Elementos Que Conforman Una Red de Distribución de Energía Eléctrica

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS Facultad de Ingeniería Departamento de Ing. Eléctrica TRANSPORTE DE ENERGÍA ELÉCTRICA

ELEMENTOS QUE CONFORMAN UNA RED DE DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA

AISLADORES Funcionan como soporte de los conductores otorgando apoyo mecánico, además proporcionan el aislamiento eléctrico requerido entre los conductores y la estructura. Típicamente los aisladores para las líneas aéreas son de vidrio o de porcelana, en forma de discos para formar cadenas, o rígidos como los usados en redes de distribución. A continuación se describen los tres tipos de aislador que normalmente se utilizan: 

Aislador tipo tensor

Este tipo de aislador es construido típicamente de porcelana, es de forma cilíndrica con dos agujeros y ranuras transversales, generalmente se utiliza como soporte aislador entre el poste y el suelo en los cables tensores (templetes), y para tensar líneas aéreas y estructuras de distribución.

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Aislador tipo pin

Este aislador es utilizado típicamente en redes de distribución en estructuras de paso para soportar los conductores. Se ubican encima de las crucetas por tanto tienen en su interior un orificio roscado que permite su adhesión a ellas y sobre sí mismos pasa el conductor.


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Aislador tipo suspensión

El aislador tipo suspensión también llamado de disco es empleado para proporcionar soporte mecánico a los conductores en líneas de transmisión de energía, donde los conductores van suspendidos del aislador. Está diseñado para ser acoplado a más aisladores y formar así una cadena cuya longitud será determinada por el nivel de tensión.

Los aisladores usados en distribución deberán demostrar el cumplimiento con el RETIE mediante un Certificado de Conformidad de Producto, expedido por un organismo de certificación acreditado por el ONAC. Adicionalmente, deben cumplir los siguientes requisitos: a. Tener como mínimo las siguientes cargas de rotura:    

Los de suspensión tipo disco, por lo menos el 80% de la tensión de rotura del conductor utilizado. Tipo carrete, mínima equivalente al 50% de la carga de rotura del conductor utilizado. Tipo espigo (o los equivalentes a Line Post), mínima equivalente al 10% de la carga de rotura del conductor utilizado. Tipo tensor, debe verificarse que la carga de rotura sea superior a los esfuerzos mecánicos a que será sometido por parte de la estructura y del templete en las condiciones ambientales más desfavorables.


b. Mantenimiento. El criterio para determinar la pérdida de su función, será la rotura o pérdida de sus cualidades aislantes, al ser probados a tensión eléctrica y esfuerzo mecánico de acuerdo con las normas que le apliquen.

CRUCETAS Son travesaños que se montan a conveniente distancia entre sí para obtener la separación necesaria entre los conductores. También se utilizan cuando el número de aisladores que deben fijarse es elevado, esta fijación se realiza por medio de crucetas. Se pueden encontrar diferentes tipos de cruceta dependiendo del material empleado en su construcción: 

Crucetas metálicas

Se fabrican típicamente con perfiles laminados y son utilizadas en instalaciones sometidas a agrandes esfuerzos mecánicos y en líneas de alta tensión. Resultan algo más costosas que las crucetas de madera. 

Crucetas de madera

Deben cumplir ciertas especificaciones en cuanto al tipo de madera; que esta sea sana, libre de madera quebradiza, grietas, pudrición y agujeros por insectos mayores a algunos milímetros de diámetro. Para servir como cruceta una especie de madera deberá tener buena estabilidad dimensional y una resistencia mecánica adecuada.


HERRAJES Y CONECTORES Algunas clases de herraje se describen a continuación: 

Pernos

Perno de ojo: Son herrajes utilizados en las instalaciones de líneas de distribución aéreas de media y baja tensión para sujetar elementos. Se instala en crucetas como elemento de apoyo horizontal y se utiliza para retención de conductores, por tanto se utiliza particularmente en estructuras de retención. Los pernos de ojo están formados por una varilla con un ojo, la varilla es en acero deformada en frio de 5/8 pulgadas. Deben ser galvanizados por inmersión en caliente y libres de imperfecciones, de una sola pieza y sin deformaciones o defectos.

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Arandelas

Estos herrajes son elementos de una sola pieza y se usan como complementos de componentes roscados, permiten ajustar uno o varios elementos. Las arandelas deben ser galvanizadas por inmersión en caliente libres de defectos o imperfecciones. Según la Especificación Técnica de Arandelas de Acero Galvanizado ET – 462, se tienen las siguientes variedades de arandelas y sus especificaciones: Arandela redonda


Arandela cuadrada

Arandela de presión

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Tuerca de ojo

Estos herrajes son elementos formados por un cuerpo cilíndrico con una perforación central roscada y una argolla. Son utilizados para fijar otros elementos como espárragos y tornillos, normalmente se fabrican de acero. De acuerdo con la Especificación Técnica Tuerca De Ojo Alargado Et – 454, las tuercas de ojo alargado deben ser galvanizadas por inmersión en caliente libres de burbujas o cualquier tipo de imperfección, además deben ser de una sola pieza, sin deformaciones o defectos.


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Espárragos

Estos herrajes son utilizados para fijar otros elementos, formados por un cuerpo cilíndrico roscado. Los espárragos y las tuercas deberán ser de acero y deben tener un recubrimiento para evitar la corrosión, ese recubrimiento se realiza mediante galvanizado por inmersión en caliente. El acabado de ese recubrimiento debe estar libre de burbujas, áreas sin revestimiento, y cualquier imperfección y deben ser de una sola pieza, sin deformaciones y defectos. De acuerdo con la Especificación Técnica Espárrago De Acero ET–455 de CODENSA, para cumplir su función el esparrago debe ir acompañado por arandelas redondas y de presión y por tuercas hexagonales. Su longitud varía desde los 200mm hasta los 610mm.


