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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
ESTUDIO DE LA INFLUENCIA DE LA REGULACIÓN EN VACÍO DE TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN SOBRE LA
NORMA DE CALIDAD DE ENERGÍA DEL CONELEC REFERIDA A NIVELES DE VOLTAJE
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO ELÉCTRICO
BARRIONUEVO GUERRA ESTUARDO DANIEL [email protected]
DIRECTOR: ING. POVEDA ALMEIDA MENTOR ESTUARDO [email protected]
Quito, Febrero 2011
(Ing.)
Barrio
nuevo
Guerra
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2010
i
DECLARACIÓN
Yo ESTUARDO DANIEL BARRIONUEVO GUERRA, declaro bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
A través de la presente declaración cedo mis derechos de propiedad intelectual correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.
___________________________________ Estuardo Daniel Barrionuevo Guerra
ii
CERTIFICACIÓN Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por el señor Estuardo Daniel Barrionuevo Guerra, bajo mi supervisión.
________________________ Ing. Mentor Poveda
DIRECTOR DEL PROYECTO
iii
A mis Padres
Por un Mundo Mejor!
iv
AGRADECIMIENTOS Deseo agradecer de forma muy especial al Ing. Mentor Poveda por su valiosa ayuda en el desarrollo de este trabajo. A la Empresa Eléctrica Quito S. A. que por medio del personal técnico y administrativo del “Departamento de Control de Calidad de Producto y Pérdidas Técnicas” con su Sección “Índice Sectorizado de Pérdidas” y el “Departamento de Estudios de Distribución”; por toda su ayuda y recomendaciones.
v
CONTENIDO
RESUMEN ....................................................................................................................... 1
PRESENTACIÓN ............................................................................................................ 2
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 3
OBJETIVOS .................................................................................................................... 5
ALCANCE ........................................................................................................................ 5
LA CONSTITUCIÓN DE LA REPÚBLICA DEL ECUADOR , NORMAS JURÍDICAS Y TÉCNICAS QUE REGULAN EL SERVICIO ELÉCTRICO............................................... 6
LEY ORGÁNICA DE DEFENSA DEL CONSUMIDOR .................................................... 7
LEY DE RÉGIMEN DEL SECTOR ELÉCTRICO ............................................................. 9
REGLAMENTO DE SUMINISTRO DEL SERVICIO DE ELECTRICIDAD ..................... 11
REGULACIÓN NO CONELEC 004/01 CALIDAD DEL SERVICIO ELÉCTRICO ........... 12
CAPÍTULO I ...................................................................................................................... 15
NORMATIVA REFERENTE A CALIDAD DEL SERVICIO ............................................... 15
1.1. DEFINICIÓN DE LOS LÍMITES ADECUADOS ....................................................... 15
1.1.1. DEFINICIONES ............................................................................................. 15
1.1.2. NORMA ANSI C84.1 ...................................................................................... 17
1.1.2.1. Sistema Nominal de Voltajes Estandarizados 60 Hz ANSI C84.1 ................. 19
1.1.2.2. Definiciones [1] .............................................................................................. 21
1.1.2.3. Niveles de Voltaje .......................................................................................... 22
1.1.3. ESCALAS DE VOLTAJE NORMA ANSI C84.1 ............................................. 22
1.1.3.1. Escala A: Voltaje de servicio (Zona Favorable) ............................................. 23
1.1.3.2. Escala A: Voltaje de utilización (Zona Favorable) .......................................... 23
vi
1.1.3.3. Escala B: Voltajes de servicio y utilización (Zona Tolerable) ......................... 23
1.1.4. LÍMITES DE NIVELES DE VOLTAJES .......................................................... 24
1.2. REQUERIMIENTOS DE VOLTAJE PARA EQUIPOS MÁS COMUNES ................ 26
1.2.1. VARIACIONES O FLUCTUACIONES DE VOLTAJE ..................................... 27
1.2.1.1. Efectos de las variaciones de Voltaje ............................................................ 28
1.2.1.2. En lámparas incandescentes, fluorescentes y de mercurio ........................... 29
1.2.1.3. En equipos de calefacción ............................................................................. 31
1.2.1.4. Procesos de calefacción infrarrojos ............................................................... 32
1.2.1.5. Condensadores .............................................................................................. 32
1.2.1.6. Dispositivos operados por solenoides ............................................................ 33
1.2.1.7. En motores de inducción y sincrónicos .......................................................... 33
1.2.1.8. En equipos de computación ........................................................................... 35
1.3. CAÍDAS DE VOLTAJE ........................................................................................... 35
1.3.1. CAÍDAS DE VOLTAJE EN LOS COMPONENTES DEL SISTEMA ............... 36
1.3.1.1. Alimentadores Residenciales ......................................................................... 37
1.3.1.1.1. Acometida ...................................................................................................... 39
1.3.1.1.2. Red Secundaria ............................................................................................. 39
1.3.1.1.3. Transformador de Distribución (urbano) ........................................................ 39
1.3.1.2. Alimentadores Primarios incluyendo Laterales .............................................. 40
1.3.1.3. Alimentadores Rurales ................................................................................... 42
1.4. CONTROL DE VOLTAJE........................................................................................ 43
1.5. INTERCAMBIADORES DE TAPS PARA LA REGULACIÓN DE VOLTAJE
EN VACÍO DE LOS TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN ................................... 44
vii
1.5.1. DEFINICIONES [12] ...................................................................................... 45
1.5.2. USO DEL CAMBIO DE TAPS EN TRANSFORMADORES ........................... 45
1.5.1. POSICIONES DE UN CAMBIADOR DE TAPS EN VACÍO ........................... 47
CAPÍTULO II ..................................................................................................................... 49
ESTUDIOS DE CASOS ESPECÍFICOS DE REDES DE DISTRIBUCIÓN CON
REGULACIÓN DE VOLTAJE EN LA S/E ......................................................................... 49
2.1. EMPRESA ELÉCTRICA QUITO S.A. (E.E.Q.) ....................................................... 49
2.1.1. GENERALIDADES ........................................................................................ 49
2.1.2. SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN ....................................................................... 51
2.2. DESCRIPCIÓN DEL PROGRAMA FEEDER-ALL .................................................. 52
2.2.1. INTERFAZ GIS-FEEDERALL ........................................................................ 52
2.2.2. CREACIÓN DEL CASO BASE ...................................................................... 53
2.2.3. CREACIÓN DEL CASO ESTUDIO ................................................................ 53
2.2.4. FLUJOS DE CARGA BALANCEADOS (BLF) ................................................ 55
2.2.5. MODELACIÓN DE FLUJOS DE CARGA ...................................................... 59
2.3. REGULACIÓN DE VOLTAJE EN LA S/E ............................................................... 60
2.3.1. REGULACIÓN DE VOLTAJE DE BARRA ..................................................... 60
2.4. SELECCIÓN DE 2 ALIMENTADORES DEL SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN CON REGULACIÓN DE VOLTAJE EN LAS S/E ............................................................. 62
2.4.1. DESCRIPCIÓN DE LA SUBESTACIÓN 15 “EL BOSQUE” ........................... 63
2.4.1.1. Alimentador urbano 15_B .............................................................................. 63
2.4.1.2. Demandas Registradas del Alimentador 15_B .............................................. 64
2.4.2. DESCRIPCIÓN DE LA SUBESTACIÓN 19 “COTOCOLLAO” ....................... 66
2.4.2.1. Alimentador rural 19_B .................................................................................. 66
viii
2.4.2.2. Demandas Registradas del Alimentador 19_B .............................................. 67
2.5. OPERACIÓN DEL SISTEMA PRIMARIO EN ESTUDIO ........................................ 69
2.5.1. PERFILES DE VOLTAJE ............................................................................... 70
2.5.1.1. Reporte de Caída de Voltaje .......................................................................... 70
2.5.1.2. Variaciones de Voltaje producidas en los alimentadores seleccionados ....... 73
2.6. OPERACIÓN DE: TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN, RED SECUNDARIA Y ACOMETIDAS EN ESTUDIO ............................................................... 74
2.6.1. TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN................................................. 74
2.6.1.1. Cambiadores de taps en vacío de los transformadores de distribución ......... 74
2.6.1.2. Demandas registradas ................................................................................... 77
2.6.1.3. Caídas de voltaje en los transformadores de distribución .............................. 78
2.6.2. RED SECUNDARIA ....................................................................................... 80
2.6.2.1. Distribución de Carga .................................................................................... 81
2.6.2.2. Resumen de caídas de voltaje ....................................................................... 81
2.6.3. MODELACIÓN DE ACOMETIDAS ................................................................ 83
2.6.3.1. Caídas de voltaje en acometidas ................................................................... 86
2.7. CONSIDERACIONES DE LOS SISTEMAS SELECCIONADOS CON LA INFLUENCIA DEL CAMBIO DE TAPS EN VACÍO DE LOS TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN ........................................................................................................... 88
2.7.1. ALIMENTADOR PRIMARIO 15_B ................................................................. 88
2.7.1.1. Condiciones de operación con el voltaje de barra en la S/E de +5% ............. 90
2.7.1.1.1. Ajuste en el Primer Transformador al Tap de +2,5% ..................................... 91
2.7.1.1.2. Ajuste en el Último Transformador al tap de -2,5% ........................................ 92
2.7.2. ALIMENTADOR PRIMARIO 19_B ................................................................. 93
ix
2.7.2.1. Condiciones de operación con el voltaje de barra en la S/E de +5% ............. 94
2.7.2.1.1. Ajuste en el Primer Transformador al tap de 0% ........................................... 95
2.7.2.1.2. Ajuste en el Último Transformador al tap de -2,5% ........................................ 96
CAPÍTULO III .................................................................................................................... 98
ESTUDIO DE UN CASO ESPECÍFICO DE RED DE DISTRIBUCIÓN SIN
REGULACIÓN DE VOLTAJE EN LA S/E ......................................................................... 98
3.1. SISTEMA DE SUBTRANSMISIÓN EMPRESA ELÉCTRICA QUITO ..................... 98
3.1.1. NIVELES DE VOLTAJE EN BARRAS DE 46KV .......................................... 100
3.1.2. REPORTE DE LAS CAÍDAS DE VOLTAJE EN LOS ALIMENTADORES PRIMARIOS DE LA EEQ ............................................................................................. 101
3.2. SELECCIÓN DE UN ALIMENTADOR DEL SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN SIN REGULACIÓN DE VOLTAJE EN LA S/E ................................................................ 101
3.2.1. DESCRIPCIÓN DE LA SUBESTACIÓN 07 “SAN ROQUE” ........................ 101
3.2.1.1. Alimentador urbano 7_B .............................................................................. 102
3.2.1.2. Demandas registradas del Alimentador 7_B ................................................ 102
3.3. OPERACIÓN DEL SISTEMA PRIMARIO EN ESTUDIO ...................................... 104
3.3.1. PERFILES DE VOLTAJE ............................................................................. 104
3.3.1.1. Reporte de Caída de voltaje ........................................................................ 104
3.3.1.2. Variaciones de Voltaje producidas en los alimentadores seleccionados .... 106
3.4. OPERACIÓN DE: TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN, RED SECUNDARIA Y ACOMETIDAS EN ESTUDIO ............................................................. 106
3.4.1. TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN............................................... 106
3.4.1.1. Cambiadores de taps en vacío de los transformadores de distribución ....... 106
3.4.1.2. Demandas registradas ................................................................................. 107
3.4.1.3. Caídas de voltaje en los transformadores de distribución ............................ 108
x
3.4.2. RED SECUNDARIA ..................................................................................... 109
3.4.2.1. Resumen de caídas de voltaje ..................................................................... 109
3.4.3. MODELACIÓN DE ACOMETIDAS .............................................................. 110
3.4.3.1. Caídas de voltaje en acometidas ................................................................. 111
3.5. CONSIDERACIONES DEL SISTEMA SELECCIONADO CON LA INFLUENCIA DEL CAMBIO DE TAPS EN VACÍO DE LOS TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN ......................................................................................................... 112
3.5.1. ALIMENTADOR PRIMARIO 07_B ............................................................... 112
3.5.1.1. Condiciones de operación con el voltaje de barra en la S/E +5% ................ 113
3.5.1.1.1. Ajuste en el Primer Transformador a los taps de -2,5% y de -5% ............... 115
3.5.1.1.2. Ajuste en el Último Transformador al tap de -5% ......................................... 117
CAPÍTULO IV .................................................................................................................. 119
PROPUESTAS DE LÍMITES DE CAÍDAS DE VOLTAJE ............................................... 119
4.1. PROPUESTA DE ASIGNACIÓN DE CAÍDAS DE VOLTAJE EN LOS
COMPONENTES DEL SISTEMA ................................................................................... 119
4.2. ASIGNACIÓN DE CAÍDAS DE VOLTAJE CON EL USO DE LOS TAPS EN LOS TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN ......................................................... 121
4.2.1. REDES DE DISTRIBUCIÓN CON REGULACIÓN DE VOLTAJE Y SIN REGULACIÓN DE VOLTAJE EN LA S/E .................................................................... 122
CAPÍTULO V ................................................................................................................... 127
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................................. 127
5.1. CONCLUSIONES .................................................................................................. 127
5.2. RECOMENDACIONES ......................................................................................... 129
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................... 130
·ANEXOS .................................................................................................................... 132
xi
1
RESUMEN
Según lo que se establece en la Ley de Régimen del Sector Eléctrico ecuatoriano, las
Empresas de Distribución eléctrica tiene la obligación de cumplir parámetros técnicos
de calidad establecidos por el Regulador, para el servicio a sus usuarios.
El primer parámetro eléctrico a cumplir es el Nivel de Voltaje de entrega a los usuarios,
donde se determinan las variaciones máximas de voltaje con relación al voltaje nominal
permitidas en las redes de distribución.
En el presente proyecto de titulación se determinó que la incorporación de los Taps de
transformadores de distribución permiten ampliar el margen de asignación de caída de
voltaje que se puede aplicar a las redes eléctricas de media tensión, basado en el
análisis detallado de alimentadores primarios en condiciones extremas que tienen su
origen en subestaciones con y sin regulación de voltaje de barra, proponiendo a la EEQ
una nueva asignación de caídas de voltaje en los componentes del sistema con el uso
de los taps, cumpliendo la regulación del CONELEC.
2
PRESENTACIÓN
El presente trabajo de tesis se enfoca en el estudio de la influencia de la regulación de
voltaje en los transformadores de distribución referida a niveles de voltaje como parte
de la calidad del servicio eléctrico.
Se divide en 5 capítulos con un apéndice donde se detalla las circunstancias, aspectos
generales de la investigación.
Capítulo 1: Se presenta el análisis a las normas internacionales referidas a niveles de
voltaje en equipos. Por otro lado, el resumen de la Regulación dictada por el
CONELEC, analizando las distintas escalas que existen en las mismas, definiciones de
términos, especificaciones de voltaje de equipos comunes.
Capítulo 2: Se analizará la incorporación de los Taps de Transformadores de
distribución en redes eléctricas que tienen su origen en subestaciones de distribución
con equipo para la regulación de voltaje, este estudio tendrá dos escenarios el urbano
y el rural.
Capítulo 3: Se analizará la incorporación de los Taps de Transformadores de
distribución en redes eléctricas que tienen su origen en subestaciones de distribución
que no cuentan con el equipo necesario para la regulación de voltaje, este estudio
tendrá un escenario urbano.
Capítulo 4: Se recopilarán los datos y bases de datos de los análisis descritos en los
dos anteriores capítulos para de esta manera proponer una asignación de caídas de
voltaje en las redes eléctricas con la incorporación del uso de los Taps de los
transformadores de distribución.
Capítulo 5: Se presentarán las conclusiones y recomendaciones obtenidas en el
desarrollo del proyecto.
3
INTRODUCCIÓN
Ya que el sector eléctrico hoy en día es tan competitivo, el término calidad del servicio
se ha convertido en una de las palabras en auge en la industria de la energía en estos
años. Este impulso por considerar cada vez más importante la calidad del servicio
eléctrico es el aumento de la productividad para todos los clientes de servicio públicos.
Esto se debe al hecho que encontramos en nuestra vida diaria un número mayor de
equipos electrónicos destinados a mejorar nuestra calidad de vida, estos equipos son
cada vez más sensibles a variaciones de ciertos parámetros o cantidades y sus
controles dependen de una demanda creciente, de la firmeza y calidad de alimentación
de los sistemas de suministro de energía eléctrica.
Es así que los responsables de las diferentes etapas del gran sistema eléctrico en el
país, desde las centrales de generación hasta los usuarios finales están más
preocupados por la “calidad del servicio eléctrico”. Con este término se define un
concepto general para una multitud de previsiones y acciones para evitar distintos tipos
de trastornos del sistema eléctrico a fin de lograr la ausencia de problemas en la
operación y daños de equipos eléctricos alimentados con la energía de dicho sistema.
Los criterios establecidos por los Organismos de Control en relación a la definición de
calidad del servicio son por lo general en el sentido de que el sistema sea fiable y sus
estadísticas demuestren esta fiabilidad; mientras que por otro lado un fabricante de
equipos eléctricos puede definir a la calidad del servicio como las características de la
oferta de energía que permite que el equipo funcione correctamente.
En última instancia la calidad del servicio es una cuestión impulsada por la demanda y
al final, el punto de referencia es el usuario, tratando de evitar de cualquier manera todo
problema manifestado en voltaje, corriente o desviaciones de frecuencia que resulten
en el fracaso o mala operación de los equipos del cliente.
En Ecuador la Ley de Régimen del Sector Eléctrico, se sirve del CONELEC y a su vez
por medio de sus reglamentos y regulaciones como son el Reglamento de Suministro
4
del Servicio de Electricidad y la Regulación sobre la Calidad del Servicio Eléctrico de
Distribución, para establecer los estándares mínimos de calidad y procedimientos
técnicos de medición, considerando aspectos como Calidad del Producto, Calidad del
Servicio Técnico y la Calidad del Servicio Comercial. El no cumplimiento de estos
límites se considera anomalía o deficiencia.
La Regulación NO CONELEC-004/01 establece los aspectos que se consideran para
medir la Calidad del Servicio, y en lo que se refiere a Calidad de Producto el primer
aspecto es el Nivel de Voltaje, donde se determinan las variaciones máximas de voltaje
con relación al voltaje nominal permitidas en las redes de distribución.
Todos los equipos utilizados por los usuarios de una red eléctrica tienen requerimientos
de voltaje para un correcto funcionamiento, a través de acuerdos alcanzados por los
fabricantes y los proveedores del servicio que se han normalizado en normas
internacionales. Las normas ANSI son un ejemplo de estos estándares de voltaje (ANSI
C84.1-1995), pues especifican una escala aceptable de operación en los sistemas de
energía eléctrica.
Una de las responsabilidades fundamentales de las distribuidoras de electricidad es
ofrecer a los clientes voltajes dentro de las escalas adecuadas, de modo que las
empresas eléctricas de distribución deben regular el voltaje.
Las empresas eléctricas de distribución tienen técnicas para controlar el voltaje de
estado estable y software especializado para evaluar el grado de atención a las
normativas, garantizando la buena operación de los equipos utilizados por los usuarios.
La calidad del servicio que reciban los usuarios en el Ecuador es fundamental para el
desarrollo económico e industrial en el país.
5
OBJETIVOS
La elaboración de esta tesis es para analizar los aspectos técnicos concernientes a la
influencia del cambio de taps en vacío de los transformadores de distribución para
cumplir la norma de calidad del producto del CONELEC en lo que se refiere a Niveles
de Voltaje de entrega a los usuarios que requieren los equipos eléctricos, por tal motivo
plantearemos los siguientes objetivos:
Analizar la pertinencia de la Regulación CONELEC NO 004/01 referida a la Calidad del
Servicio Eléctrico de Distribución con relación a normas internacionales.
Estudiar qué flexibilidad en los límites de voltaje de entrega a los usuarios, permiten los
TAPs en los transformadores de distribución.
Modelar casos específicos de redes de distribución con y sin regulación de voltaje en el
área urbana y rural.
Obtener los datos necesarios para de esta manera proponer una asignación de caídas
de voltaje en cada uno de los elementos de las redes eléctricas.
ALCANCE
La investigación, precisada en los objetivos, se basa e incluye, los parámetros técnicos
pertinentes, en las normas aplicables, a la calidad del producto eléctrico en lo que se
refiere a niveles de voltaje, ya que en la actualidad las empresas distribuidoras
eléctricas del País tiene en sus redes variaciones de voltaje que exceden límites
recomendados, afectando a las caídas de voltaje y llevando a situaciones críticas
dentro del sistema.
En este proyecto se contempla una parte teórica donde se revisa todo lo concerniente a
la regulación de voltaje en los componentes del sistema de distribución, y las
6
recomendaciones, de manera que se pueda aportar al mejoramiento de la Regulación
CONELEC No 004-01 vigente, en su segunda etapa.
Se estudia la influencia de los TAPs en transformadores de distribución para la
flexibilización de los límites de voltaje, en las redes eléctricas.
El proyecto está fundamentado en el estudio y análisis de dos casos propuestos de
redes eléctricas, cuando se tiene regulación de voltaje en la subestación de distribución
y un caso propuesto cuando no se tiene regulación de voltaje en la subestación.
Se realizará este estudio en las redes eléctricas de zonas urbanas y rurales, que
marcará el camino para la propuesta de modificación de la norma de la calidad del
producto eléctrico.
LA CONSTITUCIÓN DE LA REPÚBLICA DEL ECUADOR1 , NORMAS
JURÍDICAS Y TÉCNICAS QUE REGULAN EL SERVICIO ELÉCTRICO
En la Constitución de la República del Ecuador aprobada en la Asamblea Constituyente
de Montecristi del 2008 se indica las normas jurídicas que comprometen a que los
servicios públicos se produzcan, entreguen y mantengan con óptima calidad siendo
estos los siguientes:
CONSTITUCIÓN DEL ECUADOR, TÍTULO II DERECHOS.
CAPÍTULO PRIMERO de Principios de aplicación de los derechos
Art.11.- El ejercicio de los derechos se regirá por los siguientes principios:
No 9.- El más alto deber del Estado consiste en respetar y hacer respetar los derechos
garantizados en la Constitución.
1 Constitución Política de la República del Ecuador
7
CAPÍTULO TERCERO de Derechos de las personas y grupos de atención prioritaria,
en su sección novena de Personas usuarias y consumidoras.
Art.52.- Las personas tienen derecho a disponer de bienes y servicios de óptima
calidad y a elegirlos con libertad, así como a una información precisa y no engañosa
sobre su contenido y características.
La ley establecerá los mecanismos de control de calidad y los procedimientos de
defensa de las consumidoras y consumidores; y las sanciones por vulneración de estos
derechos, la reparación e indemnización por deficiencias, daños o mala calidad de
bienes y servicios, y por la interrupción de los servicios públicos que no fueren
ocasionados por casos fortuitos o fuerza mayor.
Art.54.- Las personas o entidades que presten servicios públicos o que produzcan o
comercialicen bienes de consumo, serán responsables civil y penalmente por la
deficiente presentación del servicio, por la calidad defectuosa del producto, o cuando
sus condiciones no estén de acuerdo con la publicidad efectuada o con la descripción
que incorpore.
CAPÍTULO QUINTO de Sectores estratégicos, servicios y empresas públicas:
Art.314.- El Estado será responsable de la provisión de los servicios públicos de agua
potable y de riego, saneamiento, energía eléctrica, telecomunicaciones, vialidad,
infraestructura portuaria y aeroportuarias, y los demás que determine la ley.
LEY ORGÁNICA DE DEFENSA DEL CONSUMIDOR2 , en sus artículos:
Art.1.- (Ámbito y objeto) “Las disposiciones de la presente ley son de orden público y
de interés social, sus normas por tratarse de una ley de carácter orgánico, prevalecerán
sobre disposiciones contenidas en las leyes ordinarias. En caso de duda en la
interpretación de esta ley, se aplicará en el sentido más favorable al consumidor”.
2 Ley Orgánica de Defensa del Consumidor, Registro Oficial No 116-10-VII-2000
8
Art.2.- DEFINICIONES.- Para efectos de la presente ley, se entenderán por:
Consumidor.- “Toda persona natural o jurídica que como destinatario final, adquiera,
utilice o disfrute bienes o servicios o bien reciba oferta para ello”.
Proveedor.- “Toda persona natural o jurídica de carácter público o privado que
desarrolle actividades de producción, fabricación, importación, construcción,
distribución, alquiler o comercialización de bienes, así como prestación de servicios a
consumidores, por los que cobre precio o tarifa.
Esta definición incluye a quienes adquieran bienes o servicios para integrarlos a
procesos de producción o transformación, así como a quienes presten servicios
públicos por delegación o concesión”.
Servicios públicos domiciliarios.- “Se entiende por servicios públicos domiciliarios los
prestados directamente en los domicilios de los consumidores, ya sea por proveedores
públicos o privados tales como servicio de energía eléctrica, telefonía convencional,
agua potable u otros similares”.
Distribuidores o comerciantes.- “Las personas naturales o jurídicas que de manera
habitual venden o proveen al por mayor o al detal, bienes destinados finalmente a los
consumidores, aun cuando ello no se desarrolle en establecimientos abiertos al
público”.
Art.4.- DERECHOS DEL CONSUMIDOR.-
2. Derecho a que proveedores públicos y privados oferten bienes y servicios
competitivos, de óptima calidad, y a elegirlos con libertad;
3. Derecho a recibir servicios básicos de óptima calidad;
8. Derecho a la reparación e indemnización por daños y perjuicios, por deficiencias y
mala calidad de bienes y servicios.
9
Art. 32.- OBLIGACIONES.- Las empresas encargadas de la provisión de servicios
públicos domiciliarios, sea directamente o en virtud de contratos de concesión, están
obligadas a prestar servicios eficientes, de calidad, oportunos, continuos, permanentes
y a precios justos.
Art. 37.- INSTRUMENTOS Y UNIDADES DE MEDICIÓN.- La autoridad competente
queda facultada para intervenir de oficio, o a petición de parte interesada, en la
verificación del buen funcionamiento de los instrumentos de medición de energía,
combustible, comunicaciones, agua potable, o cualquier otro similar, cuando existan
dudas sobre las lecturas efectuadas por las empresas proveedoras del servicio.
Todos los instrumentos como las unidades de medición deberán ser legalmente
reconocidos y autorizados.
LEY DE RÉGIMEN DEL SECTOR ELÉCTRICO3
Art.1.- Deber del Estado.-
El suministro de energía eléctrica es un servicio de utilidad pública de interés nacional;
por tanto, es deber del Estado satisfacer directa o indirectamente las necesidades de
energía eléctrica del país, mediante el aprovechamiento óptimo de recursos naturales,
de conformidad con el Plan Nacional de Electrificación.
Art.5.- Objetivos.-
Fíjanse los siguientes objetivos fundamentales de la política nacional en materia de
generación, transmisión y distribución de electricidad:
Proporcionar al país un servicio eléctrico de alta calidad y confiabilidad que garantice su
desarrollo económico y social;
3 Ley de Régimen del Sector Eléctrico, Registro Oficial No 43-10-X-1996
10
Proteger los derechos de los consumidores y garantizar la aplicación de tarifas
preferenciales para los sectores de escasos recursos económicos.
Art. 12.- Constitución.-
Créase el Consejo Nacional de la Electricidad CONELEC, como persona jurídica de
derecho público con patrimonio propio, autonomía administrativa, económica, financiera
y operativa. Ejercerá además todas las actividades de regulación y control definidas en
esta Ley.
Art. 13.- Funciones y Facultades.-
El CONELEC tendrá las siguientes funciones y facultades: Regular el sector eléctrico y
velar por el cumplimiento de las disposiciones legales, reglamentarias y demás normas
técnicas de electrificación del país de acuerdo con la política energética nacional
Dictar regulaciones a las cuales deberán ajustarse los generadores, transmisor,
distribuidores, el CENACE y clientes del sector eléctrico. Tales regulaciones se darán
en materia de seguridad, protección del medio ambiente, normas y procedimientos
técnicos de medición y facturación de los consumos, de control y uso de medidores, de
interrupción y reconexión de los suministros, de acceso a inmuebles de terceros, de
riesgo de falla y de calidad de los servicios prestados; y las demás normas que
determinen la Ley y los reglamentos.
A estos efectos las sociedades y personas sujetas a su control, están obligadas a
proporcionar al CONELEC, la información técnica y financiera que les sea requerida.
Art. 34.- De las Empresas de Distribución.-
La distribución será realizada por empresas conformadas como sociedades anónimas
para satisfacer, en los términos de su contrato de concesión, toda demanda de
servicios de electricidad que les sea requerida.
11
El CONELEC otorgará la concesión de distribución, manteniendo un solo distribuidor
por cada una de las áreas geográficas fijadas en el Plan Maestro de Electricidad.
REGLAMENTO DE SUMINISTRO DEL SERVICIO DE ELECTRICIDAD4
Art. 1.- Objetivo y alcance.- El presente reglamento contiene las normas generales
que deben observarse para la prestación del servicio eléctrico de distribución y
comercialización; y, regula las relaciones entre el distribuidor y el consumidor, tanto en
los aspectos técnicos como en los comerciales.
Art. 5.- Regulación y control.- El CONELEC controlará el cumplimiento, por parte del
distribuidor y del consumidor, de las disposiciones legales y reglamentarias y de las
establecidas en las regulaciones complementarias que emita el CONELEC.
Art. 6.- Obligaciones del distribuidor.- El distribuidor está obligado a cumplir con las
disposiciones que establece la Constitución Política de la República, la Ley Orgánica de
Defensa del Consumidor, la Ley de Régimen del Sector Eléctrico, su Reglamento
General, el Reglamento de Concesiones, Permisos y Licencias para la Prestación del
Servicio de Energía Eléctrica, este reglamento, las regulaciones dictadas por el
CONELEC y las obligaciones establecidas en el contrato de concesión.
El distribuidor asume la responsabilidad de prestar el servicio a los consumidores
ubicados en su zona de concesión, de acuerdo a estas normas y mantener el
suministro de energía y la atención al consumidor, dentro de los límites de calidad
previstos en la regulación correspondiente.
Art. 8.- Evaluación del servicio.- Los distribuidores deberán proporcionar el servicio
dentro de los niveles de calidad exigidos en la regulación pertinente, para lo cual
adecuarán sus instalaciones, organización, estructura y procedimientos técnicos y
comerciales.
4 Decreto Ejecutivo No592, Registro Oficial No 134-23-II-1999
12
La evaluación de la prestación del servicio se efectuará considerando los siguientes
aspectos:
a) Calidad del producto:
● Nivel de voltaje
Art. 9.- Nivel de voltaje.- El CONELEC evaluará las variaciones de voltaje existentes
en las redes del distribuidor. El distribuidor deberá efectuar pruebas mensuales de
voltaje (V) en los puntos de entrega de conformidad con la regulación correspondiente.
REGULACIÓN NO CONELEC 004/01 CALIDAD DEL SERVICIO ELÉCTRICO5
1 DISPOSICIONES GENERALES
1.1 Objetivo
El objetivo de la presente Regulación es establecer los niveles de calidad de la
prestación del servicio eléctrico de distribución y los procedimientos de evaluación a ser
observados por parte de las Empresas Distribuidoras.
1.5 Aspectos de Calidad
La Calidad de Servicio se medirá considerando los aspectos siguientes:
Calidad del Producto:
Nivel de voltaje
Perturbaciones de voltaje
Factor de Potencia
2 CALIDAD DEL PRODUCTO
5 Resolución 0116/01 CONELEC 23-V-2001
13
Los aspectos de calidad del producto técnico que se controlarán son el nivel de voltaje,
las perturbaciones y el factor de potencia, siendo el Distribuidor responsable de efectuar
las mediciones correspondientes, el procesamiento de los datos levantados, la
determinación de las compensaciones que pudieran corresponder a los consumidores
afectados y su pago a los mismos. Toda la información deberá estar a disposición del
CONELEC al momento que se le requiera6.
2.1 Nivel de Voltaje
2.1.1. Índice de Calidad
(1)
Donde:
DVk: Variación de voltaje, en el punto de medición, en el intervalo k de 10 minutos. Vk: Voltaje eficaz (rms) medido en cada intervalo de medición k de 10 minutos. Vn: Voltaje nominal en el punto de medición.
2.1.2. Mediciones
La calidad de voltaje se determina como las variaciones de los valores eficaces (rms)
medidos cada 10 minutos, con relación al voltaje nominal en los diferentes niveles.
El Distribuidor deberá realizar mensualmente lo siguiente:
Un registro de voltaje en cada uno de los siguientes puntos de medición:
a) En el 20% del total de las barras de salida de subestaciones de distribución
AV/MV, no menos de 3.
b) En el 0,15% de los transformadores de distribución, no menos de 5.
6 Regulación No CONELEC – 004/01, pág. 4.
14
c) En el 0,01 % de los Consumidores de Bajo Voltaje del área de concesión, no
menos de 10.
Para la selección de los puntos se considerarán los niveles de voltaje, el tipo de zona
(urbana, rural), y la topología de la red, a fin de que las mediciones sean
representativas de todo el sistema. Una vez realizada la selección de los puntos, la
Empresa Distribuidora debe notificar al CONELEC, por lo menos 2 meses antes de
efectuar las mediciones.
Simultáneamente con el registro del voltaje se deberá medir la energía entregada a
efectos de conocer la que resulta suministrada en malas condiciones de calidad.
