Mantenimiento en Redes de Distribucion Aerea1

Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán Ingeniería Mecánica Eléctrica

MANTENIMIENTO EN REDES DE DISTRIBUCIÓN AÉREA

Seminario De Ingeniería Mecánica Eléctrica Grupo: 2058 Alumnos: Legorreta Dimas Oscar Antonio Tejeda García Erick Ricardo Pérez Albarrán Mauricio San Martín Licona Ángel Esaú Profesor: Ing. Oscar Cervantes Torres 

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Periodo Académico: 2015-II


Seminario de Ingeniería Mantenimiento en Redes de Distribución Aérea Semestre 2015-II

Indice PAG. Tema I “Introduccion –Sistemas Electricos de Potencia”………………….……………….……1 Tema II “Caracteristicas de los Sistemas de Distribucion Aereos”…………………… .….22 Tema III “ Comportamietno y Operacion de Redes aereas de Distribucion” …….…38 ”Mantenimiento”………………………………………………………………………… ……………………………………………… ………… ..45 Tema IV ”Mantenimiento”…………………………………… ..45

Tema V ”Aplicación y Desarrollo de Mantenimiento”……………………………………… Mantenimiento”……………………………………… .…51 Conclusiones Generales Bibliografía

Tema I Introducción-Sistema Eléctrico de Potencia



Introducción A partir del descubrimiento de la energía eléctrica y su posible utilización comercial por parte del hombre, esta ha jugado un papel importante en el desarrollo de la humanidad. El desarrollo de grandes fuentes de energia para ejecutar trabajos utiles ha sido la clave del dilatado progreso industrial y parte primordial en la mejora de calidad de vida del hombre, en la sociedad moderna. Pero el proceso de hacer llegar la energia eléctrica desde la fuentes hasta los consumidores, requieren de estructuras cada vez más complejas, denominadas sistemas de potencia. Las cuales poseen asociadas una serie de fenómenos en condiciones operativas normales y anormales, que son motivo del apasionado estudio de los ingenieros electricistas.

Sistema Eléctrico De Potencia Definición: El sistema eléctrico de potencia es un conjunto de elementos que tiene como fin generar, transformar, transmitir, distribuir y consumir la energía eléctrica de tal forma que se logre la mayor calidad al menor costo posible . Los sistemas de potencia son estructuras complejas y extensas, y debido a múltiples factores (estratégicos, económicos, etc.) no operan de manera aislada, sino que por el contrario, se encuentran relacionados entre sí, constituyendo lo que se denomina un sistema interconectado (Power-Pool) Un sistema interconectado son dos o más sistemas de potencia que se encuentran conectados eléctricamente entre sí, los cuales son planificados y operados de manera para poder así suministrar la energía de manera más confiable y económica a sus cargas y consumidores, combinando, con los planes de expansión, mejora y mantenimiento de cada sistema, con el objetivo de lograr crecer a la par de la carga. Las interconexiones facilitan la coordinación de las actividades de planificación y operación de los sistemas de generación y transmisión de los sistemas de potencia; Integra los sistemas a efectos de expandir y operar los sistemas interconectado, y así satisfacer la demanda de energía eléctrica. Asegura la calidad y confiabilidad del servicio al menor costo posible, mediante la optimización en el uso de las instalaciones y de los recursos energéticos.

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Estructura Del Sistema Eléctrico De Potencia

Dentro de los sistemas de potencia debido a su estructura, es común distinguir cuatro niveles funcionales u operativos de voltaje:    

Generación Transmisión Subtransmisión Distribución

Sistema De Generación Eléctrica La generación de energía eléctrica consiste en transformar alguna clase de energía química, mecánica, térmica o luminosa, entre otras, en energía eléctrica. Para la generación industrial se recurre a instalaciones denominadas centrales eléctricas, que ejecutan alguna de las transformaciones citadas. Estas constituyen el primer escalón del sistema de suministro eléctrico.

La generación eléctrica se realiza, básicamente, mediante un generador; si bien estos no difieren entre sí en cuanto a su principio de funcionamiento, varían en función a la forma

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en que se accionan. Explicado de otro modo, difiere en qué fuente de energía primaria utiliza para convertir la energía contenida en ella, en energía eléctrica.

La demanda de energía eléctrica de una ciudad, región o país tiene una variación a lo largo del día. Esta variación es función de muchos factores, entre los que destacan: tipos de industrias existentes en la zona y turnos que realizan en su producción, climatología extremas de frío o calor, tipo de electrodomésticos que se utilizan más frecuentemente, tipo de calentador de agua que haya instalado en los hogares, la estación del año y la hora del día en que se considera la demanda. La generación de energía eléctrica debe seguir la curva de demanda y, a medida que aumenta la potencia demandada, se debe incrementar la potencia suministrada. Esto conlleva el tener que iniciar la generación con unidades adicionales, ubicadas en la misma central o en centrales reservadas para estos períodos.

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En general los sistemas de generación se diferencian por el periodo del ciclo en el que está planificado que sean utilizados; se consideran de base la nuclear y la eólica, de valle la termoeléctrica de combustibles fósiles, y de pico la hidroeléctrica principalmente (los combustibles fósiles y la hidroeléctrica también pueden usarse como base si es necesario).

Dependiendo de la fuente primaria de energía utilizada, las centrales generadoras se clasifican en termoeléctricas (de carbón, petróleo, gas, nucleares y solares termoeléctricas), hidroeléctricas (aprovechando las corrientes de los ríos o del mar: mareomotrices), eólicas y solares fotovoltaicas. La mayor parte de la energía eléctrica generada a nivel mundial proviene de los dos primeros tipos de centrales reseñados. Todas estas centrales, excepto las fotovoltaicas, tienen en común el elemento generador, constituido por un alternador de corriente, movido mediante una turbina que será distinta dependiendo del tipo de energía primaria utilizada.

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El Sistema Eléctrico Nacional El Sistema Eléctrico Nacional está conformado por dos sectores, el público y el privado. El servicio público se integra por CFE y las centrales construidas por los Productores Independientes de Energía (PIE), éstos últimos entregan la totalidad de su energía a CFE para el servicio público de energía eléctrica. Por otro lado, el sector privado agrupa las modalidades de cogeneración, autoabastecimiento, usos propios y exportación. El 22.81 % de la capacidad instalada corresponde a 21 centrales construidas con capital privado por los Productores Independientes de Energía (PIE). La Comisión Federal de Electricidad es una empresa del gobierno mexicano que genera, transmite, distribuye y comercializa energía eléctrica para más de 27.1 millones de clientes, lo que representa a casi 80 millones de habitantes. En la CFE se produce la energía eléctrica utilizando diferentes tecnologías y diferentes fuentes de energético primario. Tiene centrales termoeléctricas, hidroeléctricas, carboeléctricas, geotermoeléctricas, eólicas y una nucleoeléctrica.  

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La CFE tiene más de 738 mil kilómetros de líneas de transmisión y de distribución. El suministro de energía eléctrica llega a cerca de 137 mil localidades (133,345 rurales y 3,356 urbanas). El 96.84% de la población utiliza la electricidad.

En México debido a la infraestructura y operación del Sistema Eléctrico Nacional (SEN), CFE lo divide en nueve regiones: Baja California, Baja California Sur, Noroeste, Norte, Noreste, Occidental, Central, Oriental y Peninsular. La operación de estas nueve regiones está bajo la responsabilidad de ocho centros de control ubicados en las ciudades de México, Puebla, Guadalajara, Hermosillo, Gómez Palacio, Monterrey y Mérida; las dos de Baja California son administradas desde Mexicali. Todas ellas se encuentran coordinadas por el CENACE en el Distrito Federal.

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Generación De Electricidad Con Energías Renovables En México Actualmente, México cuenta con alrededor de 1,924.8 MW de capacidad instalada de generación eléctrica con base en energías renovables, que incluye la capacidad destinada al servicio público, cogeneración y autoabastecimiento, representando el 3.3% de la capacidad instalada en el servicio público del país. Consumo nacional de energía eléctrica Según las fuentes de información en el año 2009, se registró un consumo nacional de energía eléctrica aproximadamente de:

El consumo nacional de energía eléctrica se integra por dos componentes: 

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Las ventas internas de energía eléctrica, las cuales incluyen la energía entregada a los usuarios con recursos de generación del sector público, incluyendo a los productores independientes de energía. El autoabastecimiento, que incluye a los permisionarios de autoabastecimiento, cogeneración, usos propios continuos, pequeña producción e importación de electricidad.

En 2009, el sector industrial consumió el 58.5% de las ventas el territorio nacional, con 107,651 GWh. Por otra parte, el sector residencial consumió el 25.8% de las ventas internas, con lo cual es el segundo consumidor de energía eléctrica, seguido por el sector

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comercial con 7.4%, luego el bombeo agrícola con 4.4% y finalmente el sector servicios con 3.8 %.

Prospectiva De La Demanda Máxima Hacia El Año 2024 La demanda máxima global del sistema incluye las cargas con autoabastecimiento remoto y la correspondiente al servicio público. Durante la última década ha mostrado un comportamiento ascendente. El pronóstico de demanda para el año 2024 lo podemos ver en la siguiente tabla:

Como podemos ver en el cuadro anterior, para el año 2024 la demanda máxima tomara el valor de la capacidad instalada que se tiene actualmente, por ello la importancia de expandir el sector eléctrico nacional y así poder tener un margen de reserva confiable. La proyección de consumo calculada para los próximos 15 años se muestra en la siguiente tabla:

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Expansión Del Sistema Eléctrico Nacional La capacidad adicional requerida para atender la demanda de energía eléctrica calculada para los próximos años, se realiza con base en la evaluación técnica y económica de los diferentes proyectos, seleccionando los proyectos de generación y transmisión que logran el menor costo total de largo plazo. Dicho expansión considera el tiempo de maduración de cada proyecto, que inicia con la planeación de una nueva central generadora, el proceso de contratación, construcción y termina hasta su entrada en operación comercial, para lo cual en promedio transcurren de cuatro a seis años, dependiendo del tipo de central y del combustible a utilizar, entre otros factores. En el caso de los proyectos de transmisión se requiere de un proceso que va de tres a cinco años previo al inicio de operaciones de la nueva infraestructura.

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Como podemos observar en la tabla anterior en un futuro la generación de energía eléctrica seguirá dependiendo de los combustibles fósiles aunque ya en menor magnitud, la participación de algunas fuentes energéticas se mantendrá constante, el uso de energías renovables como la eólica, con el paso de los años aumentara su capacidad considerablemente, el aprovechamiento de la energía solar no se considera todavía a pesar del gran potencial del recurso natural que se tiene en el territorio nacional. Es importante seguir fomentando la construcción de centrales eléctricas de fuentes renovables que pueden contribuir a reducir la dependencia de combustibles como el petróleo y aumentar la seguridad del abastecimiento eléctrico proporcionando un futuro sustentable para el país.

Sistema De Transmisión Como se vio anteriormente, la electricidad es producida a través de centrales generadoras de diferentes tipos. Todas ellas están basadas en el uso de los recursos naturales del planeta: centrales hidráulicas ubicadas en ríos, lagos naturales o artificiales, térmicas que utilizan el carbón, gas o petróleo, eólicas, solares, mareomotrices y undimotrices; estas dos últimas se basan en las mareas y las olas respectivamente. Las líneas de transmisión de alto voltaje

Existe un problema que el ser humano ha tenido que resolver: todos los recursos de energía anteriormente señalados se encuentran en la mayoría de los casos a grandes distancias de los lugares donde se requiere su uso. Debido a ello, es necesario transportar la electricidad desde donde se produce (centrales eléctricas) hasta donde se utiliza (casas, escuelas, hospitales, industrias, comercio, y otros). La manera en que se ha resuelto el problema de transportar la energía eléctrica de un modo económico, es mediante la construcción de líneas de transmisión de alto voltaje.

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Para entender la función que realiza una línea de transmisión se puede comparar con una tubería por la cual circula agua a presión. El mayor diámetro que tenga la tubería (manteniendo la presión) permite una mayor capacidad de transporte de agua. Esto se puede relacionar con el diámetro (calibre) del conductor eléctrico; y asimismo la presión al interior de la tubería se puede relacionar con el voltaje de la línea de transmisión. La gran mayoría de las líneas de transmisión son aéreas ya que las subterráneas tienen un costo más elevado. Sin embargo, existen algunas situaciones en que, en determinados tramos, la línea necesariamente debe ser subterránea (soterrada) o submarina.