Según el RETIE, los herrajes son elementos utilizados para la fijación de los aisladores a la estructura, del conductor al aislador, de cable de guarda a la estructura, de las retenidas (templetes), los elementos de protección eléctrica de los aisladores y los accesorios del conductor, como separadores y amortiguadores. Comprenden elementos tales como: grillete de anclaje, grapa de suspensión, grapa de retención, accesorios de conexión (adaptador anillo y bola, adaptador anillo, bola y bola alargada, adaptador horquilla y bola, adaptador rótula y ojo), descargadores, camisas para cable, varillas de blindaje, amortiguadores y separadores de línea. Deben cumplir los siguientes requisitos: a. Los herrajes, usados en distribución deben demostrar el cumplimiento con el RETIE mediante Certificado de Conformidad de Producto expedido por un organismo acreditado por el ONAC. b. Los herrajes empleados en los circuitos de media tensión deben ser de diseño adecuado a su función mecánica y eléctrica y deben resistir la acción corrosiva durante su vida útil, para estos efectos se tendrán en cuenta las características predominantes del ambiente en la zona donde se requieran instalar. c. Los herrajes sometidos a tensión mecánica por los conductores y cables de guarda o por los aisladores, deben tener un coeficiente de seguridad mecánica no inferior a 2,5 respecto a su carga de trabajo. Cuando la carga mínima de rotura se compruebe mediante ensayos, el coeficiente de seguridad podrá reducirse a 2. d. Las grapas de retención del conductor deben soportar un esfuerzo mecánico en el cable no menor del 80% de la carga de rotura del mismo, sin que se produzca deslizamiento.

CONDUCTORES El calibre del conductor utilizado en redes de distribución debe ser seleccionado del tal forma que cumpla con parámetros técnicos y normativos, como por ejemplo la capacidad de transporte de corriente, las pérdidas de potencia, el factor de sobrecarga, regulación de tensión dentro de los parámetros establecidos y que el calibre seleccionado este dentro de los estandarizados por la empresa.

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Conductor de cobre

El cobre es un material caracterizado por tener alta conductividad eléctrica por esta razón es empleado en distribución de energía eléctrica además, cuenta con una gran capacidad de


resistencia a la corrosión y resistencia mecánica. En comparación con el aluminio el cobre tiene mayor conductividad, sin embargo, cuenta con un peso dos veces mayor que los conductores de aluminio al transportar una cantidad igual de corriente, lo que implica una mayor tensión mecánica en apoyos. 

Conductor de aluminio

Las propiedades eléctricas del aluminio son utilizadas para la construcción de conductores eléctricos empleados para la distribución de energía eléctrica en líneas aéreas. Sin embargo no tienen alta resistencia mecánica y por tanto se pueden encontrar aleaciones con otros metales que le brinden esa propiedad: Por ejemplo, están los conductores de aluminio con alma de acero conocidos como ACSR compuestos por uno o varios hilos de acero de alta resistencia en el centro y varios hilos de aluminio alrededor, esto le brinda una mayor resistencia mecánica. También existen algunas variaciones como el ACSR/AW cuyo núcleo es revestido de aluminio. Los conductores AAC son en aluminio y están formados por un alambre central rodeado por una o más capas de alambres, este tipo de conductor es utilizado en lugares donde no sea requiera alto esfuerzo mecánico. Los conductores AAAC están compuestos por hilos de aleación de aluminio ubicados concéntricamente, son resistentes a la corrosión y tienen buena relación resistencia/peso. 

Cable de acero

Está formado por múltiples alambres de acero trenzados en forma helicoidal en sentido opuesto a las manecillas del reloj, es utilizado como templetes o cable de guarda en redes aéreas de distribución. Para su uso en energía eléctrica no deben existir uniones o empalmes realizados por torsión en ningún de los hilos que conforma el cable terminado. El empleo de un conductor de cobre o de uno de aluminio depende de diversos factores en líneas aéreas, el peso es un factor determinante, por esta razón es de uso común el conductor en aluminio aunque esto implique un conductor de mayor volumen. En cuanto a instalaciones subterráneas se emplea el cobre ya que tiene alta resistencia a la corrosión además al tener un volumen menor requiere un aislamiento menor y esto le da una mayor ventaja con respecto al conductor de aluminio en cuanto al costo. Algunos de los tipos de conductores que establece CODENSA en sus tablas de constantes de regulación, de acuerdo a su aplicación, como cables para acometidas, redes aéreas y subterráneas de baja y media tensión son los siguientes:


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Conductor antifraude PE y PVC

Es utilizado para acometidas aéreas, en sistemas trifásicos tetrafilares con niveles de tensión 120/208 V con calibres CMA 4, 6, 8, 10 y monofásicos bifilares con niveles de tensión 120 V con calibres CMA 14, 12, 10, 8 entre otros. Su alma de conducción para ambos casos es de cobre.

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Conductor monopolar THW

Es utilizado para acometidas subterráneas en ductos y para alumbrado público en la misma disposición, se usa en sistemas trifásicos, tetrafilares y monofásicos bifilares, con niveles de tensión 120/208, 277, 480/277, 220, 380/220 V con calibres AWG 12, 8, 6, 4, 2, 1/0, 2/0, 4/0 y kcmil 250, 350, 400, 500. Su alma de conducción es en cobre para la red de baja tensión y en aluminio para alumbrado público.

