Cálculo de Caídas de Tensión

 

 

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE COTOPAXI FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA Y APLICADAS INGENIERÍA ELÉCTRICA DISTRIBUCIÓN I TEMA: ENSAYO DE CAÍDA DE VOLTAJE EN LÍNEAS DE DISTRIBUCIÓN

INTEGRANTES:  CORDONES OSCAR LAGLA DIEGO

NIVEL: 6° ELÉCTRICA “B” 

LATACUNGA 22 DE ENERO DEL 2018

 

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CÁLCULO DE CAÍDAS DE TENSIÓN.

INTRODUCCIÓN. Llamamos caída de tensión a la diferencia de potencial que existe entre los extremos de cualquier conductor, semiconductor o aislante. Este valor se mide en voltios en  voltios y representa el gasto de fuerza que implica el paso de la corriente por el mismo.   Asimismo, la caída de tensión es medida frecuentemente frecue ntemente en tanto por ciento de la tensión nominal de la fuente de la que se alimenta. Por lo tanto, si en un circuito alimentado a 400 Voltios de tensión se prescribe una caída máxima de tensión de una instalación del 5%, esto significará que en dicho tramo no podrá haber más de 20 voltios, que sería la tensión perdida con respecto a la tensión nominal.  No existe un conductor perfecto, pues todos presentan una resistividad una  resistividad al paso de la corriente por muy pequeña que sea, por este motivo ocurre que un conductor incrementa la oposición al paso de la corriente, corriente , a medida que también va aumentando su longitud. Si esta resistencia aumenta, por consiguiente, aumenta el desgaste de fuerza, es decir, la caída de tensión. Podríamos decir que la caída de tensión de un conductor viene determinada por la relación que existe entre la resistencia que ofrece este al paso de la corriente, la carga prevista en el extremo más lejano del circuito y el tipo de tensión que se aplicará a los extremos.

 

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DESARROLLO: Caída de Tensión La caída de tensión se entiende como la pérdida pé rdida de potencial en la conducción de corriente eléctrica en un conductor, originada por la distancia o la sección transversal del mismo, y que se refleja como aumento de corriente y disminución de voltaje (Ministerio

de

Ciencia y Ttecnologia- Colombia 2014) Consecuencias Cons ecuencias de la caída de Tensiones L a perdida de voltaje ocasionado por una resistencia (calibre de cable inadecuado); las consecuencias de una caída de voltaje en lámparas incandescentes es baja intensidad. En lámparas fluorescentes ocasiona parpadeo, en motores eléctricos eléctri cos ocasiona calentamiento, o totalmente no arranque el motor ( MARRUFFO, 2016).

La pérdida de Voltaje es consecuencia de:  

El diámetro del cable, cuanto más pequeño más pérdida.

 

El largo del cable. A mayor longitud del cable mayor caída de tensión.

 

El tipo de metal utilizado como conductor. A mayor resistencia del metal mayor  pérdida. El cobre y el aluminio son los metales comúnmente utilizados como conductor siendo el cobre el de menor resistencia.

Ventajas del cálculo adecuado de caída de tensión  

Transportar la potencia requerida con total seguridad.

 

Que dicho transporte se efectúe con un mínimo de pérdidas de energía.

 

Mantener los costes de instalación en unos valores aceptables

Criterio de límite de Caída de Tensión Para realizar el dimensionamiento de la sección del conductor c onductor es necesario tambiéntomar en cuenta la caída de tensión que se producirá y que esta

sección sea la

 

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apropiada para no provocar una caída de tensión fuera de los límites eestablecidos stablecidos (MARRUFFO, (MARRUFF O, 2016).

La determinación reglamentaria de la sección de un cable consiste en calcular la sección mínima normalizada que satisface simultáneamente las tres condiciones siguientes.

a)

Criterio de la intensidad intensi dad máxima admisible o de calentamiento.

La temperatura del conductor del cable, trabajando a plena carga y en régimen  permanente, no deberá superar en ningún momento la temperatura máxima admisible asignada de los materiales materiale s que se utilizan para el aislamiento del cable. Esta temperatura se especifica en las normas particulares de los cables y suele ser de 70ºC para cables con aislamiento termoplásticos y de 90ºC para cables con aislamientos termoestables.

b)

Criterio de la caída de tensión.

