Sistemas de distribución eléctrica

 Hecho por: Aldo Ramos.          27/09/2023

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

Esta compuesto por 6 elementos: una subestación principal de potencia, un sistema de subtransmisión, una subestación de distribución, alimentadores primarios, transformadores de distribución y los secundarios y servicios.

La subestación principal de potencia se encarga de recibir la potencia del sistema de transmisión y la transforma al voltaje de subtransmisión. Los voltajes de transmisión son de 230 kilovoltios (KV) y 400 KV. La potencia de la subestación principal es normalmente de cientos de Megawatts (MW).

El sistema de subtransmisión esta compuesto por las lineas que salen de la subestación principal para alimentar a la subestación de distribución. La tensión de subtransmisión más usada es de 115 KV en México.

La subestación de distribución se ocupa de recibir la potencia de los circuitos de subtransmisión y de transformarla al voltaje de los alimentadores primarios. Su voltaje va desde 66 KV hasta 230 KV. Maneja potencias de decenas de MW.

Los alimentadores primarios son los circuitos que salen de la subestación de distribución y llevan el flujo de potencia hasta los transformadores de distribución. El voltaje de distribución más común es de 13.8 KV en México.

El transformador de distribución tiene la tarea de reducir el voltaje de los alimentadores primarios al voltaje de utilización del usuario. Los transformadores cuentan con dos bobinas las cuales son llamadas devanados. El devanado por donde entra la energía al transformador se denomina primario y por donde sale la energía con un voltaje reducido o aumentado dependiendo del uso que se le va a dar al transformador se denomina como secundario. Los voltajes de utilización comunes son 120 V, 220 V y  440 V.

Los secundarios y servicios son el camino que sigue la energía una vez que salio por el devanado secundario del transformador de distribución a los usuarios y servicios. Las potencias que el transformador soporta van desde 5 hasta 300 KVA en redes aéreas y hasta 750 KVA y más en redes subterráneas. La alta potencia en las redes subterráneas se debe a que utilizan redes automáticas de baja tensión (100 a 1000 volts en México) que se abastecen de energía a través de 4 o más alimentadores y múltiples transformadores de distribución.

Los sistemas de distribución tienen una clasificación que se da en base a los volúmenes de energía requeridos, es decir, la potencia requerida para satisfacer las necesidades de consumo, las condiciones de fiabilidad y seguridad con que deben operar y las características de las cargas. La carga puede ser definida como la cantidad que caracteriza el consumo de potencia por consumidores de energía eléctrica.

Tomando en cuenta lo anterior, los sistemas de distribución se clasifican en: Residenciales, Comerciales e Industriales.

Los sistemas de distribución residenciales tienen un consumo de potencia menor respecto al consumo de los sistemas comerciales e industriales. Estos sistemas abarcan todas los zonas urbanas, suburbanas y rurales las cuales su consumo de potencia es bajo y por lo tanto reciben un suministro eléctrico dentro del rango de la baja tensión. 

Los sistemas de distribución comerciales engloban sistemas de energía existentes dentro de grandes complejos comerciales y municipales. Estos sistemas tienen características únicas debido a las exigencias en cuanto a la seguridad de las personas y los bienes, por lo que generalmente requieren de importantes fuentes de respaldo en casos de emergencia. Su consumo de potencia suele variar pero siempre se mantiene dentro de un consumo medio, por lo que requiere un suministro eléctrico de media tensión (mayor de 1 KV hasta 34.5 KV en México).

Los sistemas de distribución industriales comprenden a los grandes consumidores de energía eléctrica, que generalmente reciben el suministro eléctrico en alta tensión (mayor de 34.5 KV hasta 230 KV en México) debido a su alto consumo de potencia.

El sistema de distribución eléctrica residencial por el mundo suele funcionar de la misma manera, sin embargo, tiende a variar en los transformadores que se usan y en el voltaje de distribución que manejan los alimentadores primarios, ya que, en Norte América por lo general se maneja un voltaje de 12.5 KV en la mayoría de los países de este continente, mientras que en Europa el voltaje suele ser de 11 o 12 KV.

Los transformadores usados en los sistemas de Norte América son pequeños y con una capacidad de potencia baja además de que bajan la tensión a 120/240 V, a diferencia del sistema europeo que usa transformadores con una mayor capacidad la cual permite una mayor eficiencia al suministrar energía a un mayor numero de consumidores, pero, también tenemos que añadir que la tensión es reducida a 400/230 V. 

La eficiencia en el suministro de energía a más consumidores en el sistema europeo no es solo a causa del uso de transformadores con mayor capacidad, también es debido a la implementación de un circuito trifásico, es decir, 3 fases que van a distribuir la energía a consumidores monofásicos permitiendo de esta manera abastecer energía a lugares mas lejanos y limitar la caída de tensión.

Por otro lado, el sistema en Norte América puede ser visto como algo rústico o poco refinado debido a lo limitado que esta en cuanto a la distribución eléctrica gracias al uso de un circuito monofásico (1 fase) que suministra energía a un mínimo numero de consumidores dentro de un radio de 30 hasta 80 metros de su ubicación. Esto ultimo termina siendo un gran punto en contra de este sistema debido a que al momento en que se llegue a presentar una situación en que varias casas estén distanciadas a más de 80 metros, estaríamos ante un inminente y frecuente problema por caída de tensión.

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