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Cable trenzado XLPE

Es utilizado para la red aérea de baja tensión trenzada, en sistemas trifásicos tetrafilares con niveles de tensión 120/208 V con calibre AWG 2, 2/0, 4/0 trenzado. Su alma de conducción es en aluminio.


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Cable monopolar con chaqueta y aislamiento (TTU)

Es utilizado para la red de baja tensión subterránea en enterramiento directo y para alumbrado público en la misma disposición, se usa en sitios de alto índice de hurto para niveles de tensión 208, 277, 208/120, 480/277 V, y es utilizado en sistemas monofásicos bifilares, bifásicos bifilares y trifásicos tetrafilares. Para la alimentación de alumbrado público se utiliza de aluminio y para la red de baja tensión de cobre con calibres AWG 12, 8, 6, 4, 2, 1/0, 2/0, 4/0 y kcmil 250, 350, 400, 500 para ambos casos, dependiendo la necesidad de la instalación.

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Conductor triplex de 15 kV y de 34.5 kV

Los conductores triplex, consisten en cables monopolares entrelazados. Son utilizados para la red subterránea en ductos de media tensión, y se usan en sistemas trifásicos trifilares de 11,4 kV/13,2 kV y 34,5 kV, con calibres AWG 2, 2/0, 4/0 y kcmil 300. Su alma de conducción es cobre.


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Conductor monopolar en aluminio ASCR

Es un cable de aluminio reforzado con núcleo de acero, esta configuración brinda mayores resistencias mecánicas. Es utilizado para la red aérea de media tensión, y se usa en sistemas trifásicos trifilares de 11,4 y 13,2 KV, con calibres AWG 2, 1/0, 2/0, 4/0 y kcmil 266,8.

Según el RETIE, los conductores, cables de guarda y cables de retención usados en redes de distribución deben cumplir ciertos requerimientos eléctricos y mecánicos para las condiciones donde sean instalados: a. En ningún momento los conductores deben ser sometidos a tensiones mecánicas por encima de las especificadas y el tendido en redes aéreas no debe pasar el 25% de la tensión de rotura. b. Deben instalarse con los herrajes apropiados para el tipo, material y calibre del conductor.


c. En el diseño debe tenerse en cuenta el criterio de pérdidas técnicas en la selección del conductor económico. d. En áreas donde no se puedan garantizar las distancias de seguridad, deben utilizarse conductores aislados o semiaislados con las restricciones correspondientes. e. Los empalmes de conductores aéreos deben garantizar operar por lo menos al 90% de la tensión mecánica de rotura sin que el conductor se deslice. f. Los conectores o uniones con otros conductores deben ser de materiales apropiados que no produzcan par galvánicos, que pongan en riesgo de rotura el conductor. g. Cuando se observe deterioro del conductor por la pérdida de hilos, afectaciones por arcos o cortocircuitos que disminuyan la disminución de su tensión de rotura, deben cambiarse o tomarse las acciones correctivas. h. El propietario o tenedor de una red aérea debe retensionar los cables que por el uso se han distensionado y estén violando la altura mínima de seguridad. Si con esa medida no se logra la altura requerida debe ampliar la altura de las estructuras de soporte, o usar cables aislados o semiaislados.

POSTES Y CIMENTACIONES Postes Con el objetivo de garantizar la calidad y buen desempeño de los soportes utilizados en las redes de distribución, es necesario uniformizar las condiciones de construcción e instalación de los mismos, por tal razón se establecen normas técnicas que determinan dichas condiciones. 

Postes de concreto

En general los postes de concreto deben superar pruebas de carga para flexión, cargas para rotura y cumplir con las recomendaciones de altura con una tolerancia de ± 50 mm y con una conicidad de 1.5 cm/m de longitud. Además deben contar con los refuerzos metálicos requeridos, así como con las señalizaciones y marcas respectivas La norma técnica CODENSA que reglamente las condiciones de los postes de concreto para redes de distribución es la ET-201. Esta establece las normas de fabricación y ensayos que deben superar los postes, entre las que se encuentran la NTC 673 (Ensayo de resistencia a la comprensión de cilindros normales de hormigón), la NTC 161 (Barras lisas de acero al carbono


para hormigón armado), la NTC 121 (Cemento Pórtland. Especificaciones físicas y mecánicas) y el Código Colombiano de Construcciones Sismo Resistentes, Decreto 1400 de 1984, entre otros.


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Postes de madera

En general los postes de madera deben superar pruebas dimensionales, de marcación y rotulado, de esfuerzos mecánicos, de flexión y elasticidad entre otras. Debido a que los postes de madera están expuestos a condiciones severas de polución, contaminación ambiental y alta contaminación fitosanitaria, la normativa para su utilización debe ser estricta de tal manera que se garantice su funcionamiento óptimo y por tiempo prolongado. La norma técnica CODENSA que reglamenta las condiciones de los postes de madera para redes de distribución es la ET-202, la cual establece las normas de fabricación y ensayos que deben superar los postes. Los postes deben ser fabricados con madera eucalipto o pino e inmunizados con óxidos hidrosolubles. Este proceso se realiza con el fin de evitar que la madera sea atacada por hongos o insectos y ocasione su deterioro prematuro. Los postes deben ser maquinados e inmunizados de acuerdo a las normas ICONTEC 794 (Postes de madera, Evaluación de ensayos de preservativos), ICONTEC 2222 (Maderas, Postes de pino para líneas aéreas de energía y telecomunicaciones), ANSI 05.1 (Norma de los Estados Unidos para postes de madera, Especificaciones y Mediciones) y SC-E-022 (Especificaciones técnicas de postes de madera) entre otras. Los postes de madera tienen una longitud de 10, 12 y 14 m, con una circunferencia entre 420 mm y 1120 mm, dependiendo del material y de las características de la red en la que vayan a ser instalados. La norma permite una tolerancia en longitud de – 50 mm + 150 mm y de – 10 mm + 80mm en longitud de circunferencia.