Los Sistemas Interconectados La interconexión entre las empresas de generación, transmisión y distribución de energía se realiza a través de sistemas interconectados que pueden funcionar separadamente, como ocurre en la actualidad, o en forma interconectada, como se proyecta a futuro, debido a que resulta conveniente desde el punto de vista económico. El relieve y las líneas de transmisión: En el proceso de construcción de estas líneas, se pueden encontrar terrenos con variaciones muy suaves de su topografía (caso A), y en otras oportunidades se deben construir a través de cerros o montañas. En este último caso se utilizan helicópteros, los cuales llevan las torres semi-construidas y se arman en el cerro (caso B).

Sea el terreno plano o con montañas, la línea de transmisión debe tener torres de una altura suficiente para que la parte más baja de los cables colgantes en un vano (distancia entre dos torres adyacentes), sea superior a la mínima altura permitida.

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Línea de transmisión operando a diferentes temperaturas (T2>T1>T0): la distancia

vertical entre el suelo y el punto de menor altura del conductor se denomina altura de despeje y constituye la principal preocupación durante la operación y mantenimiento de la línea de transmisión. Por ello, es necesario podar los árboles situados en la cercanía. También se debe respetar la altura adecuada de las líneas de transmisión cuando estas cruzan una carretera, evitando posibles accidentes en el caso que camiones con gran altura pasen muy cerca de los cables energizados. La temperatura de los conductores o cables sube con la potencia transmitida; este factor limita su capacidad porque alarga los cables acercándolos al suelo.

Cuando se habla de líneas de transmisión de un país, se está haciendo referencia a un conjunto de líneas que están instaladas de tal modo, que si una de ellas falla, se puede

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desconectar sin alterar el correcto funcionamiento del resto. De esa forma, se garantiza el abastecimiento a todos los usuarios del sistema. La energía eléctrica producida por una central es de tensión relativamente baja, por lo que va a una subestación que la sube para inyectarla en la línea de transmisión de alta tensión. La electricidad es transportada a la velocidad de la luz por largas distancias hasta la subestación de bajada, donde uno o más transformadores reducen el voltaje de la línea de transmisión, para luego repartir la energía a los usuarios a menor tensión a través de la red de distribución. De esta forma, cuando un consumidor necesita energía eléctrica en su casa o en cualquier otro lugar, esta le llega en forma casi “instantánea”, con solo apretar un interruptor. Proceso de transmisión: central de generación – subestación de subida – transmisión – subestación de bajada – distribución. La línea de transmisión es uno de los componentes más importantes de un Sistema de Energía Eléctrica.

Sistema De Sub-Transmisión. El sistema de sub-transmisión posee características muy similares del sistema de distribución, pero manejan mayor potencia (5 a 50 MVA) y se diferencian en que se alimentan a un cierto número de subestaciones de distribución, los niveles de voltaje utilizados son de 69 Kv, 34.5 Kv y 24 Kv. El sistema de sub-transmisión se diferencia al de transmisión, debido a que el primero no realiza interconexiones entre sistemas de potencias o centrales de generación.

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Sistema De Distribución La distribución de energía eléctrica es una actividad cuyas técnicas están en un proceso constante de evolución reflejada en el tipo de equipos y herramientas utilizadas, en los tipos de estructuras, en los materiales con los que se construyen las redes de distribución y en los métodos de trabajo de las cuadrillas de construcción y mantenimiento, reflejada también en la metodología de diseño y operación empleando computadores (programas de gerencia de redes, software gráfico, etc). Algunos de estos factores de evolución son:       

Expansión de la carga. Normalización de materiales, estructuras y montajes. Herramientas y equipos adecuados. Métodos de trabajo específico y normalizado. Programas de prevención de accidentes y programas de mantenimiento. Surgimiento de industrias de fabricación de equipos eléctricos. Grandes volúmenes de datos y planos.

Un sistema de distribución de energía eléctrica es el conjunto de equipos que permiten energizar en forma segura y fiable un número determinado de cargas, en distintos niveles de tensión, ubicados generalmente en diferentes lugares.

Dependiendo de las características de las cargas, los volúmenes de energía involucrados, y las condiciones de fiabilidad y seguridad con que deban operar, los sistemas de distribución se clasifican en: Industriales, Comerciales, Urbanos, y Rurales.

Los sistemas de distribución industrial comprenden a los grandes consumidores de energía eléctrica, que generalmente reciben el suministro eléctrico en alta tensión. Es frecuente que la industria genere parte de su demanda de energía eléctrica mediante procesos a vapor, gas o diésel.

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Los sistemas de distribución comerciales son un término colectivo para sistemas de energía existentes dentro de grandes complejos comerciales y municipales. Este tipo de sistemas tiene sus propias características como consecuencia de las exigencias especiales en cuanto a seguridad de las personas y de los bienes, por lo que generalmente requieren de importantes fuentes de respaldo en casos de emergencia.

Los sistemas de distribución urbanos alimentan la distribución de energía eléctrica a poblaciones y centros urbanos de gran consumo, pero con una densidad de cargas pequeña. Son sistemas en los cuales es muy importante la adecuada selección de los equipos y su correcto dimensionamiento.

Los sistemas de distribución rural se encargan del suministro eléctrico a zonas de menor densidad de cargas, por lo cual requiere de soluciones especiales en cuanto a equipos y a tipos de red. Debido a las distancias largas y las cargas pequeñas, es elevado el coste del KWh consumido. En algunos casos es incluso justificado, desde el punto de vista económico, la generación local en una fase inicial, y sólo en una fase posterior, puede resultar económica y práctica la interconexión para formar una red grande

Clasificación de redes por su configuración: 1) Sistema Radial

Utiliza una sola línea de suministro, de manera que los consumidores solo tienen una sola posible vía de alimentación. Este tipo de red se utiliza principalmente en áreas rurales ya que es menor el coste de suministro al tratarse de grandes áreas geográficas con cargas dispersas y baja densidad.

Este tipo de sistema, es el más simple y el más económico debido a que es el arreglo que utiliza menor cantidad de equipo, sin embargo, tiene varias desventajas por su forma de operar:

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El mantenimiento de los interruptores se complica debido a que hay que dejar fuera parte de la red. Son los menos confiables ya que una falla sobre el alimentador primario principal afecta a la carga.

2) Sistema Anillo

Es aquel que cuenta con más de una trayectoria entre la fuente o fuentes y la carga para proporcionar el servicio de energía eléctrica. Este sistema comienza en la estación central o subestación y hace un “ciclo” completo

por el área a abastecer y regresa al punto de donde partió. Lo cual provoca que el área sea abastecida de ambos extremos, permitiendo aislar ciertas secciones en caso de alguna falla. Este sistema es más utilizado para abastecer grandes masas de carga, desde pequeñas plantas industriales, medianas o grandes construcciones comerciales donde es de gran importancia la continuidad en el servicio.

A continuación, mostramos las ventajas en operación de este sistema:   

Son los más confiables ya que cada carga en teoría se puede alimentar por dos trayectorias. Permiten la continuidad de servicio, aunque no exista el servicio en algún transformador de línea. Al salir de servicio cualquier circuito por motivo de una falla, se abren los dos interruptores adyacentes, se cierran los interruptores de enlace y queda restablecido el servicio instantáneamente. Si falla un transformador o una línea la carga se pasa al otro transformador o línea o se reparte entre los dos adyacentes.

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Si el mantenimiento se efectúa en uno de los interruptores normalmente cerrados, al dejarlo desenergizado, el alimentador respectivo se transfiere al circuito vecino, previo cierre automático del interruptor de amarre.

3) Sistema Red O Malla

Una forma de subtransmisión en red o en malla provee una mayor confiabilidad en el servicio que las formas de distribución radial o en anillo ya que se le da alimentación al sistema desde dos plantas y le permite a la potencia alimentar de cualquier planta de poder a cualquier subestación de distribución. Este sistema es utilizado donde la energía eléctrica tiene que estar presente sin interrupciones, debido a que una falta de continuidad en un periodo de tiempo prolongado tendría grandes consecuencias, por ejemplo: en una fundidora.

Sistema red o malla

Capacidad De Transmisión Y Distribución Del Sistema Eléctrico Nacional La infraestructura de transmisión y distribución del SEN hace posible la transformación, transmisión, distribución y comercialización de energía eléctrica a lo largo de todo el país. Esta infraestructura es operada por áreas de control que mantienen la confiabilidad e integridad del sistema. Las áreas supervisan a su vez que la demanda y la oferta de energía eléctrica estén balanceadas en cualquier instante. La Red de transmisión troncal está Integrada por líneas de transmisión y subestaciones de potencia a muy alta tensión (400 kV y 230 kV) para conducir grandes cantidades de energía

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entre regiones alejadas. Se alimentan de las centrales generadoras y abastece las redes de subtransmisión y las instalaciones de algunos usuarios industriales. Durante 2008 estas líneas aumentaron 437 km, lo que arroja un total de 48,456 km.

Interconexiones Con El Exterior De Energía Eléctrica El Sistema Eléctrico Nacional se encuentra interconectado con el exterior a través de interconexiones que operan de manera permanente y algunas otras que se utilizan en situaciones de emergencia. La razón de que estas últimas no operen de forma permanente se debe a que técnicamente no es posible unir sistemas grandes con líneas pequeñas por el riesgo de inestabilidades en el sistema eléctrico de uno u otro país. El sistema de Baja California (norte) opera ligado con la red eléctrica de la región occidental de EUA - Western Electricity Coordinating Council (WECC). Por medio de dos enlaces de transmisión a 230 KV. Esto ha permitido a la CFE realizar exportaciones e importaciones económicas de capacidad y energía, y recibir apoyo en situaciones de emergencia, es decir, cuando el suministro se ve afectado por distorsiones o disturbios, como en circunstancias en que se requiere apoyar el restablecimiento de sistemas en caso de apagones en ambos lados de la frontera México-EUA.

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Las interconexiones entre ambos sistemas en la zona de Baja California hacen factible contar con una capacidad de 800 MW para líneas con un nivel de tensión de 230 KV (véase mapa). Los miembros en EUA del WECC están localizados en los estados de California, Arizona, Nuevo México y una pequeña parte de Texas, mientras que el sistema de CFE que mantiene dichas interconexiones está ubicado en Baja California, Sonora y Chihuahua.

Capacidad instalada del Sistema Eléctrico Nacional Actualmente el potencial de México para generar energía eléctrica está compuesto por 177 centrales generadoras, con una capacidad instalada de 59,573 megawatts (MW), Como podemos observar en la siguiente grafica en términos de participación, CFE representó el 66.6% del total instalado al cierre del 2008. Los productores independientes registraron una participación de 19.2%. El sector privado bajo las figuras de autoabastecimiento y cogeneración contribuye con el 6.7% y 4.5% respectivamente, mientras que la capacidad instalada para fines de exportación de electricidad representa el 2.2 %.

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De la capacidad nacional instalada en el país 51,105 MW corresponden al servicio público (incluyendo la capacidad contratada con el esquema PIE) y 8,468 MW a permisionarios (Autoabastecimiento y cogeneración).

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Tema II Características De Los Sistemas De Distribución Aéreas



Características De Los Sistemas De Distribución Aéreas El problema de la distribución es diseñar, construir, operar y mantener el sistema de distribución que proporcionará el adecuado servicio eléctrico al área de carga a considerarse, tomando en cuenta la mejor eficiencia en operación. Desafortunadamente, no cualquier tipo de sistema de distribución puede ser empleado económicamente hablando en todas las áreas por la diferencia en densidad de carga, por ejemplo: no aplica el mismo sistema para una zona industrial que una zona rural debido a la cantidad de carga consumida en cada uno de ellos; también, se consideran otros factores, como son: la planta de distribución existente, la topografía, etcétera. Para diferentes áreas de carga o incluso para diferentes partes de la misma área de carga, el sistema de distribución más efectivo podría tomar diferentes formas. El sistema de distribución debe proveer servicio con un mínimo de variaciones de tensión y el mínimo de interrupciones, debe ser flexible para permitir expansiones en pequeños incrementos así como para reconocer cambios en las condiciones de carga con un mínimo de modificaciones y gastos. Esta flexibilidad permite guardar la capacidad del sistema cercana a los requerimientos actuales de carga y por lo tanto permite que el sistema use de manera más efectiva la infraestructura. Además y sobre todo elimina la necesidad para predecir la localización y magnitudes de las cargas futuras. Las redes de distribución presentan características muy particulares y que los diferencian de las de transmisión. Entre estas se distinguen:     

Topologías radiales Múltiples conexiones (monofásicas, bifásicas, etc.) Cargas de distinta naturaleza Líneas de resistencia comparables a la reactancia Líneas sin transposiciones

Los sistemas de distribución son típicamente radiales, esto es, el flujo de potencia nace solo de un nudo. Este nudo principal se reconoce como la subestación que alimenta al resto de la red. En la subestación se reduce el voltaje del nivel de alta tensión (A.T.) al de media tensión (M.T.). Comúnmente se utiliza para el control de tensión en el lado de M.T. un transformador con cambiador de derivaciones o en su defecto un banco de condensadores. El cambiador automático de derivaciones en transformadores de poder AT/MT de sistemas de distribución permite efectuar el cambio en derivaciones con carga conectada.