Para cada mes, el registro en cada punto de medición se efectuará durante un período
no inferior a 7 días continuos, en intervalos de medición de 10 minutos.
2.1.3. Límites
El Distribuidor no cumple con el nivel de voltaje en el punto de medición respectivo,
cuando durante un 5% o más del período de medición de 7 días continuos, en cada
mes, el servicio suministra incumpliendo los límites de voltaje. La etapa final abarca la
subetapa 1 de 24 meses de duración a partir de Enero 2007 y la subetapa 2 que tendrá
su incio a la finalización de la subetapa 1, con una duración indefinida7. Las variaciones
de voltaje admitidas con respecto al valor del voltaje nominal se señalan a continuación:
Tabla i: Límites de variación de voltaje Regulación 004/01 [5] Subetapa 1 Subetapa 2
Alto Voltaje ± 7,0 % ± 5,0 %
Medio Voltaje ± 10,0 % ± 8,0 %
Bajo Voltaje. Urbanas ± 10,0 % ± 8,0 %
Bajo Voltaje. Rurales ± 13,0 % ± 10,0 %
7 LRSE 2006 - 55 (REFORMA 26-SEP-06) disposiciones generales y transitorias.
15
CAPÍTULO I
NORMATIVA REFERENTE A CALIDAD DEL SERVICIO
1.1. DEFINICIÓN DE LOS LÍMITES ADECUADOS
En una definición ampliada la distribución es la parte del sistema de suministro eléctrico
entre la fuente de energía y los consumidores, una de las responsabilidades de las
empresas de distribución es el de entregar voltajes dentro de las escalas adecuadas, de
tal forma que deben regular el voltaje dentro de las escalas definidas para cada nivel de
voltaje. Debido a las condiciones económicas una compañía eléctrica no puede
proporcionar a cada usuario un voltaje constante igualando exactamente al voltaje de
placa de los equipos del consumidor. Es por ello que, una práctica común entre las
empresas eléctricas de distribución es permanecer con ciertos niveles de voltaje y
escalas de variación, definidas por la Norma ANSI C84.1, para el satisfactorio
funcionamiento de los equipos.
1.1.1. DEFINICIONES
Voltaje o tensión [3]: Como la diferencia de potencial efectivo del valor medio cuadrático (RMS) más grande entre dos conductores cualquiera del circuito en cuestión.
Caída de voltaje [3]: La caída de voltaje (en una red de suministro) es la diferencia entre los voltajes de inicio y recepción
Voltaje máximo [3]: El voltaje máximo es el mayor voltaje del promedio de un intervalo definido de tiempo que puede ser de: cinco, diez, quince minutos.
Voltaje mínimo [3]: El voltaje mínimo es el voltaje más pequeño del promedio de un intervalo definido de tiempo que puede ser de: cinco, diez, quince minutos.
Variación de voltaje [3]: La variación de voltaje es la diferencia entre el voltaje máximo y el mínimo. Para sistemas eléctricos de potencia es la variación de voltaje que existe en una sola clase de voltaje en cierto punto del sistema en condiciones de estado estable. La variación de voltaje no incluye el cambio de voltaje instantáneo debido al arranque de motores denominado depresión momentánea de voltaje.
16
Fluctuaciones de voltaje [4]: Son perturbaciones en las cuales el valor eficaz del voltaje de suministro cambia con respecto al valor nominal.
Voltaje nominal [4]: El voltaje nominal de un circuito o sistema, es un valor nominal asignado a un circuito o sistema de una clase de voltaje dada, con el propósito de designarlo convenientemente.
Voltaje de placa [2]: El voltaje de placa es el voltaje al que las características de operación y funcionamiento del equipo están referidos. Sirve de referencia para definir las características de operación y funcionamiento del equipo. El voltaje de placa del equipo normalmente es el voltaje para el cual se define el desempeño óptimo.
Voltaje de acometida [2]: El voltaje de acometida es el voltaje medido en los terminales del equipo de acometida. Este punto de acometida no es necesariamente el medidor de kWh, aunque para los sistemas de distribución se lo considera como este.
Voltaje de utilización [2]: El voltaje de utilización es el voltaje medido en los terminales de la máquina o dispositivo eléctrico. Es el voltaje en cualquier tomacorriente al que un aparato o dispositivo se conectaría, o el voltaje en los terminales del equipo permanentemente conectado.
Nota: El voltaje de utilización no deberá ser confundido con el voltaje de acometida, el voltaje de utilización es un voltaje menor al voltaje de acometida, en una magnitud igual a la caída de tensión de la instalación eléctrica interior hasta el punto de utilización [2].
Regulación de voltaje [7]: La regulación de voltaje es el porcentaje de caída de voltaje de una línea con referencia al voltaje de carga.
Sistema de Distribución [7]: La parte del Sistema de Potencia, comprendida entre las barras de alta tensión de las subestaciones de distribución y los puntos de suministro de energía a los consumidores, en cuanto a los parámetros básicos y a la disposición de los elementos que determinan su configuración general para propósitos de operación en condiciones normales y emergentes.
Subestación de Distribución [7]: Dentro del Sistema de Potencia, es la instalación que incluye la recepción de las líneas de transmisión y subtransmisión, el transformador de reducción de tensión a alta tensión, la salida de las líneas primarias y los equipos asociados de protección, control y seccionamiento.
Red Primaria [7]: Es la parte de la Red de Distribución que opera a la tensión primaria del Sistema. También conocida como de media tensión.
17
Alimentador [7]: Es la sección de la red primaria que se inicia en las barras de media tensión de la Subestación de distribución y que constituye, por su capacidad de transporte, la parte principal de la red.
Ramal [7]: Es la sección de la red primaria que se deriva de un alimentador, para alcanzar un área determinada de suministro.
Centro de Transformación [7]: Es la parte de la red primaria que comprende el transformador de distribución y sus elementos de protección.
Circuito Secundario [7]: Es la sección de la red Secundaria comprendida entre el centro de transformación y el extremo más alejado que recibe alimentación del transformador de distribución correspondiente, incluyendo los ramales derivados de puntos intermedios.
Derivación o acometida [7]: Es la instalación que conecta un punto de la red de distribución a la carga del consumidor.
Consumidor, usuario, abonado o cliente [7]: Persona natural o jurídica que ha suscrito un convenio con la Empresa para el suministro de energía eléctrica dentro de un establecimiento, edificio o local.
1.1.2. NORMA ANSI C84.1
La norma ANSI C84.1-1995, establece los rangos de voltaje nominal y las tolerancias
de operación para sistemas eléctricos de potencia a 60 Hz, sobre los 100 V hasta los
230 kV.
Esta norma implanta, para cada voltaje nominal del sistema, dos escalas que incluyen
las variaciones de voltaje de servicio y variaciones de voltaje de utilización, designados
como Escala A y Escala B.
El término “regulación de voltaje” se usa para definir las variaciones a largo plazo del
voltaje en condiciones normales. Los límites de variaciones de voltaje en estado estable
son definidos por esta norma. Para voltajes de servicio de hasta 600 V; se espera que
la fluctuación del nivel de voltaje de servicio esté dentro de ±5% con respecto al voltaje
nominal, alcanzando variaciones de voltaje de tanto como +5,8% hasta -8,3% para
períodos cortos de emergencia. En esta norma no se incluye información a cerca de
18
variaciones a corto plazo o condiciones momentáneas cuyas causas pueden ser por
arranques de motores
Los voltajes bajos temporales a frecuencia fundamental, las cuales llegan a caer a un
8,3% de lo especificado en esta norma, pueden dar como resultado la interrupción de la
operación de algún equipo.
Los propósitos de esta norma son:
· Presentar para una mejor compresión los voltajes asociados con el sistema de
potencia y la utilización de equipos, conseguida en conjunto como un plan
práctico, económico y de funcionamiento.
· Establecer una nomenclatura uniforme en el campo de los voltajes.
· Establecer la normalización de voltajes nominales en el sistema eléctrico y
escalas de variación de voltaje para la operación.
· Recomendar la normalización de escalas y tolerancias de voltaje en los equipos.
· Desarrollar las relaciones de coordinación entre el sistema y los equipos dentro
de los rangos de voltaje y sus tolerancias.
· Facilitar una guía para un futuro diseño y desarrollo de equipos mejorando las
posibilidades de satisfacer las necesidades de los usuarios.
· Facilitar una guía, con respecto a la selección de voltajes, para nuevas empresas
eléctricas de distribución en el sistema o cambios en las existentes.
19
1.1.2.1. Sistema Nominal de Voltajes Estandarizados 60 Hz ANSI C84.1
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Notas de la Tabla 1-1
Nota a: Los sistemas trifásicos son sistemas en los cuales tres fases se conectan desde los bornes de la fuente a la carga. La fuente puede ser derivada desde cualquier tipo de conexión de transformadores trifásicos conectados o no a tierra. Los sistemas trifásicos a 4 conductores son sistemas en los cuales un conductor neutro de tierra va con las fases conectando la fuente y la carga.
Los sistemas a 4 conductores de la tabla anterior son designados por el voltaje fase-fase y por la letra Y seguido por una línea inclinada y el voltaje fase neutro (excepto para el sistema delta de 240/120V). Las principales conexiones de transformadores monofásicos y trifásicos son ilustrados en el Anexo 2.1.
Nota b: Las escalas de voltaje se ilustran en el Anexo 2.2.
Nota c: Para sistemas nominales de 120 a 600 V, los voltajes de esta columna son voltajes de servicio máximos. Los voltajes máximos de utilización no deben exceder los 125 V para el sistema nominal de 120 V, no hay múltiplos apropiados de esto para otros sistemas de sistemas de voltajes hasta los 600 V.
Nota d: Es una modificación de tres fases, en sistemas de 4 hilos que se adapta en 120/208Y V como voltaje de servicio monofásico para aplicaciones en tres conductores o estrella abierto.
Nota e: En ciertos casos equipos de control y protección tienen un voltaje máximo límite de 600 V.
Nota f: El equipo de utilización generalmente no opera directamente a estos voltajes. Para los equipos alimentados por medio de transformadores, refiérase a los límites para el voltaje nominal del sistema a la salida de los transformadores.
Nota g: Para estos sistemas los límites de la Escalas A y la Escala B no se muestran, porque se muestra voltajes de servicio, la operación del nivel de voltaje en el sistema del usuario normalmente se ajusta por medio de reguladores de voltaje para satisfacer los requerimientos.
Nota i: Son los voltajes nominales de utilización para motores de bajo voltaje y su equipo de mando. Ver Anexo 2.3 para los voltajes de utilización nominales de otros equipos (o voltajes nominales de placa de los equipos).
21
Nota j: El nivel de voltaje nominal de 6300 V que varios alimentadores de la Empresa Eléctrica Quito S.A. se encuentran energizados, no es enlistado por la Tabla 1-1.
Los estándares de voltaje ANSI (ANSI C84.1-1995) han sido aceptados por la mayoría
de organismos regulatorios y empresas eléctricas en Estados Unidos, este estándar
establece escalas de funcionamiento aceptable en dos términos en los sistemas
eléctricos de energía eléctrica:
· Voltaje de servicio: Es el voltaje en el nodo donde el sistema eléctrico del
proveedor y el usuario están interconectados. Es normalmente en el medidor.
Mantener el voltaje de servicio aceptable es responsabilidad de la empresa
eléctrica.
· Voltaje de utilización: Es el voltaje en los terminales de la línea de utilización
del equipo. Este voltaje es responsabilidad de la instalación. Los fabricantes de
equipos deben diseñar equipamiento tal que opere satisfactoriamente dentro de
los límites que esta norma establece.
1.1.2.2. Definiciones [1]
Sistema o sistema de potencia. Es el sistema conectado al equipo eléctrico, entrega la energía eléctrica desde la fuente al equipo de utilización. Partes de este sistema pueden estar bajo propietarios diferentes, como de un proveedor o un usuario.
Voltaje del sistema. Es la raíz media cuadrática (RMS) del voltaje fase a fase, de una parte del sistema eléctrico de corriente alterna. Cada voltaje del sistema corresponde a una parte de él, limitado por los transformadores o equipo de utilización.
Voltaje nominal del sistema. Es el voltaje para el cual un parte del sistema es diseñado, y a cual ciertas características de operación del sistema se refieren. Cada voltaje nominal del sistema pertenece a una parte del sistema limitado por transformadores o equipos de utilización.
Voltaje más elevado del sistema. Es el voltaje más alto del sistema que ocurre bajo condiciones normales de operación, para el cual se diseñan los equipos y otros componentes, sin alterar su funcionamiento continuo y sin reducir su capacidad nominal.
22
Los niveles de voltajes nominales de los sistemas se incluyen en la Tabla 1-1, son
aplicados en todas las partes del sistema, tanto del proveedor como el usuario. Las
escalas se dan separadamente para el voltaje del servicio y para el voltaje de
utilización.
El voltaje de utilización es normalmente algo más bajo que el voltaje de servicio. En
relación a este hecho y debido a que motores eléctricos, o aires acondicionados y
equipos de refrigeración o ambos, pueden constituir una carga pesada concentrada en
varios circuitos, el voltaje de placa de tal equipamiento y de motores y sus equipos de
control usualmente es más bajo que el voltaje nominal del sistema. Estos corresponden
a la escala de voltajes de utilización de la Tabla 1-1.
1.1.2.3. Niveles de Voltaje
La normativa ANSI C84.1-1995 establece los siguientes valores de voltaje:
Bajo Voltaje: Son voltajes nominales de sistemas menores o iguales a 1kV.
Medio Voltaje: Son voltajes nominales de sistemas mayores a 1 kV y menores de 100kV.
Alto Voltaje: Son voltajes nominales de sistemas iguales o mayores que 100 kV e igual que 230 kV.
Cuando un nuevo sistema está por ser construido o un nuevo nivel de voltaje esta por
ser introducido al sistema, uno (o más) de los voltajes nominales que se indican en la
Tabla 1-1 de preferencia debería ser seleccionado, estos niveles de voltaje son los que
corresponde a los presentados por las normas ANSI C84.1-1995. La selección lógica y
económica para un sistema particular entre los voltajes enlistados dependerá de varios
factores, tal como el tipo y tamaño del sistema. [1]
1.1.3. ESCALAS DE VOLTAJE NORMA ANSI C84.1
23
La norma permite cierta caída de voltaje en el sistema eléctrico del proveedor, así que
los requisitos de voltaje de servicio son más estrictos que los requerimientos de voltaje
de utilización. La norma establece, para cada sistema de voltaje nominal, dos escalas
para variación de voltaje de servicio y voltaje de utilización, designados como Escala A
y Escala B, limitando las variaciones. Se debe recordar que estas escalas de variación
de voltaje corresponden a condiciones normales de operación del sistema, no para
voltajes momentáneos cuyas causas pueden ser maniobras, como el arranque de
motores, etc. [1]
1.1.3.1. Escala A: Voltaje de servicio (Zona Favorable)
Los sistemas de distribución estarán diseñados y operados, de tal forma que los
voltajes de servicio estén dentro de los límites especificados en esta escala. La
ocurrencia de voltajes de servicio fuera de estos límites debe ser poco frecuente,
cuando sucedan condiciones que causan que el voltaje este fuera de los límites de la
Escala A, deben tomarse medidas correctivas dentro de un tiempo razonable para que
el voltaje se encuentre dentro de los límites establecidos. [1]
1.1.3.2. Escala A: Voltaje de utilización (Zona Favorable)
Los sistemas del usuario estarán diseñados y operados con los voltajes de utilización
dentro de los límites Escala A, de tal forma que la mayoría de voltajes de utilización
estén dentro de los limites especificados por este rango. El equipo instalado será
diseñado y nominado para funcionar satisfactoriamente en todo esta escala. [1]
1.1.3.3. Escala B: Voltajes de servicio y utilización (Zona Tolerable)
La Escala B incluye voltajes sobre y por debajo de la Escala A, límites que resultan
necesariamente del diseño práctico y condiciones de operación en el suministro, o en el
sistema del usuario, o ambos casos. Aunque tales condiciones son parte del
funcionamiento, deben ser limitados en magnitud, frecuencia y duración. Cuando estos
24
se presentan deben tomarse medidas correctivas para mejorar los voltajes y
mantenerlos dentro de la Escala A.
Al reconocer las causas cuando se mantenga condiciones de voltaje fuera de los límites
de la Escala B en el suministro o en el sistema del usuario, o ambos casos, se
recomienda tomar acciones correctivas ya que el equipo instalado no opera
satisfactoriamente bajo estas condiciones. [1]
1.1.4. LÍMITES DE NIVELES DE VOLTAJES
El nivel de voltaje en un circuito de distribución tiene una franja desde un valor máximo
en el consumidor más cercano eléctricamente a la barra de la S/E (primer usuario) a un
valor mínimo al final del circuito (usuario más alejado). Para cualquier nivel de voltaje
dado, los valores reales de funcionamiento pueden variar en una amplia escala. Esta
escala es dividida en tres zonas: una zona favorable o zona preferida, una zona
tolerable y una zona extrema. La zona favorable incluye la mayoría de los voltajes de
funcionamiento existentes que producen el funcionamiento satisfactorio de los equipos
del cliente. La zona tolerable contiene una banda de voltajes de funcionamiento
ligeramente por encima y por debajo de las zonas favorables. Los voltajes que operan
en la zona tolerable son generalmente aceptables para la mayoría de los propósitos. La
zona extrema o zona de emergencia incluyen voltajes en los márgenes de la zona
tolerable, por lo general dentro de 2 o 3 % por encima o por debajo de la zona tolerable.
Partiendo de la Norma ANSI C84.1 los límites requeridos de voltaje de la Escala A y
Escala B, son calculados mediante la ecuación (1), que es aplicada para evaluar el
índice de calidad de voltaje en la regulación del CONELEC.
(1)
Donde: DVk: variación de voltaje, en el punto de medición, en el intervalo k de 10 minutos. Vk : voltaje eficaz (rms) medido en cada intervalo de medición k de 10 minutos.
25
Vn : voltaje nominal en el punto de medición.
De acuerdo con la norma ANSI C84.1, los límites de voltaje admitidas en bajo voltaje
nominales de 120 V, 120/240 V y 208/120 V son:
Tabla 1-2: Límites de voltajes nominales: 120 V, 120/240 V y 208/120 V [1]. Escala A Escala B Máximo Mínimo Máximo Mínimo
Voltaje Nominal
del Sistema
Voltaje de Utilización y Servicio
Voltaje de
Servicio
Voltaje de Utilización
Voltaje de Utilización y Servicio
Voltaje de
Servicio
Voltaje de Utilización
Dos conductores, una Fase 120 126 114 110 127 110 106
Límite ΔVk 5.0% -5.0% -8.3% 6.0% -8.3% -11.5% Tres conductores, una Fase
120/240 126/252 114/228 110/220 127/254 110/220 106/212 Límite ΔVk 5.0% -5.0% -8.3% 6.0% -8.3% -11.5%
Cuatro conductores, tres Fase 208/120 218/126 197/114 191/110 220/127 191/110 184/106
Límite ΔVk 5.0% -5.0% -8.3% 6.0% -8.3% -11.5%
En el nivel de medio voltaje se toma los voltaje nominales de 6300 V, 13800Y/7970 V y
22860Y/13200 V, las variaciones permitidas de voltaje son:
Tabla 1-3: Límites de voltajes nominales: 6300 V, 13800Y/7970 V y 22860Y/13200 V.
Escala A Escala B
Máximo Mínimo Máximo Mínimo
Voltaje Nominal
del Sistema
Voltaje de Utilización y Servicio
Voltaje de
Servicio
Voltaje de Utilización
Voltaje de Utilización y Servicio
Voltaje de
Servicio
Voltaje de Utilización
Tres conductores, tres Fases (no está enlistado en la norma ANSI C84.1) 6300 6615 5900 5670 6678 5765 5575
Límite ΔVk 5.0% -5.0% -10.0% 6.0% -8.5% -11.5% Cuatro conductores, tres Fases
13800Y/7970
14490Y /8370
13460Y /7770
(Nota f)
14520Y /8380
13110Y /7570
(Nota f) Límite ΔVk 5.0% -2.5% 6.0% -8.5%
22860Y/13200
24000Y /13860
22290Y /12870
24200Y /13970
21720Y /12540
Límite ΔVk 5.0% -2.5% 6.0% -8.5%
26
Para el nivel de alto voltaje la Tabla 1-1 indica (nota g) que la Escala A y la Escala B no
se muestran, porque en estos niveles se usan como voltajes de servicio, la operación
del nivel de voltaje normalmente se ajusta por medio de equipamiento de regulación de
voltaje para satisfacer los requerimientos en los clientes.
Tabla 1-4: Límites para voltajes nominales en niveles de alto voltaje [1]. Norma ANSI Voltajes Nominales del Sistema y Escalas de Voltajes
para sistemas de Alto Voltaje
Nivel de Voltaje
Voltaje Nominal Escala de voltaje A (nota g)
Tres conductores Máximo Voltaje
Variación Límite
Voltaje de Utilización y Servicio
ΔVk
ALTO VOLTAJE 69000 72500 +5.0%
138000 145000 +5.0% 230000 242000 +5.0%
1.2. REQUERIMIENTOS DE VOLTAJE PARA EQUIPOS MÁS
COMUNES
Para establecer los requisitos de energía de un equipo, se debe tener en cuenta los
requisitos de entrada de voltaje, y con ello la identificación de voltaje de placa; a
continuación unas reglas para la identificación de voltajes:
· Cuando se trata del equipo, se usa el término voltaje de placa, y es al cual se
refieren sus características de operación. [10]
· Cuando se habla del sistema, no se usa el término voltaje de placa por que los
equipos instalados pueden a menudo tener diferentes voltajes de especificación.
Por lo tanto, el término voltaje nominal del sistema, se usa para designar
convenientemente la clase de voltaje de un sistema o circuito. [10]
· En generadores y transformadores, los voltajes generalmente son más altos que
los del equipo de placa, para compensar la caída de voltaje entre la fuente y la
carga. [10]
27
1.2.1. VARIACIONES O FLUCTUACIONES DE VOLTAJE
Las variaciones de voltaje son la diferencia entre el voltaje máximo y voltaje mínimo en
un punto particular en el sistema de distribución. Esta escala de variación de voltaje
dependerá del punto donde se realice la medición. La Figura 1-1 muestra la variación
de voltaje que ocurre para dos consumidores en demanda máxima y mínima [3].
Figura 1-1: Ilustración esquemática de variación de voltaje en el punto de utilización. (Tomado de [3], Pág. 248).
SUBESTACIÓN
REGULADOR DEVOLTAJE
ALIMENTADOR PRIMARIOTRANSFORMADORDE DISTRIBUCIÓN
ACOMETIDAS
DIAGRAMA UNIFILAR DEL SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN130
125
120
115
110
122 VA
PRIMERUSUARIO
111 VB
ÚLTIMOUSUARIO
PERFIL DE VOLTAJE ADEMANDA MÁXIMA
PERFIL DE VOLTAJE ADEMANDA MÍNIMA
SECUNDARIOS
TRANSFORMADORESDE DISTRIBUCIÓN
B
DIF
ER
EN
CIA
DE
VO
LT
AJE
DE
UT
ILIZ
AC
IÓN
EN
EL
AL
IME
NT
AD
OR
RE
GU
LA
DO
R
VO
LT
AJE
DE
UT
ILIZ
AC
IÓN
VO
LT
AJE
DE
UT
ILIZ
AC
IÓN
130
125
120
115
110
123 VA
118 VBB
28
El consumidor A, que es el primer usuario servido por el alimentador, tiene una
variación de voltaje de 1 V al ir de condiciones de demanda mínima (123 V) a demanda
máxima (122 V). El consumidor B que es el último usuario servido por el alimentador,
tiene una variación de voltaje de 7 V al ir de condición de demanda mínima (118 V) a
demanda máxima (111 V). Los voltajes de utilización de los usuarios A y B para
condiciones de demanda máxima y mínima deben tener valores entre el valor máximo y
mínimo respectivos de su escala de variación. La variación de voltaje de utilización de
otro usuario en el mismo alimentador debería tener una variación de voltaje entre 1 y 7
V dependiendo de su localización. La media de las variaciones de voltaje en los puntos
de utilización es generalmente más amplio para alimentadores rurales que para
alimentadores urbanos o residenciales. Los usuarios urbanos o residenciales
generalmente tienen un promedio de variaciones de voltaje más pequeño, por que los
alimentadores son de menor longitud y los tamaños del conductor son más grandes [3].
1.2.1.1. Efectos de las variaciones de Voltaje
Este análisis es solamente una visión general de los efectos de las variaciones de
voltaje sobre los equipos, que las empresas de distribución deben atender.
La correcta operación de equipos eléctricos requiere voltajes de alimentación que estén
lo más cercanos posible al voltaje de placa. Incluso desviaciones relativamente
pequeñas del valor nominal pueden causar una operación no satisfactoria, por ejemplo,
operaciones con eficiencia reducida, o un mayor consumo de energía con las pérdidas
adicionales y la reducción de la vida de servicio del equipo. A veces las desviaciones
prolongadas pueden causar el funcionamiento de los dispositivos de protección, lo que
resulta en interrupciones. Por supuesto el correcto funcionamiento de los equipos
también depende de muchos otros factores, tales como las condiciones ambientales,
adecuada selección e instalación, etc.
En general, el rendimiento se ajusta a los límites de voltaje de utilización, pero esto
puede variar en componentes específicos de equipos sensibles al voltaje. En esta
29
sección se analiza los diversos tipos de problemas de calidad del servicio. Los efectos
en la deficiencia de la calidad del servicio pueden ser entendidos de mejor manera al
mirar los distintos tipos de cargas que son afectados y a continuación enlistados.
1.2.1.2. En lámparas incandescentes, fluorescentes y de mercurio
La eficiencia lumínica y la vida útil de las lámparas incandescentes son gravemente
afectadas por el voltaje. A voltajes inferiores del voltaje nominal la iluminación de la
lámpara disminuye, pero la vida útil aumenta, caso contrario para voltajes superiores al
voltaje nominal la luminosidad aumenta, pero disminuye la vida útil teórica.
Los voltajes menores al nominal aplicados en lámparas en general permiten ahorrar
energía, pero como se ha mencionado la luminosidad disminuye, por lo que el tipo de
uso de la lámpara definirá si es aceptable niveles de voltajes bajos.
En la Figura 1-2 se muestra las curvas características para lámparas incandescentes
llenas de gas con filamento de tungsteno mostrando los efectos de operación en una
lámpara que no tenga su voltaje nominal.
Figura 1-2: Curvas características de lámparas incandescentes llenas de gas. (Tomado de
[15], Pág. 26-9)
30
Cuando se reduce el voltaje en un 10% menor al nominal, la iluminación tiene un 70 %
de eficiencia y se produce una reducción del consumo de energía al 85 % del nominal.
Además de un 15 % de reducción en el rédito a la empresa de distribución, y la vida
teórica de la lámpara aumentara aproximadamente 350 %. Con un 10 % de voltaje
mayor, la vida teórica se reduce cerca del 30 %, el rendimiento del flujo luminoso y el
consumo de energía se incrementan en 140 % y 115 %, respectivamente.
La variación de la vida útil y la salida de luz dependiendo del voltaje aplicado, se dan en
la siguiente tabla (Tomado de [5], Pág. 84) para diferentes tipos de lámparas:
Tabla 1-5: Efecto de las variaciones de voltaje sobre lámparas incandescentes
Voltaje aplicado (voltios)
Tipo de lámpara 120 V 125 V 130 V
% vida
% iluminación
% vida
% iluminación
% vida
% iluminación
105 575 64 880 55 - - 110 310 74 525 65 880 57 115 175 87 295 76 500 66 120 100 100 170 88 280 76 125 58 118 100 100 165 88 130 34 132 59 113 100 100
Las lámparas fluorescentes, a diferencia de las lámparas incandescentes, operan
satisfactoriamente en un rango de +/- 10 % del voltaje nominal. En general para un
aumento del 1 % de voltaje aplicado se incrementará la salida de luz de 1 % y, a la
inversa, una disminución de 1 % en el voltaje aplicado reducirá la emisión de luz por 1
%. La vida útil de las lámparas fluorescentes es menos afectada por la variación de
voltaje que las lámparas incandescentes [5].
El componente sensible al voltaje en una lámpara fluorescente es el balasto, un
pequeño reactor o transformador que suministra la puesta en marcha y funcionamiento
de los voltajes a la lámpara y limita la corriente de diseño de la lámpara. Este balasto
puede recalentarse al recibir voltajes por encima del voltaje normal y la temperatura de
funcionamiento [5].
31
Para lámparas de alta densidad de descarga HID (mercurio, sodio y halogenuros
metálicos), con balasto reactor típico tendrá un cambio del 12% de la producción de luz
por un 5% de cambio en el voltaje terminal. Las lámparas HID pueden apagarse cuando
el voltaje en bornes cae por debajo del 75% del voltaje nominal. Un balasto
autotransformador de potencia constante producirá un ±5% de cambio en la potencia de
la lámpara de mercurio o un cambio de ±10% en la potencia para lámparas de
halogenuros metálicos cuando el voltaje de línea varía ±10% [5].
Los tiempos aproximados para el calentamiento y reencendido de lámparas HID se
muestran en la siguiente tabla (Tomado de [5], Pág. 85):
Tabla 1-6: Duración aproximada del calentamiento y reencendido de lámparas HID
Fuente de Luz Calentamiento Reencendido
De vapor de mercurio 5 a 7 min 3 a 6 min
De halogenuros metálicos
2 a 5 min 10 a 20 min
De alta presión de sodio
3 a 4 min 0,5 a 1 min
De baja presión de sodio
7 a 10 min 1,2s a 5 min
La vida de las lámparas se relaciona inversamente con el número de arranques de
modo que, en condiciones de bajo voltaje se requerirán repetidos arranques, y la vida
útil de la lámpara se reducirá. En condiciones de excesivos voltajes, se incrementará la
temperatura del arco, que podría dañar la carcasa de vidrio si la temperatura se acerca
al punto de reblandecimiento del vidrio [5].
1.2.1.3. En equipos de calefacción
El calor producido en equipos de calefacción resistivos varía en función cuadrática al
voltaje aplicado. Esto es cierto cuando la resistencia permanezca constante. El tiempo
requerido para calentarlo es inversamente proporcional a la energía aplicada. En
cualquier caso un voltaje excesivo afectará la vida útil de la resistencia. Las variaciones
32
de voltaje en el uso residencial de equipos de calefacción son menos importantes como
el uso en la industria ya que afecta a la productividad de estas últimas [3].
Figura 1-3: Potencia en función del voltaje en una carga resistiva. (Tomado de [3], Pág. 253)
1.2.1.4. Procesos de calefacción infrarrojos
A pesar de que los filamentos de las lámparas utilizadas en estas instalaciones son del
tipo de resistencia, la producción de energía no varía con el cuadrado del voltaje
aplicado porque la resistencia varía en el mismo período de tiempo. La salida de
energía varía ligeramente menos que el cuadrado del voltaje. Las variaciones de voltaje
pueden producir cambios no deseados en el calor de proceso requerido, a menos que
se tenga controles termostáticos o que otros medios de regulación sean usados [5].
1.2.1.5. Condensadores
La salida de potencia reactiva de los condensadores varía con el cuadrado del voltaje
aplicado. Por lo tanto una caída del 10% en el voltaje de alimentación, reduciría la
potencia reactiva en un 19%, y donde el usuario ha realizado una inversión
33
considerable en los condensadores para la mejora del factor de potencia, el usuario
pierde el beneficio de casi el 20% de esta inversión [5].
1.2.1.6. Dispositivos operados por solenoides
El empuje o tirón de los solenoides de CA varía aproximadamente como el cuadrado
del voltaje. En general, los solenoides están diseñados para funcionar
satisfactoriamente en un 10% de sobrevoltaje y el 15% de bajo voltaje [5].
1.2.1.7. En motores de inducción y sincrónicos
Para motores de inducción, se muestra en la Figura 1-4 las características del
funcionamiento con respecto al voltaje aplicado.
En el momento en el que el voltaje cae por debajo del voltaje de placa, el torque de
arranque se reduce substancialmente, por que el torque empieza a variar con el
cuadrado del voltaje aplicado.
Figura 1-4: Características de motores de inducción normales en función del voltaje
aplicado. (Tomado de [3], Pág. 253)
34
Para un voltaje aplicado menor al 10 % del nominal, el torque desciende a un 81 % del
normal. Con voltaje bajo aplicado a los terminales, operando a plena carga, las
temperaturas se incrementan causando la reducción de la vida útil del aislamiento y el
aumento de la corriente de carga.
Con voltajes mayores al voltaje de placa el torque de arranque se incrementa, la
corriente de arranque se incrementa y el factor de potencia disminuye [3].
Las variaciones de las características de funcionamiento de los motores de inducción
con respecto al voltaje aplicado se dan en la siguiente tabla (Tomado de [5], Pág. 84):
Tabla 1-7: Efectos de variaciones de voltaje sobre un motor de inducción.