Longitud mínima de enterramiento para postes dependiendo de la longitud Para una instalación correcta de los postes en las redes de distribución es necesario realizar un enterramiento a una profundidad adecuada que permita tener una suficiente estabilidad y soportabilidad ante los esfuerzos mecánicos (que ejercerán los elementos instalados en el apoyo, el viento y el peso mismo del poste) en la red eléctrica. De tal forma es recomendable utilizar la siguiente ecuación para determinar la profundidad adecuada del enterramiento del poste:

De esta manera se obtiene la profundidad de enterramiento de los postes de uso típico: Poste de 10 m Poste de 12 m Poste de 14 m

1,6 m 1,8 m 2,0 m

Resistencia mecánica de los postes de concreto Los postes de concreto y en general de cualquier material deben soportar ciertas cargas mecánicas antes de que se presente una rotura, por tal razón es importante establecer las cargas mínimas de rotura. Para postes de concreto reforzado y pretensionado las cargas mínimas de rotura son: POSTE DE 10 M 510 kgf 1050 kgf

POSTE DE 12 M 510 kgf 750 kgf 1050 kgf

POSTE DE 14 M 510 kgf 750 kgf 1050 kgf 1350 kgf

Algunos de los ensayos realizados a los postes se describen a continuación:


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Ensayo de flexión

El procedimiento consiste en someter al poste a incrementos progresivos de carga, hasta llegar a su carga de trabajo. Inicialmente se le aplica el 50 % de la carga de trabajo y se descarga hasta cero, posteriormente, luego de verificar su estado, se aplica la carga total de trabajo y se verifica que el poste no presente fisuras considerables, además se mide la flecha ocasionada por la carga de trabajo y finalmente se descarga. Luego de esto se mide la deformación permanente que presente el poste, esta no debe superar los límites establecidos en la norma CODENSA ET – 201.

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Ensayo de rotura

El procedimiento consiste en someter al poste a incrementos progresivos de carga, aplicada a 20 cm de la cima, hasta que se presente el colapso del poste. Esta carga debe ser igual o superior a la carga mínima de rotura; adicionalmente deben ser registradas cada anomalía que presente el poste en el procedimiento, como fisuras pronunciadas, desprendimiento del concreto, entre otros.


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Ensayo de tracción del acero

Debido a que este ensayo no se realiza al poste finalizado sino a los materiales de sus partes constitutivas, la prueba debe ser realizada por laboratorios especializados. Esta consiste en someter una muestra de acero a un esfuerzo de tracción creciente, normalmente hasta llegar al quebrantamiento del mismo, con el fin de determinarlos niveles de esfuerzos mecánicos que puede soportar el material ensayado.


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Ensayo de resistencia a la compresión de los cilindros de concreto

Este ensayo debe ser realizado por laboratorios especializados por la misma razón que se explicó anteriormente. Para la realización de la prueba inicialmente debe prepararse la muestra con unas dimensiones específicas para el ensayo, la muestra debe instalarse en el centro de la máquina de compresión y aplicar una carga ascendente continua no intermitente y sin impacto hasta que se presente la rotura. El régimen de carga con máquina hidráulica debe estar en un rango de 0.15 a 0.35 MPa/s durante la última mitad de la etapa de carga, la resistencia del concreto es la resultante del cociente de la carga máxima soportada y el área de la sección transversal de la muestra.

Cimentaciones La cimentación se realiza con el objetivo de proporcionar una base en la cual se transmitirá la carga del poste al terreno, esta debe resistir dichos esfuerzos con seguridad y de esta manera evitar inestabilidad o colapso de la estructura. De acuerdo con la norma CODENSA LA 009, la base de la cimentación debe tener un espesor de 15cm y con profundidad de acuerdo a la altura del poste.


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Características de las cimentaciones en concreto

La cimentación de concreto está formada por grava, arena y cemento. Esta se caracteriza por ser muy resistente y ofrece una alta estabilidad a la estructura, idónea para todo clima y apropiada para zonas húmedas o de dudosa resistencia. Sin embargo debido a sus componentes y manejo puede ser más costosa. Cuando la zona es de baja resistencia se usa una mezcla homogénea compacta donde el recebo (mezcla de grava y arena) y el cemento deben tener una proporción de 10 a 1 y debe ser compactada en capas de 15cm. Cuando la zona es de resistencia normal la cimentación se realiza únicamente con recebo compactado.


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Características de las cimentaciones en concreto

Cuando el terreno es apropiado y su material muestra resistencia, la cimentación no se realiza con concreto sino con material extraído del lugar, de tal forma que luego de ubicar correctamente el poste se procede a introducir el material extraído realizando un “apisonamiento” al material para hacerlo más compacto. Este tipo de cimentación se utiliza únicamente es zonas secas cuyo suelo sea apto y exista garantía de soportar los esfuerzos mecánicos horizontales y verticales del poste. Debido a que no requiere de materiales para su construcción este tipo de cimentación es de bajo costo.