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Dependiendo del fabricante el cambiador de derivaciones bajo carga (CDBC) se encuentra en el lado de A.T. o en el lado de M.T. del transformador. La tensión en barras de M.T. de la subestación oscila normalmente entre 1 y 1.5 en p.u. por efecto del compensador por caída de línea que posee el sistema de control CDBC. En las horas de punta fluye mayor corriente por las líneas lo que provoca una mayor caída de tensión de las mismas. Este problema se atenúa en parte con el compensador de caída de línea que eleva la tensión en barra de la subestación de poder en las horas de punta. La distribución se hace luego en el nivel de media tensión (M.T.) o en baja tensión (B.T.). los clientes residenciales o comerciales se alimentan en M.T. o en B.T , según los requerimientos particulares de cada uno de ellos.

En los sistemas se pueden encontrar muchos tipos de conexione: trifásicas, bifásicas o monofásicas. Si bien es cierto en M.T. predominan las redes trifásicas es frecuente encontrar cargas bifásicas, especialmente en zonas rurales. Sin embargo, es en B.T. en donde se encuentran las más variadas conexiones, consecuencia de una mayoría de cargas residenciales de naturaleza monofásicas. Los desequilibrios que se generan en B.T. tratan de amortiguarse repartiendo equitativamente las cargas en las tres fases. Otro aspecto que llama la atención en distribución es la presencia de cargas de distinta naturaleza. En efecto, los tipos de carga que comúnmente se encuentran son: residenciales, comerciales, industriales y agro-industriales (estas últimas muy típicas en zonas rurales). Cada una de estos típicos se caracteriza por poseer un factor de potencia típico y un determinado comportamiento frente a las variaciones de tensión y temperatura. Contrariamente a lo que sucede en sistemas de transmisión, en distribución la resistencia de las líneas es comparable a su reactancia. Generalmente la razón X/R tiene un amplio rango de variación, pudiendo llegar a ser bastante menor que uno.

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Finalmente, en distribución no existen transposiciones. La causa es que aquí las líneas son cortas (menos de 50 Km). Esto motiva que las caídas de tensión debido a los acoplamientos entre las fases sean desequilibradas. Por esta causa, la más exacta modelación de las líneas es atreves de una matriz simétrica llena de 3x3. Por otra parte, la naturaleza desbalanceada de impedancias y cargas de estos sistemas no hace atractiva la transformación a componentes simétricas. En efecto, la imposibilidad de desacoplar y modelar el sistema como una red de una secuencia hace más complejo el análisis de flujo de potencia. En este la línea trifásica se reduce a un sistema de 4 conductores, suponiendo retornos por tierra, en donde los efectos mutuos han sido incorporados a las admitancias propias de la línea. Con este modelo reducido se obtienen 4 líneas independientes entre sí. El problema de este método son las muchas aproximaciones que se deben hacer llegar al modelo reducido, además de tratar los consumos como admitancias en vez de cargas fijas. Al comparársele con el sistema subterráneo tiene las siguientes ventajas:     

Costo inicial más bajo. Son las más comunes y materiales de fácil consecución. Fácil mantenimiento. Fácil localización de fallas. Tiempos de construcción más bajos.

Y tiene las siguientes desventajas:    

Mal aspecto estético. Menor confiabilidad. Menor seguridad (ofrece más peligro para los transeúntes). Son susceptibles de fallas y cortes de energía ya que están expuestas a: descargas atmosféricas, lluvia, granizo, polvo, temblores, gases contaminantes, brisa salina, vientos, contactos con cuerpos extraños, choques de vehículos y vandalismo.

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Partes Principales Que Conforman Un Sistema De Distribución Aéreo Las partes principales de un sistema aéreo son esencialmente: 1. Postes

La postería es el elemento que soporta los conductores y demás componentes de una línea aérea separándolos del terreno; están sometidos a fuerzas de compresión y flexión, debido al peso de los materiales que sustentan y a la acción del viento sobre los mismos; además, a los desniveles del terreno. En la elección de los postes, se tendrá en cuenta la accesibilidad de todas sus partes, para la revisión y conservación de su estructura por parte del personal especializado. Atendiendo a la función de los postes en la línea, estos pueden clasificarse en:   

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Apoyos de alineación, cuya función es solamente soportar los conductores y cables de tierra. Apoyos de ángulo, empleados para sustentar los conductores y cables de tierra en los vértices o ángulos que forma la línea en su trazado. Apoyos de anclaje, cuyo fin es proporcionar puntos firmes, en la línea, que impidan la destrucción total de la misma cuando por cualquier causa se rompa un conductor o apoyo. Apoyos de fin de línea, soportan las tensiones producidas por la línea; son su punto de anclaje de mayor resistencia.

Existen varios tipos de materiales en los cuales construyen la postería dependiendo del tipo de esfuerzo que necesite que este resista. 2. Postes De Madera:

Es el más económico de fabricación y poco usado. Su campo de aplicación es casi exclusivamente en líneas de baja tensión y en sectores rurales. Normalmente los postes de madera empleados en las líneas son de pino, abeto y castaño; este último es de mayor duración, pero su precio es más elevado y, por tanto, disminuye su aplicación. 3. Postes Metálicos:

El metal más empleado en la fabricación de este poste es el acero en forma de tubo o bien de perfiles laminados en L, U, T, I, etc.; en algunos casos se emplea fierro fundido o aleaciones ligeras de aluminio-acero. Para unir los diversos perfiles se emplean remaches, tornillos, pernos y, en algunos casos, soldadura Los potes metálicos tienen una serie de ventajas sobre los demás tipos de postes, entre las que destacaremos:

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Superior resistencia mecánica. Armado cómodo en el lugar de izado. Fácil mantenimiento. Mejor estética, que los hace decisivos en ciertos lugares.

4. Postes De Hormigón:

El hormigón es una composición formada por cemento, grava o piedra machacada, agua y arena que, convenientemente mezclada, fragua hasta adquirir una consistencia pétrea. Es el más utilizado en las líneas eléctricas de baja y media tensión. Los postes de hormigón tienen la ventaja de no necesitar conservación y su duración es ilimitada, pero tienen el inconveniente de que su costo es mayor que los de madera y, como su peso es mayor, aumentan los gastos de transporte cuando no se fabrican en el lugar de emplazamiento.

Nomenclatura CFE-PC13 POSTE DE CONCRETO DE 13-600: Muestra las características  dimensionales de norma del poste de 13 m de longitud y de 600 kg de resistencia a la ruptura, el cual es una opción para utilizarse en las zonas en las que no existan instalaciones eléctricas de distribución de CFE. CFE-PC12 POSTE DE CONCRETO DE 12-800: Muestra las características  dimensionales de norma del poste de 12 m de longitud y de 800 kg de resistencia a la ruptura, el cual es una opción para utilizarse en las zonas en las que no existan instalaciones eléctricas de distribución de CFE.

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CFE-PC9 POSTE DE CONCRETO DE 9-400: Muestra las características dimensionales de norma del poste de 9 m de longitud y de 400 kg de resistencia a la ruptura, el cual es una opción para utilizarse en las zonas en las que no existan instalaciones eléctricas de distribución de CFE. CFE-PC7 POSTE DE CONCRETO DE 7-500: Muestra las características dimensionales de norma del poste de 7 m de longitud y 500 kg de resistencia a la ruptura, el cual es una opción para utilizarse en zonas en las que no existan instalaciones eléctricas de distribución de CFE.

Líneas aéreas Las líneas aéreas son aquellas que están constituidas por conductores desnudos, forrados o aislados, tendidos en el exterior de edificios o en espacios abiertos y que están soportados por postes u otro tipo de estructuras con los accesorios necesarios para su fijación, separación y aislamiento de los mismos conductores. Su tensión eléctrica de operación va de los 1000 hasta los 34500 volts. Las líneas aéreas de media tensión deben tener resistencia mecánica suficiente para soportar las cargas propias y las debidas a las condiciones meteorológicas a que estén sometidas, según el lugar en que se ubiquen, con los factores de sobrecarga adecuados.

Tipos de estructuras. Se consideran estructuras de líneas de media tensión todas aquellas que soporten conductores cuya operación sea de 13 hasta 33 kV. La identificación de las estructuras está codificada con base al tipo, de la posición de los diferentes niveles y número de conductores en la estructura. Esto facilita su sistematización al momento de presupuestar o requerir materiales. Las estructuras metálicas, incluyendo postes de alumbrado, canalizaciones metálicas, marcos, tanques y soportes del equipo de líneas, cubiertas metálicas de los cables aislados, manijas o palancas metálicas para operación de equipo, así como los cables mensajeros, deben estar puestos a tierra efectivamente de tal manera que durante su operación no ofrezcan peligro a personas o animales. a. Estructura tipo T

Consideraciones de la estructura tipo T: La estructura tipo "T" sirve para soportar conductores de líneas primarias sin absorber el esfuerzo de su tensión mecánica, solo los debidos al efecto de viento o pequeñas tensiones mecánicas como las del tramo flojo o de alguna pequeña deflexión. La estructura tipo "T" se usa en líneas de distribución urbana y rural. Esta estructura se utilizara siempre y cuando cumpla con la separación horizontal y vertical a construcciones, en caso contrario se utiliza estructuras tipo “V”.

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Para este tipo de estructuras el claro máximo interpostal depende fundamentalmente de sí:      

Se usa en líneas en media tensión urbana y rural. La altura mínima del poste a utilizar en líneas de media tensión es de 12 m. La fase del centro siempre debe ir al lado de la calle. La posición de las crucetas en el poste se debe alternar, es decir, una del lado fuente y la siguiente en el lado de la carga. En líneas rurales con sistemas 3F-4H con conductores pesados, el neutro se deberá llevar como hilo de guarda. En líneas rurales de 3 fases construidas con estructuras tipo “T”, la fase central

se alternará en cada poste (en zigzag). Existen cuatro derivaciones importantes de la estructura tipo T que se muestran en la tabla 2.1:

b. Estructura TS2N

Esta estructura se utilizará en el área rural en regiones con baja incidencia de descargas atmosféricas y predominio de servicios monofásicos. En área urbana se utilizara donde no exista línea secundaria. 

Se deben de tomar en cuenta algunas consideraciones como:

En líneas rurales se instalará una bajante de tierra cada 2 estructuras. En líneas urbanas la conexión a tierra quedara determinada por la red secundaria. 

El neutro se instalará del lado del tránsito en el derecho de vía.

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c. Estructura TS2G.

Esta estructura se utilizará en aéreas rurales con alta incidencia de descarga atmosférica y predominio de servicios monofásicos. Se tomarán en cuenta algunas consideraciones como:  

Se instalara una bajante de tierra cada dos estructuras. Para aumentar distancia interpostal y eliminar la limitante de separación a piso utilice bayoneta p.

d. Estructura TS3N.

Se utiliza en áreas rurales con baja incidencia de descargas atmosféricas y en áreas urbanas para líneas de media tensión sin red de baja tensión. En áreas rurales la fase central deberá instalarse alternadamente (a uno y otro lado del poste) en cada estructura.

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En áreas rurales se instalará una bajante de tierra cada dos estructuras como mínimo mientras que en áreas urbanas la conexión a tierra la determinará la red secundaria.

e. Estructura TS3G

Esta estructura se utilizará en áreas rurales con alta incidencia de descargas atmosféricas tanto en sistemas "A" como excepcionales en sistemas "B". En el sistema "A" utilice el neutro corrido para llevarlo como hilo de guarda. La fase central debe instalarse alternadamente (a uno y otro lado del poste) en cada estructura. Para esta tipo se instalará una bajante de tierra cada dos estructuras.