Característica Proporcional a Variación de voltaje
90% del voltaje de placa
110% del voltaje de placa
Arranque y máximo par de
funcionamiento
Cuadrado del voltaje
-19% +21%
Porcentaje de deslizamiento
(1/voltaje)2 +23% -19%
Velocidad a plena carga
Velocidad sincrónica de deslizamiento
-0,2% a -1,0% +0,2% a 1,0%
Corriente de arranque
Voltaje -10% +10%
Corriente a plena carga
Varia con el diseño +5% a +10% -5% a -10%
Corriente en vacío Varia con el diseño -10% a -30% +10% a +30%
Aumento de temperatura
Varia con el diseño +10% a +15% -10% a -15%
Eficiencia a plena carga
Varia con el diseño -1% a -3% +1% a +3%
Factor de potencia a plena carga
Varia con el diseño +3% a +7% -2% a -7%
Ruido Magnético Varia con el diseño Ligero descenso Ligero ascenso
35
En motores sincrónicos se ven afectados por las variaciones de voltaje en el mismo
modo que los motores de inducción, excepto que la velocidad se mantiene constante (a
menos de que exista cambio de frecuencia). Además, su torque máximo varía
directamente con el voltaje aplicado, si el voltaje de campo permanece constante. Si el
voltaje de campo varía con el voltaje de línea, como en el caso de una fuente de
rectificador estático, entonces el torque máximo varia con el cuadrado del voltaje
aplicado [5].
1.2.1.8. En equipos de computación
Computadoras y equipos controlados por ordenadores están más sujetas a problemas
de calidad de energía. Se congelan o cuelgan y pierden datos. Con voltajes 15%
menores del voltaje nominal los tubos de electrones en monitores de computadoras y
pantallas TV emiten mucho menos potencia, las imágenes se reducen, y pueden fallar
los circuitos.
Hoy en día los equipos tienen una etapa controlada de conversión de corriente alterna a
corriente continua, con el uso de dispositivos electrónicos de alta tecnología, de manera
que los efectos de las variaciones de voltaje se van limitando en este tipo de
equipamiento.
En el Anexo 4 se presenta información general sobre la tolerancia de los equipos de
cómputo a la magnitud y duración de las variaciones de voltaje (bruscas) en el sistema
de alimentación en períodos muy cortos, que no se tratan en este estudio.
1.3. CAÍDAS DE VOLTAJE
Llamamos caída de voltaje de un conductor a la diferencia de potencial que existe
entre los extremos del mismo. Este valor se mide en voltios y representa el gasto de
36
fuerza que implica el paso de la corriente por ese conductor. Así mismo, la caída de
voltaje es medida frecuentemente en tanto por ciento de la tensión nominal de la fuente
de la que se alimenta.
En muchos casos, podemos vivir con caídas de voltaje considerables, mientras que se
tenga el suficiente equipo de regulación de voltaje para compensar la caída de voltaje
en el circuito.
1.3.1. CAÍDAS DE VOLTAJE EN LOS COMPONENTES DEL SISTEMA
Las caídas de voltaje en los componentes del sistema será discutido solamente para
varios tipos de alimentadores desde la ubicación en el alimentador del primer usuario al
último usuario servido, también a la caída de voltaje que existe por delante de la
primera carga; que se supone está incluido en el control de voltaje del sistema hasta la
ubicación del primer usuario, de manera que la magnitud de voltaje en el primer usuario
esta en el tope de la Escala A permisible (Tabla 1-1). El equipamiento de regulación de
voltaje generalmente se encuentra en la subestación sirviendo a varios alimentadores
para alcanzar los máximos voltajes de servicio en el primer usuario.
La mejor manera de mostrar el voltaje en un sistema eléctrico de distribución es en
términos base de 120 V. Esto cancela las relaciones de transformación entre sistemas
de modo que los voltajes reales varían únicamente en la base de las caídas de voltaje
en el sistema.
Cualquier voltaje puede convertirse a una base de 120 V dividiendo el voltaje real para
la relación de transformación de la base de 120 V. Por ejemplo, la relación de
transformación para un sistema de 480 V es 480 V/120 V o 4, de manera que 460 V en
un sistema de 480 V debería ser 460 V/4 o 115V en base de 120 V.
Por ejemplo, el máximo límite tolerable de 127 V en base de 120 V para el Voltaje de
Servicio de la Escala B es equivalente, sobre un sistema de 4160 V, a
con una aproximación de 10 V. Sin embargo si el transformador esta
37
ajustado en una toma de +2½ %, la relación de voltaje debería ser
en base de 120 V. El voltaje en el sistema primario
equivalente a 127 V del sistema secundario debería ser
con una aproximación de 10 V.
Si el máximo voltaje de 4400 V en el primario de distribución es aplicado a la relación
4264-120 V, el voltaje secundario debería ser .
La siguiente distribución de caídas de voltaje en los componentes del sistema de
distribución, es tomado de referencia como punto de partida del libro “Electrical
Transmission and Distribution Reference Book” [3], y de la resolución adoptada por
ANSI Accredited Committee C84 [5].
1.3.1.1. Alimentadores Residenciales
Si en base de 120 V nominales, se determina que el voltaje en el punto de utilización
cuando permanece dentro de la Escala A de operación, Tabla 1-1, puede variar de
91,7% a 105%. Se debe diseñar lógicamente un alimentador primario que admita al
primer consumidor eléctricamente más cercano a la fuente (barra de bajo voltaje en la
subestación) tener el máximo voltaje permisible, 105%, en las condiciones de demanda
máxima, y que al consumidor eléctricamente más alejado de la fuente tenga el mínimo
voltaje permisible, 91,7%. A menudo es económico permitir un voltaje en la barra de
bajo voltaje de la subestación mayor a 105 %, durante las condiciones de demanda
máxima, de manera que los consumidores físicamente más próximos a la fuente no
deben estar conectados eléctricamente cerca [3].
El promedio de caída de voltaje en el interior del cableado residencial en condiciones de
demanda máxima es aproximadamente de 2,3%; por consiguiente para tener un voltaje
de utilización no menor a 91,7%, el voltaje a la entrada del servicio del consumidor o en
el medidor debe ser mayor o igual a 94%. Las variaciones de voltaje a la entrada del
servicio para un alimentador urbano deben estar entre 94% a 105%, o en una escala de
38
11%. La caída de voltaje de 11% deben ser repartidos en los componentes del
alimentador entre el primer y último usuario servido. [3]
Además debe ser incluido el ancho de banda del regulador que es la diferencia entre
los limites de voltaje establecidos por la Escala A de operación, y los fijados en el
equipo de regulación. El voltaje del regulador puede variar dentro de esta banda y no
funcionará fuera de ella, pero si el voltaje del regulador saliera de esta banda, el
regulador actuaría subiendo o bajando el voltaje de salida de la banda especificada [3].
Los anchos de banda mínimos usualmente usados con equipamiento de regulación en
sistemas de potencia son de ± 1% ó 2%. Uno % de los 11% permisibles de caída de
voltaje deja 10% de caída para ser distribuidos en los componentes del alimentador [3].
Se encuentra a menudo en la práctica que el ancho de banda no es incluido al
determinar la caída de voltaje permisible, y el voltaje podría variar fuera de la Escala A
de voltajes de operación considerado de 1%. Sin considerar el ancho de banda a
menudo el voltaje de algún usuario cercano a la salida o en el extremo del alimentador,
saldrá de la Escala A y entrará a la Escala B, lo que no es aconsejable. Los
componentes de un alimentador se muestran en el diagrama unifilar de la Figura 1-5.
Figura 1-5: Diagrama unifilar de un alimentador residencial, mostrando componentes del alimentador y la ubicación del primer y último usuario. (Tomado de [3], Pág. 255)
39
Estudios de diseño de alimentadores residenciales muestran que una cantidad definida
de caída de voltaje puede ser localizada a cada uno de los componentes para una
máxima economía; en este estudio no se realiza cálculos económicos.
De manera que la distribución de caída de voltaje para los varios componentes de un
alimentador urbano y rural, debe mantenerse dentro de la Escala A de operación,
incluido el ancho de banda mostrado de la Tabla 1-1.
1.3.1.1.1. Acometida
La caída de voltaje en general su mayoría se encuentra en la acometida en condiciones
de demanda máxima, estudios indican que este valor está dentro del 1%. Este valor es
rara vez superado a menos de que la longitud de la acometida sea muy larga [3].
1.3.1.1.2. Red Secundaria
Los conductores secundarios, cuando son instalados, generalmente tienen una caída
de voltaje de aproximadamente 2%, y como la carga crece la caída de voltaje podría
incrementar de 3% a 3,5%. Cuando la caída de voltaje alcanza el límite superior, otro
transformador de distribución se añade, y la línea secundaria se divide entre la nueva y
existente unidad. Tal procedimiento reduce la caída de voltaje en el secundario a
menos de un 1% [3].
1.3.1.1.3. Transformador de Distribución (urbano)
Si un transformador es instalado en un área residencial desarrollada, la carga del
transformador durante el período pico en términos generales es del 80 al 100 %. Esto
representa entre una caída de voltaje de 1,75 a 2,5 V [3].
Los transformadores se mantienen en servicio sin recibir daños en sus componentes
con incrementos de picos de carga cerca del 130 al 150 % durante períodos cortos, y
esto representaría una caída de voltaje de alrededor de 3% a 3,5% [3].
40
Figura 1-6: Caída de voltaje en un transformador de distribución de 25 kVA monofásico en función de su cargabilidad. (Tomado de [3], Pág. 255)
En la Figura 1-6 se representa la caída de voltaje de un transformador de 25 kVA
monofásico de distribución en función de su carga. Este transformador representa la
caída de voltaje de transformadores de distribución para rangos hasta 50 kVA y niveles
de voltaje hasta 7,62 kV, referencia [3].
La EEQ S.A. debe de trabajar en una política del nivel de carga en que los
transformadores de distribución pueden operar, el criterio técnico-económico es parte
fundamental para obtener estos datos de niveles de carga.
1.3.1.2. Alimentadores Primarios incluyendo Laterales
La caída de voltaje que se asigna a la porción del primario del alimentador residencial
es de 3,5%, medido desde los terminales de la S/E al primer transformador en el
alimentador y al último transformador o más remoto eléctricamente. Los alimentadores
laterales comúnmente son monofásicos y se derivan del un alimentador trifásico o
troncal (Figura 1-5), estos en términos generales tienen una caída de voltaje de 1% a
2,5%, con el último lateral teniendo cerca de un 1%, y el lateral derivado cerca del
primer transformador de distribución en el alimentador con 2,5%.
41
En condiciones de demanda mínima cerca de la S/E podemos operar el primario por
encima de 126 V, pero se tiene que asegurar que al primer usuario no tenga
sobrevoltajes. En términos generales se podría suponer para este caso que la caída en
el secundario y en el transformador para el primer usuario con poca carga es de 1 V.
Con ello, el límite de voltaje primario superior podría ser de 127 V. En la Figura 1-7
podemos observar la asignación de caídas de voltajes de un alimentador residencial
tomado de [3].
Figura 1-7: Perfil de voltaje de un alimentador residencial. (Tomado de [3], Pág. 256)
110
111
112
113
114
115
116
117
118
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120
121
122
123
124
125
126
127
128
Voltaje deUtilización-1erUsuario
BARRASUBESTACIÓN
ALIMENTADOR PRIMARIO
1er UsuarioTRANSFORMADORDISTRIBUCIÓN
RED SECUNDARIAACOMETIDA
UltimoUsuario
Escala
A
- B
AS
E 1
20V
3,5%AlimentadorPrimario
2%TransformadorDistribución
3,5% RedSecundaria
1% Acometida
2,3% Cableadointerior instalaciones
1% Ancho de Banda
6
1% Ancho de Banda
101%
102%
103%
104%
105%
95%
96%
97%
98%
99%
92%
93%
94%
91,7%
106%
107%
100%
42
1.3.1.3. Alimentadores Rurales
Los alimentadores rurales difieren un poco de los alimentadores residenciales urbanos.
Muy comúnmente encontramos alimentadores rurales sin secundarios, por la distancia
entre usuarios. Cada usuario generalmente tiene su propio transformador de
distribución. Las capacidades comúnmente de estos transformadores son más
pequeñas, y se los localiza en el centro donde se requiere energía eléctrica, también la
caída de voltaje en la acometida es más grande que para un usuario residencial.
En la Figura 1-8 se muestra un diagrama monofásico de un alimentador típico rural.
Este alimentador rural es mucho más largo que un alimentador residencial, a menudo
cinco o seis veces más largo. El alimentador primario puede ser en configuración
trifásica y los laterales o ramales pueden ser monofásicos. En algunas empresas
eléctricas a menudo se extienden a la Escala B de servicio en alimentadores rurales,
aunque no se debería tener esta práctica, ya que los equipos utilizados son los mismos
tanto en las zonas urbanas como en las zonas rurales, y los voltajes deben de estar
dentro de la Escala A .
Figura 1-8: Diagrama unifilar de un alimentador rural, mostrando componentes del alimentador y la ubicación del primer y último usuario. (Tomado de [3], Pág. 257)
43
1.4. CONTROL DE VOLTAJE
Las empresas de distribución tienen varias formas de control de voltaje de estado
estable. Algunos métodos consisten en aumentar el voltaje en el principio del
alimentador de distribución con el incremento de carga, reduciendo el promedio de la
diferencia entre las condiciones de demanda máxima y demanda mínima (variaciones
de voltaje) para todos los usuarios en los alimentadores. Otros métodos disminuyen la
impedancia entre la fuente y la carga del alimentador (cambio de calibre de
conductores), reduciendo la caída de voltaje en unos casos. También, la corriente de
carga puede ser reducida a través de transferencias de carga, mientras se reducen las
caídas de voltaje y las variaciones de voltaje.
El equipamiento de regulación de voltaje también puede ser aplicado en lugares del
alimentador donde el voltaje llegue a ser demasiado bajo o demasiado alto con el fin de
disminuir la variación de voltaje. Varios métodos para el mejoramiento de los perfiles de
voltaje a lo largo del sistema de distribución son enlistados a continuación. Cada
método tiene sus propias características concernientes en la cantidad de mejora de
voltaje, costo por voltio de mejora, y flexibilidad.
· Uso de los reguladores de voltaje de los generadores, su uso principalmente se
da cuando la generación está cerca a la carga. En la generación distribuida tiene
gran importancia.
· Aplicación de equipo de regulación de voltaje en las subestaciones de
distribución.
· Aplicación de capacitores en derivación en las subestaciones de distribución.
Disminuye las corrientes reactivas en la subtransmisión, corrige el factor de
potencia, pero su efecto ayuda a elevar los niveles de voltaje.
· Balance de cargas en alimentadores primarios.
· Incremento del calibre de los conductores del alimentador.
44
· Cambio de configuración en las secciones del alimentador de monofásico a
múltiple fases.
· Transferencia de carga a nuevos alimentadores. Es una buena opción por que
disminuye o comparte la carga de alimentadores con bajos perfiles de voltaje.
· Construcción de nuevas subestaciones y alimentadores primarios.
· Incremento del nivel de voltaje primario.
· Aplicación de reguladores de voltaje en los alimentadores primarios. Existen
reguladores tipo estación y tipo distribución, estos últimos son equipos pequeños
con niveles de potencia grandes.
· Aplicación de capacitores en derivación (shunt) en los alimentadores primarios.
Este equipamiento debe ser instalado lo más cerca a la carga.
· Aplicación de capacitores serie en los alimentadores primarios. Este
equipamiento es muy costoso, pero las caídas de voltaje se pueden mantenerlas
bajas.
· Manipulación de los intercambiadores de Taps de los transformadores de
distribución. La norma de la EEQ exige este equipamiento de regulación en cada
transformador.
1.5. INTERCAMBIADORES DE TAPS PARA LA REGULACIÓN DE
VOLTAJE EN VACÍO DE LOS TRANSFORMADORES DE
DISTRIBUCIÓN
Los transformadores de distribución, están provistos de un dispositivo que permite
variar la relación de transformación y elevar o bajar el voltaje secundario. Este
dispositivo se llama intercambiador de taps o cambiador de tomas; existen dos tipos de
intercambiadores de taps, unos que opera bajo condiciones de carga y otros
cambiadores de taps que son maniobrados en vacío (sin voltaje o desnergizado),
siendo estos últimos parte del estudio.
45
La Norma IEC 60214 se aplica para cambiadores de taps bajo carga, siendo estos de
reactores y de resistencia, cambiadores de tomas en vacío u offcircuit, y los
mecanismos de accionamiento del motor. Se aplica principalmente a los cambiadores
de taps inmersos en aceite del transformador de acuerdo con la norma IEC 60296, pero
también puede ser usado para los cambiadores de taps con aislamiento en gas o
inmersos en otros líquidos de aislamiento en la medida en que las condiciones sean
aplicables. Se aplica para todo tipo de transformadores de potencia, de distribución y
también reactores.
1.5.1. DEFINICIONES [12]
Cambiador de taps en vacío u offcircuit: Dispositivo diseñado para cambiar el tap de un devanado, conveniente para la operación solo cuando el transformador esta sin energía.
Ambiente líquido del cambiador de taps: Cambiador de taps montado dentro del tanque principal del transformador y sumergido en el líquido aislante del transformador.
Ambiente con aire del cambiador de taps: Cambiador de taps montado en un contenedor fuera del tanque principal del transformador e inmerso en su propio líquido aislante.
Corriente-de pasaje Corriente que fluye a través de un cambiador de taps hacia el circuito externo, que el aparato es capaz de transferir desde un tap al otro en el voltaje de paso pertinente y que se puedan realizar continuamente mientras se cumpla los requerimientos de la norma.
Voltaje de paso nominal ( ): Para cada valor de corriente-de pasaje, es el voltaje máximo permitido entre los terminales que están destinados a ser conectados de los taps del transformador.
Frecuencia nominal: Frecuencia de la corriente alterna para la cual el cambiador de taps fue diseñado.
Nivel de aislamiento: Capacidad de soportar solicitaciones dieléctricas.
1.5.2. USO DEL CAMBIO DE TAPS EN TRANSFORMADORES
46
Los transformadores de distribución a menudo tienen cuatro tomas o taps sobre el
bobinado primario en pasos de 2½%. Estos taps son generalmente +5%, +2½%,
nominal, -2½%, y -5%. Estos taps permiten al usuario cambiar la relación y elevar o
bajar el voltaje del secundario para proporcionar un voltaje más apto para los límites de
voltaje de utilización tolerable en el equipamiento [5]. Hay tres situaciones que
requieren el uso de la tomas:
a) El cambio de taps es necesario cuando el voltaje del alimentador primario tiene
un valor nominal que es ligeramente diferente de la placa de identificación del
transformador. Por ejemplo, si un transformador de 13200-120V es conectado a
un sistema nominal de 13800V, el voltaje nominal secundario sería
(13800/13200)*120=125V. Sin embargo, si en el sistema nominal de 13800V se
conecta en la toma +5% de los 13200-120V, el transformador estaría en 13860V,
el voltaje nominal secundario sería (13800/13860)*480=119V, que es
prácticamente el mismo voltaje que se obtendría de un transformador que tenga
la relación de 13800/120V.
b) El cambio de taps es necesario cuando la variación de voltaje está por encima o
por debajo de la porción límite de tolerancia indicada por la norma ANSI C 84.1-
1995. Por ejemplo, un transformador de relación 13200-120V está conectado a
un sistema primario de distribución de 13200V cercano a la subestación donde la
variación de voltaje permanece por encima de la mitad de la zona de tolerancia
de la Escala A, o 13200-13860V. Esto resultaría en un voltaje secundario
nominal en condiciones de vacío de 120 a 126V. Al fijar el transformador sobre la
toma +2½% en 13530V, el voltaje secundario en vacío se reduciría 2½% a una
escala de 117V.
c) El cambio de taps es requerido para ajustar la banda de variación de voltaje de
utilización para proporcionar un control más estrecho de los límites tolerables de
los equipos de utilización.
47
Si el cambio de taps en un transformador es usado para compensar la caída de voltaje,
el perfil de voltaje debería ser calculado para períodos de mínima demanda y se debe
comprobar si existen situaciones de sobrevoltajes referidos a los límites tolerables
especificados en la norma ANSI C84.1-1995, Tabla1-1 [5].
1.5.1. POSICIONES DE UN CAMBIADOR DE TAPS EN VACÍO
El número de posiciones de cambio de taps está generalmente estandarizado como
indica la norma del sistema de distribución de la EEQ, Parte C [8] que se muestra en la
siguiente Tabla 1-8.
Tabla 1-8: Especificaciones técnicas de transformadores de distribución EEQ, Parte C [8]
Transformador de Distribución
Potencias Nominales
[kVA]
Voltaje Nominal
Primario [V]
Voltaje Nominal
Secundario [V]
Derivaciones en el lado Primario
Monofásico 15-25-37,5-
50 6000 120/240 ±2x2,5%
Monofásico 3-5-10-15-25-37,5-50
13200 GrdY / 7620
120/240 ±2x2,5%
Monofásico 5-10-15-25-
37,5-50 22860 GrdY /
13200 120/240 -4x2,5%
Trifásico
30-50-75-100-112,5-125-150-250-300
6000 210/121 ±2x2,5%
Trifásico
30-50-75-100-112,5-125-150-250-300
22860 210/121 -4x2,5%
La posición del conmutador se indicará con números en sentido horario, los números
deben ser grabados y pintados en forma claramente visible, y será indicada localmente,
48
además se deberá poder bloquear el conmutador en cada posición de funcionamiento a
efectos de evitar falsas maniobras, el bloqueo se deberá poder realizar mediante un
mecanismo sin llave y mediante un candado o similar; también se debe instalar una
placa que diga claramente “PELIGRO: NO OPERAR MIENTRAS ESTÁ
ENERGIZADO”, en el Figura 1-9 se puede apreciar de mejor manera.
Figura 1-9: Cambiador de Taps en vacío, marca ABB
49
CAPÍTULO II
ESTUDIOS DE CASOS ESPECÍFICOS DE REDES DE
DISTRIBUCIÓN CON REGULACIÓN DE VOLTAJE EN LA S/E
El presente capítulo desarrolla una metodología para evaluar la calidad del suministro
eléctrico esperable en lo que se refiere a niveles de voltaje, tomando como base dos
casos específicos de redes de distribución que cuentan con el equipamiento necesario
para la regulación de voltaje bajo carga (LTC) en la subestación de distribución.
En este estudio se toma en cuenta: un escenario en demanda máxima y otro escenario
en demanda mínima, es decir cómo se encuentra el sistema para ambas condiciones;
además la selección de dos puntos particulares en el alimentador primario, el usuario
eléctricamente más cercano a la S/E, y el usuario eléctricamente más alejado a la S/E,
para analizar las variaciones de voltaje.
La modelación de la red con software especializado en: la red primaria,
transformadores, red secundaria, acometidas y el análisis de la flexibilidad que se
obtiene con la regulación en vacío de los cambiadores de taps sobre los límites de
variaciones de voltaje se basa en la información de la topología de las redes, ubicación
geográfica, parámetros eléctricos como potencia, voltaje, corriente, entre otros; que han
sido proporcionados por la Empresa Eléctrica Quito.
2.1. EMPRESA ELÉCTRICA QUITO S.A. (E.E.Q.)
2.1.1. GENERALIDADES
La Empresa Eléctrica Quito S.A., es una empresa de carácter privado, fue fundada en
1955 y sus accionistas son el Ministerio de Electricidad y Energía Renovable, el I.
Municipio del Distrito Metropolitano de Quito, Industriales y Comerciantes, Consejo
Provincial de Pichincha y Consejo Provincial del Napo.
50
Empresa de servicio público que tiene como misión generar, distribuir y comercializar
energía eléctrica en su área de concesión de 16.364,6 km2; que comprende la Provincia
de Pichincha: Quito, Rumiñahui, Mejía, Cayambe, San Miguel de los Bancos, Puerto
Quito, Pedro Vicente Maldonado; la Provincia del Napo: Quijos, Chaco; con las
Distribuidoras EMELSAD, EMELNORTE Y ELEPCO, existe zonas en negociación que
modificaría el área de concesión indicada. En la Figura 2-1 se ilustra el área de
concesión de la EEQ.
Figura 2-1: Área de concesión de la Empresa Eléctrica Quito S.A.
En el 2009 el sistema eléctrico de la EEQ incrementó energía y potencia requerida, ya
que la demanda llegó a 624,54 MW. La energía requerida se está comprando en el
Mercado Eléctrico Mayorista (MEM), incluso lo de las centrales eléctricas propias, sin
embargo, al 2009 el aporte de la generación propia fue del 16,8% en energía y 14,2%
en potencia y de los autogeneradores el 1,7% en energía y 1,1% en potencia.
51
En base de los datos estadísticos del 2009 se tienen 792.643 abonados de ellos
672.123 abonados son residenciales, 96.604 abonados son comerciales, 13.009
abonados son industriales y 8.908 abonados de otros tipo, la figura 2-2 muestra el
porcentaje del total de abonados.
Figura 2-2: Porcentajes del total de Abonados de la EEQ.
2.1.2. SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN
El sistema de distribución de la EEQ a diciembre del 2009 dispone de 31 subestaciones
de distribución, en las cuales: 7 transformadores son de 138/22,8 kV, 10
transformadores de 46/22,8 kV, 1 transformador de 46/22/13,2 kV, 3 transformadores
de 46/22/6,3 kV, 1 transformador de 46/13,2 kV y 21 transformadores de 46/6,3 kV, con
una capacidad instalada total de: 591,25 MVA en “OA”, 776,75 MVA en “FA” y 843,75
MVA en “FOA”. Estas subestaciones están alimentadas por un sistema de líneas de
subtransmisión de 216,5 km a 46 kV y 54,2 km a 138 kV, y para distribuir la energía en
las diferentes zonas de servicio, dispone de 158 circuitos de distribución primaria a 22,8
kV, 6,3 kV y 13,2 kV, de 6767 kilómetros; así como de 1.979 MVA instalados en 31.317
transformadores de distribución con más de 6.300 kilómetros de redes secundarias; así
como, 410.591 acometidas y 795.650 medidores, entre monofásicos, dos-fases y
trifásicos, de los cuales, 4.386 están instalados en medio voltaje y 13 en alto voltaje.
52
De las 31 subestaciones 7 están ubicadas en los sectores rurales y 24 están ubicadas
en sectores urbanos. En el Anexo 1 se puede apreciar el diagrama unifilar 2010 del
sistema de distribución de la Empresa Eléctrica Quito.
2.2. DESCRIPCIÓN DEL PROGRAMA FEEDER-ALL
La EEQ cuenta con el programa computacional Feeder-All que es desarrollado por
ABB, el cual se usa para análisis, planificación, diseño y operación de redes de
distribución; es utilizado como la principal herramienta computacional para evaluar la
calidad del servicio eléctrico mediante la corrida de flujos de carga, manejando
información por medio de bases de datos en Access y Oracle, y empleado para la
ejecución del presente trabajo.
Fedeer-All permite realizar flujos de carga balanceados, desbalanceados de redes
eléctricas, coordinación de protecciones en redes eléctricas, fallas trifásicas, de dos
fases y monofásicas, ubicación de capacitores, optimización de primarios y arranque
de motores.
2.2.1. INTERFAZ GIS-FEEDERALL
Esta aplicación permite obtener los datos de la base del sistema de información
geográfica (GIS) que están en forma gráfica y llevarlos al Feeder-All hacia forma
eléctrica para realizar los flujos de carga, una vez realizado este proceso de migración
en el cual se pide una clave de usuario, se escoge el primario o la subestación del cual
se desea realizar la migración de datos, pueden existir transformadores o líneas que no
hayan sido migrados correctamente, es decir que no estén bien dibujadas, o que las
líneas se encuentren desconectadas, para lo que se elige la opción “Report”, donde se
presenta un informe que indica un resumen de migración y se puede saber fácilmente
cuantos KVA tiene el GIS y cuántos migró al Feeder-All. Se tiene que tener precaución
con los mensajes de error si es que aparecen.
53
2.2.2. CREACIÓN DEL CASO BASE
Después de realizar la migración, se puede crear un caso base en Feeder-All, para esto
se activa la opción “Convert Unix”, del menú “Database” del Feeder-All, en la opción
“Base Case”, posteriormente se asigna nombre y ubicación al caso base a ser creado.
Figura 2-3: Creación del Caso Base.
Se debe asignar también las estructuras actuales con los distintos formatos de los
conductores, “Use Structure and Conductor Format” es la opción a utilizar y después
pulsar “Ok”; por último se obtiene un mensaje “Base Case Conversion Completed!!” que
indica la finalización del proceso.
2.2.3. CREACIÓN DEL CASO ESTUDIO
En el caso estudio se puede realizar los análisis y estudio, cambiar la topología
dependiendo de la necesidad y diferentes características; para esto en el menú de
datos “Database” está la opción “Study Case” que al escogerla aparece la ventana
mostrada en la Figura 2-4, en la que se despliega un sub menú que indica los distintos
estudios que se pueden hacer en el Fedeer-All; habrá que asignar el nombre del caso
de estudio en la primera casilla, en la segunda casilla la ubicación del caso base
54
anteriormente creado, al realizar estos pasos aparece en la parte inferior las distintas
áreas de las subestaciones, como dato práctico se asignan todas las áreas, para luego
pulsar “OK” y se crea el caso estudio y a la vez se abre este mismo para trabajar.
Figura 2-4: Creación del Caso Estudio.
En el caso de estudio se realizan toda la configuración de la red necesaria y las
configuraciones de:
· La fuente (“Source”), es un generador ficticio que representa la conexión entre
alto y medio voltaje, el nivel de voltaje asignado debe ser en kVfn.
· Del transformador (“Transformer”), toma en cuenta el nivel de voltaje del primario
y del secundario, número de tomas, la mínima y máxima toma y el valor de
impedancias del transformador.
· Del medidor (“Meter”) que se lo ubica en el lado de baja del transformador en el
alimentador modelado, sus datos son necesarios para evaluar el sistema en
demanda máxima (Heavy Analysis) y en demanda mínima (Light Analysis).
55
Los datos a setear en el Meter es potencia activa y reactiva si se elige la opción “Load
Allocation Based on: kW-kVAR”; o son voltajes, corriente y factor de potencia si se elige
la opción “Load Allocation Based on: Voltage, Current, FP”.
El registro en la cabecera del alimentador se obtiene continuamente por medio de las
mediciones de los equipos instalados en las subestaciones de marca Nansen y Landis.
2.2.4. FLUJOS DE CARGA BALANCEADOS (BLF)
Los datos del flujo de carga balanceado se los obtiene primero al ejecutar la aplicación
“Impedance Calculation” que está en el menú principal “Utilities” el cual permite realizar
el cálculo de impedancias de los componentes del sistema necesario para establecer
las variables producto del flujo de carga, segundo se asigna la ubicación de la cargas
con la aplicación “Load Allocation”, al ejecutar se tiene una ventana (Figura 2-5) con las
diferentes opciones de asignación de cargas, una de las importantes es “with loss
correction”, la cual permite corregir las pérdidas en la red después de lo cual se
generan dos tablas técnicas que son sobre el informe de las cargas y del medidor de la
subestación.
Figura 2-5: Ventana de opciones para la ubicación de cargas (Load Allocation).
56
El tercer paso es ejecutar la aplicación “Balance Load Flow” que es el flujo balanceado
de carga el cual especifica el tipo de algoritmo (Gauss Seidel y Newton Rapson) con el
que se desea realizar el análisis del flujo, así mismo el número de iteraciones para este
método numérico.
Figura 2-6: Ingreso de parámetros del flujo de carga.
Max Iterations: Número máximo de interaciones realizadas
Convergence Criterion: Máximo error permitido en pu de cualquier nodo.
Firts Tap Change Interatio: Iteración en la que se produce el primer cambio de tap
Last Tap Change Interation: Iteración en la que se produce el último cambio da tap
First Gauss Seidel Interation: Número de iteraciones mediante Gauss Seidel
Firts Newton Raphson Iteration: Número de iteraciones mediante Newton Raphson
Al finalizar el proceso se genera tres tablas técnicas que son información del flujo de
carga en: el análisis de nodos, líneas, y del transformador. Además es posible generar
un reporte adicional dentro de la aplicación de flujos de carga balanceados que es
“Reports”, esa aplicación emite un resumen global del flujo de carga.
57
Figura 2-7: Resultado del flujo de carga balanceado.
Figura 2-8: Reporte Resumido global en formato HTML.
Haciendo click en el icono de “diskette” de la parte superior de cada ventana de reporte
generado es posible exportar a Excel con la extensión .xls; con su respectivo nombre y
dirección.
Lista de resultado de Nodos
La tabla de nodos muestra la información para poder ver si se tiene bajos voltajes y
poder trabajar sobre el primario para definir correcciones respectivas sobre el circuito,
para esto se puede tener la ayuda del filtro de Excel.
Area Ld: S/E a la que pertenece el alimentador
Distance from Source: Distancia del nodo a la fuente
Voltage Level: Nivel de voltaje
PU Voltage: Nivel de voltaje en pu
58
Phase Angle: Ángulo de fase
kW Total: Potencia activa
kVAR Total: Potencia reactiva
Total Capacitance: Valor de capacitancia en cada nodo
Lista de resultados de Líneas
En la tabla generada de líneas podemos ver los datos que indican el nivel de carga de
las líneas.