EQUIPOS DE MANIOBRA, DE PROTECCIÓN CONTRA SOBRECORRIENTE Y SOBRETENSIONES 

CORTACIRCUITOS

También son conocidos como cuchillas fusible o cajas primarias, son de uso común en sistemas de distribución y están diseñados para la protección de transformadores y equipos en circuitos de hasta 34.5 KV y 200 A. Su construcción fuerte en bronce o aluminio, contactos resortados plata – plata y otros buenos materiales lo hacen prácticamente libre de mantenimiento durante toda su vida útil. Se pueden encontrar como: tipo interior, tipo intemperie (con y sin portafusibles), tipo hilo de apertura y fusión, en aceite, en arena (empleados en sistemas de distribución subterráneas). Según la norma CODENSA ET522, se construirán conforme a las reglas del arte, con materiales de la mejor calidad y ampliamente experimentados, y de acuerdo a las recomendaciones de las normas NTC 2132, 2133, 2076 (última edición) y ANSI C 37.42, C 37.41 (última edición), y su actualización por NEMA SG II-S o la que la sustituya. Tanto el cortacircuito como los elementos portafusibles, poseerán ganchos que se acomoden a las herramientas para corte bajo carga. A los efectos de facilitar el remplazo del cartucho portafusible bajo tensión, éste irá provisto de ganchos en su parte inferior que posibiliten su rápida instalación. Poseerán seguro de enganche en el cierre y seguro contra oscilación en la posición límite inferior. Los conectores terminales superior e inferior deben ser del tipo ojo de presión, fabricados en bronce al aluminio (mínimo 80% Cu), estañados y adecuados para recibir conductores calibres No. 6 AWG (13,3 mm2) y el No. 4/0 AWG (107,2 mm2).


Detalles constructivos -

Contactos superiores: Deben ser fabricados en platina de cobre, con recubrimiento de plata o estaño. Contacto inferior: Debe ser fabricado en platina de cobre, con recubrimiento de plata o estaño. Contacto móvil (Balancín): Debe ser fabricado en fundición de bronce al aluminio.


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Buje de tubo o cuchilla: Debe ser fabricados en fundición de bronce al aluminio. Placa de Características: Lámina metálica, la cual deberá tener consignada la información solicitada en la norma NTC 2133 (ANSI C 37.42). Tubo o cuchilla para seccionamiento: Debe ser fabricado en acero inoxidable y aleación de cobre; en caso de utilizarse con cuchilla ésta debe ser fabricada en bronce rojo plateado o aleación de cobre. Estos tubos o cuchillas deberán ser marcados como “PROPIEDAD CODENSA S.A”. Herrajes de Fijación: Deben ser construidos en acero galvanizado en caliente. Tipo de Recubrimiento: Plata o estaño (10µm), para todas las partes conductoras. Ojo de enganche: Fabricado en bronce (mínimo 80% Cu) con 35 mm de diámetro. Aislador: Debe ser de tipo sólido. Los contactos fijos y móviles y los bornes de conexión de cobre, bronce o de material similar, serán plateados o estañados. En general las partes metálicas que puedan sufrir corrosión serán adecuadamente protegidas para evitarla. Los elementos de presión a resorte deberán ser de acero inoxidable o bronce fosforoso, para proporcionar una elevada resistencia a la corrosión. Las grapas de fijación serán de acero cincado y del tipo B indicado en la norma ANSI C 37.42.

Cambio de Cortacircuito en tensión

Para el cambio de cortacircuito se deben inculcar siempre la filosofía de trabajo en equipo y concienciar al personal de apoyo la importancia de estar alerta e involucrado en el desarrollo del trabajo. Previo a realizar la actividad se tienen en cuenta los siguientes aspectos:


1. Instalar cubridor de línea en las tres fases a partir del estribo. 2. Instalar cubridores en los pases. 3. Instalar el bastón colgador después de los pases de las bajantes sobre la línea. 4. Instalar cubridores para los aisladores de PIN. 5. Colocar una manta abierta sobre la carcasa y en el buje. 6. Posicionar el jumper en el bastón colgador y desplazarse hasta el transformador; conectar el jumper, a través de un elemento que garantice un contacto sólido. 7. Retornar a la posición inicial, retirar el jumper del bastón colgador y conectarlo a la línea. Remitirse al instructivo: Instalación de Jumpers en tensión (IN354) 8. Instalar cubridores de estribo para los jumper. 9. Retirarse de la estructura y abrir el Cortacircuito con pértiga telescópica desde el piso. 10. Repetir pasos 1, 2 y 3 para los otras dos líneas. 11. Retirar las tres cañuelas. 12. Cubrir los cortacircuitos con cubridor de polietileno y las bajantes con cubridores de línea. 13. Retirar el cubrimiento del Cortacircuito y de los dos pases. 14. Retirar el pase de la línea exterior en el estribo y luego en el Cortacircuito (parte superior e inferior). 15. Retirar el pase del borne del transformador a Cortacircuito. 16. Repetir pasos 3 a 8 para la otra línea exterior. 17. Repetir pasos 3 a 8 para la línea del centro. 18. Retirar los 3 cortacircuitos e instalar los nuevos sin cañuela. 19. Instalar los pases de Cortacircuito central al borne del transformador, y de Cortacircuito a línea. 20. Instalar cañuela y cerrarla con la pértiga telescópica desde el piso. 21. Instalar el cubridor de Cortacircuito central y los pases con cubridores de línea.