Dentro de la estructura tipo T se encuentra la de tipo TD(Te doble) la cual se utiliza para deflexiones mayores a las permitidas por la estructura TS, la estructura TD permite una deflexión hasta 25º, el claro máximo de esta estructura lo define la estructura TS, La deflexión máxima horizontal está limitada por la resistencia mecánica de la retenida que soporta el empuje del viento en poste y conductores, así como la componente transversal de la tensión máxima de los cables debida a la deflexión de la línea.

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f. Estructura tipo R.

Consideraciones acerca de la estructura R: 

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



La estructura tipo RD se usa para rematar los conductores donde principia o termina la línea. El remate de los conductores se hace en cruceta, las estructuras RD se deben instalar en tangente. Esta soporta las cargas verticales, transversales y longitudinales que transmiten los cables, así como el empuje del viento sobre el poste, sin embargo para el diseño rigen las cargas longitudinales de los cables. La capacidad de carga de ésta estructura depende fundamentalmente de la resistencia de la cruceta así como el conjunto retenida, perno ancla, ancla y empotramiento. Para el diseño de la estructura se considera a la línea como un sistema formado por estructuras de: paso, deflexión anclaje y remate con tensiones mecánicas de cables iguales, de tal manera que en las estructuras de paso y deflexión las tensiones horizontales se encuentran en equilibrio y que la estructura de remate absorbe las tensiones longitudinales.

Existen cinco derivaciones importantes de la estructura tipo R como se muestra en la tabla 2.2

En las estructuras RD2N, RD2G, RD3N, RD3G, todas son utilizadas para rematar conductores ligeros y pesados en líneas rurales en un lado del poste. En áreas urbanas se remata el neutro en bastidor y carrete h.

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g. Estructura RD3N/RD3

Esta estructura es la comúnmente llamada estructura tipo E. En esta estructura se procura que los puentes queden de una sola pieza.

h. Estructura tipo A

Consideraciones de la estructura tipo A: 

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La estructura A de anclaje para líneas de media tensión tiene como función aislar mecánicamente una línea con trayectoria recta, cambio de calibre y pequeñas deflexiones. Cuando el remate de los conductores se realice en el poste, el nombre genérico de esta estructura es AP (anclaje en el poste). Esta estructura se utiliza para rematar conductor de cualquier calibre. En áreas urbanas generalmente se utiliza estructuras de anclaje con remate en las crucetas. En líneas rectas debe existir una estructura de anclaje cada 1 Km cuando menos; en zonas geográficas sometidas a condiciones climatológicas que ponen en riesgo el daño de las instalaciones deberá consultarse con el área correspondiente. A todas las estructuras de anclaje en líneas rurales se les debe instalar retenidas de tempestad.

Existen cuatro derivaciones importantes de la estructura tipo A como se muestra en la tabla 2.3.

Las cuatro estructuras antes mencionadas todas son utilizadas para anclar conductores pesados y ligeros en uno o en ambos lados del poste.

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Ya la selección de estas dependerá del conductor a utilizar y de la deflexión en la línea.

i. Estructura tipo V

Consideraciones de la estructura tipo V: 

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Esta estructura es típicamente urbana y se utiliza para dar libramiento horizontal a edificios de varios pisos o a algún tipo de obstáculos como anuncios, arbotantes, etc. Esta estructura se debe usar en tramos hasta de 65 m. En estructuras de remate (VR) o anclaje (VA) para conductor pesado se recomienda postes de acero con retenida volada a poste o estaca para evitar esfuerzos de torsión al poste de concreto. La estructura de anclaje (VA) solo se usara en cambio de calibre de conductor. Cuando no existan problemas de libramiento horizontal se puede utilizar la cruceta volada para reducir deflexiones de la línea en urbanizaciones irregulares. La cruceta debe quedar a 90° con respecto a la cara del poste.

Entre las más utilizadas en el campo laboral encontramos 6 derivaciones de la estructura tipo V como se observa en la tabla 2.4:

Todas estas derivaciones son utilizadas exclusivamente en áreas urbanas y cuando no existan líneas secundarias.

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Las limitantes para el tramo máximo son por libramiento a piso o por resistencia del alfiler. También se utiliza en sistemas urbanos con neutro corrido cuando existen problemas por separación a construcciones.

Conductores Para seleccionar conductores se deben considerar factores eléctricos, mecánicos, ambientales y económicos. Las condiciones ambientales pueden ser normales, contaminadas o hielo. Eléctricamente se calcula el calibre en función de la carga por alimentar y la distancia de la fuente a la carga. (Analizando regulación y perdidas de energía por conducción). Empleando como mínimo 1/0 ACSR, 3/0 AAC y Nº 2 Cu. Los conductores se normalizan en base a: o o

Calibres. Material.

En las líneas aéreas de media tensión se pueden tener tres tipos de conductor desnudos: o

o

AAC (Conductor fabricado en aluminio, de nominación usada generalmente para conductores desnudos.): Se utiliza en áreas urbanas y de contaminación. ACSR (Cable de aluminio con refuerzo central de acero): Se utiliza en líneas y áreas rurales en todos los calibres normalizados COBRE (Cable de cobre desnudo en temple duro, semiduro y suave): Se utiliza en áreas donde se justifique técnica y económicamente.

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La imagen 2.21 muestra las características de los conductores desnudos para media tensión:

Tendido de conductores en áreas urbanas y rurales

Conductores En Áreas Urbanas. Consideraciones a tomar en el tendido de conductores:  

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

En construcción de nuevas líneas primero se debe tender y tensar la línea de media tensión y posteriormente la línea de baja tensión. Cuando no existan problemas por tránsito de vehículos en la trayectoria de la línea se tendera el conductor en el piso. Los conductores de AAC o ACSR no se deben arrastrar. En la construcción de una línea de media tensión, se subirá primero a la cruceta el conductor del lado de la acera, luego el conductor de la fase central y por último el del lado del arroyo. Cuando existan problemas por tránsito de vehículos en la trayectoria del tendido, se deben llevar los conductores sobre las estructuras. La línea de media tensión se debe llevar sobre rodillos instalados en las crucetas, procurando mantener una tensión suficiente al conductor para que no cuelgue demasiado y ocasione problemas por libramiento inadecuado con algunos obstáculos o superficies. Se debe tender el conductor sobre los postes, rematar en un extremo y jalar el otro lado hasta obtener la tensión necesaria para las condiciones en que se esté trabajando.

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Después de dar la tensión especificada, se corta el cable dejando suficiente punta para los puentes de las conexiones. Se debe procurar dejar los puentes sin conectadores.

Conductores En Áreas Rurales. Consideraciones a tomar en el tendido de conductores: 

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

Para tender el conductor en el piso, coloque los carretes con el conductor en un vehículo con soportes para carretes, fije un extremo del conductor y con el desplazamiento del vehículo, deposite el conductor sobre el suelo. Cuando se construye una línea donde existe un circuito en el nivel superior, se debe tender el conductor de la fase central alternando de posición en cada poste. Posteriormente se deben tender los de los extremos. Para subir los conductores pesados a la cruceta, se requiere utilizar poleas, o una grúa. Para tensar los conductores se deben apoyar en rodillos instalados sobre las crucetas. Para rematar en crucetas, los conductores de los extremos se debe dar simultáneamente la misma tensión a ambos. La fase del centro se debe tensar y rematar posteriormente igualando la flecha con las otras dos. El tendido del conductor se debe hacer de forma que permita el máximo ahorro y que los puentes queden de una sola pieza.

Fijación de conductores Selección de grapas remate. Las grapas se utilizan para rematar y soportar los conductores en líneas de media tensión, neutro o guarda. Las grapas remate y suspensión serán de hierro o bronce para conductor de cobre y de aluminio para sujetar ACSR o AAC. Amarre de conductores en media tensión. Existen dos tipos de amarres de conductores en media tensión:  

Amarre doble. Amarre tipo moño.

El amarre doble se puede utilizar para conductores ligeros y pesados, ya sea para tramos cortos o largos.

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Para conductores de cobre el amarre se hace con alambre suave o recocido de cobre Nº 6 AWG, mientras que para conductores de ACSR o AAC el amarre se hace con alambre de aluminio suave Nº 4 AWG. El amarre tipo moño se utiliza en lugares donde predominen fuertes vientos.

Para conductores de cobre el amarre se hace con alambre suave o recocido de cobre Nº 6 AWG mientras que para conductores de ACSR o AAC el amarre se hace con alambre de aluminio suave Nº 4 AWG. El cambio de amarre se efectuara en línea desernegizada o en un sistema aislado sobre aislado. Conexión de puentes en media tensión. Se denomina puentes a los conductores eléctricos que no están sujetos a tensión mecánica en una misma estructura. En estructuras de anclaje y deflexión, invariablemente se procurara que los puentes sean parte del mismo conductor evitando el uso de conectadores, excepto cuando se cambie de calibre y/o material del conductor. Cuando se utilice conectador, este ira colocado en el puente, no en el conductor con tensión mecánica. Todos los conductores para puentes deberán estar planchados y preformados para una correcta separación y buena apariencia.

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La longitud de los puentes debe ser exacta para dar los libramientos necesarios ya que si se tienen puentes de longitud excesiva pierden rigidez y pueden ocasionar fallas por el viento durante la operación y si se tienen puentes cortos pueden ocasionar problemas de separación. Conectadores de media tensión. Para todo tipo de conexiones en conductores, en especial de aluminio y ACSR, y de estos con conductores de cobre, invariablemente se deben usar conectadores de compresión. En el caso de conexiones cobre-cobre se puede utilizar, entorche o conectador de compresión de cobre. Para la aplicación de conectadores de compresión es necesario:     

Inmediatamente antes de efectuar la conexión se deben de limpiar perfectamente las superficies de contacto con cepillo de alambre. Para efectuar una correcta conexión eléctrica se deben seguir las indicaciones del fabricante tanto del conectador como de la pinza para la compresión. Verifique la correcta operación de la pinza. Aplique en el conectador el número y forma de compresiones indicadas por el fabricante. No debe retirar el empaque del conectador sino hasta el momento inmediato antes de su instalación.

Existen siete tipos de conectadores: Conectador derivadores de 90 grados.  Conectador derivadores paralelo.  Conectador unión con tensión.  Conectador unión sin tensión.  Conectador para tierra.  Conectador bipartido.  El conectador derivadores de 90 grados que se utiliza para la conexión eléctrica para derivar a 90º en cables Aluminio-Aluminio y Aluminio-ACSR.

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Los conectadores derivadores en paralelo se utilizan en una conexión eléctrica para la derivación en paralelo de alambres y cables como Aluminio-Aluminio, Aluminio-ACSR, Aluminio-Acero y Aluminio-Cobre. El conectador unión con tensión se utiliza en la Conexión eléctrica de cables AluminioAluminio y ACSR-ACSR; sometidos a tensión mecánica. El conectador unión sin tensión se utiliza en la Conexión eléctrica de cables AluminioAluminio y ACSR-ACSR, que no están sometidos a tensión mecánica. El conectador para tierra se utiliza en la conexión de conductores de cobre al electrodo para sistemas de tierra. El conectador bipartido se utiliza en la conexión mecánica de conductores de cobre o acero. a. Crucetas: Se utilizan para soportar los conductores instalados en los postes de hormigón. Son metálicas, construidas con perfiles de acero galvanizado, unidos mediante tornillos. En las instalaciones de media tensión se tienen tres importantes tipos de crucetas:   

Crucetas de madera. Crucetas tipo C. Crucetas tipo P.

Para las crucetas de madera tienen que ser de una madera especial como lo es el abeto Douglas y el pino amarillo del sur que pueda soportar los esfuerzos que se le vayan a aplicar. También se le debe dar un tratamiento específico como lo puede ser pentaclorofenol con la finalidad de hacer que la cruceta resista tanto tiempo como la estructura.

Las crucetas de tipo C y P ambas son metálicas. Entre las más utilizadas están las C4T y las PT.