Area Id: S/E a la que pertenece el alimentador
Type Name: nombre del tipo de línea
Built: Fases construidas en línea
Energized: Tramo energizado
Voltage level: Nivel de Voltaje
Distance: Distancia a la fuente en km
Node 1 Id: Identificación del nodo 1
Node 2 Id: Identificación del nodo 2
From kW: Flujo de potencia activa a través del tramo
From kVAR: flujo de potencia reactiva a través del tramo
Losses kW: Pérdidas de potencia activa
59
Losses kVAR: Pérdidas de potencia reactiva
Amp: Flujo de corriente en el tramo de la línea
Max Amps: Máxima corriente en el tramo de la línea
% Loading: Porcentaje de carga en el tramo de la línea en Amps
2.2.5. MODELACIÓN DE FLUJOS DE CARGA
Los flujos de carga proporcionan perfiles de voltaje que ayudan a la hora de planificar
nuevos circuitos de distribución, adición de usuarios, localizar y solucionar problemas
de voltaje, etc. La mayoría de programas de distribución de flujos de carga ofrecen una
función de trazar el voltaje en función de la distancia desde la fuente. Se puede modelar
un circuito de distribución en varios niveles de detalles, normalmente solo se modela el
primario; la modelación de los secundarios es de vez en cuando útil para modelar
problemas específicos de los usuarios. Es posible aún tener buenos modelos con
simplificaciones aunque modelar laterales largos o ramales es normalmente una buena
idea, pero se puede englobar laterales como una carga donde ellos estén relacionados
con la línea principal; la modelación exacta de capacitores y reguladores de línea son
buena idea para un estudio. El modelaje correcto de las cargas de cada fase
proporciona un perfil de voltaje mejor en cada fase.
Las empresas de distribución no suelen mantener información precisa de cada fase,
pero esto ayuda a mejorar los resultados de los flujos de carga. De todos los datos
introducidos en el modelo de flujo de carga, la asignación de carga es lo más
complicado, por lo general, las cargas se introducen en proporción de los kVA de los
transformadores. Un estimado razonable de las condiciones de carga es conocido al
inicio del alimentador y esta carga debe de ser distribuida en los puntos de cargas
individuales en varios lugares a lo largo del alimentador. La incorporación de datos
obtenidos por mediciones hechas es utilizada para asignar carga en este proyecto.
60
La mayoría de programas de distribución de flujos de cargas permiten la simulación de
varios tipos de carga, normalmente potencia constante, corriente constante e
impedancia constante.
En el presente estudio se utilizan cargas de potencia constante.
2.3. REGULACIÓN DE VOLTAJE EN LA S/E
2.3.1. REGULACIÓN DE VOLTAJE DE BARRA
La regulación de voltaje de barra es el control de voltaje simultáneo de dos o más
alimentadores servidos desde la misma barra de la subestación, el voltaje en la barra se
lleva a cabo dentro de los límites fijos predeterminados.
Figura 2-9: a) LTC en transformador; b) Regulador de voltaje independiente tipo pasos (Tomado de [3], Pág. 271).
El diagrama esquemático de una subestación simple-radial se muestra en la figura 2-9,
donde la mayoría de veces la regulación de barra es realizado con cambiador de tomas
bajo carga “LTC” dentro del transformador de la subestación o con un regulador de
ALIMENTACIÓN DE ENTRADA AV
BARRA DE BAJO VOLTAJE
TR
AN
SF
OR
MA
DO
R S
/EC
ON
LT
C
RE
GU
LA
DO
R D
E V
OLT
AJE
ALIMENTADORES PRIMARIOS
61
voltaje de pasos “step-type” aplicado entre la barra de bajo voltaje y el transformador de
la subestación. Los reguladores de voltaje independientes, no LTC, aplicados para la
regulación de barra son predominantemente trifásicos. Los reguladores monofásicos
son aplicados en un banco trifásico donde se utilizan solamente cuando el desbalance
en la barra de fase tenga excesivo voltaje; también cuando se deba incluir un regulador
de repuesto en la subestación para propósitos de mantenimiento y emergencia para
conservar los requerimientos de la demanda. La utilización de uno u otro equipamiento
dependerá de la situación particular.
Para el mantenimiento de un equipo LTC es necesario llevar al transformador fuera de
servicio, y a menos de que se cuente con otro transformador en la subestación o la
transferencia de carga total o parcial, el corte de servicio es necesario.
Un banco de capacitores conmutables ubicados en la subestación y conectados en
derivación a la barra de bajo voltaje es también considerado como regulación de barra
por su efecto secundario. El cambio de voltaje por pasos es generalmente largo y el
número de pasos, tiene relación directa con los costos, y no provee un control fino del
voltaje.
La escala de regulación de un regulador de voltaje y el equipamiento LTC usados para
regulación de barra en más o menos 10 %, aunque en algunos casos una escala menor
es adecuada. La elección de la escala de regulación debe basarse en la variación
máxima probable del voltaje de alimentación y el costo-beneficio necesario para
mantener los límites predeterminados de la barra de voltaje. La escala de regulación
para la mayoría de los equipos de regulación usados para la regulación de barra, están
divididos en 32 pasos dando por ciento por cada paso en el cambio de voltaje.
En el Caso de la EEQ se ha venido implementado la instalación de reguladores de
voltaje marca Tapcon 230 en la mayoría de los transformadores de potencia, que
controla al intercambiador de taps bajo carga de 32 pasos.
62
El mando inteligente del mecanismo del cambiador de tomas es usualmente tomado
desde una de las fases de la barra; de manera que, el voltaje tomado en la barra
coincide con la carga o cambios de voltaje ocurridos en el control de fase, sin tener en
cuenta el requerimiento de una segunda fase.
Para una regulación de barra buena con reguladores trifásicos la carga en cada fase de
la barra, así como también a lo largo del alimentador debe ser balanceada.
Simultáneamente para obtener un adecuado control de voltaje de dos o más
alimentadores, ciertos requerimientos y características son necesarios: magnitud de
kVA del alimentador, ciclos de coincidencia de carga, la equidistancia al primer usuario,
equidistancia al centro de la carga en él alimentador. Generalmente, si todos los
alimentador servidos desde una misma barra son del mismo tipo (residencial, rural,
industrial o comercial), la regulación de barra es posible, de otra manera puede ser
necesario el uso de regulación individual en el alimentador.
En el caso de la EEQ existen casos en que los alimentadores que parten de una misma
subestación y no tienen parámetros similares como los mencionados anteriormente, de
manera que técnicas como la regulación de voltaje de línea ayudaría a tener niveles de
voltaje adecuados en el alimentador, disminuyendo las variaciones de voltaje y
manteniendo niveles de voltaje adecuados según la norma ANSI C84.1.
2.4. SELECCIÓN DE 2 ALIMENTADORES DEL SISTEMA DE
DISTRIBUCIÓN CON REGULACIÓN DE VOLTAJE EN LAS S/E
Para cumplir con los objetivos de este estudio es necesario contar con la información
precisa para el análisis correspondiente, de manera que se puedan validar los
resultados finales acorde a la realidad; en esta sección se presenta los resultados de la
modelación de dos alimentadores primarios, uno urbano y uno rural, que cuenten en la
subestación de origen con cambiadores de tomas bajo carga (LTC) o equipamiento de
regulación trifásico de voltaje.
63
La selección de los dos alimentadores de distribución se basó en la información y
colaboración prestada muy gentilmente por la Sección de “Índice Sectorizado de
Pérdidas” del Departamento de “Control de Calidad de Producto y Pérdidas Técnicas”
de la EEQ, siendo estos: el alimentador primario urbano 15_B y el alimentador primario
rural 19_B cuyas características de operación representan las condiciones de servicio
que proporciona la empresa a los clientes dentro de las áreas de cobertura de los
primarios.
2.4.1. DESCRIPCIÓN DE LA SUBESTACIÓN 15 “EL BOSQUE”
El alimentador urbano 15_B tiene su origen en la subestación de distribución “S/E_15
EL BOSQUE” que se encuentra situada en el sector noroccidental del Distrito Norte de
la ciudad de Quito en la parroquia Cochapamba, en las calles Pita Francisco y 1era
Tranversal a dos cuadras al norte del centro comercial El Bosque.
Está subestación de distribución tiene una configuración Barra Simple Seccionada, que
en su lado de alta tiene un nivel de voltaje de 46 kV, cuya conexión es aérea
alimentando al transformador de potencia marca SIEMENS, que fue construido en el
2007 e instalado en el año 2009; y en su lado de baja alimenta a cinco primarios
actualmente en servicio: A, B, C, D, E y un banco de condensadores de 4,5 MVAR a un
nivel de voltaje de 6,3 kV.
La capacidad instalada de la subestación es de 20 MVA ya que cuenta con un
transformador de potencia nominal de 15/20 MVA, de relación 46/6,3 kV con
refrigeración tipo ONAN/ONAF; que reemplaza al anterior transformador por daño del
LTC.
La demanda de la subestación ajustada al pico del año es de 15,6 MVA. En el Anexo 1
se muestra en detalle el diagrama unifilar perteneciente a la subestación 15.
2.4.1.1. Alimentador urbano 15_B
64
El alimentador 15_B posee una carga distribuida con una configuración tipo aéreo en su
mayor parte, con pequeños tramos subterráneos, sirve en su mayoría al sector de la
Concepción donde existe 2.603 usuarios, que se reparten en 75% residencial, 20%
comercial, 2% industrial y 3% de otros clientes.
El alimentador es trifásico, baja desde la subestación al pasaje N/s (N45D), que
comienza una cuadra hacia el oriente de la Av. Mariscal Sucre hasta la calle Félix
Oralabal llegando a la calle Zamora, baja hasta la Av. De La Prensa en donde el
alimentador toma toda la avenida hasta la Y, siguiendo la Av. América hasta una cuadra
antes de llegar al canal 4, también sigue por las calles San Francisco, Voz Andes,
Caicedo. Alimenta cargas en una pequeña parte de la Av. Diez de Agosto en el sector
de la estación del Trolebús.
Tabla 2-1: Reseña del alimentador 15_B.
Nombre de la Subestación
asociada
Nivel de Voltaje
[kV]
Longitud Total
Circuitos Primarios
(m)
Capacidad Instalada
en GIS [kVA]
No. Transformadores
No. Medidores
S/E_15 EL BOSQUE
6,3 11.365 8.810 111 2.544
Tipo Residencial Comercial Industrial Clientes
otros
No. usuarios
1.953 523 43 84
2.4.1.2. Demandas Registradas del Alimentador 15_B
El alimentador 15_B registró en el 2009 los siguientes valores de demanda máxima y
demanda mínima mostrados en las Figuras 2-10 y 2-11:
65
Figura 2-10: Demanda Máximas y Mínimas registradas a la salida del alimentador 15_B.
Figura 2-11: Curva de carga de un día registrado en el alimentador 15_B.
66
2.4.2. DESCRIPCIÓN DE LA SUBESTACIÓN 19 “COTOCOLLAO”
El alimentador rural 19_B tiene su origen en la subestación de distribución “S/E_19
COTOCOLLAO” que se encuentra localizada en el sector noroccidental del Distrito
Norte de la ciudad de Quito en la parroquia Cotocollao, en las calles Bernardo de
Legarda y Buenaventura Aguilera.
Está subestación de distribución tiene una configuración “Barra Simple” que en su lado
de alta tiene un nivel de voltaje de 46 kV, cuya conexión es aérea alimentando a dos
transformadores de potencia marca SIEMENS y YORKSHIRE construido en el 1994 y
1987 respectivamente.
El primer transformador tiene una capacidad de 20/27/33 MVA, de relación 46/23 kV
con refrigeración tipo ONAN/ONAF1/ONAF2 que en su lado de baja alimenta a cinco
primarios actualmente en servicio: A, B, C, E, G y dos banco de condensadores de 4,5
MVAR cada uno.
El segundo transformador tiene una capacidad de 15/20 MVA, de relación 46/23/13,2
kV con refrigeración tipo OA/FA que en su lado de baja alimenta a dos primarios en
servicio: D, F y el terciario a 13,2 kV que se dejó sin carga a partir del 2003.
La demanda de la subestación ajustada al pico del año es de 40,5 MVA, que incluye la
carga de ambos trafos en la S/E. En el Anexo 1 se muestra en detalle el diagrama
unifilar perteneciente a la subestación 19.
2.4.2.1. Alimentador rural 19_B
El alimentador 19_B pertenece a la subestación de distribución Cotocollao, posee una
considerable carga instalada, distribuida a lo largo del sector norte del Distrito
Metropolitano de Quito por la acera izquierda (sur-norte) de la Av. Manuel Córdova
Galarza, sirve a la parroquia de Cotocollao y Condado dentro de la ciudad; a las
67
poblaciones de Pomasqui, San Antonio, S. José de Minas, Calacalí, llegando a Nono;
en el área suburbana y rural con laterales monofásicos cercanos a15 km de longitud.
Tabla 2-2: Reseña del alimentador 19_B.
Nombre de la Subestación
asociada
Nivel de Voltaje
[kV]
Longitud Total
Circuitos Primarios
(m)
Capacidad Instalada
en GIS [kVA]
No. Transformadores
No. Medidores
S/E_19 COTOCOLLAO
22,8 160.728 31.640 634 7.423
Tipo Residencial Comercial Industrial Clientes
otros
No usuarios
7.354 476 269 101
En este alimentador existen 8.200 usuarios repartidos en 90% residenciales, 6%
comerciales, 3% industriales y 1% de otros clientes.
Su troncal principal es trifásica llegando hasta la población de Calacalí,
desprendiéndose laterales monofásicos en todas las poblaciones que recorre, alimenta
cargas importantes como son la Escuela superior Militar, Escuela Superior de Policía,
Cemexpo, es un alimentador con cargas tipo residenciales, comerciales e industrial.
2.4.2.2. Demandas Registradas del Alimentador 19_B
En el período 2009 el alimentador 19_B registró valores de demanda máximas y
mínimas mostradas en las Figuras 2-12 y 2-13:
68
Figura 2-12: Demandas Máximas y Mínimas registradas a la salida del alimentador 19_B.
Figura 2-13: Curva de carga de un día registrado en el alimentador 19_B.
69
2.5. OPERACIÓN DEL SISTEMA PRIMARIO EN ESTUDIO
La modelación de los dos alimentadores seleccionados en esta parte del estudio
considera la operación en máxima y mínima solicitación, que significa simular los
alimentadores en máxima demanda y mínima demanda, con datos registrados en el
período del 2009 mostrados en las siguientes tablas; para de esta manera obtener las
caída de voltaje a lo largo del primario y analizar en dos puntos del sistema.
Tabla 2-3: Demanda Máxima y Mínima registrada anual del alimentador 15_B.
S/E 15 "EL BOSQUE" ALIMENTADOR 15_B
DEMANDA FECHA HORA kV
nominal kV
Vpromedio Corriente promedio
kW kvar fp
MA
X
16/01/2009 12:15:00 6,3 6,394 209,28 2.168,64 829,44 0,93
MIN
01/01/2009 7:15:00 6,3 6,310 68,16 648 362,88 0,87
Tabla 2-4: Demanda Máxima y Mínima registrada anual del alimentador 19_B.
S/E 19 "COTOCOLLAO" ALIMENTADOR 19_B
DEMANDA FECHA HORA kV
nominal kV
Vpromedio Corriente promedio
kW kvar fp
MA
X
10/02/2009 19:45:00 22,8 23,085 173,3 6.595,2 1.987,2 0,96
MIN
04/01/2009 8:30:00 22,8 23,177 60 2.246,4 748,8 0,93
Estos dos puntos del sistema son dos nodos del alimentador primario que de forma
simplificada se muestran en la siguiente figura:
70
Figura 2-14: Diagrama unifilar de una red de medio y bajo voltaje.
Donde el nodo X y el nodo Y están alimentando al primer y último transformador de
distribución, respectivamente. Estos transformadores de distribución, cada uno
suministra voltaje a un número de usuarios a lo largo de la red secundaria, pero en el
caso del primer transformador, A es el usuario eléctricamente más cercano, y el usuario
eléctricamente más alejado o remoto está en B. Similarmente para el último
transformador el usuario más cercano al final y más alejado al final son C y D
respectivamente.
Cada uno de estos transformadores de distribución escogidos, poseen registros de
análisis de calidad de producto realizados por la EEQ.
2.5.1. PERFILES DE VOLTAJE
Para conocer el perfil de voltaje de cada alimentador es necesaria la ubicación y el tipo
de carga; esto se consigue con la opción “LoadAllocation” en el Feeder-All, que asigna
la carga total medida a los puntos de carga individuales.
2.5.1.1. Reporte de Caída de Voltaje
S/E DISTRIBUCIÓNHV/MV
ALIMENTADOR PRIMARIO MV
TRANSFORMADORDISTRIBUCIÓN
MV/BV
RED SECUNDARIA BV
ACOMETIDA BV
X Y
A B C D
71
Luego de correr los flujos de carga con los datos de las Tablas 2-3 y 2-4, a
continuación se presentan los resultados obtenidos de la caída de voltaje (%) en el
principio y en varios nodos finales de los alimentadores.
Tabla 2-5: Caída de voltaje al inicio y en la cola del alimentador 15_B. Nodo Voltaje Carga
Dirección Nodo Fase (PU) kV kW kvar fp Caída voltaje
(%)
Distancia desde la barra S/E
(m)
DEMANDA MÁXIMA
Valdiviezo y José Paredes (X) ABC 0,98 6,3 24,4 8,7 0,94 1,62 920
Av. de la Prensa y Echeverría 130m al N (Y) ABC 0,96 6,2 10,8 3,8 0,94 3,71 2.441
San Francisco y Av. América ABC 0,96 6,1 9,0 3,2 0,94 3,98 3.208
DEMANDA MÍNIMA
Valdiviezo y José Paredes (X) ABC 0,99 6,3 7,3 4,1 0,87 0,58 920
Av. de la Prensa y Echeverría 130m al N (Y) ABC 0,99 6,2 3,3 1,8 0,87 1,33 2.441
San Francisco y Av. América ABC 0,99 6,2 2,7 1,5 0,87 1,41 3.208
Figura 2-15: Perfil de voltaje del alimentador primario 15_B.
6140
6150
6160
6170
6180
6190
6200
6210
6220
6230
6240
6250
6260
6270
6280
6290
6300
6310
6320
6330
6340
6350
6360
6370
6380
6390
6400
6410
6
66
13
7
81
2
85
1
10
43
10
71
10
97
11
14
11
33
11
46
11
50
11
73
11
80
12
17
13
37
14
35
14
59
15
03
15
38
16
98
17
79
18
38
18
60
19
17
19
75
20
25
20
56
20
63
22
30
22
59
22
77
22
94
23
53
23
75
24
13
24
48
24
77
25
75
26
05
26
28
26
77
27
22
27
52
27
54
27
72
28
28
28
49
28
51
28
91
29
05
29
51
29
71
29
85
30
17
30
40
31
13
31
80
32
12
NIV
EL D
E VO
LTA
JE (V
ff)
DISTANCIA DESDE DE LA S/E (m)
PERFIL DE VOLTAJE ALIMENTADOR 15_B EL BOSQUE
DMAX
DMIN
72
En la Tabla 2-5 se observa que la máxima caída de voltaje que presenta este
alimentador primario es 3,98%, que se encuentra ubicado en el extremo de su troncal
principal, cabe recalcar que toda la longitud del alimentador tiene una configuración
trifásica. En la Figura 2-15 se muestra el nivel de voltaje (f-f) de todo el alimentador con
respecto a la distancia desde la S/E; el reporte completo de caídas de voltaje
correspondiente al alimentador 15_B se detalla en el Anexo 5.1
En la Tabla 2-6 se muestra la máxima caída de voltaje en este alimentador que se tiene
en un nodo final siendo 8,87%, este nodo se encuentra ubicado vía Calacalí-Nanegalito
en uno de los ramales monofásicos que se desprenden de la troncal principal.
Tabla 2-6: Caída de voltaje al inicio y en la cola del alimentador 19_B. Nodo Voltaje Carga
Dirección Nodo Fase (PU) kV kW kvar fp Caída voltaje
(%)
Distancia desde la barra S/E
(m)
DEMANDA MÁXIMA
Av. Manuel Córdova G, 1200m al norte del redondel CONDADO (X)
ABC 0,98 22,7 2,2 0,6 0,97 1,77 3.559
Av. Manuel Córdova G. y Patricio Romero sector Rumicucho4 (Y)
XBX 0,93 21,4 5,1 1,4 0,97 7,46 20.612
Vía Calacalí Nanegalito HCD. SANTA MARTHA
AXX 0,91 21,1 2,0 0,5 0,97 8,87 36.484
DEMANDA MÍNIMA
Av. Manuel Córdova G, 1200m al norte del redondel CONDADO (X)
ABC 0,99 23,0 0,7 0,3 0,94 0,62 3.559
Av. Manuel Córdova G. y Patricio Romero sector Rumicucho4 (Y)
XBX 0,97 22,6 1,8 0,7 0,94 2,63 20.612
Vía Calacalí Nanegalito HCD. SANTA MARTHA
AXX 0,97 22,5 0,7 0,3 0,94 3,10 36.484
En la Figura 2-16 se muestra el nivel de voltaje (L-n) de todo el alimentador con
respecto a la distancia desde la S/E, el reporte completo de caídas de voltaje
correspondiente al alimentador 19_ se detalla en el Anexo 6.1
73
Figura 2-16: Perfil de voltaje del alimentador primario 19_B.
2.5.1.2. Variaciones de Voltaje producidas en los alimentadores seleccionados
La variación de voltaje es la diferencia entre el voltaje máximo y el mínimo en un punto
particular del sistema de distribución en condiciones normales de operación. Esta
escala de variación de voltaje dependerá del punto donde se realice el análisis, en este
caso se tiene dos nodos que son el principio y final del alimentador en condiciones de
demanda máxima y mínima, en la mayoría de los casos el valor de máximo voltaje se
tiene en condiciones de demanda mínima y el valor de voltaje mínimo se tiene en
condiciones de demanda máxima.
El primer transformador de distribución alimentado por el primario 15_B, ubicado en las
calles Valdiviezo y José Paredes, tiene una variación de 0,31% al ir de condiciones de
demanda mínima 99,57% a demanda máxima 99,8%. El último transformador de
11900
12000
12100
12200
12300
12400
12500
12600
12700
12800
12900
13000
13100
13200
13300
13400
13500
11
,48
84
2,2
6
13
48
,49
41
66
,95
52
04
,9
57
80
,89
62
75
,61
64
89
,21
67
56
,48
73
11
,98
79
94
,72
81
99
,37
83
27
,15
84
40
,49
85
48
,56
93
72
,61
10
07
5,6
4
10
34
6,5
2
10
52
9,6
3
10
91
5,2
7
11
43
3,8
3
11
69
3,5
4
11
99
9,5
6
12
31
2,3
3
12
66
2,9
2
12
73
7,7
12
87
8,5
8
13
04
0,4
4
13
22
3,5
9
13
42
0,2
9
13
84
5,5
14
56
3,5
9
17
04
5,8
7
17
31
0,1
4
17
84
9,7
8
18
47
6,5
6
18
92
5,7
1
19
78
9,6
3
20
05
1,4
7
20
20
6,5
2
20
60
7,1
5
20
84
4,6
6
21
02
9,5
21
25
1,3
7
21
43
5,3
1
21
75
5,9
8
22
53
0,7
5
23
03
3,5
5
23
75
1,7
9
25
25
2,8
9
25
94
2,1
8
26
91
3,2
7
27
40
8,9
7
27
71
8,8
4
28
07
7,4
4
28
40
9,6
8
28
77
8,4
7
29
39
3,1
5
30
34
1,8
5
31
53
8,7
6
32
43
1,6
8
32
81
2,7
8
33
24
7,3
8
34
23
1,6
4
35
44
3,2
1
NIV
EL D
E V
OLT
AJE
(kV
Ln)
DISTANCIA DESDE LA S/E (m)
PERFIL DE VOLTAJE ALIMENTADOR 19_B COTOCOLLAO
DMAX
DMIN
74
distribución ubicado en las calles San Francisco y Av. América, tiene una variación de
voltaje de 1,24% al ir de condiciones de demanda mínima 98,75% a demanda máxima
97,51%. Los voltajes de utilización para estos transformadores para condiciones de
demanda intermedias deben tener valores entre el valor máximo y mínimo respectivo de
su escala de variación, y la variación de voltaje de utilización de otros transformadores
en este alimentador debería tener una variación de voltaje entre 0,31% y 1,24%
dependiendo de su ubicación.
En el caso del alimentador 19_B el primer transformador de distribución alimentado,
ubicado en la Av. Mariscal Sucre y calle Río Pucuno, tiene una variación de 0,58% al ir
de condiciones de demanda mínima 101,29% a demanda máxima 100,71%; el
transformador de distribución más alejado desde la S/E, en la vía a Santa Mariana de
Pucará al noroccidente de Quito, tiene una variación 6,21% al ir de condiciones de
demanda mínima 98,25% a demanda máxima 92,04%. El voltaje de utilización para
estos transformadores en condiciones de demanda intermedia deben tener valores
entre el valor máximo y mínimo respectivo de su escala de variación, y los
transformadores ubicados a lo largo del alimentador deberían tener una variación de
voltaje entre 0,58% y 6,21% según su localización.
2.6. OPERACIÓN DE: TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN, RED
SECUNDARIA Y ACOMETIDAS EN ESTUDIO
2.6.1. TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN
2.6.1.1. Cambiadores de taps en vacío de los transformadores de distribución
Para este estudio es indispensable conocer la configuración y la posición actual de los
taps en los transformadores seleccionados, para de esta manera modelar la red
secundaria y correr el flujo de carga según estas posiciones de taps; es por ello que
gracias a la gentil colaboración de los Departamentos de Operación y Mantenimiento
“Urbano y Rural” de la EEQ que dispuso la revisión de los transformadores, se pudo
conseguir estos datos.
75
Los datos de placa en donde consta la información de los taps de cada transformador
seleccionado en el alimentador primario correspondientes al primer usuario y al usuario
más alejado eléctricamente desde la S/E como se muestra en la figura 2-14, se
presentan en las tablas a continuación.
En el caso del alimentador primario 15_B en el nodo más alejado del alimentador no
existen registros de calidad de producto del transformador necesarios para este estudio,
de manera que se escogió el nodo más próximo al final del alimentador que tenga
registros disponibles del transformador.
Tabla 2-7: Características del transformador más cercano, alimentador 15_B. Transformador Nº 3180 DIRECCIÓN Montaje MNT4-100
Valdiviezo y José Paredes Fases 3
Potencia (kVA) 100 IMPEDANCIA%: 3,89%; MARCA UNELEC
Propiedad EMPRESA CAMBIADOR DE TAPS Voltaje Nominal (kV) 6,3 5 POSICIONES (±5%), pasos 2,5% Relación 6000 - 210/121 POSICIÓN ACTUAL: 3 POSICIÓN (0%)
Subestación EL BOSQUE PUNTO GIS Primario 15 B 778927;9982503
En la Tabla 2-7 se muestran los datos del primer transformador de distribución en ser
alimentado, tiene su cambiador de taps en la posición 3 o nominal, es decir no se ha
cambiado la relación de transformación hasta el momento.
Tabla 2-8: Características del transformador más alejado, alimentador 15_B. Transformador Nº 3902 DIRECCIÓN Montaje MNT4-45 Av. De la Prensa y Calle Mariano
Echeverría 130 m al norte Fases 3
Potencia (kVA) 45 IMPEDANCIA%: 3,9%; MARCA MITSUBISHI
Propiedad EMPRESA CAMBIADOR DE TAPS Voltaje Nominal (kV) 6,3 5 POSICIONES (±5%), pasos 2,5% Relación 6000 - 210/121 POSICIÓN ACTUAL: 5 POSICIÓN (-5%)
Subestación EL BOSQUE PUNTO GIS Primario 15 B 779681;9981800
76
En la Tabla 2-8 se muestran los datos del último transformador seleccionado, que tiene
el cambiador de taps en la posición 5, obteniendo una compensación de 5% por caída
de voltaje.
Para el caso del alimentador primario 19_B la selección de los nodos para el estudio se
realizó en base a los registros disponibles, el primer nodo seleccionado cuenta con un
transformador que alimenta a una red secundaria aérea, aunque existen antes de este
varios nodos que se conectan con cámaras de transformación sin registros; la selección
del nodo más alejado a la S/E se basó en el registro disponible de este transformador,
por la gran distancia que recorre el alimentador existen transformadores más alejados
al nodo seleccionado, pero sin registros.
Los datos nominales de los transformadores se muestran a continuación:
Tabla 2-9: Característica del transformador más cercano, alimentador 19_B. Transformador Nº 36164 DIRECCION Montaje MVT3-10 Av. Manuel Córdova Galarza 1200m al norte
desde el redondel Condado Fases MONOFÁSICO
Potencia (kVA) 10 IMPEDANCIA%:1%; MARCA ECUATRAN
Propiedad EMPRESA CAMBIADOR DE TAPS Voltaje Nominal (kV) 22,8 5 POSICIONES (-10%), pasos 2,5%
Relación 13200 - 240/120 POSICIÓN ACTUAL: 2 POSICIÓN (-2,5%)
Subestación COTOCOLLAO PUNTO GIS Primario 19 B 779601;9989906
En la Tabla 2-9 se muestran los datos del primer transformador seleccionado, tiene su
cambiador de taps en la posición 2, es decir que se está compensando la caída de
voltaje con 2,5%.
En la Tabla 2-10 se muestra las características del último transformador seleccionado,
se constató que el cambiador de taps está en la posición 5, compensando la caída de
voltaje en 5%.
77
Tabla 2-10: Característica del transformador más alejado, alimentador 19_B. Transformador Nº 6153 DIRECCION
Montaje MVT3-25 Av. Manuel Córdova Galarza y Patricio Romero
Fases MONOFASICO
Potencia (kVA) 25 IMPEDANCIA%: 2,9%; MARCA AICHI
Propiedad EMPRESA CAMBIADOR DE TAPS Voltaje Nominal (kV) 22,8 5 POSICIONES (±5%), pasos 2,5%
Relación 13200 - 240/120 POSICIÓN ACTUAL: 5 POSICIÓN (-5%)
Subestación COTOCOLLAO PUNTO GIS Primario 19 B 782951;10000164
2.6.1.2. Demandas registradas
Debido a los requerimientos del estudio y a la necesidad de determinar parámetros de
“Calidad de producto” se instalaron equipos en los bornes de bajo voltaje de cada
transformador de distribución, todo esto ha sido gracias a la gentil colaboración del
“Departamento de Control de Calidad de Producto y Pérdidas Técnicas” de la EEQ;
además la validación de la información dada por el sistema georeferenciado GIS, se
logró mediante visitas de campo donde se pudo confirmar la situación actual de las
redes seleccionadas.
Los equipos instalados de marca FLUKE 1744 y AEMC, son utilizados para obtener los
registros necesarios para el análisis de calidad de producto, los parámetros a medir
son: V, I, P, Q, THD, Flicker y armónicos; la normativa de calidad establece un tiempo
de registro de 7 días consecutivos, en intervalos de medición de 10 minutos, miden un
máximo de 3 voltajes y 4 corrientes. Los valores registrados se guardan en los períodos
secuenciales de promediación elegidos en el Anexo 3 se muestra las descripciones de
estos equipos.
En las siguientes tablas se muestran las demandas máximas y mínimas en cada
transformador que se obtuvo del período de medición (las gráficas obtenidas se
muestran en el Anexo 5.3 y Anexo 6.3):
78
Tabla 2-11: Registro de demandas máximas y mínimas de transformadores en estudio. URBANO (Transformador No 3180) 100 Kva - 3Ø
Transformador Fecha/Hora
Voltaje (V)
Corriente (A)
P total medio(kW)
Q total medio(kvar) N0 3180
DMÁX Fase 1
19/09/2009-19:10 124,8 144,1
74,9 10,7 Fase 2 126,6 177,9 Fase 3 124,7 183,9
DMÍN Fase 1
21/09/2009-5:40 124,5 32,6
10,5 8,4 Fase 2 124,8 29,3 Fase 3 125,6 22,6
URBANO (Transformador No 3902) 45 Kva - 3Ø
Transformador Fecha/Hora Voltaje (V)
Corriente (A)
P total medio(kW)
Q total medio(kvar) N0 3902
DMÁX Fase 1
06/05/2010-19:35 125,5 122,6
47,2 12,07 Fase 2 126,9 172,2 Fase 3 126,5 97,2
DMÍN Fase 1
07/05/2010-6:35 126,8 41,8
13,6 7,49 Fase 2 128,9 44,2 Fase 3 127,1 40,6
RURAL (Transformador No 36164) 10 Kva - 1Ø
Transformador Fecha/Hora
Voltaje (V)
Corriente (A)
P total medio(kW)
Q total medio(kvar) N0 36164
DMÁX Fase 1
17/05/2010-17:05 122,9 54,2
6,6 1,5 Fase 2 124,0 25,7
DMÍN Fase 1
18/05/2010-2:30 123,4 6,2
0,7 0,4 Fase 2 123,5 2,3
RURAL (Transformador No 6153) 25 Kva - 1Ø
Transformador Fecha/Hora
Voltaje (V)
Corriente (A)
P total medio(kW)
Q total medio(kvar) N0 6153
DMÁX Fase 1
17/04/2009-14:30 117,4 40,3
7,1 3,1 Fase 2 116,2 40,6
DMÍN Fase 1
15/04/2009-3:00 119,1 12,4
1,6 1,2 Fase 2 118,2 12,8
2.6.1.3. Caídas de voltaje en los transformadores de distribución
Considerando un transformador alimentado siempre al voltaje nominal primario V1n. En
vacío, el transformador proporcionará el voltaje nominal secundario V2n. Con el
79
secundario a plena carga, y con determinado factor de potencia (I2, cosØ2), el V2 ya no
es nominal, se designa por V2c. Esta caída de voltaje se da, más frecuente, en tanto por
ciento, referida al voltaje nominal secundario. También se le conoce como regulación de
voltaje de un transformador que se define como el cambio en el voltaje terminal
secundario de una condición de no carga a una condición de carga completa.