22. Retirar jumper y el bastón colgador de la línea central. 23. Repetir pasos 15 a 18 para los cortacircuitos exteriores. 24. Retirar el cubrimiento de todos los pases y cortacircuitos, empezando desde el centro hacia afuera. 25. Retirar cubrimiento de la línea. En caso de encontrarse transformadores con pararrayos instalados sobre la carcasa, cubrir los pases de los pararrayos con mantas. Se debe garantizar que no quede ningún punto descubierto.

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DESCARGADORES DE SOBRETENSIONES

El sector eléctrico ha visto cambios en el diseño de los pararrayos en los últimos años. Mientras muchos diseños más viejos pueden aún encontrarse en sistemas de distribución, la gran mayoría de los pararrayos de ahora son de Carburo de silicio con explosores y de Varistores de óxido metálico MOV. En la figura que se muestra a continuación se comparan los dos tipos básicos de pararrayos:

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Características

En el pararrayos MOV, los discos de óxido metálico aíslan eléctricamente el pararrayos de tierra. El disco está compuesto de una variedad de materiales en concentraciones variables que determinan las características del varistor. Partículas altamente conductivas (usualmente ZnO) están suspendidas en un verdadero semiconductor en características ajustadas a las de un diodo zener.


Se utiliza a una tensión nominal de 34.5 kV ,13.2 kV y 11.4 kV con tensiones máximas de servicio de 38 kV, 14.5 kV, 12.5 Kv respectivamente, con potencias nominales de cortocircuito de 500 MVA y 300 MVA, y con corrientes de cortocircuito trifásico simétrico de 8 kA, 10 kA y 12,5 kA respectivamente, en un sistema trifásico y con neutro rígido a tierra en la subestación AT-MT. Las condiciones ambientales a las que tienen capacidad de encontrarse pueden incluir temperaturas máximas de 45 ºC y mínimas de - 5 ºC, con una humedad relativa del ambiente de hasta 100 %. El lugar de instalación será en líneas y centros de transformación aéreos y subterráneos pertenecientes a las redes de11.4, 13.2 y 34.5 kV de CODENSA S.A. Los descargadores deberán responder a lo detallado en esta especificación técnica, a las planillas de datos garantizados, a la norma IEC 99 - 4 y a la norma ANSI / C 62.11 en vigencia.

Cada unidad estará constituida por un cuerpo rígido aislante conteniendo en su interior el conjunto de varistores de ZnO, sin espacios entre ellos. Los cuerpos deben ser totalmente de un material aislante con envoltura polimérica. La abrazadera y accesorios con que vendrá provisto cada descargador, se utilizará para vincular el descargador a la cruceta de la línea de distribución o el soporte sobre el tanque del transformador.


La construcción del descargador deberá garantizar que no se produzcan daños internos debido al transporte, manipuleo, etc. El descargador tendrá en ambos extremos, para su sellado exterior, un sistema que asegure su estanqueidad teniendo en cuenta el envejecimiento de los dispositivos de cierre hermético, y en la parte superior un casquete para proteger el terminal de conexión a la línea. Los terminales de conexión línea y a tierra serán bimetálicos deberán ser de borne fijo y aptos para recibir conductores calibre No. 4 AWG (21,15 mm2). El descargador tendrá un dispositivo automático de sobrepresión (desconectado) que separe el DPS del cable de puesta a tierra, evitando la explosión del equipo. Según la norma CODENSA ET509, de acuerdo al material del cuerpo o envoltura, los descargadores deben ser del siguiente tipo: -

Descargadores de Oxido de Zn. con envoltura polimérica de In = 10 kA Descargadores de Oxido de Zn. con envoltura de porcelana de In = 10 kA o 5 kA. Descargadores de Oxido de Zn. con envoltura polimérica (inorgánica) de In = 10 kA o 5 kA. Descargadores de Oxido de Zn. con envoltura polimérica (orgánica) de In =10 kA o 5 kA.

Instalación de Dispositivos de Protección contra Sobretensiones (DPS) línea a tierra en tensión Para la instalación de Dispositivos de Protección contra Sobretensiones (DPS) se deben inculcar la filosofía de trabajo en equipo y concienciar al personal de apoyo la importancia de estar alerta e involucrado en el desarrollo del trabajo. Previo a realizar la actividad, se tienen en cuenta los siguientes aspectos: 1. Verificar el entorno del sitio de trabajo, haciendo una inspección visual de los siguientes elementos: Aisladores: Verificar que los aisladores no estén torcidos o fisurados. Amarres: Verificar que no hayan amarres sueltos. Conductor: Verificar el estado del conductor y de sus empalmes (si los hay). Crucetas: Verificar que no estén partidas, desniveladas o podridas. Conexiones: Revisar los contactos (derivaciones o afloramientos).


Estructuras: Revisar el estado de los postes donde se realizará la actividad y las estructuras anteriores y posteriores al sitio de trabajo (fisuras, aplomado, cimentación y capacidad de trabajo del poste). Si el poste tiene alguno de estos problemas, se debe suspender los trabajos e informar al responsable de la cuadrilla. 2. Instalar cubridores de línea y cubridores de aislador en las tres fases. 3. Instalar DPS en el cerco o en la cruceta. 4. Instalar varilla a tierra. 5. Instalar el cable en 2 tubos de ½’’. 6. Instalar cable a la varilla con el conector. 7. Terminar de enterrar la varilla hasta 20 centímetros de profundidad bajo tierra. 8. Cubrir con manta cerrada los puntos sin aislamiento en BT. 9. Parar el tubo con el cable, zuncharlo al poste y llevarlo hasta el punto de conexión con los DPS. 10. Conectar el puente a tierra a los DPS. 11. Conectar el puente a tierra a la línea de tierra empleando el conector normalizado. 12. Instalar derivaciones en la parte superior del DPS. 13. Conectar el DPS a la línea con el conector normalizado. 14. Retirar cubrimiento.