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Las PT dependerá de que tensión se esté manejando, mientras que las C4T sus siglas solo cambian dependiendo del tipo de estructura.

b. Abrazaderas. Las abrazaderas se dividen en dos tipos:  

Abrazadera UC o UL. Abrazadera AG

Las abrazaderas UC o UL se utilizan para fijar las crucetas a las estructuras de las líneas y redes aéreas. Las abrazaderas AG se utilizan para fijar los aisladores de suspensión en estructuras de deflexión, con ángulos de 90° a 180°.

c. Tirantes. En el tendido de redes aéreas se tienen tres tipos de tirantes:   

Tirante tipo T. Tirante tipo H. Tirante tipo CV.

El tirante tipo H y CV son utilizados para reforzar estructuras en instalaciones de media tensión.

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El tirante tipo T es utilizado para el soporte de crucetas en estructuras de tipo volada.

d. Molduras y ojos Re. La moldura Re se usa para el remate de la fase central en las redes de distribución.

El ojo Re se utiliza para reforzar estructuras de remate y deflexión, así como para el remate de aislamientos en las redes de distribución.

e. Bastidores tipo B.

Los bastidores tipo B se utilizan para dar soporte a los aisladores tipo carrete en las redes aéreas. Estos bastidores siempre van acompañados con abrazaderas para poder sujetarlos.

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f. Tornillos y pernos doble rosca. Los tornillos y los pernos doble rosca son los utilizados para sujetar todos los herrajes que van en la estructura. Dentro de los tornillos se tiene los de tipo M que es el tornillos tipo máquina y los de tipo E que son los de tipo estructural, mientras que el perno doble rosca brinda una mayor facilidad en el armado de los herrajes.

g. Aisladores. Los conductores empleados en líneas aéreas, en la mayor parte de los casos, son desnudos; por lo tanto, se necesita aislarlos de los soportes por medio de aisladores, fabricados generalmente con porcelana o vidrio. Teniendo en cuenta lo anteriormente expuesto, las cualidades específicas que deben cumplir los aisladores son: 



Rigidez dieléctrica suficiente para que la tensión de perforación sea lo más

elevada posible. Esta rigidez depende de la calidad del vidrio o porcelana y del grueso del aislador. La tensión de perforación es la tensión a la cual se ceba el arco a través de la masa del aislador Disposición adecuada , de forma que la tensión de contorneamiento presenta valores elevados y por consiguiente no se produzcan descargas de contorno entre los conductores y el apoyo a través de los aisladores. o

La tensión de contorneamiento es la tensión a la que se ceba un arco a través del aire siguiendo la mínima distancia entre fase y tierra, es decir, el contorno del aislador. Esta distancia se llama línea de fuga.

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Resistencia mecánica adecuada para soportar los esfuerzos demandados por el

conductor, por lo que la carga de rotura de un aislador debe ser cuanto menos igual a la del conductor que tenga que soportar   



Resistencia a las variaciones de temperatura Ausencia de envejecimiento. Debe perdurar lo máximo a lo largo del tiempo

Los aisladores son, de todos los elementos de la línea, aquellos en los que se pondrá el máximo cuidado, tanto en su elección, como en su control de recepción, colocación y vigilancia en explotación. En efecto, frágiles por naturaleza, se ven sometidos a esfuerzos combinados, mecánicos, eléctricos y térmicos, colaborando todos ellos a su destrucción. Todo nuevo tipo de aislador necesita ser confirmado por un uso muy prolongado, dada la imperfección de nuestro conocimiento en esta materia.

h. Aisladores tipo poste. Un aislador tipo poste es aquel que consiste de una pieza de material aislante ensamblado permanentemente a una base metálica y en ocasiones a un herraje para fijación del conductor, para ser montado rígidamente a una estructura o cruceta por medio de un perno o varios tornillos.

Este aislador se divide en dos tipos importantes:  

Aislador para zonas contaminadas (PC). Aislador para zonas con descargas atmosféricas (PD).

Los aisladores para zonas contaminadas son aisladores de tipo poste que por sus características dimensionales de diseño del perfil y materiales, es adecuado para trabajar en zonas con nivel de contaminación media, alta y extra alta. Los aisladores para zonas con descargas atmosféricas son aisladores de tipo poste que por sus características dimensionales de diseño del perfil y materiales, es adecuado para

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trabajar en zonas con incidencia de descargas atmosféricas, con una probabilidad mínima de flameo o perforación a 60 Hz. Los aisladores tipo poste se clasifican de acuerdo a:     

Tensión eléctrica nominal del sistema (Kv): será de 13,8, 23, 34,5. Instalación: ya sea en postes de madera, fibra de vidrio, metálicos o postes de concreto. La zona de aplicación: puede ser de contaminación o descargas atmosféricas. Material: puede ser envolvente de hule silicón con núcleo de fibra de vidrio, porcelana, concreto polimérico. Distancia de fuga: puede ser con distancia de fuga simple o distancia de fuga protegida.

El acabado del aislador en cualquier material, porcelana, concreto polimérico o hule silicón, debe tener una superficie lisa, homogénea y libre de defectos superficiales. i. Aislador tipo suspensión. Un aislador de tipo suspensión es un arreglo de esbozo aislante y herrajes para el acoplamiento no rígido con otras unidades o al herraje de sujeción. Los aisladores tipo suspensión se pueden clasificar en:  

Por su aplicación: pueden ser de horquilla y ojo anular o calavera y bola. Por su aplicación: puede ser para condiciones normal, con contaminación y corrosiva.

Normal: Es aquella con niveles de contaminación menores o iguales a 0.06 mg/cm2. Contaminada: Es la que sobrepasa los niveles de 0.06 mg/cm2. Corrosiva: Es aquella donde existen ambientes industriales, de alta humedad y marinos

que aceleran la degradación de partes metálicas del aislador.

Para el aislamiento el esbozo debe tener un acabado vidriado y liso; de constitución homogénea, compacta y libre de porosidades. Los aisladores de porcelana deben ser de color gris o café obscuro y los de vidrio templado deben ser verdes o de un color claro traslucido. El vástago (ojo anular o bola) debe ser de acero o hierro nodular o maleable que cumpla con el valor de la resistencia mecánica para su aplicación. La posición del vástago debe ser perpendicular al plano del esbozo del aislador y estar alineado con respecto al eje central del esbozo y horquilla o calavera. Los aisladores de suspensión sintéticos son aquellos que están formados al menos de dos partes aislantes, llamadas núcleo y una cubierta, equipada con herrajes metálicos

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para su uso en tensión o suspensión. El núcleo tiene una cubierta integral hermética, sobre la cual se colocan los faldones. Para este tipo de aislador de suspensión se tienen para zonas contaminadas y normales. La zonas contaminadas serán aquellas que donde exista contaminación mayor a 0.2 mg/cm2 y hasta 0.6 mg/cm 2. Mientras que la normal será aquella donde la contaminación sea menor o igual a 0.2 mg/cm2.

j. Aislador tipo carrete y retenida. El aislador de tipo carrete (1c) tiene forma cilíndrica, con una o varias ranuras circunferenciales externas y perforado axialmente para su montaje. En media tensión son utilizados normalmente para el neutro o el hilo de guarda. El aislador de tipo retenida es un aislador de forma cilíndrica con dos agujeros y ranuras transversales. Es utilizado en tirantes de postes de remate final e intermedio. Los comúnmente más utilizados son los 3r y los 4r que son para 23 Kv y 33 Kv respectivamente. El material del que están hechos es porcelana. El aislamiento debe tener una superficie vidriada y lisa, de constitución homogénea, compacta y libre de porosidades.

k. Herrajes. Todos los herrajes utilizados en redes aéreas de baja y mediana tensión son de acero galvanizado. (Grapas, varillas de anclaje, tornillos de máquina, collarines, ues, espigos, etc).

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l. Apartarrayos. Son dispositivos destinados a absorber las sobretensiones producidas por descargas atmosféricas, por maniobras o por otras causas que en otro caso, se descargarían sobre aisladores o perforarían el aislamiento. Ocasionando interrupciones en el sistema eléctrico. Para su correcto funcionamiento, los Apartarrayos siempre se encuentran conectados entre la línea y la tierra, y son elegidos con características tales que sean capaces de actuar antes de que el valor de la sobretensión alcance los valores de tensión del aislamiento de los elementos a proteger. Entre las características más importantes de un Apartarrayos están:    

Tensión nominal: valor máximo de la tensión en condiciones normales. Frecuencia nominal: es la frecuencia nominal de la red. Corriente de descarga nominal: es la corriente de descarga utilizada para la selección de un Apartarrayos. Relación de protección: es la relación entre el nivel de aislamiento del material protegido y el nivel de protección del Apartarrayos.

Los apartarrayos se dividen en tres grupos: cuernos de arqueo, apartarrayos autovalvulares y apartarrayos de óxidos metálicos. Actualmente éstos últimos son los más utilizados. m. Cuernos de arqueo Es el caso más simple y económico para proteger los equipos de distribución. Deben ser capaces de soportar la tensión nominal más alta del sistema y producir la descarga cuando haya una sobretensión. Una vez originado el arco, no son capaces de extinguir la corriente de 60 ciclos que precede a la corriente transitoria, produciéndose una falla a tierra que debe ser eliminada por el esquema de protección. Este inconveniente provoca una interrupción, por lo cual se ve limitado su uso.

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n. Apartarrayos autovalvulares Los apartarrayos tipo autovalvular están formados por un entrehierro y una resistencia no lineal. El entrehierro descarga las corrientes transitorias a tierra con una tensión de descarga baja; la resistencia presenta una alta impedancia a la corriente que sigue a la transitoria. Durante una sobretensión debida a descargas atmosféricas, la corriente de descarga alcanza niveles de miles de amperes, disminuyendo posteriormente a cientos de amperes una vez disipada la sobretensión. Los entrehierros del apartarrayos deben interrumpir esa corriente posterior y permanecer bloqueados ante cualquier sobretensión momentánea que permanezca en las terminales del apartarrayo. Durante una sobretensión, la resistencia presenta poca oposición y la corriente transitoria fluye libremente. o. Apartarrayos de óxidos metálicos Es un dispositivo de protección para sobretensiones basado en las propiedades semiconductoras de los óxidos metálicos, como el óxido de zinc (ZnO). Tiene mejores características de no linealidad que el carburo de silicio, debido a ello y a sus bajas pérdidas a tensiones nominales, ha sido posible no utilizar entrehierro, permitiendo así reducir el tamaño de estos equipos y en consecuencia su peso Debido a su característica tensión-corriente, éste apartarrayos descarga únicamente a un valor de corriente predeterminado, mejorando el nivel de protección del sistema. Es importante considerar su temperatura de operación, ya que su comportamiento es sensible a la temperatura; a medida que la temperatura ambiente se eleva, la energía que debe disipar el apartarrayos se incrementa, provocando que la corriente que circula a través de éste se eleve, incrementando nuevamente la temperatura y, por consiguiente, un calentamiento en el equipo. Por ello el apartarrayos nunca debe trabajar por arriba de su capacidad térmica, de lo contrario puede fallar. El más utilizado hoy en día es el Apartarrayos de óxidos metálicos que tiene tres características muy importantes:  

Envolvente exterior: puede ser de cerámico de porcelana de alta resistencia o polimérico para tener una mayor resistencia a los golpes. Resistencias no lineales de óxidos metálicos: las resistencias son encargas de conducir una corriente de fuga despreciable; y absorben perfectamente las corrientes de descargas.

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Restaurador y Seccionador . Los restauradores son equipos que sirven para reconectar alimentadores de distribución. Normalmente el 80% de las fallas son transitorias por lo que es conveniente que el servicio se restablezca lo más pronto posible por lo que se utilizan los restauradores. p.

Los restauradores son equipos auto controlados para interrumpir y cerrar automáticamente circuitos con una secuencia determinada de aperturas y cierres seguidos de una operación final de cierre o apertura definitiva. Normalmente los restauradores están aislados por aceite o SF6. Los restauradores se dividen en:  

Hidráulicos. Electrónicos.

Los requisitos que se deben cumplir para asegurar un correcto funcionamiento de un restaurador son:   

La capacidad normal de interrupción del restaurador deberá ser igual o mayor de la máxima corriente de falla. La capacidad normal de corriente constante del restaurador deberá ser igual o mayor que la máxima corriente de carga. El mínimo valor de disparo seleccionado deberá permitir al restaurador ser sensible al cortocircuito que se presente en la zona que se desea proteger.