La caída de voltaje en estado estacionario es causada por un flujo de corriente eléctrica
a través de la impedancia que presenta el bobinado del transformador. Para su cálculo
es necesario conocer la impedancia, la corriente y el factor de potencia del circuito.
Es por eso que se consideraron los datos de placa como son voltaje, potencia,
impedancia en %, y con las respectivas corrientes de demanda máxima y demanda
mínima medidas en cada transformador.
La impedancia es expresada convenientemente en porcentaje sobre los kVA base del
transformador y para ser convertida en ohmios sobre cualquier lado de alto o bajo
voltaje se puede utilizar la siguiente fórmula [4]:
(2)
Donde kVAnominal es la potencia nominal del transformador y kVnominal es el voltaje
nominal del lado del bobinado del transformador donde las impedancias van a ser
referidas.
Entonces considerando lo anterior, las caídas de voltajes correspondientes a
condiciones de demanda máxima y demanda mínima de cada transformador se
muestran en las siguientes tablas:
Tabla 2-12: Caídas de voltajes calculados en transformadores de distribución. ALIMENTADOR 15_B
PRIMER
TRANSFORMADOR
REGULACIÓN DMÁX(%) REGULACIÓN DMÍN(%)
1,45 0,23
80
ÚLTIMO
TRANSFORMADOR
REGULACIÓN DMÁX(%) REGULACIÓN DMÍN(%)
2,25 0,76
Tabla 2-13: Caídas de voltajes calculados en transformadores de distribución. ALIMENTADOR 19_B
PRIMER
TRANSFORMADOR
REGULACIÓN DMÁX(%) REGULACIÓN DMÍN(%)
1,00 0,05
ÚLTIMO
TRANSFORMADOR
REGULACIÓN DMÁX(%) REGULACIÓN DMÍN(%)
0,44 0,13
2.6.2. RED SECUNDARIA
Utilizando el sistema georeferenciado GIS que posee la EEQ se ubicó en base al
número de transformador en el menú “Muestra-Gis” y la opción “Busca Elemento” las
redes secundarias correspondientes, además con la opción “Muestra Red” se puede
seleccionar que se desea observar en este caso red de bajo voltaje, acometidas,
estructuras-postes, cruces/empalmes; teniendo en pantalla la topología de la red
secundaria. Con el menú “Actualiza-Gis” y las diferentes opciones desplegadas se
puede tener acceso a las características e información de los conductores aéreos,
postes, acometidas aéreas, tableros y medidores.
Una herramienta muy útil para el estudio es la opción “Aguas Abajo…” que se despliega
del menú “Muestra-Gis”, este después de seleccionar al transformador genera el
reporte de abonados que indica el número de suministro y nombre de cada usuario
necesarios para completar la distribución de carga.
Cada red secundaria se modela en el programa Feeder-All considerando los siguientes
datos:
· Nivel de voltaje · Configuración de la red secundaria (Monofásica o Trifásica) · Topología y longitudes de los tramos · Características de los conductores aéreos (calibre y tipo) · Tipo de estructuras en la red secundaria
Los diagramas unifilares respectivos se muestran en el Anexo 5.3 y 6.3.
81
2.6.2.1. Distribución de Carga
En el programa Feeder-All sobre la aplicación “Load Allocation” se puede seleccionar el
método de asigancion “Billed KWH conversion” que se basa en la energía facturada de
cada usuario, este último dato se obtuvo del Sistema de Información para la
Facturación (SIEEQ-COMERCIAL), digitando el correspondiente número de suministro
y obteniendo la energía medida de los dos últimos años, ver Anexo 5.3. Los kWh
conectados en cada nodo corresponden a la suma algébrica de los consumos
registrados por los usuarios que se encuentran conectados a dicho nodo.
2.6.2.2. Resumen de caídas de voltaje
Estas modelaciones se las hizo considerando las diferentes posiciones de los
cambiadores de taps en los transformadores de distribución. Las caídas de voltaje
correspondientes al primer usuario y usuario más alejado en la red secundaria (Figura
2-14), para el alimentador 15_B se muestran a continuación:
Tabla 2-14: Caídas de voltaje en la red secundaria urbana del primer transformador. CAÍDA DE VOLTAJE PRIMER USUARIO (A)
DEMANDA MÁXIMA
DEMANDA MÍNIMA N. Voltaje bornes
secundarios transformador (V)
N. Voltaje Primer
Usuario (V)
N. Voltaje bornes secundarios transformador
(V)
N. Voltaje Primer
Usuario (V) 118 118 119 119
CAÍDA DE VOLTAJE % 0,01 CAÍDA DE VOLTAJE % 0,001 Distancia desde el transformador de distribución (m) 0
CAÍDA DE VOLTAJE USUARIO MÁS ALEJADO (B)
DEMANDA MÁXIMA
DEMANDA MÍNIMA N. Voltaje bornes
secundarios transformador (V)
N. Voltaje Usuario más alejado (V)
N. Voltaje bornes secundarios transformador
(V)
N. Voltaje Usuario más alejado (V)
118 116 119 118 CAÍDA DE VOLTAJE % 1,66 CAÍDA DE VOLTAJE % 0,56
Distancia desde el transformador de distribución (m) 36
82
Tabla 2-15: Caídas de voltaje en la red secundaria urbana del último transformador. CAÍDA DE VOLTAJE PRIMER USUARIO (C)
DEMANDA MÁXIMA
DEMANDA MÍNIMA
N. Voltaje bornes secundarios transformador
(V)
N. Voltaje Primer
Usuario (V)
N. Voltaje bornes secundarios transformador
(V)
N. Voltaje Primer
Usuario (V) 121 121 124 124
CAÍDA DE VOLTAJE % 0,07 CAÍDA DE VOLTAJE % 0,03
Distancia desde el transformador de distribución (m) 2
CAÍDA DE VOLTAJE USUARIO MÁS ALEJADO (D)
DEMANDA MÁXIMA
DEMANDA MÍNIMA
N. Voltaje bornes secundarios transformador
(V)
N. Voltaje Usuario más alejado (V)
N. Voltaje bornes secundarios transformador
(V)
N. Voltaje Usuario más alejado (V)
121 116 124 121
CAÍDA DE VOLTAJE % 3,99 CAÍDA DE VOLTAJE % 1,85
Distancia desde el transformador de distribución (m) 160
Para el caso del alimentador 19_B, el primer transformador seleccionado, alimenta a
una red secundaria constituida por un solo tramo, de tal forma que la caída de voltaje
en la red secundaria es la misma para todos los usuarios por estar conectados al
sistema en el mismo poste.
Las caídas de voltaje asociadas a la modelación de las redes secundarias se presentan
a continuación:
Tabla 2-16: Caídas de voltaje en la red secundaria rural del primer transformador. CAÍDA DE VOLTAJE TODOS LOS USUARIO (A) Y (B)
DEMANDA MÁXIMA
DEMANDA MÍNIMA
N. Voltaje bornes
secundarios transformador
(V)
N. Voltaje
Primer
Usuario (V)
N. Voltaje bornes
secundarios transformador
(V)
N. Voltaje
Primer
Usuario (V)
121 121 125 125
CAÍDA DE VOLTAJE % 0,864 CAÍDA DE VOLTAJE % 0,098
Distancia desde el transformador de distribución (m) 24
83
Tabla 2-17: Caídas de voltaje en la red secundaria rural del último transformador. CAÍDA DE VOLTAJE PRIMER USUARIO (C)
DEMANDA MÁXIMA
DEMANDA MÍNIMA N. Voltaje bornes
secundarios transformador (V)
N. Voltaje Primer
Usuario (V)
N. Voltaje bornes secundarios transformador
(V)
N. Voltaje Primer
Usuario (V) 118 116 125 122
CAÍDA DE VOLTAJE % 1,347 CAÍDA DE VOLTAJE % 0,74 Distancia desde el transformador de distribución (m) 35
CAÍDA DE VOLTAJE USUARIO MÁS ALEJADO (D) DEMANDA MÁXIMA
DEMANDA MÍNIMA N. Voltaje bornes
secundarios transformador (V)
N. Voltaje Usuario más alejado (V)
N. Voltaje bornes secundarios transformador
(V)
N. Voltaje Usuario más alejado (V)
118 115 125 119 CAÍDA DE VOLTAJE % 2,41 CAÍDA DE VOLTAJE % 1,35
Distancia desde el transformador de distribución (m) 105
Los reportes de caídas de voltaje generados por la modelación, para todos los nodos
dentro de las redes secundarias en estudio, se presentan en los Anexos 5.2 y 6.2.
2.6.3. MODELACIÓN DE ACOMETIDAS
La modelación de las acometidas, se realizó empleando la metodología de estimación
de la demanda residencial que se indica en las normas de EEQ [7].
Con esta metodología se calcula la demanda máxima individual partiendo del cálculo de
la demanda máxima coincidente con los datos obtenidos del programa SIEEQ que son
consumos de energía en el mes de demanda máxima, y el número de consumidores en
cada acometida.
(3)
84
Este método presenta dos factores, el primer factor M, denominado factor de
coincidencia, depende del número de clientes, y el segundo factor, N, relaciona la
energía consumida por mes y por cliente.
Por lo tanto, la estimación de la demanda de grupos de clientes con un consumo
promedio establecido será suficiente cercana a la realidad. Este método es válido a
partir de cinco clientes, razón por la cual, si se desea determinar la demanda
coincidente de uno a cuatro clientes, se debe emplear el factor de coincidencia que
relaciona la demanda máxima coincidente con la suma de las demanda individuales.
(4)
En la tabla 2-18 se especifican los valores del factor de coincidencia hasta 5 clientes:
Tabla 2-18: Factores de Coincidencia. # de Clientes Factor de Coincidencia
1 1,00
2 0,89
3 0,73
4 0,65
5 0,59
De la ecuación (4) es posible despejar la demanda máxima individual para cada cliente
obteniendo la siguiente ecuación:
(5)
El cálculo realizado de demandas máximas unitarias para la acometida del primer
usuario y el usuario más alejado de los transformadores seleccionados del alimentador
primario 15_B se muestran a continuación, para todas las acometidas ver el Anexo 5.3.
85
Tabla 2-19: Demandas máximas individuales primer transformador.
Consumo mes
Dmáx (kWh)
Factor N
Factor M
Factor de coincidencia
(kW)
(kW)
A 1 307 1,057 1 1 1,057 1,057 B 10 1685 4,24 16,1 0,62 68,39 11,032
Tabla 2-20: Demandas máximas individuales último transformador.
Consumo mes
Dmáx (kWh)
Factor N
Factor M
Factor de coincidencia
(kW)
(kW)
C 2 98 0,348 1 0,89 0,348 0,196 D 5 393 1,45 9,49 0,59 13,76 4,66
Para el caso del alimentador primario 19_B en estudio, los cálculos realizados de
demandas máximas unitarias correspondientes a las acometidas del primer y más
alejado usuario se presentan en las siguientes tablas; los cálculos de todas las
acometidas se presentan en el Anexo 6.3.
Tabla 2-21: Demandas máximas individuales primer transformador.
Consumo mes
Dmáx (kWh)
Factor N
Factor M
Factor de coincidencia
(kW)
(kW)
A 1 100 0,348 1 1 0,348 0,348 B 5 679 1,901 9,49 0,59 18,03 6,11
Tabla 2-22: Demandas máximas individuales último transformador.
Consumo mes
Dmáx (kWh)
Factor N
Factor M
Factor de coincidencia
(kW)
(kW)
C 2 149 0,497 1 0,89 0,497 0,279 D 2 155 0,784 1 0,89 0,784 0,44
La longitud de la acometida ( ) se basa en la información dada por el sistema
georeferenciado GIS, pero esta longitud es medida desde el poste donde se conecta la
acometida con la red secundaría hasta la tubería de fijación, sin tomar en cuenta la
86
longitud que debe tener una acometida desde la tubería de fijación hasta el contador de
energía. Esta longitud varia por varios factores físicos, por lo que se ha tomado una
constante ( ) de 7 metros como promedio de estas longitudes. De manera que la
longitud total de la acometida es .
2.6.3.1. Caídas de voltaje en acometidas
Para el cálculo de la caída de voltaje en las acometidas de los usuarios se sigue el
procedimiento en función de la impedancia del conductor, tomando el circuito de la
Figura 2-17 como ejemplo, se observa que R y x son la resistencia y la reactancia del
conductor que alimenta cierta carga en vatios (W). En el cálculo se toma en cuenta las
pérdidas resistivas del conductor, la reactancia es despreciable. La caída de voltaje se
expresa como:
*100 (6)
Figura 2-17: Circuito de alimentación a una carga
De acuerdo a la configuración de los circuitos secundarios la corriente del circuito se
obtiene por las siguientes fórmulas, la potencia está expresada en vatios [W]:
· Circuito monofásico (2 hilos)
(7)
R x
VVo V1
Cargaen W.
87
· Circuito dos fases (3 hilos)
(8)
· Circuito trifásico (4 hilos)
(9)
En los Anexo 5.3 y 6.3 se presenta los resultados obtenidos de todas las acometidas,
en el Anexo 5.4 se presenta las resistencias y reactancias de varios conductores tipo
sucre de cobre semiduro usados comúnmente en acometidas por EEQ.
A continuación se muestran las caídas de voltaje de las acometidas en el primer usuario
y en el usuario más alejado de los transformadores seleccionados en el alimentador
primario 15_B:
Tabla 2-23: Caídas de voltaje en acometidas urbanas.
Transformador
Calibre AWG R (Ohmios/km)
X (Ohmios/km)
Caída de voltaje (%)
Primero
A 118 117,9 5,18 3F-4X6 AWG
CU 1,354 0,123 0,08%
B 116 114,31 48,26 2F-3X8 AWG
CU 2,151 0,122 1,41%
Último
C 121 120,8 0,81 2F-3X6 AWG
CU 1,354 0,114 0,16%
D 116 114,09 20,44 2F-3X8 AWG
CU 2,151 0,122 1,59%
Para el caso del alimentador 19_B se muestra a continuación las caídas de voltaje de
las acometidas en el primer usuario y en el usuario más alejado de los transformadores
seleccionados:
88
Tabla 2-24: Caídas de voltaje en acometidas rurales.
Transformador
Calibre AWG R (Ohmios/km)
X (Ohmios/km)
Caída de voltaje (%)
Primero A 119 118,9 2,93
1F-2X8 AWG CU
2,151 0,122 0,08%
B 119 117,6 26 2F-3X6 AWG
CU 1,354 0,114 1,16%
Último C 116 115,9 2,41
1F-2X8 AWG CU
2,151 0,122 0,083%
D 115 114,8 1,92 2F-3X8 AWG
CU 2,151 0,122 0,16%
2.7. CONSIDERACIONES DE LOS SISTEMAS SELECCIONADOS CON
LA INFLUENCIA DEL CAMBIO DE TAPS EN VACÍO DE LOS
TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN
Después de modelar digitalmente los componentes de los sistemas de distribución
seleccionados, a continuación se resumirán datos relevantes obtenidos de los reportes
generados para cada alimentador primario en estudio y se analiza la flexibilidad que se
tiene con el uso del cambio de taps en vacío de los transformadores de distribución
seleccionados.
2.7.1. ALIMENTADOR PRIMARIO 15_B
En este alimentador los registros de nivel de voltaje en la barra de la S/E para
condiciones de demanda máxima fueron de 6394 V o expresado como porcentaje de
101,49% con respecto al nivel de voltaje nominal, y en condiciones de demanda mínima
fue de 6310 V o 100,15%. Estos niveles de voltaje en la barra de la S/E son los puntos
de partida para obtener niveles de voltaje de servicio aptos dentro de los límites
tolerables en los usuarios; la regulación de voltaje en la barra de la S/E y el uso en
vacío de las diferentes posiciones de los taps en el transformador de distribución
permitirán obtener estos niveles de voltaje.
89
Como se muestra en la Figura 2-14 se han seleccionado dos transformadores de
distribución y cuatro usuarios; la posición del cambiador de taps en vacío del primer
transformador es la posición 3 o nominal equivalente a 0% de compensación por caída
de voltaje en el alimentador primario, y la posición del cambiador de taps del último
transformador seleccionado, es la posición 5 equivalente a 5% de compensación por
caída de voltaje en el alimentador primario. A continuación se enlista las varias caídas
de voltaje asociadas con cada componente del sistema para las condiciones
específicas mencionadas anteriormente y la influencia de los taps en el nivel de voltaje
de servicio:
Tabla 2-25: Resumen de caídas de voltaje total en el caso específico. Demanda Máxima: Voltajes expresados en porcentaje
USUARIO A B C D
Caídas de voltaje Voltaje en Barra S/E MV 101,49%
Alimentador Primario 1,62% 3,71% TAP en el Transformador de Distribución 0% -5% Transformador de Distribución 1,453% 2,25% Red Secundaria BV 0,01% 1,66% 0,07% 3,99% Acometida BV 0,08% 1,41% 0,16% 1,59%
VOLTAJE SERVICIO 98,3% 95,3% 100,3% 95%
VOLTAJE SERVICIO (V) 118,0 114,4 120,4 113,9
Demanda Mínima: Voltajes expresados en porcentaje
USUARIO A B C D
Caídas de voltaje Voltaje en Barra S/E MV 100,15%
Alimentador Primario 0,58% 1,33% TAP en el Transformador de Distribución 0% -5% Transformador de Distribución 0,23% 0,76% Red Secundaria BV 0,001% 0,56% 0,03% 1,85% Acometida BV 0,08% 1,41% 0,16% 1,59%
VOLTAJE SERVICIO 99,3% 97,4% 102,9% 99,6%
VOLTAJE SERVICIO (V) 119,1 116,8 123,4 119,5
90
Dado que la máxima variación de voltaje permitida está entre 95% y 105%, entonces de
las anteriores tablas, en condiciones de demanda máxima el usuario B y D tienen un
nivel de voltaje de servicio bajo el límite de la Escala A, y en condiciones de demanda
mínima todos los usuarios se encuentran dentro de la Escala A.
2.7.1.1. Condiciones de operación con el voltaje de barra en la S/E de +5%
Si en la barra de bajo voltaje de la S/E 15, con el equipamiento necesario de regulación
de voltaje, para el caso anterior, en demanda máxima se tuviera a un nivel de voltaje de
+5%, y en demanda mínima +0,5% del voltaje nominal; las siguientes tablas muestran
los niveles de voltaje de servicio en los usuarios en estudio:
Tabla 2-26: Resumen de caídas de voltaje total con regulación de voltaje en la S/E. Demanda Máxima: Voltajes expresados en porcentaje
USUARIO A B C D
Caídas de voltaje Voltaje en Barra S/E MV 105%
Alimentador Primario 1,62% 3,71% TAP en el Transformador de Distribución 0% -5% Transformador de Distribución 1,453% 2,25% Red Secundaria BV 0,01% 1,66% 0,07% 3,99% Acometida BV 0,08% 1,41% 0,16% 1,59%
VOLTAJE SERVICIO 101,8% 99,3% 103,8% 98,5%
VOLTAJE SERVICIO (V) 122,2 119,2 124,6 118,2
Demanda Mínima: Voltajes expresados en porcentaje
USUARIO A B C D
Caídas de voltaje Voltaje en Barra S/E MV 100,5%
Alimentador Primario 0,58% 1,33% TAP en el Transformador de Distribución 0% -5% Transformador de Distribución 0,23% 0,76% Red Secundaria BV 0,001% 0,56% 0,03% 1,85% Acometida BV 0,08% 1,41% 0,16% 1,59%
VOLTAJE SERVICIO 99,6% 97,7% 103,2% 100%
VOLTAJE SERVICIO (V) 119,5 117,3 123,9 120
91
Un nivel de voltaje de +5% del voltaje nominal en demanda máxima está referido en la
Norma ANCI C84.1 que indica el límite máximo de la Escala A que se puede tener en
el primer usuario, y en demanda mínima dentro de lo observado puede quedar con
+0,5% del voltaje nominal y está referido a las mediciones y datos obtenidos.
De las tablas anteriores se puede observar que es de suma importancia la regulación
primaria de voltaje para un buen suministro, y que la selección del tap en los
transformadores en estudio es correcta, ya que al tener un nivel de voltaje de 105% en
la barra de la S/E en demanda máxima, el tap de 0% en el primer transformador y el tap
de -5% en el último transformador permiten tener niveles de voltaje de suministro
aceptables en los usuarios, sin sobrepasar los límites de variación de la Escala A.
2.7.1.1.1. Ajuste en el Primer Transformador al Tap de +2,5%
Si al salir de la barra de la S/E con un nivel de voltaje de +5%, en el primer
transformador del alimentador primario que es el usuario eléctricamente más cercano,
se tendrá que asegurar que no se sobrepase el nivel de voltaje de suministro de la
Escala A. En el caso anterior si se ajustase al tap +2,5% en el primer transformador
para descompensar la regulación primaria, se tendrían los niveles de voltaje que se
muestran en la siguiente tabla:
Tabla 2-27: Ajuste en el Primer Transformador al tap de +2,5%.
USUARIO DMÁX DMÍN
A B A B
Caídas de voltaje
Voltaje en Barra S/E MV 105% 100,5% Alimentador Primario 1,62% 0,58% TAP en el Transformador de Distribución +2,5% +2,5% Transformador de Distribución 1,453% 0,23% Red Secundaria BV 0,01% 1,198% 0,001% 0,56% Acometida BV 0,08% 1,41% 0,08% 1,41% VOLTAJE SERVICIO 99,3% 96,9% 97,1% 95,3% VOLTAJE SERVICIO (V) 119,2 116,3 116,5 114,3
92
Los datos anteriores indican que el tap de +2,5% descompensa el nivel de voltaje de la
barra de la S/E y permite tener en demanda máxima y demanda mínima niveles de
voltaje dentro de la Escala A. De lo expresado anteriormente, en este caso el tap de 0%
que actualmente se encuentra en operación es correcto, pero se podría ajustar al tap
+2,5% sin que se presente problemas de voltajes bajos en los usuarios, bajo las
condiciones del nivel de voltaje en la barra de la S/E en 105% en demanda máxima y
de 100,5% en demanda mínima.
2.7.1.1.2. Ajuste en el Último Transformador al tap de -2,5%
De igual manera si al salir de la barra de la S/E con un nivel de voltaje de +5%, el nivel
de voltaje de suministro en el último usuario no debe superar el límite de -5%, es por
esto que se usa la compensación de los taps, a continuación se muestra si al ajustar el
tap actual de -5% al de -2,5% en el último transformador se puede tener niveles de
voltaje aceptables:
Tabla 2-28: Ajuste en el Último Transformador al tap de -2,5%.
USUARIO DMÁX DMÍN
C D C D
Caídas de voltaje
Voltaje en Barra S/E MV 105% 100,5% Alimentador Primario 3,71% 1,33% TAP en el Transformador de Distribución -2,5% -2,5% Transformador de Distribución 2,25% 0,76% Red Secundaria BV 0,07% 3,99% 0,03% 3,18% Acometida BV 0,16% 1,59% 0,16% 1,59% VOLTAJE SERVICIO 101,3% 96% 100,7% 97,5% VOLTAJE SERVICIO (V) 121,6 115,2 120,9 117
De la tabla anterior se puede observar que los niveles de voltaje en estos usuarios con
el cambio de tap (-5% a -2,5%) son aceptables y están dentro de la Escala A; por lo
tanto se podría ajustar al tap -2,5% en el último transformador bajo las condiciones del
nivel de voltaje en la barra de la S/E en 105% en demanda máxima y de 100,5% en
93
demanda mínima. La influencia de los taps en el nivel de voltaje de suministro a los
usuarios permite estar en la escala de variación de voltaje de la Escala A en este caso
específico.
2.7.2. ALIMENTADOR PRIMARIO 19_B
En base a la información de los registros medidos en la barra de la S/E 19, el nivel de
voltaje del alimentador primario 19_B para demanda máxima en el período del 2009 fue
de 23085 V o 100,98% con respecto al voltaje nominal; y en condiciones de demanda
mínima de 23177 V o 101,38%.
En este alimentador también se seleccionaron dos transformadores como se muestra
en la Figura 2-14, y cuatro usuarios, cada uno en su correspondiente posición y
transformador. Para el primer transformador de distribución, el cambiador de taps se
encuentra en la posición 2 (-2,5%) que equivale a 2,5% de compensación por caída de
voltaje en el alimentador primario, y en el último transformador el cambiador de taps
está en la posición 5 (-5%) equivalente a 5% de compensación por caída de voltaje en
el alimentador primario. El resumen de todas las caídas de voltaje asociadas con cada
componente del sistema en máxima y mínima demanda para las condiciones
específicas mencionadas anteriormente se muestran a continuación:
Tabla 2-29: Resumen de caídas de voltaje total en el caso específico. Demanda Máxima: Voltajes expresados en porcentaje
USUARIO A B C D
Caídas de voltaje
Voltaje en Barra S/E MV 100,98%
Alimentador Primario 1,77% 7,46% TAPS en el Transformador -2,5% -5% Transformador de Distribución 1,0% 0,44% Red Secundaria BV 0,86% 0,86% 1,35% 2,41%
Acometida BV 0,08% 1,16% 0,08% 0,16%
VOLTAJE SERVICIO 99,7% 98,7% 96,6% 95,5%
VOLTAJE SERVICIO (V) 119,7 118,4 116,0 114,6
94
Demanda Mínima: Voltajes expresados en porcentaje
USUARIO A B C D
Caídas de voltaje
Voltaje en Barra S/E MV 101,38%
Alimentador Primario 0,63% 2,63%
TAPS en el Transformador -2,5% -5%
Transformador de Distribución 0,05% 0,13%
Red Secundaria BV 0,1% 0,1% 1,32% 1,32%
Acometida BV 0,08% 1,16% 0,08% 0,16%
VOLTAJE SERVICIO 103,1% 101,9% 102,2% 102,1%
VOLTAJE SERVICIO (V) 123,6 122,3 122,9 122,6
De las tablas anteriores, se puede observar que los usuarios en estudio, en máxima y
mínima demanda permanecen dentro de los límites recomendados de la Escala A.
Se tiene que indicar que el primer transformador en estudio cuenta con un cambiador
de taps que tiene una configuración de 5x-10% en pasos de 2,5%, donde la posición 1
es la nominal, pero no es ventajoso este porcentaje de compensación por encontrarse
eléctricamente cercano a la S/E; es por esto que este tipo transformadores que poseen
cambiadores de taps de 10% de compensación por caída de voltaje en el alimentador
primario no se deberían instalar al inicio de los alimentadores ya que a menudo se
utilizan los taps de los transformadores para descompensar los altos niveles de voltaje
en la barra de salida de la S/E.
2.7.2.1. Condiciones de operación con el voltaje de barra en la S/E de +5%
En la S/E 19 existe el equipamiento necesario para regular el nivel de voltaje en la barra
de bajo voltaje, es por esto que si para el caso anterior, en demanda máxima se tuviera
105%, y en demanda mínima 100,5% con respecto al voltaje nominal, las siguientes
tablas muestran los niveles de voltaje de servicio en los usuarios en estudio:
95
Tabla 2-30: Resumen de caídas de voltaje total con regulación de voltaje en la S/E. Demanda Máxima: Voltajes expresados en porcentaje
USUARIO A B C D
Caídas de voltaje
Voltaje en Barra S/E MV 105%
Alimentador Primario 1,77% 7,46%
TAPS en el Transformador -2,5% -5%
Transformador de Distribución 1,0% 0,44%
Red Secundaria BV 0,86% 0,86% 1,35% 2,41%
Acometida BV 0,08% 1,16% 0,08% 0,16%
VOLTAJE SERVICIO 103,7% 102,8% 100,6% 99,5%
VOLTAJE SERVICIO (V) 124,5 123,3 120,8 119,4
Demanda Mínima: Voltajes expresados en porcentaje
USUARIO A B C D
Caídas de voltaje
Voltaje en Barra S/E MV 100,5%
Alimentador Primario 0,63% 2,63%
TAPS en el Transformador -2,5% -5%
Transformador de Distribución 0,05% 0,13%
Red Secundaria BV 0,1% 0,1% 1,32% 1,32%
Acometida BV 0,08% 1,16% 0,08% 0,16%
VOLTAJE SERVICIO 102,1% 101,2% 101,3% 101,3%
VOLTAJE SERVICIO (V) 122,6 121,3 121,8 121,5
Observando los resultados de la Tabla anterior al tener un nivel de voltaje en la barra de
la S/E de +5% en demanda máxima y 0,5% en demanda mínima, y con la
compensación de los taps, -2,5% en el primer transformador y -5% en el último
transformador; se obtiene niveles de voltaje de suministro aceptable en los usuarios.
2.7.2.1.1. Ajuste en el Primer Transformador al tap de 0%
Si bien de la anterior tabla se puede observar que el primer transformador con la
posición actual del cambiador de tap permite tener un buen nivel de voltaje en los
96
usuarios, el cambio al tap 0% también permite tener niveles de voltaje de suministro
aceptables tanto en demanda máxima como en demanda mínima tal como se muestra
en la siguiente tabla:
Tabla 2-31: Ajuste en el Primer Transformador al tap de +2,5%.
USUARIO
DMÁX DMÍN
A B A B
Caídas de voltaje
Voltaje en Barra S/E MV 105% 100,5%
Alimentador Primario 1,77% 0,63%
TAP en el Transformador de Distribución 0% 0%
Transformador de Distribución 1,0% 0,05%
Red Secundaria BV 0,86% 0,86% 0,1% 0,1%
Acometida BV 0,08% 1,16% 0,08% 1,16%
VOLTAJE SERVICIO 101,26% 100,21% 99,6% 98,6%
VOLTAJE SERVICIO (V) 121,5 120,3 119,6 118,3
Si se ajustara al cambiador de taps en este transformador al tap -5%, 7,5% y 10%, los
niveles de voltaje de suministro en los usuarios sobrepasarían los límites de la Escala
A, siendo estos taps muy poco ventajosos e innecesarios.
2.7.2.1.2. Ajuste en el Último Transformador al tap de -2,5%
De la Tabla 2-30 en el último transformador se observa que con la compensación del
tap -5% sobre la caída de voltaje en el alimentador primario, se obtienen niveles de
voltaje dentro de la Escala A en los usuarios, pero a continuación se presenta si el
ajuste al tap menor de -2,5% nos permitiría tener niveles de voltaje aceptable en los
usuarios:
Tabla 2-32: Ajuste en el Último Transformador al tap de -2,5%.
USUARIO DMÁX DMÍN
C D C D
Caídas de voltaje
Voltaje en Barra S/E MV 105% 100,5%
97
Alimentador Primario 7,46% 2,63% TAP en el Transformador de Distribución -2,5% -2,5% Transformador de Distribución 0,44% 0,13% Red Secundaria BV 1,35% 2,41% 1,32% 1,32% Acometida BV 0,08% 0,16% 0,08% 0,16%
VOLTAJE SERVICIO 98,17% 97,03% 98% 98,8%
VOLTAJE SERVICIO (V) 117,8 116,4 118,8 118,5
De la anterior tabla se observa que si es posible obtener con este cambio de tap,
niveles de voltaje de suministro aceptable dentro de la Escala A, pero con las
condiciones del nivel de voltaje en la barra de la S/E en 105% en demanda máxima y
100,5% en demanda mínima.
En este caso la influencia de los taps en el nivel de voltaje de suministro a los usuarios
permite estar en la Escala A de servicio.
98
CAPÍTULO III
ESTUDIO DE UN CASO ESPECÍFICO DE RED DE
DISTRIBUCIÓN SIN REGULACIÓN DE VOLTAJE EN LA S/E
En este capítulo como en el anterior, se desarrolla una metodología para evaluar la
calidad del suministro eléctrico esperable en lo que se refiere al nivel de voltaje,
analizando en este caso la participación del sistema de subtransmisión que alimenta a
la S/E sin regulación de voltaje.
Se ha seleccionado como caso específico al alimentador primario 7_B de la S/E 7 “San
Roque”, ya que no cuenta con regulación de voltaje en la subestación, debido al daño
del LTC en el transformador; los escenarios en estudio son los de demanda máxima y
demanda mínima en el período del 2009, tomando en cuenta el usuario eléctricamente
más cercano y el usuario eléctricamente más alejado de la S/E, para el análisis de las
variaciones de voltaje existentes.
La modelación de los diferentes componentes del sistema de distribución y el análisis
de la flexibilidad que obtiene con la regulación en vacío de los cambiadores de taps de
los transformadores de distribución sobre los límites de variaciones de voltaje se basa
en la información dada por la Empresa Eléctrica Quito.