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RECONECTADOR

El reconectador o restaurador es un aparato que al detectar una condición de sobrecorriente interrumpe el flujo, y una vez que ha transcurrido un tiempo determinado cierra sus contactos nuevamente, energizando el circuito protegido. Si la condición de falla sigue presente, el restaurador repite la secuencia de cierre-apertura un número de veces más (4 como máximo). Después de la cuarta operación de apertura, queda en posición Lockout (abierto definitivamente). Existen dos tipos de reconectador:


1. Restaurador de bobina serie: Detecta la sobrecorriente por medio de una bobina solenoide serie. La energía de disparo se obtiene la bobina serie y esta a su vez del circuito primario. La fuerza para cerrar los contactos se obtiene de resortes que se cargan después de una operación de disparo.

2. Restauradores de bobina paralela: Detectan la sobrecorriente por medio de TC montados internamente, o por medio de relevadores. La energía para el disparo no se obtiene directamente del circuito primario sino de una batería que se puede cargar del circuito primario por medio de TC o de TP. La fuerza para abrir los contactos se obtiene de resortes cargados durante la operación de recierre. La fuerza para cerrar los contactos se obtiene de resortes cargados por un motor, de una alimentación del primario o de una bobina solenoide.


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PUESTA A TIERRA

La red de conexión a tierra suministra la adecuada protección al personal y al equipo que dentro o fuera de la subestación pueden quedar expuestos a tensiones peligrosas cuando se presentan fallas a tierra en la instalación. Estas tensiones dependen básicamente de dos factores: la corriente de falla a tierra que depende del sistema de potencia al cual se conecta la subestación; y la resistencia de puesta a tierra de la malla que depende de la resistividad del suelo, del calibre de los conductores de la malla, su separación, su profundidad de enterramiento y la resistividad superficial del piso. Las principales funciones que tiene son: -

Evitar sobretensiones. Proporcionar vía de descarga de baja impedancia. Servir de conductor de retorno, proporcionar seguridad a las personas. Disminuir las tensiones peligrosas por debajo de los valores tolerables por el cuerpo humano.

El sistema de puesta a tierra estará conformado por los siguientes elementos: Media Tensión 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Conductor puente de los descargadores. Conductor bajante. Conductor transformador. Conector de puesta a tierra. Electrodo tipo varilla de 10 mm X 2,40. Abrazaderas de 3/8X 1,30m.

Baja Tensión 1. 2. 3. 4.

Conductor bajante. Conector de puesta a tierra. Electrodo tipo varilla de 10 mm X 2,40. Abrazaderas de 3/8X 1,30m, 1,50M.

Red Compacta 1. Conductor bajante 14 mts o según requerimiento. 2. Conductor conexión. 3. Conector de puesta a tierra.


4. Electrodo tipo varilla de 10 mm X 2,40. 5. Abrazaderas de 3/8X 1,30m, 1,50M. Según la norma ET492, el conductor bajante, puente de descargadores y transformador será en fleje de acero inoxidable con las siguientes características:

El sistema de puesta a tierra para baja tensión debe incluir los dispositivos que permitan conectarlo al conector perforación (acoplador de fleje a cable). Además el conector del electrodo no debe ser afectado por electrólisis y/o corrosión galvánica cuando se instale bajo las condiciones reales de servicio y esté expuesta a la humedad como también debe tener rigidez y resistencia mecánica adecuada para permitir su instalación en el terreno sin rotura o deformaciones que afecten su servicio. El electrodo tipo varilla debe ser de acero Inoxidable con la siguientes dimensiones 10 mm x 2,44 m. Las puestas a tierra de acero inoxidable deberán estar formadas por elementos que deben ser de alta calidad y cumplir la norma AISI; tipos 304 .así como debe poseer certificación de cumplimiento RETIE.


TRANSFORMADORES

Los transformadores o también llamados subestaciones o centros de distribución son aquellos puntos de transformación de los niveles de distribución primaria a niveles de distribución secundaría. Las subestaciones aéreas o transformadores en poste son aquellos cuyas características de tamaño, peso y capacidad permiten su montaje a la intemperie.


Seco Aislamiento

Seco sellado Medios líquidos

Convencional Protecciones Autoprotegido

Condiciones de servicio: En general, los transformadores de distribución deberán cumplir con ciertas condiciones para operar satisfactoriamente a la intemperie: -

Una altitud máxima de 2700 metros con una temperatura mínima de -10ºC y temperatura máxima de 40ºC. Una humedad relativa del 90%. Una velocidad del viento menor a 34 m/s. Un nivel medio de contaminación según la IEC 60815. Una radiación solar máxima menor a 1000 w/m2. Una capacidad de soportar actividad sísmica definida según la norma colombiana NSR 98.