Los seccionadores son equipos que no están diseñados para interrumpir corrientes de cortocircuito ya que su función es la de abrir circuitos en forma automática después de cortar y responder a un numero de predeterminado de impulsos de corriente de igual o

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mayor valor que una magnitud previamente predeterminada, abren cuando el alimentador primario de distribución queda desenergizado. En cierto modo el seccionador permite aislar sectores del sistema de distribución llevando un conteo de las operaciones de sobrecorriente del dispositivo de respaldo. El medio aislante para estos equipos puede ser aire, aceite o vacío y al igual que en los restauradores estos equipos también se dividen en:  

Hidráulicos. Electrónicos.

Los seccionadores utilizados comúnmente en las instalaciones eléctricas son: 



Seccionadores de cuchillas giratorias: son de los más empleados en media tensión. Se compone de dos aisladores un contacto fijo y un contacto móvil o cuchilla giratoria. Seccionadores de cuchillas deslizantes: tienen la ventaja de requerir menor espacio en las maniobras que las giratorias gracias a la forma como se desplazan sus cuchillas, aunque tienen una capacidad de desconexión menor a las giratorias.

Los mandos de seccionadores en media tensión son por pértiga y mecánico a distancia.

q. Cuchillas Su función es conectar y desconectar diversas partes de una instalación eléctrica, se encuentra normalmente al inicio de las líneas principales de alimentación. Tiene la característica de que no puede interrumpir una corriente de falla o cuando esté fluyendo corriente. Las cuchillas en media tensión y alta tensión deben manejarse de una manera específica dado que un mal uso puede provocar un daño personal a quien esté operando el equipo,

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por lo que el proceso de abrir y cerrar una cuchilla es una actividad muy importante; y mencionamos este proceso: 1. Desconexión del interruptor principal. 2. Abrir la cuchilla que se tiene contemplado 3. Colocación del candado de seguridad en el interruptor principal y cuchilla (siempre que sea posible), de esta forma evitamos que otro operario involuntariamente conecte el circuito. 4. Colocación del cartel indicativo de avería eléctrica, mantenimiento o similar 5. Ahora se puede manipular la instalación afectada. 6. Para el proceso de conexión, se procede de forma inversa. Clasificación de cuchillas Por su operación (con carga o sin carga)  Por ser manuales o motorizadas  Por su forma de desconexión  La anterior clasificación parte de las bases de una cuchilla y en el mercado existe una gran variedad de estas, al escoger el tipo de cuchilla adecuada de acuerdo a nuestras necesidades, necesitamos los siguientes valores:     

Tensión nominal de separación Corriente nominal Corriente de corto circuito simétrica Corriente de corto circuito asimétrica Tipo de montaje (horizontal o vertical) y forma de mando

r. Sistemas de tierra. Los sistemas de puesta a tierra es un conjunto de elementos conductores de un sistema eléctrico específico sin interrupciones ni fusibles que unen las redes eléctricas con el suelo o terreno. Bajante para tierra. La bajante para tierra está compuesta por conductor de cobre conectado a uno o varios electrodos para tierra e interconectados. Estos electrodos pueden estar formados por uno o más electrodos para tierra o por conductores de cobre enterrados y conectados a un electrodo para tierra. Algunas consideraciones a tomar son: 

La bajante de tierra en postes de concreto se hace por el interior del poste.

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Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán Ingeniería Mecánica Eléctrica  


Debe ser en una sola, es decir, un solo conductor de una pieza (sin empalmes) al cual se conectaran las terminales de los Apartarrayos, por medio de cruceta. El extremo superior de la bajante de tierra se debe conectar directamente a la cruceta de fijación de los Apartarrayos sujetada y oprimida por la tuerca de la abrazadera “u” de la cruceta. en el caso de hilo de guarda se debe conectar

directamente a él. 

De existir "puentes" en la estructura, la conexión se hará en un “puente” no en la

línea con tensión mecánica. Electrodo para tierra. El electrodo para tierra es un cuerpo metálico conductor con forma de varilla, en contacto mínimo con el suelo y destinado a establecer una conexión con el mismo. Estos deben de estar libres de grietas, desprendimientos, áreas desnudas, escurrimientos o cualquier otro desperfecto.El electrodo se conectara a la bajante de tierra mediante el conector de tierra adecuado.

s. Transformadores y protecciones: Se denomina transformadores de distribución, generalmente a los transformadores de potencias iguales o inferiores a 500 kVA y de tensiones iguales o inferiores a 67 kV, tanto monofásicos como trifásicos que se encargan de reducir la tensión de subtransmisión a nivel de consumo. Aunque la mayoría de tales unidades están proyectadas para montaje sobre postes, algunos de los tamaños de potencia superiores, por encima de las clases de 18 kV, se construyen para montaje en estaciones o en plataformas. Las aplicaciones típicas son para alimentar a granjas, residencias, edificios o almacenes públicos, talleres y centros comerciales.

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Tipos de transformadores de distribución y sus usos. Por las condiciones de servicio los transformadores de distribución se pueden clasificar en: 



Para uso interior: tiene como características una tensión bifásica y las terminales aisladas de tierra a su plena tensión de aislamiento. Es de tipo seco aislado en bloque de resina. Se les utiliza para medida y protección hasta con dos devanados secundarios. Para uso a la intemperie: es de tipo seco, aislado en bloque de resina. Transformador de Tensión para medida y protección hasta con 3 devanados secundarios. Diseñado para soportar condiciones como por ejemplo: temperatura ambiente del aire, humedad, polución, etc.

Por sus lugares de instalación los transformadores se dividen en: Tipo poste. La aplicación principal de los transformadores tipo poste es la distribución de energía eléctrica, reduciendo el voltaje de las líneas de transmisión de media tensión a los niveles de baja tensión residencial o industrial. Normalmente se utiliza aceite mineral como aislante. Tipo subestación. Este tipo de transformador está diseñado para trabajar bajo techo o a la intemperie. Es adecuado para suministrar energía eléctrica en edificios, e instalaciones en general que requieren un alto grado de seguridad. Permiten ser instalados cerca de los centros de consumo, reduciendo al mínimo la pérdida de potencia y los costos de instalación. Pueden ser suministrados sumergidos en aceite aislante o en fluido incombustible de silicona cuando por razones de seguridad así requiera. Tipo pedestal. El transformador de distribución para montaje sobre pedestal está diseñado para proveer servicio eléctrico en sistemas de distribución subterráneos. Este tipo transformador está

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diseñado para instalarse en el interior o exterior de zonas residenciales o en terrazas de edificios. Tipo sumergible. Los transformadores tipo sumergible, están destinados a ser instalados en cámara o bóveda bajo el nivel del suelo, donde existe la posibilidad de inmersión ocasional con agua. Podrán permanecer sumergidos durante 12 horas en un volumen de agua de 3 metros sobre el transformador sin que ocurran filtraciones. Tipo autoprotegido. El transformador autoprotegido incorpora componentes para protección del sistema de distribución contra sobrecargas, corto-circuitos en la red secundaria y fallas internas en el transformador, para esto posee fusibles de alta tensión y disyuntor de baja tensión, montados internamente en el tanque. Para protección contra sobretensiones el transformador está provisto de dispositivo para fijación de pararrayos externos en el tanque. Por su tipo de aislamiento los transformadores se pueden dividir en:  

Sumergidos en aceite. Tipo seco.

Entre los de tipo sumergido están: Tipo OA: es un transformador sumergido en aceite y con enfriamiento natural. Es el enfriamiento más común y con resultados más económicos. En este tipo de unidades el aceite aislante circula por convección natural dentro de un tanque con paredes llanas o corrugadas, o bien provistos de enfriadores tubulares. Tipo OA/FA: es un transformador sumergido en aceite con enfriamiento a base de aire forzado. Básicamente es una unidad OA, a la cual se le han aumentado ventiladores, para una mayor disipación de calor y así aumentar los kVA a la salida del transformador. Tipo OW: es un transformador sumergido en aceite con enfriamiento por agua. Este tipo de unidades está diseñado con un cambiador de calor tubular, ubicado fuera del tanque. Dentro de los de tipo seco están: Tipo AA: es un transformador tipo seco con enfriamiento propio. La característica es que no posee ningún líquido aislante para las funciones de aislamiento y de enfriamiento. El aire es el que cumple éstas funciones. Tipo AFA: es un transformador tipo seco con enfriamiento por aire forzado. Este tipo de unidades está diseñado con un ventilador que empuja el aire por un ducto colocado en la parte interior de la unidad.

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t. Fusibles. Son dispositivos que permiten el paso de la corriente mientras sea menos que una determinada, pero que cuando ésta aumenta demasiado y aumenta la temperatura, se funden y se corta la corriente. Las características que los determinan son por tanto la intensidad nominal, que indica la intensidad a la que se funde, y el tiempo que tardan en cortar la corriente. A este tiempo se le llama tiempo de despeje de la falta, es decir, el tiempo que tarda el fusible en eliminar todo el material conductor que había entre sus bornes. En las instalaciones aéreas de media tensión se tienen dos tipos de cortacircuitos que son:  

De simple expulsión. De triple disparo.

El cortacircuito de simple expulsión es un dispositivo que por la fusión de uno o más de sus componentes especialmente diseñados y dimensionados, abre el circuito al que se encuentra interconectado e interrumpe la corriente cuando esta excede un valor dado durante un tiempo suficiente. Lo anterior lo realiza por medio de la caída automática del portafusible a una posición que proporciona una distancia de aislamiento después de que el fusible ha operado. El cortacircuito de triple disparo consta de tres cortacircuitos acoplados entre sí en cada fase. Cuando existe una falla en la red, el primer cortacircuito opera despejando la falla. Al caer el portafusible acciona el dispositivo de reconexión que pone a funcionar el segundo cortacircuitos. Si la falla persiste, el segundo también opera y así hasta el tercero, que abrirá el circuito definitivamente, indicando una falla permanente, no transitoria. De esta manera se permite una o dos restauraciones sin necesidad de cambiar el elemento fusible fundido.

Algunos de sus componentes más importantes son: Gancho para el uso del interruptor portátil para abrir con carga.

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Disparador. Conectadores. Portafusibles.

Selección de fusibles. Al ocurrir una condición de corto circuito en una red eléctrica, se producen efectos térmicos y dinámicos muy apreciables a causa de las elevadas magnitudes que alcanza la corriente. La interrupción de estas corrientes en el menor tiempo posible es de suma importancia puesto que se evitan o cuando menos se minimizan los daños ocasionados por el sobrecalentamiento de partes conductoras y por los esfuerzos dinámicos. Funcionamiento. Estos fusibles proporcionan protección contra los daños térmicos y dinámicos que ocurrirían en caso de falla. La interrupción se debe a su respuesta instantánea y a la característica de limitación de corriente de corto circuito a los valores previstos en el diseño del fusible, en el momento de interrumpir la corriente antes de que el primer semiciclo de la onda de corriente llegue a su valor máximo natural. Cabe mencionar que la interrupción se realiza tanto para corrientes de corto circuito simétricas como asimétricas. En la figura 4.11 se observa este fenómeno. La importancia de los fusibles radica en el efecto limitador de corriente, que es la capacidad de los fusibles para interrumpir la corriente de corto circuito antes de que alcance su valor pico máximo, al limitar el valor de la corriente de paso ID al valor de la corriente de ruptura o corriente de fusión IS que es considerablemente menor que la corriente de corto circuito no limitada (corriente prospectiva) Ik" mostrada en la figura 4.11 con línea punteada y que corresponde a la corriente de corto circuito disponible en el punto donde ocurre la falla. Al iniciarse el corto circuito, una mínima resistencia se opone a la circulación de corriente de paso ID por lo que ésta se incrementa a la par de Ik", iniciándose el proceso de elevación de temperatura en los elementos fusible. Al llegar al valor IS, los elementos fusible se funden y/o evaporan e interrumpen el circuito en varios puntos, apareciendo múltiples arcos voltaicos, cuya longitud se va incrementando rápidamente al fundirse y/o evaporarse más material. La tensión se incrementa bruscamente a partir del momento de la fusión hasta llegar a un máximo (tensión de interrupción) y la corriente se limita al valor IS, iniciándose a partir de este momento un proceso de disminución. El efecto limitador es por lo tanto el resultado de la inserción de la resistencia de los arcos voltaicos en varios puntos a partir de la fusión. Al enfriarse los arcos por efecto de la arena circundante se reducen consecuentemente la conductividad y por lo tanto, la resistencia a la circulación de corriente aumenta rápidamente.