3.1. SISTEMA DE SUBTRANSMISIÓN EMPRESA ELÉCTRICA QUITO
El sistema de subtransmisión está compuesto de subestaciones de distribución y líneas
de subtransmisión, este sistema de líneas de subtransmisión conecta en 9 puntos a la
EEQ con el sistema nacional interconectado, de los cuales, 4 están en Santa Rosa: 3 a
138 kV y uno en 46 kV; 2 en Vicentina: uno a 138 kV y uno a 46 kV; en Pomasqui
existen 2 puntos en 138 kV y en Guangopolo se dispone de uno adicional a 138/13.2
kV.
99
Las entregas en Santa Rosa son: dos en las salidas de líneas a 138 kV S/E S. Rosa-
S/E E. Espejo-S/E S. Alegre de EEQ, una es en el lado primario del transformador de
138/46 kV, 45/60/75 MVA de EEQ y la entrega en 46 kV es en el lado secundario del
transformador de 138/46 kV 45/60/75 MVA de Transelectric. En Vicentina la entrega es
una en el lado primario del transformador de 138/46 kV, 60/80/100 MVA de EEQ y una
en el lado de 46 kV del transformador de 138/46 kV, 12/37/48 MVA. En la S/E
Pomasqui de Transelectric dos en las salidas de la línea a 138 kV S/E Pomasqui_Y-S/E
Pomasqui_EEQ.
Además de los puntos indicados, la EEQ para distribuir energía del SNT en su sistema
de 46 kV dispone de la S/E S. Alegre 138/46 kV, 2x60/80/100 MVA y de la S/E
Cotocollao 138/46 kV, 60/80/100 MVA, así como, de 4 subestaciones a 138/23 kV: S/E
59 E. Espejo, S/E 57 Pomasqui, S/E 18 Cristiania y S/E 23 Conocoto.
Este sistema de subtransmisión permite disponer de varios anillos de alimentación a las
subestaciones de distribución, tanto desde los puntos de enlace con el SNT a 138 kV y
46 kV como con los de enlace a las centrales eléctricas propias a 46 kV y la central
Chillos 23 kV, disponiendo de un sistema de subtransmisión confiable y seguro.
Tabla 3-1: Nivel de voltaje nominal de subtransmisión EEQ.
NIVEL DE VOLTAJE
Sistema de Voltaje
Nominal MÁXIMO
Tres-conductores Voltaje de Utilización y
Servicio
MEDIO VOLTAJE
1-100kV 46.000 48.300*
ALTO VOLTAJE
>100kV 138.000 145.000*
* El Rango A y el Rango B de estos sistemas no se muestran, porque ellos se usan como voltajes de
servicio.
100
3.1.1. NIVELES DE VOLTAJE EN BARRAS DE 46KV
El sistema de subtransmisión de la EEQ alimenta barras en varias subestaciones en
niveles de 138 kV y en 46 kV, estos niveles de voltaje son registrados diariamente, hora
a hora por personal calificado en las subestaciones de Santa Rosa, Vicentina,
Pomasqui, Selva Alegre, Norte, Sur, Epiclachima y San Rafael.
Para el caso específico del alimentador primario 7_B, la S/E 7 “San Roque” es
energizada desde el primer transformador de la S/E 41 “Selva Alegre” por una línea de
subtransmisión en un nivel de voltaje de 46 kV, con 4,9 km de longitud y un calibre de
477 MCM-ACSR.
El alimentador primario 7_B tuvo su máxima demanda el 09 de diciembre del 2009, y su
mínima demanda el 13 de abril del 2009. En estas fechas las barras de medio voltaje de
la S/E 41 “Selva Alegre” y de la S/E 07 “San Roque” tuvieron los siguientes registros:
Tabla 3-2: Niveles de voltaje en las barras de 46kV.
Demanda S/E FECHA HORA kV
nominal kV
Vpromedio MW MVAR
Caída de
voltaje (%)
DMÁX
Selva Alegre
09/12/2009 20:00:00 46 45,70 39,6 17,1
0,19% San
Roque 45,61 12,3 1,5
DMÍN
Selva Alegre
13/04/2009 06:45:00 46 45,00 14,8 9,2
0,25% San
Roque 44,88 4,67 0,72
101
3.1.2. REPORTE DE LAS CAÍDAS DE VOLTAJE EN LOS ALIMENTADORES
PRIMARIOS DE LA EEQ
Todos los datos registrados de voltaje, corrientes, demandas, energía y la máxima
caída de voltaje (%) en condiciones de demanda máxima en el período del 2009 de los
alimentadores primarios de la EEQ son presentados en el Anexo 8.
3.2. SELECCIÓN DE UN ALIMENTADOR DEL SISTEMA DE
DISTRIBUCIÓN SIN REGULACIÓN DE VOLTAJE EN LA S/E
En esta sección se presentan los resultados de la modelación del alimentador primario
urbano 7_B, que no contaba en la subestación de origen con el equipamiento necesario
para la regulación de voltaje, cuyas características de operación representaban las
condiciones de servicio que proporcionaba la EEQ a los clientes dentro del área de
cobertura del primario.
3.2.1. DESCRIPCIÓN DE LA SUBESTACIÓN 07 “SAN ROQUE”
El alimentador urbano 7_B tiene su origen en la subestación de distribución “S/E_7 SAN
ROQUE” que se encuentra localizada en pleno centro de la ciudad de Quito, parroquia
urbana Centro Histórico, en las Av. 24 de Mayo y Av. Mariscal Sucre.
Está subestación de distribución tiene una configuración “Barra Simple” que en su lado
de alta tiene un nivel de voltaje de 46 kV, cuya conexión es aérea alimentando al
transformador de potencia marca YORKSHIRE que en 1987 fue fabricado; y en su lado
de baja alimenta a cinco primarios actualmente en servicio: A, B, C, D, E y un banco de
condensadores de 4,5 MVAR a un nivel de voltaje de 6,3 kV.
La capacidad instalada de la subestación es de 20 MVA ya que cuenta con un
transformador de potencia nominal de 15/20 MVA, de relación 46/6,3 kV con
refrigeración tipo OA/FA.
102
La demanda de la subestación ajustada al pico del año es de 12,2 MVA, lo que permite
concluir que la subestación y sus primarios no tienen problemas de sobrecarga.
En el Anexo 1 se muestra en el diagrama unifilar perteneciente a la subestación 7 SAN
ROQUE.
3.2.1.1. Alimentador urbano 7_B
El alimentador 7_B posee una carga distribuida con una configuración tipo aéreo que
sirve al sector de San Roque, parroquia La Libertad; existen 4267 usuarios repartidos
en un 92% residencial, 6% comercial, 1% industrial y 1% de otros clientes.
Su troncal principal es trifásica, comienza subiendo por la AV. 24 de Mayo hasta el
mercado San Roque, toma la calle Cumanda hasta la calle Abdón Calderón, sigue la
calle Ermita hasta la calle Caras en donde se divide en dos, parte va por la acera de la
calle Florencio Leary hasta la calle Miller, y la otra parte sigue la calle Diego de Ibarra
sube la calle Elias Brito hasta la calle Jaramijo terminando en la calle Cestaris.
Tabla 3-3: Reseña del alimentador 7_B.
Nombre de la Subestación
asociada
Nivel de Voltaje
[kV]
Longitud Total
Circuitos Primarios
(m)
Capacidad Instalada
en GIS [kVA]
No. Transformadores
No. Medidores
S/E_7 SAN ROQUE
6,3 10.411 4.080 64 4.209
Tipo Residencial Comercial Industrial Clientes
otros No
usuarios 3.940 247 53 27
3.2.1.2. Demandas registradas del Alimentador 7_B
El registro de demandas máximas y mínimas del alimentador 7_B se presenta en las
Figuras 3-1 y 3-2:
103
Figura 3-1: Demandas Máximas y Mínimas registradas a la salida del alimentador 7_B.
Figura 3-2: Curva de carga de un día registrado por el alimentador 7_B.
2151,362185,92
3991,68 3862,08
2160 2142,72 2125,44 2108,162203,2 2177,28 2203,2 2263,68
717,12 751,68 751,68 751,68 760,32 760,32 768,96 768,96 777,6 777,6 820,8
1252,8
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
KW
DEMANDAS DEL PRIMARIO 7 B "S/E SAN ROQUE" 2009
DEMANDA MAXIMA
DEMANDA MINIMA
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
KW
CURVA DE CARGA ALIMENTADOR 7 B
kW
104
3.3. OPERACIÓN DEL SISTEMA PRIMARIO EN ESTUDIO
La modelación del alimentador primario 7_B se realizó en condiciones de demanda
máxima y demanda mínima, en los meses de marzo y abril se realizaron transferencias
de carga a este alimentador por lo que el mes elegido para demanda máxima es el de
diciembre, que demuestra las condiciones de operación normales del sistema, los
registros medidos en la S/E para el período del 2009 son mostrado en la siguiente tabla:
Tabla 3-4: Demanda Máxima y Mínima registrada anual del alimentador 7_B.
S/E 7 "SAN ROQUE" ALIMENTADOR 07_B
DEMANDA FECHA HORA kV
nominal kV
Vpromedio Corriente promedio
kW kVAR fp
MA
X
09/12/2009 20:00:00 6,3 6,404 210,24 2.263,68 440,64 0,98
MIN
13/04/2009 6:45:00 6,3 6,305 74,88 717,12 224,64 0,88
En el alimentador primario 7_B se seleccionaron dos nodos como se muestra en la
Figura 2-14, de tal forma que se tenga un transformador X y un transformador Y que
alimenten una red secundaria. Para el primer transformador, A es el usuario
eléctricamente más cercano y B es el usuario eléctricamente más alejado.
Respectivamente para el último transformador el usuario más cercano al final y más
alejado al final son C y D.
Cada uno de estos transformadores de distribución escogidos, poseen registros de
análisis de calidad de producto realizados por la EEQ.
3.3.1. PERFILES DE VOLTAJE
3.3.1.1. Reporte de Caída de voltaje
105
Los reportes de caídas de voltaje (%) en el principio y en varios nodos finales,
derivadas de la simulación del alimentador 7_B con los datos de la Tabla 3-4 se
muestran en la siguiente tabla:
Tabla 3-5: Caída de voltaje al inicio y en la cola del alimentador 7_B. Nodo Voltaje Carga
Dirección Nodo Fase (PU) kV kW kvar fp Caída voltaje
(%)
Distancia desde la barra S/E
(m)
DEMANDA MÁXIMA
Cumanda y La Libertad (X) ABC 0,99 6,3 58,8 11,4 0,98 0,87 547
Fco. Galvez y Miller/ Pasaje 1A (Y) ABC 0,97 6,2 44,1 8,6 0,98 2,7 2.237
Miller y Alcina ABC 0,97 6,2 58,8 11,4 0,98 2,7 2.467
Av. De los Libertadores AXC 0,96 6,2 8,8 1,7 0,98 3,2 4.344
DEMANDA MÍNIMA
Cumanda y La Libertad (X) ABC 1,00 6,3 17,5 12,6 0,81 0,3 547
Fco. Galvez y Miller/ Pasaje 1A (Y) ABC 0,99 6,2 13,1 9,4 0,81 0,94 2.237
Miller y Alcina ABC 0,99 6,2 4,4 3,1 0,81 1,01 2.467
Av. De los Libertadores AXC 0,99 6,2 2,6 1,9 0,81 1,17 4.344
Figura 3-3: Perfil de voltaje del alimentador primario 7_B.
6180
6200
6220
6240
6260
6280
6300
6320
6340
6360
6380
6400
6420
NIV
EL D
E VO
LTAJ
E (V
ff)
DISTANCIA DESDE LA FUENTE (m)
PERFIL DE VOLTAJE ALIMENTADOR 7_B SAN ROQUE
DMAX
DMIN
106
De la Tabla 3-5 la mayor caída de voltaje que presenta este alimentador es de 3,23%,
en condiciones de demanda máxima, este punto se encuentra ubicado en el sector de
la cima de la Libertad, en uno de los ramales monofásicos que se desprenden de la
troncal principal, en la Figura 3-3 se muestra el nivel de voltaje (f-f) de todo el
alimentador con respecto a la distancia desde la S/E; el reporte completo de caídas de
voltaje que se obtuvo se detalla en el Anexo 7.1.
3.3.1.2. Variaciones de Voltaje producidas en los alimentadores seleccionados
El primer transformador de distribución alimentado por el primario 7_B, ubicado en las
calles Cumanda y Libertad tiene una variación de 1,01% al ir de condiciones de
demanda mínima 99,77% a demanda máxima 100,78%. El transformador de
distribución más alejado desde la S/E, localizado vía a la cima de la Libertad se tiene
una variación de voltaje de 0,48% al ir de condiciones de demanda mínima 98,89% a
demanda máxima 98,41%.
Los voltajes de utilización para estos transformadores en condiciones de demandas
intermedias deben tener valores entre el valor máximo y mínimo respectivo de la escala
de variación, y la variación de voltaje de utilización de otros transformadores a lo largo
del alimentador, deberían tener una variación de voltaje entre 0,48% y 1,01%
dependiendo de donde se encuentren.
3.4. OPERACIÓN DE: TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN, RED
SECUNDARIA Y ACOMETIDAS EN ESTUDIO
3.4.1. TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN
3.4.1.1. Cambiadores de taps en vacío de los transformadores de distribución
Los datos de placa e información de las configuraciones de los taps del primer y último
transformador del alimentador primario 7_B son presentados a continuación:
107
Tabla 3-6: Características del primer transformador, alimentador 7_B. Transformador Nº 4062 DIRECCIÓN
Montaje MNT4-100 Calle Cumanda y Calle La Libertad, atrás del
mercado de San Roque Fases 3
Potencia (kVA) 100 IMPEDANCIA%: 4,2%; MARCA MITSUBISHI
Propiedad EMPRESA CAMBIADOR DE TAPS
Voltaje Nominal (kV) 6,3 5 POSICIONES (±5%), pasos 2,5%
Relación 6000 - 210/121 POSICIÓN ACTUAL: 3 POSICIÓN (0%)
Subestación SAN ROQUE PUNTO GIS
Primario 7 B 775799;9975706
El cambiador de taps para este transformador se encuentra en la posición 3 o nominal,
sin cambiar la relación de transformación.
Tabla 3-7: Características del transformador más alejado, alimentador 7_B. Transformador Nº 6743 DIRECCIÓN
Montaje MNT4-75 Calle Alhanjuela y Calle Francisco Galves,
subiendo por la calle General Miller Fases 3
Potencia (kVA) 75 IMPEDANCIA%: 4,1%; MARCA OSAKA
Propiedad EMPRESA CAMBIADOR DE TAPS
Voltaje Nominal (kV) 6,3 3 POSICIONES (-5%), pasos 2,5%
Relación 6000 - 210/121 POSICIÓN ACTUAL: 2 POSICIÓN (-2,5%)
Subestación SAN ROQUE PUNTO GIS
Primario 7 B 775175;9974705
El cambiador de taps en este transformador está en la posición 2, que regula el voltaje
secundario con 2,5%.
Estos dos transformadores de distribución seleccionados se encuentran alimentados
por la troncal principal del primario 7_B.
3.4.1.2. Demandas registradas
Para poder medir los parámetros de V, I, P, Q, THD, Flicker y armónicos se instalaron
en los bornes de bajo voltaje de cada transformador registradores de marca AEMC y los
108
datos obtenidos al cabo de 7 días de mediciones se muestran en la Tabla 3-8 (las
gráficas obtenidas se muestran en el Anexo 7.3):
Tabla 3-8: Registro de demandas máximas y mínimas de transformadores en estudio. URBANO (Transformador No 4062) 100 Kva - 3Ø
Transformador Fecha/Hora
Voltaje
(V)
Corriente
(A)
P total
medio(kW)
Q total
medio(kvar) N0 4062
DMÁX
Fase 1
17/12/2009-19:20
125,5 342,2
112,31 33,51 Fase 2 121,3 385,4
Fase 3 125 221,5
DMÍN
Fase 1
21/12/2009-2:30
124,1 161,5
38,57 20,86 Fase 2 122,9 116,1
Fase 3 123,2 79,3
URBANO (Transformador No 6734) 75 Kva - 3Ø
Transformador Fecha/Hora
Voltaje
(V)
Corriente
(A)
P total
medio(kW)
Q total
medio(kvar) N0 6743
DMÁX
Fase 1
06/05/2010-19:55
120,2 339,7
86,5 21,8 Fase 2 127,1 228,4
Fase 3 122,8 169,4
DMÍN
Fase 1
07/05/2010-3:10
122,6 63,9
20,05 14,19 Fase 2 125,6 66,3
Fase 3 121,6 71,1
Estos dos transformadores de distribución tienen un nivel de carga por encima de su
capacidad nominal, de las mediciones realizadas con el equipamiento adecuado se
pudo constatar que la sobrecarga se da por un período corto en el pico de demanda,
permitiendo operar sin producirse daños en los transformadores.
3.4.1.3. Caídas de voltaje en los transformadores de distribución
109
El cálculo de caída de voltaje (%) en condiciones de demanda máxima y demanda
mínima con los registros obtenidos del equipo instalado en los transformadores de
distribución seleccionados en el alimentador primario 7_B es:
Tabla 3-9: Caídas de voltajes calculados en transformadores de distribución. ALIMENTADOR 7_B
PRIMER TRANSFORMADOR
REGULACIÓN DMÁX(%) REGULACIÓN DMÍN(%)
2,83 1,04
ÚLTIMO TRANSFORMADOR
REGULACIÓN DMÁX(%) REGULACIÓN DMÍN(%)
2,87 0,77
3.4.2. RED SECUNDARIA
Las modelaciones de las redes secundarias alimentadas por los bornes de bajo voltaje
de los transformadores seleccionados, se las realiza en Fedeer-All con todos los datos
obtenidos de la topología y la información de la posición del tap respectivos.
Para la distribución de la carga se empleo el método “Billed KWH conversion” basado
en la energía facturada de cada usuario, estos datos fueron obtenidos por el sistema de
Información para la Facturación (SIEEQ-COMERCIAL).
3.4.2.1. Resumen de caídas de voltaje
Las caídas de voltaje para el primer usuario y el usuario más alejado en la red
secundaria correspondiente al principio y final del alimentador como en la Figura 2-14
se muestran en las siguientes tablas, el reporte de todos los nodos dentro de las redes
secundarias en estudio, ver Anexo 7.2:
Tabla 3-10: Caídas de voltaje en la red secundaria urbana del primer transformador 7_B. CAÍDA DE VOLTAJE PRIMER USUARIO (A)
DEMANDA MÁXIMA
DEMANDA MÍNIMA
N. Voltaje bornes
secundarios transformador
(V)
N. Voltaje
Primer
Usuario (V)
N. Voltaje bornes
secundarios transformador
(V)
N. Voltaje
Primer
Usuario (V)
110
118 118 118 118
CAÍDA DE VOLTAJE % 0,0 CAÍDA DE VOLTAJE % 0,0
Distancia desde el transformador de distribución (m) 2
CAÍDA DE VOLTAJE USUARIO MÁS ALEJADO (B)
DEMANDA MÁXIMA
DEMANDA MÍNIMA
N. Voltaje bornes
secundarios transformador
(V)
N. Voltaje
Usuario más
alejado (V)
N. Voltaje bornes
secundarios transformador
(V)
N. Voltaje
Usuario más
alejado (V)
118 106 118 110
CAÍDA DE VOLTAJE % 9,75 CAÍDA DE VOLTAJE % 6,41
Distancia desde el transformador de distribución (m) 133
Tabla 3-11: Caídas de voltaje en la red secundaria urbana del último transformador 7_B. CAÍDA DE VOLTAJE PRIMER USUARIO (C)
DEMANDA MÁXIMA
DEMANDA MÍNIMA N. Voltaje bornes
secundarios transformador (V)
N. Voltaje Primer
Usuario (V)
N. Voltaje bornes secundarios transformador
(V)
N. Voltaje Primer
Usuario (V) 119 119 121 121
CAÍDA DE VOLTAJE % 0,00 CAÍDA DE VOLTAJE % 0,00 Distancia desde el transformador de distribución (m) 1,5
CAÍDA DE VOLTAJE USUARIO MÁS ALEJADO (D) DEMANDA MÁXIMA
DEMANDA MÍNIMA N. Voltaje bornes
secundarios transformador (V)
N. Voltaje Usuario más alejado (V)
N. Voltaje bornes secundarios transformador
(V)
N. Voltaje Usuario más alejado (V)
116 110 121 117 CAÍDA DE VOLTAJE % 7,77 CAÍDA DE VOLTAJE % 3,09
Distancia desde el transformador de distribución (m) 176
3.4.3. MODELACIÓN DE ACOMETIDAS
Siguiendo la metodología de estimación de la demanda residencial se calcula la
demanda máxima individual (fórmula 6) partiendo de la demanda máxima coincidente.
111
El cálculo realizado de demandas máximas unitarias para la acometida del primer
usuario y el usuario más alejado se muestra a continuación, en el Anexo 7.3 se
presenta los resultados obtenidos totales:
Tabla 3-12: Demandas máximas individuales primer transformador.
Consumo promedio
(kWh)
Factor N
Factor M
Factor de coincidencia
(kW)
(kW)
A 1 100 0,35 1 1 0,35 0,35 B 5 907 2,46 9,49 0,68 23,3 6,85
Tabla 3-13: Demandas máximas individuales último transformador.
Consumo promedio
(kWh)
Factor N
Factor M
Factor de coincidencia
(kW)
(kW)
C 2 336 1,06 1 0,89 1,06 0,59 D 3 830 2,27 1 0,73 2,27 1,04
3.4.3.1. Caídas de voltaje en acometidas
Las caídas de voltaje en las acometidas consideradas obtenidas de los cálculos
(fórmula 20) se muestran en la siguiente tabla:
Tabla 3-14: Caídas de voltaje en acometidas urbanas.
Transformador
Calibre AWG R (Ohmios/km)
X (Ohmios/km)
Caída de voltaje (%)
Primero A 117 116,97 4,94
3F-4X8 AWG CU
2,15 0,13 0,025%
B 106 104,7 7,02 2F-3X8 AWG
CU 2,151 0,122 1,06 %
Último C 116 115,92 5,6
3F-4X8 AWG CU
2,15 0,13 0,06%
D 107 106,56 6,43 2F-3X8 AWG
CU 2,151 0,122 0,36%
112
3.5. CONSIDERACIONES DEL SISTEMA SELECCIONADO CON LA
INFLUENCIA DEL CAMBIO DE TAPS EN VACÍO DE LOS
TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN
Después de modelar los componentes de este alimentador primario, a continuación se
resumirán los datos obtenidos de los reportes generados, y se procederá a analizar la
influencia que proporcionan los taps en los transformadores de distribución
seleccionados.
3.5.1. ALIMENTADOR PRIMARIO 07_B
Los registros obtenidos para este alimentador primario indican que el nivel de voltaje en
la barra de la S/E para condiciones de demanda máxima fueron 6.404,43 V o
expresado en porcentaje con respecto al nivel de voltaje nominal 101,65%, y en
condiciones de demanda mínima el nivel de voltaje fue de 6.304,4 V o 100,07%. Las
siguientes tablas son el resumen del nivel de voltaje de servicio y las caídas de voltaje
para todos los componentes del sistema de distribución de los usuarios en estudio en
este alimentador:
Tabla 3-15: Resumen de caídas de voltaje total en el caso específico. Demanda Máxima: Voltajes expresados en porcentaje
USUARIO A B C D
Caídas de voltaje
Línea de subtransmisión 0,19%
Voltaje en Barra S/E MV 101,65%
Alimentador Primario 1,53% 4,95
TAP en el Transformador de Distribución 0% -2,5%
Transformador de Distribución 2,83% 2,87%
Red Secundaria BV 0,002% 9,75% 0,001% 7,77%
Acometida BV 0,025% 1,06% 0,06% 0,36%
VOLTAJE SERVICIO (%) 97,3% 86,5% 96,3% 88,2%
VOLTAJE SERVICIO (V) 116,7 104 115,5 105,8
113
Demanda Mínima: Voltajes expresados en porcentaje
USUARIO A B C D
Caídas de voltaje
Línea de subtransmisión 0,25%
Voltaje en Barra S/E MV 100,07%
Alimentador Primario 0,3% 0,94%
TAP en el Transformador de Distribución 0% -2,5%
Transformador de Distribución 1,04% 0,77%
Red Secundaria BV 0,001% 6,41% 0,001% 3,09%
Acometida BV 0,025% 1,06% 0,06% 0,36%
VOLTAJE SERVICIO (%) 98,7% 91,3% 100,8% 97,4%
VOLTAJE SERVICIO (V) 118,4 109,5 121 116,9
Análogamente a la información de la figura 2-15, los cuatro usuarios de los
transformadores seleccionados tienen diferentes niveles de voltaje de servicio, con
respecto a los bornes secundarios de los transformadores, los límites de variación de
voltaje dados por la norma ANSI C 84.1 es de ±5%, entonces de las anteriores tablas,
en condiciones de demanda máxima se muestra que los usuarios B y D tienen un nivel
de voltaje de servicio bajo el límite de la Escala A, y que en condiciones de demanda
mínima el usuario B tiene niveles de voltaje de servicio bajo el límite.
3.5.1.1. Condiciones de operación con el voltaje de barra en la S/E +5%
Tomando como referencia la norma ANSI C84.1 presentada, se lograra tener en la
barra de la S/E 7 un nivel de voltaje +5% por encima del voltaje nominal en demanda
máxima, y de los datos recopilados de mediciones en demanda mínima +0,5% por
encima del voltaje nominal; para el caso anterior en las siguientes tablas se muestran,
los niveles de voltaje de servicio en los usuarios en estudio con las condiciones
mencionadas:
114
Tabla 3-16: Resumen de caídas de voltaje total con regulación de voltaje en la S/E.
Demanda Máxima: Voltajes expresados en porcentaje
USUARIO A B C D
Caídas de voltaje
Línea de subtransmisión 0,19%
Voltaje en Barra S/E MV 105%
Alimentador Primario 1,53% 4,95%
TAP en el Transformador de Distribución 0% -2,5%
Transformador de Distribución 2,83% 2,87%
Red Secundaria BV 0,002% 9,75% 0,001% 7,77%
Acometida BV 0,025% 1,06% 0,06% 0,36%
VOLTAJE SERVICIO 100,6% 90% 99,6% 92%
VOLTAJE SERVICIO (V) 120,7 107,8 119,5 110
Demanda Mínima: Voltajes expresados en porcentaje
USUARIO A B C D
Caídas de voltaje
Línea de subtransmisión 0,25%
Voltaje en Barra S/E MV 100,5%
Alimentador Primario 0,3% 0,94%
TAP en el Transformador de Distribución 0% -2,5%
Transformador de Distribución 1,04% 0,77%
Red Secundaria BV 0,001% 6,41% 0,001% 3,09%
Acometida BV 0,025% 1,06% 0,06% 0,36%
VOLTAJE SERVICIO 99,1% 91,7% 101,2% 97,8%
VOLTAJE SERVICIO (V) 119 110 121,5 117,4
Como se puede observar en las Tablas anteriores, es importante tener un nivel de
voltaje en la barra de la S/E de distribución de +5%, por que ayuda a conseguir un buen
perfil de voltaje en el alimentador primario, aunque en este caso, en los usuarios B y D
115
que son los últimos usuarios eléctricamente más alejados de cada transformador en
estudio no se logra tener un nivel de voltaje de servicio dentro de la Escala A.
En demanda máxima se tiene niveles de voltaje por debajo del límite recomendado,
debido a las altas caídas de voltaje en la red secundaria, mientras que en demanda
mínima el usuario B tiene un nivel de voltaje inferior al límite recomendado.
Los porcentajes extras de +5% en demanda máxima y +0,5% en demanda mínima
sobre el voltaje nominal en la barra de la S/E de distribución se pueden conseguir con la
regulación de voltaje en las subestaciones del sistema de subtransmisión que
generalmente poseen, otra forma son los bancos de capacitores en derivación
instalados que sirven para corregir el factor de potencia, pero su efecto secundario
permiten elevar el nivel de voltaje en la barra de la S/E, la EEQ conecta estos bancos
dependiendo el caso, en la mañana alrededor de las 07:30 y los desconecta en la
noche alrededor de las 21:00, también existe la posibilidad de operar los cambiadores
de taps fijos en los transformadores de potencia si fuera el caso.
3.5.1.1.1. Ajuste en el Primer Transformador a los taps de -2,5% y de -5%
Al observar el nivel de voltaje de servicio bajo en el usuario B del primer transformador,
es necesaria la utilización de la regulación en vacío de manera que a continuación se
presentan los datos obtenidos del ajuste al tap de -2,5% para poder obtener niveles de
voltaje de servicio en los usuarios dentro de la Escala A.
Tabla 3-17: Ajuste en el Primer Transformador al tap de -2,5%.
USUARIO
DMÁX DMÍN
A B A B
Caídas de voltaje
Línea de subtransmisión 0,19% 0,25%
Voltaje en Barra S/E MV 105% 100,5%
Alimentador Primario 1,53% 0,3%
TAP en el Transformador de Distribución -2,5% -2,5%
116
Transformador de Distribución 2,83% 1,04%
Red Secundaria BV 0,002% 9,75% 0,001% 6,41%
Acometida BV 0,025% 1,06% 0,025% 1,06%
VOLTAJE SERVICIO 103,1% 92,3% 101,6% 94,2%
VOLTAJE SERVICIO (V) 123,7 111 122 113
De la Tabla anterior se observa que el cambio al tap de -2,5% en este transformador
regula y aumenta el nivel de voltaje de los usuarios, pero aún no se consigue llegar a la
Escala A de servicio en demanda máxima y mínima en el usuario más alejado B, ya que
los niveles de voltaje de suministro están por debajo del límite de -5%.
El cambio al tap de -5% en este transformador aumenta el nivel de voltaje en la red
secundaria, pero el nivel de voltaje en el usuario A y los usuarios más cercanos al
transformador sobrepasan el límite sugerido de la norma ANSI, y en el usuario B para
demanda máxima y demanda mínima se mantienen dentro de la Escala A, tal como se
muestra en la siguiente tabla:
Tabla 3-18: Ajuste en el Primer Transformador al tap de -5%.
USUARIO
DMÁX DMÍN
A B A B
Caídas de voltaje
Línea de subtransmisión 0,19% 0,25%
Voltaje en Barra S/E MV 105% 100,5%
Alimentador Primario 1,53% 0,3%
TAP en el Transformador de Distribución -5% -5%
Transformador de Distribución 2,83% 1,04%
Red Secundaria BV 0,002% 9,75% 0,001% 6,41%
Acometida BV 0,025% 1,06% 0,025% 1,06%
VOLTAJE SERVICIO 105,6% 94,8% 104,1% 96,7%
VOLTAJE SERVICIO (V) 126,7 113,8 125 116
117
En este caso el cambio de taps puede mejorar el nivel de voltaje en los usuarios, pero
se tiene que emplear otras técnicas para mejorar el nivel de voltaje a mediano plazo,
como por ejemplo el cambio de calibre en la red secundaria, la instalación de otro
transformador, cambio de configuración o el cambio del calibre de las acometidas, etc.
3.5.1.1.2. Ajuste en el Último Transformador al tap de -5%
En el caso del último transformador con un nivel de +5% en la barra de la S/E y el tap
actual de -2,5%, en los usuarios más alejados y en el usuario D no se tiene un nivel de
voltaje de servicio dentro de la Escala A como se muestra en la Tabla 3-16, de manera
que a continuación se presentan los niveles de voltaje de servicio obtenidos al ajustar al
tap de -5%:
Tabla 3-19: Ajuste en el Último Transformador al tap de -5%.
USUARIO
DMÁX DMÍN
C D C D
Caídas de voltaje
Línea de subtransmisión 0,19% 0,25%
Voltaje en Barra S/E MV 105% 100,5%
Alimentador Primario 4,95% 0,94%
TAP en el Transformador de Distribución -5% -5%
Transformador de Distribución 2,87% 0,77%
Red Secundaria BV 0,001% 7,77% 0,001% 3,09%
Acometida BV 0,06% 0,36% 0,06% 0,36%
VOLTAJE SERVICIO 102,1% 94,1% 103,7% 100,3%
VOLTAJE SERVICIO (V) 122,5 112,9 124,5 120,4
De la Tabla anterior se puede observar que los niveles de voltaje en los usuarios
aumentan y se encuentran dentro de la Escala A, a excepción del usuario más alejado
D que en demanda máxima está por debajo del límite de -5%.
118
De lo anterior en este caso la influencia del tap de -5% en el nivel de voltaje de servicio
permite a la mayoría de usuarios estar dentro de la Escala A, pero se debería emplear
otro tipo de técnicas para mejorar el nivel de voltaje en la red secundaria.
119
CAPÍTULO IV
PROPUESTAS DE LÍMITES DE CAÍDAS DE VOLTAJE
A fin de concluir el estudio realizado, a continuación se propone una asignación de
caídas de voltaje en los componentes del sistema de distribución, cuando en la S/E de
la EEQ se tiene regulación de voltaje y cuando no se tiene regulación de voltaje;
basada en la norma ANSI C84-1, de manera que se pueda mantener el nivel de voltaje
de servicio dentro de la Escala A.
Esta propuesta forma parte del objetivo del presente trabajo, pero además se integrará
la influencia de la operación de los cambiadores de taps en vacío en los
transformadores de distribución sobre los límites de voltaje.
