductora y aislamiento en una determinada distancia,
usando un cuchillo bien afilado.
C) Unir los conductores mediante un conector a compresin. ste es un tubo de metal que
da continuidad elctrica y mecnica.
D) Limpiar el aislamiento del cable. Se usa generalmente un solvente adecuado (gasolina
blanca).
E) Llenar cualquier pliegue en el conector con cinta semiconductora.
F) Empezando en el centro del conductor, enrollar cinta aislante en varias capas. La cinta
debe estar enrollada en forma apretada para evitar burbujas de aire. El espesor del
enrollado debe dar un dielctrico igual al resto del aislamiento del cable. Esto
generalmente requiere de un grueso de 1.5 a 2 veces el espesor del aislamiento normal.
G) La pantalla se debe llevar a travs del empalme y la cubierta se debe restaurar para
completarlo con cinta de PVC de alto grado, o de combinacin de fibra de vidrio y epoxy.
II.6.2.2 Prefabricado
Este tipo de empalme se coloca sobre los dos tramos de cable a empalmar, presentando
las siguientes ventajas sobre el empalme encintado:
Mayor rapidez en su instalacin
Menor posibilidad de error, pues la mano de obra se reduce considerablemente.
Como desventaja se puede mencionar el mayor costo de los materiales, aunque esto se
podra compensar con el de la mano de obra calificada requerida en los empalmes
encintados.
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II.6.2.3 Termocontrctil
Se aplica principalmente en cables de energa de 15, 25 y 35 kV, de diversos calibres.
Construido de hule silicn que se contrae con la presencia de calor. Este tipo de empalme
provee un excelente desempeo elctrico e incorpora un control de esfuerzos en la misma
unidad, adems de un sello contra agua y alta humedad.
II.6.2.4 Contrctil en Fro
Usado para empalmar cables de media tensin. Cubre un amplio rango de calibres.
Ejerce tambin por s mismo, una presin radial en el mencionado cable.
Utilizado en cables de energa de 15, 25 y 35 kV, de diversos calibres, construido de hule
silicn, provee un excelente desempeo elctrico e incorpora un control de esfuerzos en la
misma unidad, adems de un sello contra agua y alta humedad.
II.6.3 Conectores (Conectadores)
Los conectores son tambin partes necesarias en una red subterrnea. stos deben
cumplir con los siguientes requisitos:
Proporcionar una conexin elctrica confiable.
Proporcionar un aislamiento adecuado para las tensiones de operacin.
Se destacan los que enseguida se mencionan:
II.6.3.1 Tipo Codo
Las conexiones entre el transformador y el cable primario (es decir, el cable de alta
tensin) se pueden hacer con un conector a compresin tipo codo. La unidad est hecha con
material aislante y semiconductor de etileno propileno moldeado. Por las caractersticas de
los mismos, se clasifican en tres tipos:
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A) Desconectable con Carga
Su tensin de operacin es de 15 25 kV. En su interior tiene un electrodo que hace las
veces de conexin y continuidad entre el cable y el equipo elctrico a conectar.
Este mismo codo presenta una punta aislada que funciona como extintor de arco cuando
este accesorio se opera.
Permite operar los equipos a los que conecta, cuando estos se encuentran energizados,
con corrientes hasta de 200 A.
La forma de seleccin est directamente relacionada con el dimetro del cable, su calibre
y tensin de operacin.
B) Desconectable con Carga y Fusible Limitador de Corriente
Este conector tipo codo tiene incorporadas las caractersticas del codo desconectable
con carga as como un fusible limitador de corriente.
Est diseado para usarse principalmente en transformadores monofsicos para
protegerlos de sobrecargas, as como de corrientes de corto circuito. Esta proteccin se
debe coordinar con los otros elementos existentes en el sistema.
Este fusible limitador de corriente permite elevar el rango de corto circuito de los
componentes e igualmente sirve como proteccin para crecimientos futuros en capacidad. Si
este no es el caso, es posible cambiar el fusible y no reemplazar los componentes.