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La corriente disminuye gradualmente al mismo tiempo que la tensión. Cerca del siguiente paso por cero de la tensión, se extinguen los arcos voltaicos y la corriente queda interrumpida totalmente. Los eventos descritos suceden dentro del primer semiciclo de la corriente de corto circuito, es decir en menos de 8 a 10 milisegundos. El tiempo total de interrupción se compone del período de fusión durante el cual el calor se incrementa en el elemento del fusible y el período de arqueo después de que el elemento se funde y otros componentes del fusible enfrían los productos gaseosos del arco. El arco agrega una impedancia que limita la corriente, reduciéndola finalmente a cero.

Parámetros de selección. La selección adecuada de los fusibles está en función de diversos parámetros, a continuación se mencionan las más importantes. Corriente nominal (In): La corriente nominal de un fusible corresponde al valor máximo de corriente que él mismo puede conducir por tiempo indefinido sin llegar a la fusión y que genera una cantidad de calor tal que el fusible puede disipar satisfactoriamente. Corriente máxima de interrupción (I1): También llamada capacidad interruptora y corresponde a la intensidad de corriente corto circuito que un fusible es capaz de interrumpir con seguridad. Es del orden de varias decenas de kA. Corriente mínima de interrupción (I3): Para valores por encima de In, los tiempos de fusión son muy largos y van disminuyendo a medida que la corriente es mayor, así como

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se indica en la figura 4.12. En este rango, la capacidad de disipación de calor es menor que la cantidad de calor generado en el interior, por lo que se presentan esfuerzos térmicos severos que pueden dañar al fusible. A medida que la corriente es mayor, los tiempos de fusión son más reducidos y se llega a un punto tal que la fusión ocurre en un lapso de tiempo relativamente corto, antes de que se presenten los esfuerzos térmicos y daños al fusible. A este valor de corriente se le define como la corriente mínima de interrupción I3 y corresponde por lo tanto al límite inferior de la gama de corrientes que el fusible puede interrumpir satisfactoriamente. Considerando lo anterior, en las curvas corriente tiempo se define para cada tipo de fusible un valor de corriente mínima de interrupción por debajo del cual no es recomendable la operación durante lapsos prolongados, debido a que la sobrecorriente no presenta una magnitud suficientemente alta para producir la fusión en forma franca y definida, pero produce un excesivo calentamiento, modificando las características de los elementos fusible y produciendo daños térmicos al cuerpo del mismo. Por lo tanto, los fusibles limitadores de corriente no deben operar durante tiempos prolongados en el rango de corrientes superiores a la nominal e inferiores a la corriente mínima de interrupción por los motivos expuestos. Sin embargo, en el caso de corrientes altas superiores a I3, es decir en la gama de las corrientes de corto circuito, la operación del fusible es rápida, definida y predecible.

Tensión de operación (Vn): Cuando se especifican las características de un fusible, es de vital importancia indicar la tensión de operación del sistema, ya que de ésta se especifica la tensión de operación del fusible. Si se especifica al fusible con otra tensión diferente a la de la red, es decir con una tensión de operación menor respecto a la tensión de la red se presentarán problemas para manejar los gradientes de crecimiento de la tensión, mientras que uno de mayor tensión nominal

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y consecuentemente de mayor tensión de interrupción, causaría un mayor gradiente de crecimiento de tensión y consecuentemente originaría problemas en los aislamientos de otros equipos del sistema.

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Tema 3 Comportamiento De La Red De Distribución Aérea



Comportamiento De La Red De Distribución Aérea. Las fallas en los sistemas de distribución se clasifican, de acuerdo con su naturaleza; en temporales o permanentes. Una falla temporal se

define como aquella que puede ser liberada antes de que ocurra algún daño serio al equipo o a las instalaciones. Un ejemplo de fallas temporales o transitorias son los arqueos que se producen en los aisladores debido a sobretensiones por descargas atmosféricas, "galopeo" de los conductores (debido a fuertes vientos o sismos) o a contactos temporales de ramas de árbol con los conductores. Una falla que en un inicio puede ser de naturaleza temporal puede convertirse en permanente si no se despeja rápidamente.

Una falla permanente es aquella que persiste a

pesar de la rapidez con la que el circuito se desenergiza. Si dos o más conductores desnudos en un sistema aéreo de distribución se juntan debido a rotura de postes, crucetas o conductores, la falla será permanente. Un arqueo entre fases de un circuito con conductor aislado puede ser inicialmente temporal, pero si la falla no se despeja rápidamente los conductores pueden romperse y la falla se volvería permanente. Casi todas las fallas en los sistemas de distribución subterráneos son de naturaleza permanente. Fallas de aislamiento del cable debido a sobre voltajes y roturas mecánicas del cable son ejemplos de fallas permanentes en cables subterráneos. Si un circuito de distribución fuera instalado sin el equipo de protección de sobrecorriente, las fallas podrían causar una falta de suministro de energía a todos los consumidores servidos desde el alimentador. Esto trae como consecuencia una reducción en los niveles de confiabilidad (continuidad del servicio) que son inaceptables. Para incrementar el nivel de confiabilidad en el suministro de energía eléctrica existen dos opciones:

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Diseñar, construir y operar un sistema de tal forma que el número de fallas se minimice. Instalar equipo de protección contra sobre corrientes de tal forma que reduzca el efecto de las fallas.

Funciones de un sistema de protección contra sobrecorrientes. Un sistema de distribución consiste de un alimentador trifásico principal (troncal) protegido por un interruptor de potencia o restaurador tripolar en la subestación, un restaurador central en el alimentador principal y circuitos laterales monofásicos o trifásicos conectados al alimentador principal a través de seccionalizadores o fusibles (figura 10.1). Se utilizan cuchillas operadas manual o remotamente para seccionar y conectar por emergencia con alimentadores adyacentes.

Aislar fallas permanentes. La primera de las funciones del sistema de protección contra sobrecorrientes es aislar fallas permanentes de secciones no falladas del sistema de distribución. En el sistema de la figura 10.1 una falla permanente en un circuito lateral puede ser aislada por la fusión de un elemento fusible lateral, o por la operación de un seccionalizador. Sin embargo, si se omite el restaurador central, los seccionalizadores y fusibles, una falla en un lateral deberá ser despejada por la operación del interruptor de potencia o del restaurador en la subestación. Esto podría causar un "apagón" de tipo permanente a todos los consumidores. Restaurador central utilizado en el alimentador tiene como función aislar la sección no fallada cuando ocurra una falla permanente. En este caso el número de consumidores afectados es grande y, por tanto, se deben tomar medidas que lleven a minimizar las fallas en el alimentador cuando sean de naturaleza permanente.

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Minimizar en número de fallas permanentes y de salidas. La segunda función del sistema de protección contra sobrecorriente es desenergizar rápidamente fallas transitorias antes de que se presente algún daño serio que pueda causar una falla permanente. Cuando la función se realiza exitosamente, los consumidores experimentan sólo una falta de energía transitoria si el dispositivo que desenergiza la falla, ya sea un restaurador o un interruptor de potencia, es automáticamente restaurado para reenergizar el circuito. Sin embargo, no es posible prevenir que la totalidad de las fallas transitorias no se vuelvan permanentes o causen "apagones" permanentes debido al tiempo limitado requerido para desenergizar el circuito fallado. La velocidad a la cual el circuito fallado se desenergiza en un "factor crítico" que determina cuando una falla transitoria se vuelve permanente o causa una falla permanente. Indistintamente, la aplicación de dispositivos de operación rápidos y de restauración automática automát ica reduce el número de fallas permanentes y minimizan el número de interrupciones.

Minimizar el tiempo de localización de fallas. Esta es otra función del sistema de protección contra sobrecorrientes. sobrecorrientes. Por ejemplo, si los circuitos laterales estuvieran sólidamente conectados al alimentador principal y no se instala el restaurador central en el alimentador, una falla permanente en cualquiera de los circuitos laterales o en el alimentador principal obligaría al restaurador o al interruptor de potencia en la subestación a operar y pasar a la posición de "bloqueo" permanente, causando un "apagón" a todos los consumidores. Estos consumidores, “fuera de servicio”, al quejarse a la compañía suministradora de

energía eléctrica, no proporcionarían proporcionarían un patrón que ayude a localizar la falla, y un tiempo muy prolongado podría requerir el recorrido de línea para localizarla. Por el contrario, con la instalación de dispositivos de seccionalización en los laterales y el alimentador principal, los usuarios “fuera de servicio” ayudarían en la definición del área donde la

falla se localiza. Asimismo, los dispositivos de seccionalización usualmente dan una indicación visual de operación que asiste a la localización de fallas. Para reducir el tiempo requerido, los dispositivos de protección contra sobrecorriente deben ser cuidadosamente coordinados, coordi nados, para que sólo el dispositivo más cercano cercan o a la parte con falla permanente opere y entre a la posición de bloqueo.

Prevenir contra daño al equipo. La cuarta función es prevenir contra daño al equipo no fallado (barras (barr as conductoras, cables, transformadores, transformadores, etc.). Todos los elementos del sistema de distribución tienen una curva de daño, de tal forma que si se excede ésta, la vida útil de los elementos se ve considerablemente reducida. El tiempo que dure la falla y la corriente que lleva consigo, combinadas, definen la curva de daño. Estas curvas deben ser tomadas en cuenta en la aplicación y coordinación de los dispositivos de protección contra sobrecorriente.

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Minimizar la probabilidad de caída de conductores. La quinta función es minimizar minimiz ar la posibilidad de que el conductor se queme y caiga a tierra debido al arqueo en el punto de falla. Es muy difícil establecer valores de corriente contra tiempo para limitar el daño en los conductores durante fallas de arqueo debido a las múltiples condiciones variables que afectan este hecho. Esto incluye valores de corriente de falla, velocidad y dirección del viento, calibre de conductores conductores y tiempo de despeje de los dispositivos de protección. Para fallas de arqueo en conductores cubiertos donde las terminales que definen el arco no se mueven o lo hacen sólo en una corta distancia, el conductor puede resultar quemado.

Minimizar las fallas internas de los equipos. Esta función consiste en minimizar la probabilidad de fallas en equipos que están sumergidos en líquidos, tales como transformadores y capacitores. Una falla disruptiva es aquella que causa grandes presiones, fuego, o cantidades excesivas de líquido que son expulsados del interior de los equipos. Pruebas y experiencias han demostrado que la probabilidad de fallas disruptivas debido a arcos de alta energía y potencia puede ser minimizada con la aplicación correcta de fusibles limitadores de corriente.

Minimizar los accidentes mortales. La última función del sistema de protección contra sobrecorrientes es desenergizar conductores en sistemas de distribución aéreos que se queman y caen a tierra y, por consiguiente, consiguiente, minimizar los accidentes mortales. Aún con la actual tecnología, no existen métodos conocidos para detectar el cien por ciento de todos los conductores caídos en un sistema con un neutro multiaterrizado. Esto se debe a que un conductor puede caer sin hacer contacto de baja impedancia. Bajo estas condiciones, la resistencia de contacto a tierra puede ser muy elevada y la corriente asociada puede ser mucho menor que la corriente de carga normal. Los fusibles, restauradores e interruptores de potencia no operarán bajo estas condiciones y el conductor que ha caído, permanecerá energizado hasta que se ejecute una interrupción manual. Sin embargo, cualquier ser vivo en contacto con este conductor caído podría recibir daños fatales.