4.1. PROPUESTA DE ASIGNACIÓN DE CAÍDAS DE VOLTAJE EN
LOS COMPONENTES DEL SISTEMA
La variación de voltaje admisible de la Escala A es de 8,3% bajo el voltaje nominal y 5%
sobre el voltaje nominal, esto en lo que se refiere al nivel de voltaje de utilización, pero
de los 8,3% se tiene que descontar 2,3% de caída de voltaje en las instalación eléctrica
interiores del usuario, y 1% del ancho de banda del regulador de voltaje.
Tabla 4-1: Escalas de voltajes, norma ANSI C84.1 para 120 V.
Voltaje de Servicio Voltaje de Utilización
Mínimo Máximo Mínimo Máximo
Escala A 114 (-5%) 126 (+5%) 110 (-8,3%) 126 (+5%)
Escala B 110 (-8,3%) 127 (+5,8%) 106 (-11,7%) 127 (+5,8%)
120
Por lo tanto la variación de voltaje permitida es de ±5% del voltaje nominal, de manera
que se debe tener +5% por encima en la barra de salida de la S/E, y -5% en el punto de
entrega al usuario, tal como se ilustra en la Figura 4.1:
Figura 4.1: Caída de voltaje a lo largo del sistema de distribución
Los límites de caídas de voltaje en demanda máxima sugeridos son los presentados en
las siguientes tablas:
Tabla 4-2: Asignación de caídas de voltaje en los componentes del sistema (S/E con regulación de voltaje).
Componentes del Sistema de Distribución
Alimentador
URBANO RURAL
Caída de Voltaje Caída de Voltaje
Primario 3,5 % 4,0 %
Transformador 2,0 % 2,0 %
Red Secundaria 3,5 % 3,0 %
Acometida 1,0 % 1,0 %
TOTAL 10,0 % 10,0 %
+5%
-5%
VN
S/E
Usuarios
10%
121
Tabla 4-3: Asignación de caídas de voltaje en los componentes del sistema (S/E sin regulación de voltaje).
Componentes del Sistema de Distribución
Alimentador
URBANO RURAL
Caída de Voltaje Caída de Voltaje
Sistema de Subtransmisión 1,0 % 1,0 %
Primario 3,0 % 3,5 %
Transformador 2,0 % 2,0 %
Red Secundaria 3,0 % 2,5 %
Acometida 1,0 % 1,0 %
TOTAL 10,0 % 10,0 %
En los sectores rurales, dado que las características de operación de equipos,
maquinaria, electrodomésticos, etc., es igual que en los sectores urbanos; el nivel de
voltaje de servicio debe ser el mismo para ambos casos sin diferencia alguna.
4.2. ASIGNACIÓN DE CAÍDAS DE VOLTAJE CON EL USO DE LOS
TAPS EN LOS TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN
El uso del cambio de taps está determinado por la necesidad de regular y mantener el
voltaje de alimentación de bajo voltaje en los usuarios dentro de los límites de tolerancia
de la Escala A.
La selección de los taps está en función del nivel de carga del transformador, el control
automático de voltaje en la barra de la S/E y la existencia de compensación de caída de
voltaje por reguladores de voltaje suplementarios.
La caída de voltaje para circuitos de corriente alterna depende de la corriente de carga,
del factor de potencia y de la distancia desde la S/E, por esto que los usuarios
eléctricamente más cercanos a la S/E tienen niveles de voltaje más altos que los
usuarios eléctricamente más alejados a la S/E.
122
En general, hay zonas en una red de distribución en el que todos los transformadores
de distribución estándar pueden operar en el mismo tap.
Este trabajo da una guía para poder calcular y optimizar las condiciones de voltaje en
las redes de baja, que está destinado a identificar y definir los límites de estas zonas.
En algunas zonas fronterizas de la red puede haber una superposición de zonas con
una elección posterior del tap.
Puede haber casos en que la carga en un transformador de distribución en particular no
tiene la misma relación de transformación que la zona del tap en común, o que la caída
de voltaje en su red secundaria asociada varía considerablemente dentro de esta zona,
en estos casos la elección del tap debe ser diferente al de la zona en común.
4.2.1. REDES DE DISTRIBUCIÓN CON REGULACIÓN DE VOLTAJE Y SIN
REGULACIÓN DE VOLTAJE EN LA S/E
De las redes de distribución modeladas en este trabajo con datos registrados en el
2009, se ha podido obtener los niveles de voltaje de servicio con la influencia de la
regulación de voltaje en vacío de los transformadores de distribución.
En el alimentador primario urbano 15_B, que en la S/E cuenta con regulación de voltaje,
cuando el registro del nivel de voltaje en condiciones de demanda máxima fue 6394 V o
101,49% expresado en porcentaje, y demanda mínima fue de 6310 V o 100,15%; los
niveles de voltaje de servicio de los usuarios del primer transformador que está en el
tap de 0% y en el último transformador con el tap de -5%, fueron:
Tabla 4-4: Niveles de voltaje de servicio caso alimentador 15_B.
USUARIO Primer Transformador, tap 0% Último Transformador, tap -5%
A B C D
DEMANDA Voltaje Porcentaje Voltaje Porcentaje Voltaje Porcentaje Voltaje Porcentaje
MÁX 118 98,3% 114,4 95,3% 120,4 100,3% 113,9 95%
MÍN 119,1 99,2% 116,8 97,4% 123,4 103% 119,5 99,6%
123
En este mismo alimentador se analizó el caso cuando en la S/E se tenga en la barra de
salida un nivel de voltaje de 105% en demanda máxima y 100,5% en demanda mínima,
con el cambio en el primer transformador al tap de +2,5% y el cambio en el último
transformador al tap de -2,5% y se obtuvieron los siguientes niveles de voltaje:
Tabla 4-5: Niveles de voltaje de servicio caso alimentador 15_B con cambio de taps.
USUARIO Primer Transformador, tap +2,5% Último Transformador, tap -2,5%
A B C D
DEMANDA Voltaje Porcentaje Voltaje Porcentaje Voltaje Porcentaje Voltaje Porcentaje
MÁX 119,2 99,3% 116,3 96,9% 121,6 101,3% 115,2 96%
MÍN 116,5 97,1% 114,3 95,3% 120,9 100,7% 117 97,5%
Para el caso del alimentador primario rural 19_B, que en la S/E de origen cuenta con
regulación de voltaje, cuando el registro en condiciones de demanda máxima fue de
23085 V o 100,98% y en condiciones de demanda mínima fue 23177 V o 101,38%, los
niveles de voltaje de servicio de los usuarios del primer transformador con el tap de -
2,5% y del último transformador con el tap de -5% fueron:
Tabla 4-6: Niveles de voltaje de servicio caso alimentador 19_B.
USUARIO Primer Transformador, tap -2,5% Último Transformador, tap -5%
A B C D
DEMANDA Voltaje Porcentaje Voltaje Porcentaje Voltaje Porcentaje Voltaje Porcentaje
MÁX 119,7 99,7% 118,6 98,8% 116 96,6% 114,6 95,5%
MÍN 123,6 103% 122,5 102,1% 122,7 102,2% 122,6 102,1%
Aunque con este estudio se constató la correcta posición de los cambiadores de taps
en estos transformadores de distribución, en el caso cuando en este mismo alimentador
primario se tenga en la barra de salida un nivel de voltaje de 105% en demanda
máxima y 100,5% en demanda mínima, con el cambio al tap de 0% en el primer
transformador y el cambio al tap de -2,5% en el último transformador, se obtuvieron los
siguientes niveles de voltaje de servicio en los usuarios:
124
Tabla 4-7: Niveles de voltaje de servicio caso alimentador 19_B con cambio de taps.
USUARIO Primer Transformador, tap 0% Último Transformador, tap -2,5%
A B C D
DEMANDA Voltaje Porcentaje Voltaje Porcentaje Voltaje Porcentaje Voltaje Porcentaje
MÁX 124,5 103,7% 123,4 102,8% 120,8 100,6% 119,4 99,5%
MÍN 122,5 102,1% 121,4 101,2% 121,6 101,3% 121,5 101,3%
En el caso del alimentador primario urbano 7_B, que en la S/E no contaba con el
equipamiento para regular el voltaje, con los registros del nivel de voltaje en demanda
máxima que fue de 6404,43V o en porcentaje de 101, 65% con respecto al voltaje
nominal, y en demanda mínima de 6304 V o 100,07%; los niveles de voltaje de servicio
en los usuarios, del primer transformador que está en el tap de 0% y en el último
transformador que está en el tap de -2,5%, fueron:
Tabla 4-8: Niveles de voltaje servicio caso alimentador 7_B.
USUARIO Primer Transformador, tap 0% Último Transformador, tap -2,5%
A B C D
DEMANDA Voltaje Porcentaje Voltaje Porcentaje Voltaje Porcentaje Voltaje Porcentaje
MÁX 116,7 97,3% 103,8 86,5% 115,5 96,3% 105,8 88,2%
MÍN 118,4 98,7% 109,7 91,3% 121 100,8% 116,9 97,4%
La posición del cambiador de taps en el primer transformador actualmente está en la
posición nominal, aunque está eléctricamente más cercano que cualquier otro
transformador en el alimentador a la S/E, los niveles de voltaje de servicio obtenidos en
los usuarios más alejados están por debajo del límite de la Escala B por este motivo se
analizó el caso cuando en la S/E se tenga en la barra de salida un nivel de voltaje de
105% en el período de demanda máxima y 100,5% en demanda mínima, y con los
cambios al tap de -2,5% y -5%; por otro lado en el último transformador en los usuarios
más alejados los niveles de voltaje de servicio obtenidos están dentro de la Escala B, y
se analizó en el caso del cambio al tap de -5%; a continuación se presenta los niveles
de voltaje de servicio obtenidos con las condiciones mencionadas y el cambio de taps
en los transformadores:
125
Tabla 4-9: Niveles de voltaje servicio caso alimentador 7_B con cambio de taps.
USUARIO Primer Transformador -2,5% Primer Transformador -5% Último Transformador -5%
A B A B C D
DEMANDA V % V % V % V % V % V %
MÁX 123,7 103,1% 110,8 92,3% 126,7 105,6% 113,8 94,8% 122,5 102,1% 112,9 94,1%
MÍN 122 101,6% 113 94,2% 125 104,1% 116 96,7% 124,5 103,7% 120,4 100,3%
De todas las tablas anteriores se observa que los niveles de voltaje de servicio en los
usuarios pueden ser regulados con el cambio de taps de los transformadores de
distribución.
La selección del tap en un transformador de distribución depende de dos aspectos
importantes, la caída de voltaje que existe a lo largo del alimentador primario, esta
caída debe ser compensada por los taps ya que permiten ajustarse a un voltaje más
bajo diferente del voltaje nominal. Se podría compensar la caída de voltaje en las redes
secundarias, pero existen usuarios conectados en el mismo nodo del transformador o
muy próximos, corriendo el riesgo de superar los límites de la Escala A.
La flexibilidad que proporciona el cambiador de taps a la asignación de caída de voltaje
en el alimentador primario y al transformador de distribución, está en función de las
posiciones que este tenga y el porcentaje que compensen; con cambiadores de taps
descritos en las normas de la EEQ, en configuración de ±2X2,5%, la flexibilidad dada
por este mecanismo debe ser de +2,5% y -2,5%, ya que las posiciones de +5% y -5%
controlan los taps más bajos, pero puede existir el riesgo de sobrepasar los límites
recomendados de la Escala A.
La caída de voltaje puede aumentar en los transformadores de distribución durante los
períodos de demanda máxima o picos de demanda; tomando como referencia el libro
“Electrical Transmission and Distribution Reference Book” [3] la caída de voltaje
asignada en esta propuesta es de 2,0%; y la flexibilidad de caída de voltaje que se
obtiene con los taps en el alimentador primario es de 2,5%.
126
Por lo anterior la asignación de las caídas de voltaje en los componentes del sistema
con el uso de los taps en vacío de los transformadores de distribución son como se
muestra en la siguiente Tabla:
Tabla 4-10: Asignación de caídas de voltaje en los componentes del sistema con regulación de voltaje en la S/E, y el uso de los taps en vacío de los transformadores de distribución.
Componentes del Sistema
de Distribución
Alimentador
URBANO RURAL
Caída de Voltaje Caída de Voltaje
Primario 6,0 % 6,5 %
Transformador 2,0 % 2,0 %
Red Secundaria 3,5 % 3,0 %
Acometida 1,0 % 1,0 %
TOTAL 12,5 % 12,5 %
Tabla 4-11: Asignación de caídas de voltaje en los componentes del sistema sin regulación de voltaje en la S/E, y el uso de los taps en vacío de los transformadores de distribución.
Componentes del Sistema de
Distribución
Alimentador
URBANO RURAL
Caída de Voltaje Caída de Voltaje
Sistema de Subtransmisión 1,0 % 1,0 %
Primario 5,5 % 6,0 %
Transformador 2,0 % 2,0 %
Red Secundaria 3,0 % 2,5 %
Acometida 1,0 % 1,0 %
TOTAL 12,5 % 12,5 %
Con estas asignaciones de voltaje para cada uno de los componentes del sistema, el
objetivo principal es permanecer dentro de la Escala A de servicio, por lo tanto los
niveles de voltaje de servicio que provee la EEQ estarán dentro de los límites y serán
los adecuados.
127
CAPÍTULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1. CONCLUSIONES
· Sobre la base del análisis realizado en este estudio, para la Empresa
Eléctrica Quito S.A. (EEQ), se concluye que es necesario mantener el
voltaje en las barras de las subestaciones que cuenten con regulador bajo
carga, hasta un 106% teniendo en el primer usuario un voltaje de utilización
en 105%, para de esta manera permitir una caída de voltaje de hasta 3,5%
en las redes de media tensión, 2% en el transformador de distribución, 3,5%
en la red secundaria y 1% en la acometida, obteniendo así una asignación
de caídas de voltaje en los componentes del sistema de ±5%, que se ajusta
a lo que la norma ANSI C84.1 recomienda.
· Cuando se aprovecha la regulación en vacío de los taps de los
transformadores de distribución el margen de asignación de caída de voltaje
que se puede aplicar a la red de media tensión se amplía en el caso de
alimentadores urbanos con regulación de voltaje en la S/E a 6%; en
alimentadores rurales con regulación de voltaje en la S/E a 6,5%.
· En subestaciones que no tengan regulación de voltaje de barra es necesario
la conexión de bancos de capacitores en horas pico para de esta manera
regular el voltaje a un nivel máximo de 106%, obteniendo una caída de
voltaje en el sistema de subtransmisión de 1%, la red de media tensión 3%,
el transformador de distribución 2%, la red secundaria 3% y la acometida del
usuario 1%, teniendo ±5% de variación de voltaje que se ajusta a lo que la
norma ANSI C84.1 recomienda.
128
· Con el aprovechamiento de la regulación en vacío de los taps de los
transformadores de distribución el margen de asignación de caída de voltaje
que se puede aplicar a la red de media tensión se amplía en el caso de
alimentadores urbanos sin regulación de voltaje primaria en la S/E a 5,5%;
en alimentadores rurales sin regulación de voltaje primaria en la S/E a 6,0%.
· En el estudio se demostró que los taps -5% y+5% aumentan el riesgo de
tener voltajes de utilización excesivos o muy bajos en los usuarios. Su
utilización debe ser estudiado, dependiendo de la distancia eléctrica con
respecto a la barra de media tensión de la S/E.
· Los cambiadores de taps con relación -10% no deben ser instalados al inicio
del alimentador primario, su funcionalidad se ve limitada con respecto
distancia eléctrica a la barra de media tensión de la S/E dando paso a
problemas técnicos.
· En lo que respecta a variaciones de voltaje, las reglas deberían sustentarse
en la norma ANSI C84.1, donde la Escala A define la variación de voltaje de
utilización y la variación de voltaje de servicio para cada voltaje nominal del
sistema y las tolerancias de operación, en condiciones normales de
operación. Los límites en esta norma se establecieron procurando un
equilibrio entre lo que puede lograr el operador del sistema eléctrico y las
necesidades del usuario.
· La base para lograr las conclusiones señaladas es la selección de los
alimentadores primarios que representan las características existentes de
alimentadores urbanos y rurales, con y sin regulación de voltaje en las
subestaciones de la EEQ, siendo el usuario más cercano y más alejado a la
S/E, los puntos adoptados de referencia para el análisis.
129
5.2. RECOMENDACIONES
· Se necesita que el Consejo Nacional de Electricidad CONELEC considere la
experiencia internacional en este tema, siendo la norma ANSI C84.1 un pilar
en el mejoramiento de la calidad del servicio eléctrico en el Ecuador.
· El apoyo a las Unidades que se encargan de la evaluación, análisis y
procesamiento de la información sobre la calidad de servicio eléctrico en las
empresas eléctricas de distribución debe ser permanente, dando el ejemplo
a aquellas empresas eléctricas de distribución que no disponen del recurso
humano-técnico.
· La evaluación de las redes depende de información veraz y real, es por este
motivo que se debe administrar óptimamente los recursos, la información de
las redes y transformadores debe ser actualizada y monitoreada.
· Varias técnicas de regulación de voltaje hoy en día avanzan de la mano con
la tecnología, es por ello que se recomienda permanecer informado
continuamente sobre las innovaciones en lo que al tema concierne.
· Este trabajo dispone de una metodología para evaluar el producto eléctrico
en lo que a niveles de voltaje se refiere, de manera que puede servir de
referencia o ayuda técnica.
· El cambio de calibre de conductores en la red secundaria del primer
transformador en estudio en la calles Cumanda y la Libertad del alimentador
primario 7_B, es necesario ya que existen bajos niveles de voltaje por
cargas eléctricas grandes, que podrían ocasionar pérdidas materiales en los
usuarios.
· Es necesario establecer por parte de las empresas de distribución una
política del nivel de carga que los transformadores de distribución pueden
operar.
130
BIBLIOGRAFÍA
131
[1]. American National Standards Institute, “Electric Power System and Equipment
Voltage Rating (60 Hz)”, ANSI C84.1-1995.
[2]. Muyulema, Darío, “Análisis de la Regulación 004-01 Referido al Nivel de Voltaje
como parte de la Calidad del Servicio Eléctrico” Tesis Escuela Politécnica Nacional,
[3]. Westinghouse Electric Corporation, “Electrical Transmission and Distribution
Reference Book”, Fourth Edition, 1950.
[4]. Marco Legal y Regulatorio del Sector Eléctrico Ecuatoriano: Ley de Régimen del
Sector Eléctrico Ecuatoriano, Reglamento del Suministro de Electricidad, Regulación
No CONELEC 004-01 (Calidad del Servicio Eléctrico de Distribución).
[5]. IEEE, “Recommmended Practice for Electrica Power Distribuction for Industrial
Plants”, Red Book, Std 141-1993.
[6]. Short, Thomas Allen, “Electric Power Distribution Equipment and Systems”, CRC
2006.
[7]. EEQSA, “Normas para Sistema de Distribución”, Parte A, Guía para Diseño, 2009.
[8]. EEQSA, “Normas para Sistema de Distribución”, Parte C, Especificaciones técnicas
de equipos y materiales, 2009.
[9]. Poveda, Mentor, “Cátedra Planificación de Sistemas de Distribución”, Escuela
Politécnica Nacional, Quito.
[10]. Salazar, Gabriel, “Cátedra Calidad de Energía Eléctrica”, presentación Power
Point, Escuela Politécnica Nacional, 2008.
[11]. Santoso, Surya,” Electrical Power Systems Quality”, McGraw-Hill Professional,
2009
[12]. International Standard “Tap-Changers, Performance requirements and test
methods”, IEC 60214-1 First Edition 2003-02.
[13]. International Standard “Tap-Changers, Application Guide”, IEC 60214-2 First
Edition 2003-02.
[14]. Maschinenfabrik Reinhausen, “Instrucciones de Servicio: Regulador de tensión
TAPCON® 230”, 2009.
[15]. Fink Donald and H. Wayne Beaty, “Standard Handbook for Electrical Engineers”,
McGraw-Hill Professional, Publication Date: 2006-08-25.
132
ANEXOS
· ANEXO 1 DIAGRAMA UNIFILAR DEL SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN DE LA EEQ 2010
· ANEXO 2 ANEXOS DE LA NORMA ANSI C84.1-1995
· ANEXO 3 ANALIZADORES DE CALIDAD DE ENERGÍA DE LA EEQ
· ANEXO 4 LAS CURVAS CBEMA y ITI
· ANEXO 5 ALIMENTADOR PRIMARIO URBANO 15_B
· ANEXO 6 ALIMENTADOR PRIMARIO RURAL 19_B
· ANEXO 7 ALIMENTADOR PRIMARIO URBANO 7_B
· ANEXO 8
REPORTE DE LAS CAÍDAS DE VOLTAJE EN LOS ALIMENTADORES PRIMARIOS DE LA EEQ
ANEXO 1
DIAGRAMA UNIFILAR DEL SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN DE
LA EEQ 2010
S/E
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10)
ANEXO 2
ANEXOS DE LA NORMA ANSI C84.1-1995
ANEXO 2.1. Principales conexiones de los transformadores de distribución (Tabla 1-1)
Figura A
Notas: a) Los diagramas de encima muestran la conexión del bobinado secundario de un
transformador para proporcionar los voltajes nominales del sistema de la tabla 1. Los sistemas de más de 600 voltios son normalmente trifásicos suministrados por las conexiones (3), (5) bajo tierra o (7). Sistemas de 120 – 600 voltios puedes ser monofásicos o trifásicos, y todas las conexiones mostradas pueden ser usadas para alguna parte de algunos sistemas en este rango de voltaje.
b) Los sistemas trifásicos de tres conductores pueden ser conectados sólidamente a tierra, a través de la impedancia conectada a tierra, o sin conexión a tierra, pero no son recomendables para conectar a cargas de fase a neutro (como en el caso de 4 hilos).
c) En la conexión (5) y (6) delta abierto pueden ser conectado en el punto medio de un bobinado como es mostrado (si está disponible), a una fase de un conductor (“un extremo aterrado”) u omitir completamente (sin conexión a tierra).
d) Servicios monofásicos y cargas monofásicas pueden ser alimentados por sistemas monofásicos o desde sistemas trifásicos. Ellos son conectados fase a fase cuando el suministro es trifásico, sistemas a tres hilos y también fase a fase o fase a neutro para sistemas trifásicos a cuatro hilos
(1)DOS CONDUCTORES
(2)TRES CONDUCTORES
NEUTRO
SISTEMAS MONOFÁSICOS
(3)Y
SISTEMAS TRIFÁSICOS NOTA (b)
(4)T
(5)DELTA
NOTA (C)
(6)DELTA ABIERTO
NOTA (C)
(7)Y
SISTEMAS TRIFÁSICOS CUATRO CONDUCTORES
(8)T
(9)DELTA
(10)DELTA ABIERTO
NEUTRO NEUTRO
NEUTRO
NEUTRO
ANEXO 2.2. Ilustración de las Escalas de Voltaje de la Tabla 1-1
La Figura B muestra la base de las Escalas A y Escalas B límites de la Tabla 1-1. Los límites en la Tabla 1-1 donde fueron determinados multiplicando los limites mostrados en este cuadro por la relación de cada voltaje nominal del sistemas de 120 voltios base. [Para las excepciones observe la nota (d) de la Figura B.]
Figura B
Notas: a) Estas partes sombreadas de las Escalas no se aplican a los circuitos que alimentan cargas
de alumbrado. Véase la nota 1 de la Tabla 1-1. b) La porción sombreada de la escala no es aplicables a sistemas 120–600 voltios. Véase la
nota (c) de la Tabla 1-1. c) La diferencia entre el voltaje de servicio mínimo y el voltaje mínimo de utilización tiene
como finalidad de permitir la caída de voltaje en las instalaciones del cableado del usuario. Esta diferencia es mayor para el servicio en más de 600 voltios permitiendo una caída de voltaje adicional en las transformaciones de voltaje de servicio y voltaje de utilización.
d) El voltaje límite de la Escala B en la Tabla 1-1 para sistemas de 6900 voltios y 13800 voltios es 90% y 100% de la escala de voltaje de los motores estándar que se utiliza en estos sistemas, desviándose ligeramente de esta figura.
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124
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VOLTAJES NOMINALESDEL SISTEMAS
ESCALA A ESCALA B
(b)
(a)
(a)
ANEXO 2.3. Escalas de voltaje de utilización para equipos eléctricos, 60 Hz
En las Tablas C1 y C2 solamente se enlistan equipos por categoría representativos, porque debido al gran número de actuales y futuros equipos es imposible cubrirlos a todos.
Tabla C1: Lámparas, balastos y varios aparatos EQUIPO Aplicable a todos los sistemas nominales
que contengan este voltaje(s) Voltaje de placa del
Equipo Dispositivos de Iluminación Lámparas incandescentes
Accesorios y balastos para lámparas f luorescentes
y lámparas de alta presión de vapor [Notas (a) y (b)]
120 120 208 240 277 480
120 120 208 240 277 480
Aparatos con accionamiento de un motor (c) Secador de cabello
Relojes Secadores de ropa
Ventiladores Procesadores de cocina
Eliminadores de residuos de alimentos
Cronómetros Aspiradoras Lavadoras
Ropa Vajilla
120 120
120/240, 240/120, 208Y/120
120
120 120
120/240 120 120
115
120 120 115 115
Aparatos de comunicación Proyectores, silencio y sonido
Pequeños Grandes
Fonógrafos
Radios Grabadores de video
Televisiones
120 120/240,240/120
208Y/120
120
120 120/240 120/208
120
Calefacción y aparatos de cocción Mantas
Aparatos de cocina, mesa y mostradores Hogar-pequeños Hogar-grandes
Comercial-pequeños
Comercial-grandes
120
120
240 208 480
120
120
240 208 480
Calentadores de aire portátil Almohadillas térmicas
Planchas Soldadoras de mano Rangers-tipo hogar
120
120//240,240/120 208Y/120
120 120
120 120
120/240 120/208 120/240
Calentadores de agua Tanque-pequeño Tanque-grande
120 240 240 280
240 280
Notas: a) El sistema de encendido que incorpora dos conductores sin conexión a tierra para el servicio puede
requerir balastos especiales y auxiliares.
b) Algunos balastos están clasificados para el uso en más de un sistema de voltaje por el uso de taps o múltiples bobinados.
c) Se debe poner en consideración que en condiciones de emergencia en los sistemas eléctricos, se puede tener los voltajes por debajo de la Escala B de la tabla 2. Esto debe tenerse en cuenta especialmente en el diseño de los aparatos accionados por un motor eléctrico, el arranque automático y en la aplicación de control de motores.
Tabla C2: Calefacción, Refrigeración y aire acondicionado
EQUIPO FASE
Aplicable a todos los sistemas
nominales que contengan este
voltaje(s)
Voltaje de placa del Equipo
Hornos de petróleo y gas, unidades de bobinados de fracción de hp Fogoneros Refrigeradoras y congeladores Acondicionadores de aire
1
1 1 1
120 240 120 120 120 208 240
208,240
115 230 115 115 115
208, (200)* 230
208/230¤, (200/230)*¤ Acondicionadores unitarios de aire y bombas de calor Motores compresores Unidades de condensación Equipos de refrigeración por agua Ventiladores integrales hp Conductos y auxiliares eléctricos de calefacción para unidades de aire acondicionado y bombas de calor
1 y 3 1 y 3 1 y 3
1 3 3
208 240
208, 240 277 480 600
208, (200)*
230 208/230¤,(200/230)*¤
265 460 575
Hornos eléctricos 1 y 3 3
240 208 120
230 208, (200)*
120 Calefacción para confort
1
208 240 277
208 240 277
Refrigeradores de agua potable y enfriado
1 120 115
Deshumidificadores 1 120 115
*Los valores entre paréntesis se están considerando para un futuro diseño.
Para los propósitos de este anexo, el termino equipo de mando se usa en el sentido general e incluye algunos tipos de equipos clasificados “switchgear”. Para aplicaciones estándar obsérvese Anexo 2.4.
Los voltajes nominales de motores monofásicos, trifásicos y dispositivos de control son mostrados en la Tabla C3, los que satisfacen a los valores nominales del sistema indicado. Generalmente debe entenderse que los motores con estos valores nominales serán considerados como convenientes para el uso ordinario en su sistema correspondiente, por ejemplo, un motor a 230 voltios es adecuado para ser instalado en un sistema de 240 voltios nominales. El funcionamiento de motores 230 voltios en sistemas de 208 voltios no se
recomienda porque el voltaje de utilización normalmente estará por debajo del -10% de la tolerancia del voltaje nominal para el que el motor se diseñó.
Apéndice
Las medidas convenientes por lo fabricantes y empresas de distribución, deben de indicar al usuario que el equipo está diseñado para ser utilizado cuya conexión al voltaje nominal del sistema está asociada, pero puede tanto ser numéricamente igual a la placa del equipo de voltaje, por ejemplo, un motor y su control nominal de 230 voltios está diseñado para utilizarse en un sistema de 240 voltios.
Cabe señalar que el buen funcionamiento de un motor en bajas condiciones de funcionamiento no necesariamente significa que será capaz de arrancar y acelerar todas las cargas a las que podría estar sometido a estas mismas condiciones de funcionamiento.
Hay que reconocer que los motores síncronos, especialmente aquellos de factor de potencia de 0,8, son fuentes de poder reactivo y consecuentemente pueden incrementar el voltaje en sus terminales a valores más altos que los experimentado por los motores de inducción en condiciones similares.
Tabla C3: Motor y equipos de control de motores
Voltaje nominal del sistema
Voltaje nominal de placa Potencia Total Potencia fraccionaria
Trifásico Monofásico Trifásico Monofásico 120 - 115 - 115 208 200 - 200 - 240 230 230 230 230 480 460 - 460 - 600* 575 - 575 - 2400 2300 - - - 4160 4000 - - - 4800 4600 - - - 6900 6600 - - - 13800 13200 - - -
*Ciertos casos de equipo de control y protección disponibles tienen un límite de voltaje máximo de 800 voltios. El fabricante y la empresa de energía o ambos deberían ser consultados para asegurar una aplicación propia.
ANEXO 2.4. Normas aplicables
Listado de normas
Lo siguiente es una lista parcial de las normas (de un número general) de los equipos para los cuales se puede obtener las escalas de voltaje y otras características.
Equipo Norma* Aire acondicionado y refrigeración tensiones equipo de la placa de identif icación ARI 110
Equipos de aire del f iltro ARI 680
Compresores y compresores de amoniaco ARI 510
Aplicación, instalación y mantenimiento de sistemas unitarios ARI 260
Máquina automática para hacer hielo comercial ARI 810
Cable se da por concluido dispositivos (alimentación) IEEE 48
Central de aire a presión del equipo de calefacción eléctrica ARI 280
Unidades-estación central de tratamiento de aire ARI 430
Conectores para aplicaciones de servicios eléctricos ANSI C119. 1
Contactores magnéticos ARI 780
Deshumidif icadores ANSI/AHAM DH-1
Instrumentos eléctricos de medida ANSI C39 Series
Aisladores eléctricos de potencia ANSI C29 Series
Medición de la energía ANSI C12 Series
Circulación forzada, refrigeradores de libre prestación de aire para la refrigeración ARI 420
Hornos de gas con combustible ANSI Z21 Series
Aparatos de control industrial ANSI/NEMA ICS Series
Los conductores aislados ANSI/NFPA 70 Lámparas AEIC Series
Bactericida lámparas ICEA Series Lámpara de descarga eléctrica ANSI C78 Series
Las lámparas incandescentes
Lámpara balastos ANSI C82 Series
Fusibles de baja tensión
Disyuntores dee baja tensión en caja moldeada
Las unidades de transporte mecánico de refrigeración ANSI/NEMA FU 1
Hornos de aceite encendido NEMA AB 1
Empaquetado acondicionadores de terminal aérea ARI 1110
Compresores de desplazamiento positivo de refrigerante y de condensación CS 195
Potencia de conmutación ARI 310
Automática reconectadores ANSI/ARI 520
Seccionadores de línea automático ANSI C37 Series Condensador interruptores ANSI C37 Series Distribución de fusibles limitadores de corriente ANSI C37 Series Recortadores de distribución y fusibles ANSI C37 Series Distribución del aire encerrado interruptores unipolares ANSI C37 Series Recortadores de distribución de petróleo y fusibles ANSI C37 Series Fusibles de desconexión ANSI C37 Series Interruptores de aire de alto voltaje ANSI C37 Series
Manual y control automático de emisoras ANSI C37 Series Interruptores de potencia ANSI C37 Series Fusibles de potencia ANSI C37 Series Relevadores y sistemas de relevadores ANSI C37 Series
Equipo Norma* Fusibles secundarios ANSI C37 Series Equipos de vigilancia y de telemedida asociados ANSI C37 Series Sw itchgear asambleas incluyendo metal cerrados de barra ANSI C37 Series Sable paquetes de refrigeración de agua ANSI/ARI 590
vehículo de recreo equipos de aire acondicionado ARI 250
Remoto mecánica proyecto de refrigerante condensadores enfriados por aire ARI 460
Acondicionadores de aire ANSI/AHAM RAC-1
Sala de fan-coils de aire acondicionado ARI 441
Las máquinas eléctricas rotativas
Motores de inducción AC
Generadores síncronos de rotor cilíndrico ANSI C50 Series and Saliente polo generador sincrónico y condensadores NEMA MG 1 Los motores síncronos
Universal de los motores ANSI/ARI 620
Autónomos de humidif icadores ANSI/ARI 1010
Autónomos mecánicamente enfriadores refrigerados de agua potable ANSI/IEEE 18
Condensadores de potencia
Electroválvulas para el f lujo de líquidos y gaseosos ARI 760
conversión de energía estática equipos ANSI C34
Surge pararrayos ANSI C62.61 & NEMA LA 1
Transformadores, reguladores y reactores
Arco transformadores de horno de
transformadores de corriente constante
Reactores limitadores de corriente
Los transformadores de distribución, de tipo convencional del metro
Tipo seco
Instrumento de transformadores ANSI C57 Series
Transformadores de fuerza ANSI/NEMA ST 20
Rectif icador transformadores
transformadores de la red secundaria
Especialidad
tensión de paso y el voltaje de inducción-reguladores
Tres fases de carga, tac, cambio de transformadores
Unidad de ventiladores ARI 330
equipos de aire acondicionado Unitaria ARI 210
Comercial y equipo industrial unitaria de aire acondicionado ANSI/ARI 360
equipo unitario bomba de calor ARI 240
Cableado de dispositivos ANSI C73 Series
* Observar lista de organizaciones en el Anexo 2.5
ANEXO 2.5. Organizaciones mencionadas
A. AEIC (The Association of Edison Illuminating Companies)
Fundada por Thomas Edison y sus colaboradores, AEIC es una de las más antiguas
asociaciones de la industria de la energía eléctrica. Fomenta la investigación y el
intercambio de información técnica a través de una estructura de comités, que constará
con expertos de la gestión de las empresas miembros. AEIC comisiones de intercambio
de información, ideas y soluciones para tener éxito en la siempre cambiante industria
eléctrica, también proporciona gran valor a la literatura sobre investigación de carga y
especificaciones de cable subterráneo.