La inclusin del fusible tiene numerosas ventajas:
El fusible no est dentro del transformador, eliminando as operaciones violentas en el
mismo.
El fusible se encuentra accesible para chequeo y cambio.
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C) De 600 Amperes
La construccin de este conector es ms robusta que las anteriores y es usado cuando
se requieren medios de conexin de capacidad superior a los 200 A (no es operable con
carga), como en el caso de redes comerciales o residenciales donde los transformadores
son de mayor capacidad.
II.6.3.2 Conectores Mltiples
Las derivaciones para acometidas a servicios de usuarios se hacen por medio de un
accesorio especial: un conector mltiple de media tensin el cual va alojado en un registro
especial.
Este conector mltiple es un accesorio de aluminio moldeado con 4, 6 u 8 salidas y
aislado con etileno propileno. Este conector debe ser capaz de permitir la conexin de cables
desde el # 8 AWG hasta el 350 MCM, siendo su capacidad de conduccin de la misma
magnitud que el calibre mximo aceptable.
Este tipo de accesorio est constituido por:
Zapata para conector mltiple: es el elemento que permite conectar elctrica y
mecnicamente el conector mltiple con el cable. En general el material usado es el
aluminio dctil.
Cubierta aislante para conector mltiple: el material con que se construye esta cubierta
es de polivinilo irradiado (termocontrctil) de alta adherencia al metal y al aislamiento, y
se usa para aislar cada una de las salidas. Se le ha dado el nombre de manga
termocontrctil ya que en presencia del calor sta se contrae hasta en un 50 % de su
dimetro original. Su funcin es la de aislar del exterior, las partes sujetas a potencial,
como el mismo conector o el cable. Igualmente los protege contra la humedad.
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II.6.3.3 Conector Tipo Unin
Sirve para unir conectadores tipo codo aislados en su unin con los equipos elctricos a
600 A, a diversos rangos de tensin.
II.6.3.4 Conector Tipo Tapn
Es un accesorio que sirve de tapn a boquillas tipo perno, acoplndose a conectores tipo
codo, a diversas tensiones de operacin y a 600 A.
II.7 TRANSFORMADORES (EQUIPO)
Otro de los componentes bsicos de un sistema de distribucin subterrneo, es sin duda
el transformador, ya que es el encargado de convertir la tensin proveniente de las lneas de
transmisin, a una tensin que satisfaga las necesidades de los usuarios.
II.7.2 Definicin
El transformador es una mquina esttica que sirve para transferir la energa de un
circuito elctrico de corriente alterna a otro, mediante un acoplamiento magntico, pudiendo
hacer una transformacin de tensiones y corrientes entre los circuitos, a la misma frecuencia.
En esencia consiste en dos o ms bobinas, formadas cada una por muchas espiras en
estrecha proximidad para que el campo magntico de una, enlace con el de la otra. Las
bobinas se enrollan sobre un ncleo de material ferromagntico y van aisladas
elctricamente entre s.
II.7.2 Principio de Funcionamiento
Una corriente alterna que circula por una de las bobinas crea en el ncleo un campo
magntico alterno. La mayor parte de este flujo atraviesa la otra bobina e induce en ella una
fuerza electromotriz. La potencia es as transmitida de una bobina a otra por medio del flujo
del ncleo.
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A la bobina que recibe potencia se le denomina primario y a la que cede potencia,
secundario.
La potencia obtenida de un transformador es necesariamente inferior a la potencia
suministrada al mismo, a causa de las inevitables prdidas en forma calorfica. A pesar de
estas, la eficiencia de los transformadores puede alcanzar el 99 %.
El transformador consta de partes muy significativas para su funcionamiento, las cuales
se describen concisamente a continuacin.
II.7.3 Ncleo
El ncleo de los transformadores es del tipo laminado con objeto de reducir las prdidas
en el mismo, ocasionadas por las corrientes de Foucault (Eddy).
Las laminaciones son de material magntico (acero al sil
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