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La protección contra sobrecorrientes sobrecorrientes se considera hoy en día corno una ciencia y un arte. Principios de ingeniería bien fundamentados son aplicados cuando se calculan corrientes de falla, determinando los valores nominales requeridos en los equipos y su coordinación. Sin embargo, otros aspectos de protección contra sobrecorrientes en cuanto a principios de ingeniería no están aún bien definidos:   

Reglas para especificar zonas de protección. Reglas para la localización de los equipos de protección contra sobrecorriente. Reglas para especificar el tipo de equipo en cada localización

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Condiciones que debe cumplir el sistema de protección de sobrecorriente. Los sistemas de protección contra sobrecorrientes deberán ofrecer las funciones definidas como seguridad, sensibilidad y selectividad. Seguridad. El sistema debe ser seguro contra operaciones falsas, de tal forma que re energice el circuito cuando se tenga carga desbalanceada, corrientes de arranque de carga en frío, armónicos, y otros transitorios o condiciones de estado estable que no sean peligrosos para los componentes o causen daños mortales a personas. Sensitividad. El sistema debe tener suficiente sensitividad, de manera que pueda realizar sus funciones. Por ejemplo, el interruptor de potencia o el restaurador en la subestación debe detectar fallas transitorias o permanentes al final del alimentador principal y prevenir la fusión de los fusibles instalados en los más remotos ramales debido a fallas transitorias en los mismos. Sin embargo, cuando el circuito alimentador principal es largo y cargado de tal forma que requiera un alto punto de disparo para el interruptor de potencia de la subestación, su sensibilidad no será lo suficientemente buena para los puntos remotos; luego, será necesario instalar un restaurador o restauradores en la troncal para cubrir el fin del alimentador. Por consiguiente, deben ser establecidas nuevas zonas de protección. Selectividad. El sistema debe estar selectivamente coordinado, de manera que el dispositivo de protección más cercano a una falla permanente debe ser el que la despeje. Si dos o más dispositivos de protección se encuentran en serie, sólo el dispositivo que se encuentre más cercano a la falla debe operar en una falla permanente.

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Tema IV Mantenimiento



MANTENIMIENTO Los sistemas de distribución son de operación continua por lo tanto se revisan continuamente y se realizan mantenimientos frecuentes. Para la realización de estos mantenimientos es muy importante brindar seguridad al personal ya que son mantenimientos muy peligrosos debido a que los voltajes de servicio son altos y las líneas están constituidas por conductores desnudos. Los mantenimientos se pueden realizar de dos formas: a. Líneas desenergizadas (en frío): Un circuito se podrá desconectar para hacerle mantenimiento si hay posibilidad de garantizar la suplencia a través de otro circuito o si el circuito de referencia puede desconectarse sin consecuencias graves, en los casos que no es posible hacerse lo anterior deberá hacerse necesariamente mantenimiento en caliente. b. Líneas energizadas (en caliente): Este tipo de mantenimiento se realiza cuando las líneas se encuentran sobre vías rápidas, debido a que no se puede dejar sin energía el sector por mucho tiempo o cuando se trata de una zona industrial ya que se causarían demasiadas pérdidas o garantizar la suplencia a través de otro circuito. Además es importante saber cómo se encuentra el lugar de trabajo, se necesita podar árboles o retirar objetos extraños que impidan la operación normal en el mantenimiento. Existen 3 tipos que usualmente se utilizan para realizar los mantenimientos los cuales son aplicados en la mayoría de las empresas que trabajan con maquinarias y equipos, ya sean estos mecánicos, eléctricos. Hidráulicos, etc. A continuación se indica los tipos de mantenimiento:

Mantenimiento Predictivo. Consiste en el análisis de parámetros de funcionamiento cuya evolución permite detectar un fallo antes de que este tenga consecuencias más graves. Este lo utilizaremos para estudiar la evolución temporal de parámetros y asociarlos a la evolución de fallos, para así determinar en qué periodo de tiempo ese fallo va a tomar una relevancia importante, para así poder planificar todas las intervenciones con tiempo suficiente, para que ese fallo nunca tenga consecuencias graves. Una de las características más importantes de este tipo de mantenimiento es que no debe alterar el funcionamiento normal de la empresa mientras se está aplicando. La inspección de los parámetros se puede realizar de forma periódica o de forma continua, dependiendo de diversos factores como son: el tipo de sistema, los tipos de fallos a

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diagnosticar y la inversión que se quiera realizar. Existen algunas ventajas al realizar este tipo de mantenimiento:     

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Reduce el tiempo de parada al conocerse exactamente que órgano es el que ha producido la parada. Permite seguir la evolución de un defecto en el tiempo. Optimiza la gestión del personal de mantenimiento. Requiere una plantilla de mantenimiento más reducida. La verificación del estado de la maquinaria, tanto realizada de forma periódica como de forma accidental, permite confeccionar un archivo histórico del comportamiento. Toma de decisiones sobre la parada de una línea en momentos críticos. Confección de formas internas de funcionamiento o compra de nuevos equipos. Permitir el conocimiento del historial de actuaciones, para ser empleada por el mantenimiento correctivo.

Mantenimiento Preventivo. Es una actividad programada de inspecciones, tanto de funcionamiento como de seguridad, ajustes, reparaciones, análisis, limpieza, lubricación, calibración, que deben llevarse a cabo en forma periódica en base a un plan establecido. El propósito es prever averías o desperfectos en su estado inicial y corregirlas para mantener la instalación en completa operación a los niveles y eficiencia óptimos. El mantenimiento preventivo “permite detectar fallos repetitivos”, disminuir los puntos

muertos por paradas, aumentar la vida útil de equipos, disminuir costos de reparaciones, detectar puntos débiles en la instalación entre una larga lista de ventajas.

Mantenimiento Correctivo. El mantenimiento correctivo o mantenimiento por rotura fue el esbozo de lo que hoy día es el mantenimiento. Esta etapa del mantenimiento va precedida del mantenimiento planificado. Este mantenimiento agrupa las acciones a realizar en el software (programas, bases de datos, documentación, etc.) ante un funcionamiento incorrecto, deficiente o incompleto que por su naturaleza no pueden planificarse en el tiempo. Estas acciones, que no implican cambios funcionales, corrigen los defectos técnicos de las aplicaciones. La corrección de los defectos funcionales y técnicos de las aplicaciones cubiertas por el servicio de mantenimiento, incluye:     

Análisis del error / problema. Análisis de la solución. Desarrollo de las modificaciones a los sistemas, incluyendo pruebas unitarias. Pruebas del sistema documentadas. Mantenimiento de las documentaciones técnicas y funcionales del sistema.

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Objetivos Del Mantenimiento.       

Evitar, reducir, y en su caso, reparar, las fallas sobre los bienes precitados. Disminuir la gravedad de las fallas que no se lleguen a evitar. Evitar detenciones inútiles o para de máquinas. Evitar accidentes, Evitar incidentes y aumentar la seguridad para las personas. Conservar los bienes productivos en condiciones seguras y preestablecidas de operación. Balancear el costo de mantenimiento con el correspondiente al lucro cesante. El mantenimiento adecuado, tiende a prolongar la vida útil de los bienes, a obtener un rendimiento aceptable de los mismos durante más tiempo y a reducir el número de fallas.

Recursos Necesarios Para La Realización De Toda Tarea De Mantenimiento     

Abastecimiento o aprovisionamiento. Suministro de repuestos, elementos de reparación, consumibles, suministros especiales y artículos de inventario. Equipos de prueba y apoyo. Herramientas, equipos especiales de vigilancia, equipos de comprobación y calibración, bancos de prueba. Personal capacitado Instalaciones y talleres de mantenimiento, laboratorios de ensayos. Datos técnicos. Manuales de mantenimiento, procedimientos de comprobación, instrucciones de mantenimiento, procedimientos de inspección y calibración, planos, Recursos informáticos. Hardware, software, bases de datos.

Restricciones Frecuentes En Los Procesos De Mantenimiento.     

Presupuesto. Programación, tiempo disponible, horas hombre disponibles. Reglamentaciones de seguridad. Entorno, clima. Documentación técnica.

Estructura Del Mantenimiento. Para proceder a realizar un mantenimiento ya sea en una red de distribución o en cualquier línea donde existan equipos o maquinarias podemos tener formada una estructura de la siguiente manera: a. Política de mantenimiento. Establece la estrategia, lineamientos y pautas a seguir en la organización funcional del mantenimiento, conformando las etapas de planificación, programación, preparación, ejecución y evaluación de resultados.

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b. Plan de mantenimiento. Define los programas de mantenimiento a realizar durante un período de tiempo determinado. c. Programas de mantenimiento. Se definen las tareas y fechas de ejecución.

Metodologías para el mantenimiento Existen diversas metodologías para realizar las maniobras de mantenimiento basándonos en diversas situaciones o forma de ver, como por ejemplo: 1. Mantenimiento Basado en la Falla (FBM). 2. Mantenimiento Basado en la Vida del Ítem (LBM). 3. Mantenimiento Basado en la Inspección (IBM). 4. Mantenimiento Basado en el Examen (EBM). 5. Mantenimiento Basado en la Oportunidad (OBM). 6. Mantenimiento Productivo Total (TPM). 7. Mantenimiento Basado en Condición (CBM). 8. Mantenimiento Basado en el Riesgo (RBI). 9. Mantenimiento Centrado en Confiabilidad (RCM). 10. Análisis de Modos de Falla y Efectos (AMFE). Para el mantenimiento de sistemas de distribución de energía eléctrica se han seleccionado comúnmente las siguientes metodologías: Análisis de Modos de Falla y Efectos (AMFE) y Mantenimiento Centrado en Confiabilidad (RCM ), basado en: El mantenimiento tradicional está enfocado en el ítem y en mantenerlo, basándose en lo que puede ser hecho. La metodología adoptada se focaliza en el sistema y en mantener su función con tareas basadas en lo que debe ser hecho. El mantenimiento tradicional no puede evitar la gran mayoría de las fallas de los ítems, una metodología con acciones proactivas tratará de reducir la ocurrencia de fallas al mínimo costo. El mantenimiento es para: a. Una Pronta Reparación. Preservar el activo físico. El mantenimiento rutinario es prevenir fallas. El objetivo primario de la función mantenimiento es optimizar la disponibilidad de la planta al mínimo costo. o o o

b. Una Óptima Producción. o

Preservar la “función” de los activos.

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El mantenimiento afecta los aspectos del negocio, riesgo, seguridad, integridad ambiental, eficiencia energética, calidad del producto y servicio al cliente. No solo la disponibilidad y los costos.

Procedimiento Para El Mantenimiento De Los Equipos De Un Sistema De Distribución. Red Exterior. Un circuito eléctrico o red eléctrica es una colección de elementos eléctricos Interconectados de una forma específica. 1. Conducción de distribución en A.T. enterrada. Cada tres años, como plazo máximo, se comprobarán la continuidad y el aislamiento de los conductores, así como sus conexiones. 2. Línea de distribución en baja tensión, aérea por fachada. Cada año se comprobará la continuidad y el aislamiento de los conductores, así como sus conexiones y fijación al paramento. 3. Línea de distribución en baja tensión, aérea y tensada. Cada año se comprobará la continuidad y el aislamiento de los conductores, así como sus conexiones, estado del fiador de neutro y del amarre del tensor. 4. Conducción de alumbrado. Cada año se comprobará la continuidad y el aislamiento de los conductores. 5. Arqueta de alumbrado. Una vez al año se limpiará y se comprobarán las conexiones. 6. Armario de acometida. Cada dos años se comprobarán las conexiones, así como los fusibles cortacircuitos. Todos los trabajos de mantenimiento se efectuarán sin tensión en las líneas, no poniéndose éstas en funcionamiento de nuevo hasta la comprobación de ausencia de operarios en las proximidades de las mismas.

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Tema V Aplicación Y Desarrollo



Aplicación y Desarrollo En base a lo investigado y lo planteado por el profesor, se realizó una simulación de un mantenimiento preventivo y correctivo dentro de una red de distribución aérea. Se realizaron reportes de mantenimiento (correctivo y preventivo) en un año, en base a eso se sacaron estadísticas de acuerdo a los tipos de fallas y las zonas en donde ocurrió.

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Conclusiones Generales



Conclusiones Generales Es de vital importancia conocer todos los aspectos que influyen en el sistema eléctrico de potencia desde la parte donde nace la energía eléctrica que es la parte de la generación, la transportación de la energía en cada zona del territorio nacional, asi como la distribución de la energía eléctrica para los diferentes consumos que se tienen a nivel, industrial, comercio y residencial esto siempre cuidando el buen servicio para los consumidores. De igual manera es el importante conocer las estructuras que conforman los sistemas de distribución que van desde los transformadores de distribución hasta la acometida, además de lo funcional que puede ser la conexión dependiendo la zona es la estética que se dará aunque como se sabe este tipo de servicio tiene un costo muy elevado en el cual no se realiza muy a menudo. Podemos decir que a través de esta investigación realizada nos dimos cuenta de la gran importancia del sistema de distribución en nuestra vida cotidiana, así como el mantenimiento ya que esta

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Mantenimiento en Redes de Distribucion Aerea1

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