En CODENSA se tiene el tipo de conexión Dyn5, a continuación se mostraran algunos voltajes nominales y sus capacidades asociadas:


Algunas de las disposiciones para el montaje son las siguientes:


Para efecto del RETIE, los transformadores eléctricos de capacidad mayor o igual a 3 kVA, nuevos, reparados o reconstruidos, deben cumplir con los siguientes requisitos, adaptados de las normas IEC 60076-1, ANSI C57 12, NTC 3609, NTC 1490, NTC 1656, NTC 3607, NTC 3997, NTC 4907, NTC 1954 o NTC 618. Requisitos de producto a. Los transformadores deben tener un dispositivo de puesta a tierra para conectar sólidamente el tanque, el gabinete, el neutro y el núcleo, acorde con los requerimientos de las normas técnicas que les apliquen y las características que requiera su operación. b. Todos los transformadores sumergidos en líquido refrigerante que tengan cambiador o conmutador de derivación de operación exterior sin tensión, deben tener un aviso: “manióbrese sin tensión”. c. Todos los transformadores sumergidos en líquido refrigerante deben tener un dispositivo de alivio de sobrepresión automático, fácilmente reemplazable, el cual debe operar a una presión inferior a la máxima soportada por el tanque. d. Los transformadores de distribución, deben poseer un dispositivo para levantarlos o izarlos, el cual debe ser diseñado para proveer un factor de seguridad mínimo de cinco para transformadores


en refrigerados en aceite y de tres para transformadores secos. El esfuerzo de trabajo es el máximo desarrollado en los dispositivos del levantamiento por la carga estática del transformador completamente ensamblado. e. Los dispositivos de soporte para colgar en poste, deben ser diseñados para proveer un factor de seguridad de cinco, cuando el transformador es soportado en un plano vertical desde el dispositivo superior. f. El nivel máximo de ruido (presión de ruido LPA) no debe superar los niveles establecidos en las normas técnicas de producto aplicables. g. El productor debe entregar al usuario las indicaciones y recomendaciones mínimas de montaje y mantenimiento del transformador. h. Rotulado. Todo transformador debe estar provisto de una placa fabricada en material resistente a la corrosión y fijada en un lugar visible que contenga los siguientes datos en forma indeleble.             

Marca o razón social del productor o proveedor. Número de serie dado por el productor. Año de fabricación. Clase de transformador. Número de fases. Frecuencia nominal. Potencias nominales, de acuerdo al tipo de refrigeración. Tensiones nominales, número de derivaciones. Corrientes nominales. Impedancia de cortocircuito. Peso total en kilogramos. Grupo de conexión. Diagrama de conexiones.

i. La siguiente información adicional, debe estar disponible para el usuario (catálogo):       

Corriente de cortocircuito simétrica. Duración del cortocircuito simétrico máximo permisible. Métodos de refrigeración. Clase de aislamiento. Líquido aislante. Volumen del líquido aislante. Nivel básico de asilamiento de cada devanado, BIL.


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Valores máximos de ruido permisibles en transformadores y su forma de medición. Pérdidas de energía totales a condiciones nominales.

Requisitos de Instalación a. Cuando el transformador no sea de tipo sumergible y se aloje en cámaras subterráneas sujetas a inundación, éstas deben ser debidamente impermeabilizadas para evitar humedad y en lo posible debe separarse de la cámara de maniobras. Cuando la cámara subterránea no sea impermeable se debe instalar transformador y caja de maniobras tipo sumergible. b. Los transformadores refrigerados en aceite no deben ser instalados en niveles o pisos que estén por encima o contiguos a sitios de habitación, oficinas y en general lugares destinados a ocupación permanente de personas, que puedan ser objeto de incendio o daño por el derrame del aceite. Los transformadores con más de 2000 galones de aceite deben instalarse mínimo a 9 m de las paredes de la subestación, si no se cumple esa condición deben colocarse paredes resistentes al fuego conforme a la norma NFPA 255. Si el volumen de aceite está entre 500 y 2000 galones, la distancia se puede reducir a 7 m y si no se puede cumplir tal distancia se debe colocar la pared resistente al fuego mínimo de dos horas. c. Cuando un transformador aislado en aceite requiera instalación en bóveda (conforme a la sección 450 de la norma NTC 2050), la bóveda debe asegurar que a temperaturas por encima de 150 ºC no permita la entrada de aire para apagar el incendio por ausencia de oxígeno d. Los transformadores y barrajes del secundario, cuando se usen en instalaciones de uso final, deben instalarse de acuerdo con lo establecido en la sección 450 de la NTC 2050. e. Todo transformador con tensión nominal superior a 1000 V debe protegerse por lo menos en el primario con protecciones de sobrecorriente, cuando se usen fusibles estos deben ser certificados y seleccionados de acuerdo con una adecuada coordinación de protecciones. f. El nivel de ruido en la parte externa del encerramiento no debe superar lo valores establecidos en las disposiciones ambientales sobre la materia, de acuerdo con la exposición a las personas.


Otros de los elementos empleados en las redes de distribución que define LIKINORMAS de CODENSA en su apartado de ESPECIFICACIONES TÉCNICAS son: - Cajas de inspección, ductos y accesorios. - Cajas, armarios y medidores. - Materiales de alumbrado público: Tales como luminarias de distinta potencia, luminarias LED, bombillas de vapor y proyectores. - Terminales, empalmes, barrajes y cintas.

BIBLIOGRAFÍA

Endesa, «Redes de Distribución,» 2013. «Anexo General,» de Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas RETIE, 2013. CODENSA. [En línea]. Available: http://likinormas.micodensa.com/. [Último acceso: Noviembre 2014]. S. R. Castaño, «Redes de Distribución de Energía,» Manizales, Universidad Nacional de Colombia, 2009.

Elementos Que Conforman Una Red de Distribución de Energía Eléctrica

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