B. ANSI (American National Standards Institute)
El Instituto Nacional Estadounidense de Estándares es una organización sin ánimo de
lucro que supervisa el desarrollo de estándares para productos, servicios, procesos y
sistemas en los Estados Unidos. La organización también coordina estándares del país
estadounidense con estándares internacionales, de tal modo que los productos de
dicho país puedan usarse en todo el mundo. Por ejemplo, los estándares aseguran que
la fabricación de objetos cotidianos, como pueden ser las cámaras fotográficas, se
realice de tal forma que dichos objetos puedan usar complementos fabricados en
cualquier parte del mundo por empresas ajenas al fabricante original. De éste modo, y
siguiendo con el ejemplo de la cámara fotográfica, la gente puede comprar carretes
para la misma independientemente del páis donde se encuentre y el proveedor del
mismo. En 1918, cinco sociedades dedicadas al mundo de la ingeniería y tres agencias
gubernamentales fundaron el Comité Estadounidense de Estándares para la Ingeniería
(en inglés AESC: American Engineering Standards Committee). Este comité se convirtió
más tarde en el año 1928 en la Asociación de Estándares Estadounidense (en inglés
ASA: American Standards Association). En 1966, ASA sufrió una reorganización para
convertirse en el Instituto de Estándares de los Estados Unidos de América (en inglés
USASI: the United States of America Standards Institute). El nombre tal cual lo
conocemos actualmente fue adoptado en 1969. Esta organización aprueba estándares
que se obtienen como fruto del desarrollo de tentativas de estándares por parte de otras
organizaciones, agencias gubernamentales, compañías y otras entidades.
C. IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers)
Es una asociación técnico-profesional mundial dedicada a la estandarización, entre
otras cosas. Es la mayor asociación internacional sin ánimo de lucro formada por
profesionales de las nuevas tecnologías, como ingenieros electricistas, ingenieros en
electrónica, científicos de la computación, ingenieros en informática, ingenieros en
biomédica, ingenieros en telecomunicación e ingenieros en mecatrónica. Su creación se
remonta al año 1884, contando entre sus fundadores a personalidades de la talla de
Thomas Alva Edison, Alexander Graham Bell y Franklin Leonard Pope. En 1963 adoptó
el nombre de IEEE al fusionarse asociaciones como el AIEE (American Institute of
Electrical Engineers) y el IRE (Institute of Radio Engineers). A través de sus miembros,
más de 380.000 voluntarios en 175 países, el IEEE es una autoridad líder y de máximo
prestigio en las áreas técnicas derivadas de la eléctrica original: desde ingeniería
computacional, tecnologías biomédica y aeroespacial, hasta las áreas de energía
eléctrica, control, telecomunicaciones y electrónica de consumo, entre otras.
Mediante sus actividades de publicación técnica, conferencias y estándares basados en
consenso, el IEEE produce más del 30% de la literatura publicada en el mundo sobre
ingeniería eléctrica, en computación, telecomunicaciones y tecnología de control,
organiza más de 350 grandes conferencias al año en todo el mundo, y posee cerca de
900 estándares activos, con otros 700 más bajo desarrollo.
D. NEMA (National Electrical Manufacturers Association)
es una asociación industrial norteamericana, creada el 1 de septiembre de 1926 tras la
fusión de la Associated Manufacturers of Electrical Supplies (Fabricantes de
Suministros Eléctricos Asociados) y la Electric Power Club (Club de Potencia Eléctrica).
Este organismo es el responsable de numerosos estándares industriales comunes
usados en el campo de la electricidad. Entre otros, la NEMA ha establecido una amplia
gama de estándares para encapsulados de equipamientos eléctricos, publicados como
NEMA Standards Publication 250.
El objetivo fundamental de NEMA es promover la competitividad de sus compañías
socias, proporcionando servicios de calidad que impactarán positivamente en las
normas, regulaciones gubernamentales, y economía de mercado.
E. CENELEC (Comité Européen de Normalisation Ėlectrotechnique)
El Comité Europeo de Normalización Electrotécnica – CENELEC, tiene el propósito de
armonizar la normalización europea en acuerdo con la Unión Europea, y está
conformada por delegados de los comités electrotécnicos de 18 países europeos y
trabaja con personal técnico tanto de la Unión Europea como de la “European Free
Trade Association.”.
En el año 1989 el CENELEC y la IEC suscribieron el Acuerdo de Luga no, el cual fue
ratificado por el Acuerdo de Dresden, aprobado en Alemania en 1996, por medio de los
cuales se permite la planificación conjunta y la votación paralela de los trabajos de
estas dos organizaciones normativas, acordando principalmente adoptar las normas
internacionales, utilizar racionalmente los recursos de manera que el contenido técnico
de las normas esté basado en el nivel internacional y acelerar el proceso de
preparación de las normas de manera que se dé respuesta a las necesidades del
mercado.
F. AHAM (Association of Hiome Appliance Manufacture)
G. AMCA (Air Movement and Control Association)
H. ARI (Air Conditioning and Refrigeration Institute)
I. CS (Commercial Standards)
J. IBR (Institute of Boiler and Radiator Manufactures; Hydronics Institute)
K. ICEA (Insulated Cable Engineers Association)
ANEXO 3
ANALIZADORES DE CALIDAD DE ENERGÍA DE LA EEQ
1. ANALIZADOR FLUKE 1744
Registrador de Calidad de Energía Eléctrica Trifásico FLUKE 1744
El registrador monitoriza la calidad de la potencia y localiza perturbaciones en redes de distribución en bajo y medio voltaje. Mide un máximo de 3 voltajes y 4 corrientes. Los valores registrados se guardan en los períodos secuenciales de promediación elegidos. Los valores medidos pueden evaluarse grafica o numéricamente con el software PQ Log.
Características principales
· Registro y análisis de voltaje, corriente, flicker, armonicos, y factor de potencia · Rango de voltaje de alimentación: 88-660 V CA o 100-350 V CC, 50Hz / 60 Hz, 600 V · Sonda flexible de 15/A 150A/ 1500A/ 3000A · Configurable para mediciones de redes monofásicas y trifásicas · Memoria de 8 MB · Carcasa totalmente aislada · Se conecta al computador por puerto RS-232 · Software FLUKE PQ Log para programación, adquisición, y análisis incluido · Peso 2 Kg
Los valores medidos se guardan como valores promediados a lo largo de los periodos seleccionados por el usuario. Los parámetros y funciones de registro:
· Voltaje eficaz de cada fase (media, mín, máx)
· Corriente eficaz de cada fase y neutra (media, mín, máx) · Eventos de voltaje (caídas, subidas, interrupciones) · Potencia (kW, kVA, kVAR, factor de potencia PF, tangente de potencia) · Energía, energía Total · Flicker (Pst, Plt) · THD del voltaje · THD de la corriente · Armónicos de voltaje hasta el 50o orden (no incluidos en la función P) · Interarmónicos de voltaje(no incluidos en la función P) · Voltaje de señalización de la red eléctrica · Desequilibrio · Frecuencia
Registrador de calidad de potencia 1744/1743 – Vista Frontal
1. Cables de alimentación y cables de prueba para la medición de la tensión de tres
fases más neutro. 2. Puerto de interfaz RS232. 3. START/STOP 4. Indicadores LED de canales. 5. Indicador LED de estado de la alimentación. 6. Conector para juego flexible o pinzas amperimétricas. 7. Indicador LED de estado de registro.
CONEXIONES DEL REGISTRADOS FLUKE 1744/1743
§ Conexiones en sistemas trifásicos de 4 hilos (en estrella)
La siguiente figura muestra las conexiones para sistemas de registro trifásico de 4 hilos (en estrella):
Registro en un sistema trifásico de 4 hilos (en estrella)
§ Conexiones en sistemas trifásicos de 3 hilos (en triángulo)
La siguiente figura muestra las conexiones para sistemas de registro trifásico de 3 hilos (en triángulo):
Registro en un sistema trifásico de 3 hilos (en triángulo)
§ Conexiones para el registro monofásico
La siguiente figura muestra las conexiones para sistemas de registro monofásico:
Conexiones monofásicas
§ Conexiones para redes de medio voltaje
En un sistema trifásico de 3 hilos (en triángulo) con tres convertidores de voltaje y tres transformadores de corriente separados, el registrador puede medir fase-fase (P-P, en triángulo) o fase-neutro (P-N, estrella).
Medición de voltaje trifásico en un sistema de 3 hilos
(en triángulo) con tres convertidores de voltaje
2. ANALIZADOR TOPAS 1000
Registrador de calidad de Energía Eléctrica TOPAS 1000
· Analizador con 8 canales de entrada a 16 bits (4 corriente/4 voltaje ó 8 de voltaje),
interface serie RS232, ethernet, disco duro 1 GB, IP65. Incluyendo: 1 cable RS232, 1
cable ethernet, 1cable de alimentación y el software apropiado.
· Función Trigger. El nivel del trigger puede ser seleccionado manualmente o
automáticamente (3 sec), análisis de 4 canales de tensión y 4 de corriente, análisis de 8
canales de tensión, armónicos, THD.
· Función de análisis de transitorios-10 Mhz. Análisis de 4 canales de tensión, frecuencia
de muestreo 100 kHz-10 MHz, rango de tensión 6 kV., tiempo de registro por evento 20
ms-2 s.
· 1 Modem GSM para Topas 1000, que ofrece la posibilidad de comunicar sin hilos con el
TOPAS 1000, sin importar donde se encuentre el equipo. Incluye: 1 modem GMS, 1
alimentador, 1 cable RS232 y 1 antena.
· 4 transformadores de corriente tipo pinza: 5-50 A.
· 4 transformadores de corriente tipo pinza: LEMFLEX 10-1000 A, 600 V.
· 1 transformadores de corriente tipo pinza: 10-100 A.
· 4 sensores de tensión 400 V con conexiones.
· 1 cables paralelo para conexión al ordenador.
· 2 cables de comunicación (uno rojo y otro negro).
· Peso de 4Kg
CONEXIÓN DEL REGISTRADOR TOPAS 1000
§ Conexiones en sistemas trifásicos de 4 hilos (en estrella)
Las conexiones del TOPAS 1000 pueden variar según el tipo de sistema a medirse, a continuación se muestra la conexión para sistemas de registro trifásico de 4 hilos (en estrella)
Registro en un sistema trifásico de 4 hilos (en estrella)
3. ANALIZADOR FLUKE 435
Analiza los problemas de calidad eléctrica de forma más rápida, segura y detallada. Estas herramientas ofrecen la capacidad necesaria para analizar todos los parámetros, eventos relacionados con la energía o anomalías eléctricas de forma más rápida, segura y detallada que nunca. Los analizadores de calidad eléctrica trifásicos 435 y de Fluke ayudan a localizar, predecir, prevenir y solucionar problemas en sistemas de distribución e instalaciones eléctricas trifásicas. Estas herramientas portátiles de fácil uso cuentan con capacidad necesaria para analizar todos los parámetros, eventos relacionados con la energía o anomalías eléctricas de forma más rápida, segura y detallada que nunca. Los analizadores de calidad eléctrica trifásicos 435 y 434 de Fluke ayudan a localizar, predecir, prevenir y solucionar problemas en sistemas de distribución e instalaciones eléctricas trifásicas.
Registrador de medición FLUKE 435
Características principales
· Registro y análisis grafico de voltaje, corriente, flicker, armónicos y factor de potencia. · Rango de tensión de entre 50…500 V interna dividida en tres rangos 500 V, 250 V y 125
V y una tensión pico de 6kV. · Sonda flexible 30- 3000A. · Configurable para mediciones de redes monofásicas y trifásicas. · Memoria de 8 MB. · Carcasa totalmente aislada. · Se conecta al computador por un puerto óptico RS-232. · Software FLUKE PQ Log para programación, adquisición, y análisis incluido. · 4 (3 fases + neutro) acopladas en continua para voltaje y corriente. · Peso de 2Kg
4. ANALIZADOR MEMOBOX 300
El analizador de redes MEMOBOX 300 monitorea la calidad de voltaje, investiga perturbaciones y optimiza las redes de bajo y medio voltaje. Existen tres diferentes modelos para cubrir los requerimientos de los usuarios: Voltaje monofásico, voltaje trifásico, voltaje trifásico y potencia.
Características principales
· Registro y análisis de voltaje, corriente, y factor de potencia. · Rango de voltaje: 115 - 830 V. · Transductores de Corriente LEM-flex (fijos), rango: 5 - 1500 A.
· Configurable para mediciones de redes 3 hilos Delta o 4 hilos Estrella. · Valores Min y Max de voltaje, corriente, y potencia ajustable desde 8 m seg / 60 Hz. · Disminuciones de voltaje, sobrecargas, e interrupciones ajustables desde 8 m seg. · Mediciones de Flicker según norma IEC 61000-4-15. · Se conecta al computador por puerto RS-232. · Software Codam Plus para programación, adquisición, y análisis incluido · Aprueba de intemperie · Compacto en dimensiones, peso 1,5 Kg.
Registrador de medición MEMOBOX 300
1. Conector para suministro de energía. 2. Puerto RS232. 3. Botón de expansión. 4. Indicadores LED’s de los canales de medida. 5. Indicador LED de estado de energía. 6. Canales de entradas de corriente. 7. Canales de entradas de voltaje
ANEXO 4
CURVAS CBEMA y ITI
a. Curvas CBEMA y ITI
Una de las manifestaciones más frecuentes de los datos empleados para representar a la calidad de energía es la llamada curva CBEMA (ver figura 4-a). Esta Curva fue desarrollada con el propósito de describir la tolerancia de los equipos de cómputo a la magnitud y duración de las variaciones de voltaje en el sistema de alimentación. Mientras que muchos equipos modernos tienen amplias tolerancias de esta magnitud, la curva se ha convertido en un objetivo de estándar de diseño para equipos sensibles que se aplicarán en el sistema de energía y un formato común para la presentación de informes de datos de energía a la variación. Los ejes representan la magnitud y la duración del evento. Los puntos por debajo de la envoltura se presume que la causa de la salida de la carga es debido a la falta de energía. Puntos por encima de la envoltura se presume un mal funcionamiento por varias causas, tales como fallas en el aislamiento, disparo por sobrevoltaje, y la sobreexcitación. La curva superior es actualmente definida hasta los 0,001donde se tiene un valor de voltaje cercano a 375%. Por lo general se utiliza la curva sólo desde 0,1 ciclos hasta superiores, con relación a las limitaciones de los equipos en los monitores de calidad de energía, y las diferencias de opinión sobre la definición de los calores de magnitud en el marco de tiempos subciclos.
Figura 4-a: Porción de la curva CBEMA comúnmente utilizada para el diseño de equipos
La curva CBEMA ha sido reemplaza por la curva ITI, esta última con modificaciones a su antecesora, aplicándose únicamente a las computadoras comunes de 120 V (ver figura 4-b). El concepto es similar a la curva CBEMA, aunque es desarrollado solamente para equipos de computación en 120 V, la curva se aplica en general para evaluar la calidad de energía. En
algunos libros se utilizan están curvas como referencia para definir la capacidad de resistencia de la carga y varios dispositivos a las variaciones de calidad de energía.
Figura 4-b: Curva ITI de sensibilidad de los equipos de computación de 120 V.
ANEXO 5
ALIMENTADOR PRIMARIO URBANO 15_B “EL BOSQUE”
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ID Nombre FasesCaída de Voltaje
(%)kVLN PU kW kVAR
Factor Potencia
13012961 ABC 0,00 3,640 1,0 0 0 0Node 0 Node 0 ABC 0,00 0,119 1,0 6,192 2,064 0,949Node 1 Node 1 ABC 0,82 0,118 0,992 6,339 2,113 0,949Node 2 Node 2 ABC 1,29 0,116 0,987 7,648 2,549 0,949Node 3 Node 3 ABC 0,56 0,118 0,994 6,794 2,265 0,949Node 4 Node 4 ABC 0,60 0,117 0,994 0,00 0,00 0,00Node 6 Node 6 ABC 0,66 0,117 0,993 0,895 0,298 0,949Node 5 Node 5 ABC 0,71 0,117 0,993 1922 0,641 0,949
ID Nombre FasesCaída de Voltaje
(%)kVLN PU kW kVAR
Factor Potencia
Node 9 Node 9 ABC 0,00 3,640 1,00 0,00 0,00 0,00Node 0 Node 0 ABC 0,03 0,124 1,00 3,21 0,87 0,97Node 1 Node 1 ABC 0,10 0,124 1,00 0,46 0,12 0,97Node 2 Node 2 ABC 0,17 0,123 1,00 4,21 1,15 0,97Node 3 Node 3 ABC 1,19 0,121 0,99 10,62 2,89 0,97Node 4 Node 4 ABC 1,58 0,120 0,98 4,52 1,23 0,97Node 5 Node 5 ABC 1,74 0,120 0,98 5,55 1,41 0,97Node 6 Node 6 ABC 1,85 0,121 0,98 9,43 2,57 0,97Node 7 Node 7 ABC 1,85 0,120 0,98 0,28 0,08 0,97Node 8 Node 8 ABC 1,75 0,120 0,98 0,71 0,19 0,97
ANEXO 5.2. Caídas de voltaje DMÁX en la red secundaria URBANA del primer transformador
Nodo VOLTAJE CARGA
Nodo VOLTAJE CARGA
ANEXO 5.2. Caídas de voltaje DMÁX en la red secundaria URBANA del último transformador
Nodo VOLTAJE CARGA
ANEXO 5.2. Caídas de voltaje DMÍN en la red secundaria URBANA del primer transformador
Nodo VOLTAJE CARGA
ANEXO 5.2. Caídas de voltaje DMÍN en la red secundaria URBANA del último transformador
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CALIBRE SECCION DIAMETRO
APROX.AWG mm² mm mm Omhios/km Omhios/km Omhios/km Omhios/km Omhios/km
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2X 2 2X 33,6 2X 7,41 25,96 0,536 1,01 0,54136 0,357 -0,255 0,1022X 1/0 2X 53,5 2X 9,45 32,08 0,337 1,02 0,34374 0,338 -0,235 0,1032X 2/0 2X 67,4 2X 10,63 34,44 0,267 1,03 0,27501 0,329 -0,228 0,1012X 3/0 2X 85,0 2X 11,95 37,08 0,212 1,04 0,22048 0,317 -0,2222 0,0952X 4/0 2X 107,2 2X 13,4 39,98 0,168 1,05 0,1764 0,309 -0,2156 0,093
3X 18 Flex. 3X 0,83 3X 1,22 7,8 15,158 1,00 15,158 0,489 -0,3553 0,1343X 16 Flex. 3X 1,3 3X 1,52 8,4 9,765 1,00 9,765 0,473 -0,3476 0,1253X 14 Flex. 3X 2,1 3X 1,63 10,1 8,492 1,00 8,492 0,468 -0,3286 0,1393X 14 Sol. 3X 2,1 3X 1,98 10,8 8,492 1,00 8,492 0,453 -0,322 0,1313X 12 Sol. 3X 3,3 3X 2,05 11 5,33 1,00 5,33 0,45 -0,32 0,1303X 12 Flex. 3X 3,3 3X 2,57 12 5,33 1,00 5,33 0,433 -0,3122 0,1213X 10 Sol. 3X 5,3 3X 2,59 13 3,36 1,00 3,36 0,433 -0,3119 0,1213X 10 Flex. 3X 5,3 3X 3,2 14,2 3,36 1,00 3,36 0,417 -0,303 0,1143X 8 Flex. 3X 8,4 3X 3,69 17,5 2,151 1,00 2,151 0,409 -0,2875 0,1223X 6 Flex. 3X 13,3 3X 4,65 19,4 1,345 1,00 1,345 0,3921 -0,278 0,1143X 4 Flex. 3X 21,1 3X 5,88 22,9 0,851 1,00 0,851 0,374 -0,2663 0,108
3X 2 3X 33,6 3X 7,41 25,96 0,536 1,01 0,54136 0,357 -0,255 0,1023X 1/0 3X 53,5 3X 9,45 32,08 0,337 1,02 0,34374 0,338 -0,235 0,1033X 2/0 3X 67,4 3X 10,63 34,44 0,267 1,03 0,27501 0,329 -0,228 0,1013X 3/0 3X 85,0 3X 11,95 37,08 0,212 1,04 0,22048 0,317 -0,2222 0,0953X 4/0 3X 107,2 3X 13,4 39,98 0,168 1,05 0,1764 0,309 -0,2156 0,093
4X 18 Flex. 4X 0,83 4X 1,22 7,8 15,158 1,00 15,158 0,489 -0,3553 0,1344X 16 Flex. 4X 1,3 4X 1,52 8,4 9,765 1,00 9,765 0,473 -0,3476 0,1254X 14 Flex. 4X 2,1 4X 1,63 10,1 8,492 1,00 8,492 0,468 -0,3286 0,1394X 14 Sol. 4X 2,1 4X 1,98 10,8 8,492 1,00 8,492 0,453 -0,322 0,1314X 12 Sol. 4X 3,3 4X 2,05 11 5,33 1,00 5,33 0,45 -0,32 0,1304X 12 Flex. 4X 3,3 4X 2,57 12 5,33 1,00 5,33 0,433 -0,3122 0,1214X 10 Sol. 4X 5,3 4X 2,59 13 3,36 1,00 3,36 0,433 -0,3119 0,1214X 10 Flex. 4X 5,3 4X 3,2 14,2 3,36 1,00 3,36 0,417 -0,303 0,1144X 8 Flex. 4X 8,4 4X 3,69 17,5 2,151 1,00 2,151 0,409 -0,2875 0,1224X 6 Flex. 4X 13,3 4X 4,65 19,4 1,345 1,00 1,345 0,3921 -0,278 0,1144X 4 Flex. 4X 21,1 4X 5,88 22,9 0,851 1,00 0,851 0,374 -0,2663 0,108
4X 2 4X 33,6 4X 7,41 25,96 0,536 1,01 0,54136 0,357 -0,255 0,1024X 1/0 4X 53,5 4X 9,45 32,08 0,337 1,02 0,34374 0,338 -0,235 0,1034X 2/0 4X 67,4 4X 10,63 34,44 0,267 1,03 0,27501 0,329 -0,228 0,1014X 3/0 4X 85,0 4X 11,95 37,08 0,212 1,04 0,22048 0,317 -0,2222 0,0954X 4/0 4X 107,2 4X 13,4 39,98 0,168 1,05 0,1764 0,309 -0,2156 0,093
ANEXO 5.4. CÁLCULO DE RESISTENCIAS Y REACTANCIAS PARA COBRE SEMIDURO PARA CONDUCTORES TIPO SUCRE
TETRAPOLARES
CONDUCTOR DIAMETRO EXTERIOR
APROX.
RESISTENCIA D.C. 20°c
RESISTENCIA A.C. 20°c
Xa a un pie 60 Hz
Xd 60 Hz
X Xa+Xd 60Hz
FACTOR DE CORRECCION RESISTENCIA
D.C A A.C.
BIPOLARES
TRIPOLARES
CA
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ANEXO 6
ALIMENTADOR PRIMARIO RURAL 19_B “COTOCOLLAO”
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ID Nombre FasesCaída de
Voltaje (%)kVLN PU kW kVAR
Factor Potencia
13048506 ABX 0,000 13,200 1,000 0,000 0,000 0,000
Node 0 Node 0 ABX 0,000 0,125 1,000 0,000 0,000 0,000
Node 1 Node 1 ABX 0,098 0,125 0,991 6,672 1,467 0,98
ID Nombre FasesCaída de
Voltaje (%)kVLN PU kW kVAR
Factor Potencia
13048506 ABX 0 13,2 1 0 0 0Node 0 Node 0 ABX 0 0,122 1 0 0 0Node 5 Node 5 ABX 0,74 0,122 0,992 5,904 2,755 0,86Node 6 Node 6 ABX 1,081 0,119 0,989 0,765 0,357 0,86Node 7 Node 7 ABX 1,35 0,119 0,986 3,599 1,679 0,86Node 8 Node 8 ABX 1,377 0,119 0,986 0 0 0,00Node 1 Node 1 ABX 0,392 0,12 0,996 0,943 0,44 0,86Node 2 Node 2 ABX 0,471 0,12 0,995 1,048 0,489 0,86Node 3 Node 3 ABX 0,615 0,12 0,994 2,536 1,183 0,86Node 4 Node 4 ABX 0,621 0,12 0,994 0,077 0,036 0,86
Nodo VOLTAJE CARGA
ANEXO 6.2. Caídas de voltaje DMÁX en la red secundaria RURAL del primer transformador
ANEXO 6.2. Caídas de voltaje DMÁX en la red secundaria RURAL del último transformador
ANEXO 6.2. Caídas de voltaje DMÍN en la red secundaria RURAL del primer transformador
Nodo VOLTAJE CARGA
ANEXO 6.2. Caídas de voltaje DMÍN en la red secundaria RURAL del último transformador
Nodo VOLTAJE
CARGA
CARGA
Nodo VOLTAJE
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Voltaje (%)kV PU kW kVAR
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13048660 ABC 0,00 3,660 1,00 0,00 0,00 0,000Node 0 Node 0 ABC 0,00 0,118 1,00 5,27 1,65 0,955Node 1 Node 1 ABC 1,57 0,116 0,98 8,14 2,54 0,955Node 2 Node 2 ABC 2,44 0,115 0,98 9,45 2,95 0,955Node 3 Node 3 ABC 2,70 0,115 0,97 1,29 0,40 0,955Node 4 Node 4 ABC 2,88 0,115 0,97 2,22 0,69 0,955Node 5 Node 5 ABC 2,92 0,115 0,97 0,34 0,11 0,955Node 6 Node 6 ABC 2,93 0,115 0,97 0,07 0,02 0,955Node 7 Node 7 ABC 4,68 0,112 0,95 3,55 1,11 0,955Node 13 Node 13 ABC 5,95 0,111 0,94 6,83 2,13 0,955Node 14 Node 14 ABC 6,64 0,110 0,93 5,31 1,66 0,955Node 15 Node 15 ABC 6,98 0,110 0,93 4,33 2,54 0,863Node 8 Node 8 ABC 7,62 0,109 0,92 14,97 4,68 0,955Node 9 Node 9 ABC 9,52 0,107 0,91 0,00 0,00 0,000Node 11 Node 11 ABC 1,03 0,106 0,90 25,85 8,08 0,955Node 12 Node 12 ABC 9,75 0,106 0,90 4,38 1,37 0,955Node 10 Node 10 ABC 9,56 0,107 0,90 3,22 1,01 0,955
ID Nombre FasesCaída de
Voltaje (%)kV PU kW kVAR
Factor Potencia
13048660 ABC 0,000 3,590 1,00 0,00 0,00 0,00Node 0 Node 0 ABC 0,001 0,119 1,00 5,15 1,50 0,96Node 1 Node 1 ABC 0,494 0,118 1,00 3,75 1,09 0,96Node 2 Node 2 ABC 0,567 0,118 0,99 1,88 0,55 0,96Node 3 Node 3 ABC 0,152 0,119 1,00 3,06 0,89 0,96Node 4 Node 4 ABC 0,476 0,118 1,00 51,92 1,51 0,96Node 5 Node 5 ABC 2,901 0,116 0,97 5,70 1,66 0,96Node 6 Node 6 ABC 3,527 0,115 0,97 0,62 0,18 0,96Node 7 Node 7 ABC 3,868 0,114 0,96 2,11 0,61 0,96Node 8 Node 8 ABC 4,796 0,113 0,95 7,76 2,25 0,96Node 9 Node 9 ABC 5,377 0,113 0,95 8,01 2,33 0,96Node 10 Node 10 ABC 5,319 0,113 0,95 4,81 1,40 0,96Node 11 Node 11 ABC 6,789 0,111 0,93 4,72 1,37 0,96Node 12 Node 12 ABC 7,776 0,110 0,92 7,65 2,22 0,96Node 13 Node 13 ABC 8,255 0,109 0,92 7,18 2,09 0,96
ANEXO 7.2. Caídas de voltaje DMÁX en la red secundaria URBANA del primer transformador
Nodo VOLTAJE CARGA
ANEXO 7.2. Caídas de voltaje DMÁX en la red secundaria URBANA del último transformador
Nodo VOLTAJE CARGA
ID Nombre FasesCaída de
Voltaje (%)kV PU kW kVAR
Factor Potencia
13048660 ABC 0,00 3,629 1,00 0 0 0Node 0 Node 0 ABC 0,00 0,118 1,00 3,59 1,33 0,94Node 1 Node 1 ABC 1,11 0,117 0,99 5,49 2,03 0,94Node 2 Node 2 ABC 1,72 0,116 0,98 6,34 2,35 0,94Node 3 Node 3 ABC 1,90 0,116 0,98 0,86 0,32 0,94Node 4 Node 4 ABC 2,03 0,116 0,98 1,48 0,55 0,94Node 5 Node 5 ABC 2,06 0,116 0,98 0,23 0,08 0,94Node 6 Node 6 ABC 2,06 0,116 0,98 0,05 0,02 0,94Node 7 Node 7 ABC 3,10 0,114 0,97 2,35 0,87 0,94Node 13 Node 13 ABC 3,96 0,113 0,96 4,48 1,66 0,94Node 14 Node 14 ABC 4,43 0,113 0,96 3,47 1,28 0,94Node 15 Node 15 ABC 4,67 0,112 0,95 2,82 1,96 0,82Node 8 Node 8 ABC 5,02 0,112 0,95 9,71 3,60 0,94Node 9 Node 9 ABC 6,25 0,111 0,94 0,00 0,00 0,00Node 11 Node 11 ABC 6,74 0,110 0,93 16,49 6,11 0,94Node 12 Node 12 ABC 6,41 0,110 0,94 2,80 1,04 0,94Node 10 Node 10 ABC 6,28 0,111 0,94 2,06 0,76 0,94
ID Nombre FasesCaída de
Voltaje (%)kVLN PU kW kVAR
Factor Potencia
13048660 ABC 0,000 3,606 1,000 0,000 0,000 0,00Node 0 Node 0 ABC 0,001 0,121 1,000 1,749 1,288 0,81Node 1 Node 1 ABC 0,218 0,121 0,998 1,270 0,935 0,81Node 2 Node 2 ABC 0,251 0,121 0,997 0,638 0,470 0,81Node 3 Node 3 ABC 0,068 0,121 0,999 1,040 0,766 0,81Node 4 Node 4 ABC 0,211 0,120 0,998 1,760 1,296 0,81
Node 5 Node 5 ABC 1,182 0,120 0,988 1,914 1,410 0,81
Node 6 Node 6 ABC 1,430 0,119 0,986 0,209 0,154 0,81Node 7 Node 7 ABC 1,569 0,119 0,984 0,706 0,520 0,81Node 8 Node 8 ABC 1,948 0,118 0,981 2,584 1,903 0,81Node 9 Node 9 ABC 2,183 0,118 0,978 2,660 1,959 0,81Node 10 Node 10 ABC 2,134 0,118 0,979 1,598 1,177 0,81Node 11 Node 11 ABC 2,707 0,117 0,973 1,561 1,150 0,81Node 12 Node 12 ABC 3,091 0,117 0,969 2,520 1,856 0,81Node 13 Node 13 ABC 3,276 0,117 0,967 2,361 1,739 0,81
Nodo VOLTAJE CARGA
ANEXO 7.2. Caídas de voltaje DMÍN en la red secundaria URBANA del primer transformador
Nodo VOLTAJE CARGA
ANEXO 7.2. Caídas de voltaje DMÍN en la red secundaria URBANA del último transformador
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Tip
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1,12
0,81
0,96
0,85
106
105,
745,
310,
22
ANEXO 8
REPORTE DE LAS CAÍDAS DE VOLTAJE EN LOS ALIMENTADORES
PRIMARIOS DE LA EEQ
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