La circulación de corriente a través de los conductores, ocasiona una pérdida de  potencia transportada por el cable, y una caída de tensión te nsión o diferencia entre las tensiones en el origen y extremo de la canalización. Esta caída de tensión debe ser inferior a los límites marcados por el Reglamento en cada parte de la instalación, con el objeto de garantizar el funcionamiento de los receptores alimentados por el cable. Este criterio suele ser el determinante cuando las líneas son de larga longitud por ejemplo en derivaciones individuales que alimenten a los últimos pisos en un edificio de cierta altura (Ministerio

de Ciencia y

Ttecnologia- Colombia 2014). c)

Criterio de la intensidad de cortocircuito.

La temperatura que puede alcanzar el conductor del cable, como consecuencia

 

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de un cortocircuito o sobre intensidad de corta duración, no debe sobrepasar la temperatura máxima admisible de corta duración (para menos de 5 segundos) asignada a los materiales utilizados para el aislamiento del cable. Esta temperatura se especifica en las normas particulares de los cables y suele ser de 160ºC para cables con aislamiento termoplásticos y de 250ºC para cables con aislamientos termoestables (Aliria Cardines Rafael. 2014).. Este criterio, aunque es determinante en instalaciones de alta y media tensión no lo es en instalaciones de baja tensión ya que por una parte las protecciones de sobre intensidad limitan la duración del cortocircuito a tiempos muy breves, y además las impedancias de los cables hasta el punto de cortocircuito limitan la intensidad de cortocircuito.

En este capítulo se presentarán las fórmulas aplicables para el cálculo de las caídas de tensión, los límites reglamentarios, así como algunos ejemplos de aplicación. Todo el planteamiento teórico que se expone a continuación es aplicable independientemente del tipo del material conductor (cobre, aluminio o aleación de aluminio) (Aliria

Cardines Rafael. 2014 ). La mayoría de los

ejemplos se centran en los cálculos de caídas de tensión en instalaciones de enlace, aunque la teoría es también aplicable a instalaciones interiores.

Caída de tensión en Ecuador: La Caída de tensión en el país se considera ciertos rangos admisibles desde el  punto más alejado al ejado de la l a fuente de alimentación, establecida que es la l a demanda de diseño expresada en porcentaje del valor de la tensión nominal fase-tierra del sistema, estableciendo así que para las redes de distribución el límite caídas de tensión.

Además se debe considerar la demanda máxima y mínima que va desde un transformador los cuales deben cumplir los l os siguientes parámetros.

 

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Parámetros para regulación de caíd caídas as de tensión ddee transformadores:

Cálculo de caídas de tensión en líneas de transmisión. La caída de tensión en las líneas se debe a la corriente de carga que pasa a través de la resistencia y la reactancia react ancia de la misma. La caída de tensión puede ser interesante para los casos en que se tienen varias cargas, car gas, por ser el caso ca so que se encuentra con mayor frecuencia en los sistemas de distribución. Para tal análisis se tiene una línea trifásica con su correspondiente impedancia, resistencia re sistencia yφ reactancia con las cargas dadas por las corrientes corriente s I1 e I2 , con sus factores de potencia φ1  y 2 respectivamente (García Márquez, 2010). La caída de tensión en la línea de distribución tiene la siguiente ecuación.

  ( ∗  +  ∗  ) ∑ 3 ∗ ∗10 100 0  √  Δ% =    Para calcular la caída de tensión en la línea se puede hacer por las corrientes en las derivaciones; para esto, en las fórmulas se deben introducir los valores de resistencia desde el principio de la línea hasta la correspondiente derivación

  ( ∗  +  ∗ ) ∑ 3 3∗ ∗ 100  √    Δ% = 

Ln = Longitud desde el principio de la línea hasta la carga "n". En la mayoría de los casos la carga no se da en corriente sino en potencia. Si se permite una simplificación más, como es el tomar la tensión t ensión de línea al inicio de cada derivación igual a la tensión nominal de la línea, entonces las corrientes en las derivaciones (dando las potencias en KW y la tensión en V) son:

∗ ,   = √  ∗∗ ∗∗

∗ ,    = √  ∗∗ ∗∗

 

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   ∗    =  √ ∗ ∗  

   ∗     =  √ ∗ ∗  

Q1 y Q11: potencia reactiva de los receptores conectados a las derivaciones. Ahora la fórmula: Se puede modificar en la siguiente forma:

 ∑(  ∗  +    ∗ )  10   Δ% =  En las fórmulas anteriores es necesario conocer la sección del conductor para poder determinar la caída de tensión en la línea. En el caso de que las caídas de tensión sean excesivas con la sección escogida, es necesario incrementarla y repetir el cálculo hasta encontrar la sección adecuada. ( García Márquez, 2010)

Casos particulares: En los casos particulares en los cuales la caída de tensión puede determinarse de una manera más sencilla, haciendo las omisiones correspondientes. En las líneas de corriente alterna son frecuentes los siguientes casos:

  Líneas con igual sección y factor de potencia.   Líneas con igual sección y diferentes f.p.   Líneas con f.p. unitario.

  

Líneas con igual sección y factor de potencia. A una línea trifásica construida de conductores de la misma sección y material en toda t oda su longitud se le conectan receptores de fuerza con un mismo factor de potencia.

10 ( +  ∗ )   Esta expresión es un valor constante por lo que la ecuación se detalla así.

   10 Δ% =    ( +  ∗  ))  ′ ∗ ∗    Líneas con igual sección y diferentes f.p. La línea tiene sección única y el valor de la reactancia se puede despreciar

 

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   10 Δ% =       ′ ∗    Líneas con f.p. unitario. A la línea se conectan exclusivamente lámparas incandescentes o resistencias calefactoras, por lo cual el f.p. es unitario. La línea es del mismo material en toda su longitud y con la misma sección. En el cálculo de las redes a las que se conectan receptores con factor de potencia menor que 1, en la mayoría de los casos es necesario considerar la reactancia de la línea para evitar los errores hacia la disminución del valor de la caída de tensión, en detrimento del valor real.  No obstante lo anterior, en varios casos se puede no considerar la reactancia de la línea, ya que el error se encuentra dentro de los límites permisibles. Dentro de estos casos se tienen: Cálculo ulo de líneas aéreas con cosφ>= 0.95. cosφ>=  0.95.  a) Cálc  b) Cálculo de redes tendidas en el interior de edificios con cables o conductores, si su sección no sobrepasa los valores del cuadro. c uadro.

Ejercicios: 1.- Determine la caída de tensión en una línea aérea trifásica de 220 V, conductores conductore s de cobre y los datos de la figura IV.7.

Para este caso se debe buscar la resistencia resist encia y reactancia especifica en las tablas de conductores eléctricos. Estas tablas están dadas por los fabricantes de conductores. Estos datos pueden variar según el fabricante y la frecuencia que se vaya a utilizar.

 0.296Ω   =  0.158Ω     =    Al соsφ = 0.8 le corresponde tgφ = 0.75. La caída total de voltaje en la línea, considerando la reactancia, se calcula por la fórmula siguiente

   10 Δ% =    ( +  ∗ )     ∗     = 30 +25 +15 + 12 = 82   = =15 25+12 + 15 15=+27 12 12  = 52 52 

 

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 = 12      = 0.06    =     = 0.04    =     =  = 0.1     =  =         0.08     10 158 + 0.2296 96 ∗ 0.7755( ∗  +  ∗  +  ∗  Δ% = 220   0.158  +  ∗ )    10 0.1588 + 0.2 0.296 96 ∗ 0.75(82 ∗ 0.1 + 52 52∗∗ 0.0 0.066 + 27 ∗0.04 Δ% = 220   0.15 + 12 ∗0. ∗ 0.08 08)  Δ = 10.48%  La caída de tensión es muy alta por lo que una solución es incrementar la sección de conductor para reducirla al 5%. Esto se debo a que también en el alimentador primario hay caída de tensión. Se puede calcular la caída de tensión en la línea sin considerar la reactancia:

   10 Δ% =         ∗    Δ% =  =  220 10   0.158 0.158(82 ∗ 0.1 + 52 ∗∗0.0.0066 + 27∗  27∗ 0.04 0.04 + 12 ∗0.08 ∗0.08)  Δ% = 4.36% 

2.- Calcule la caída de tensión de un alimentador primario de 13.2 KV, con un tramo de 6 kilómetros de conductor de 250 MCM y otro de 3 km con calibre 3 / 0. La Lass reactancias y resistencias específicas (Ohm/km) (Ohm/km) se buscaron en tablas y se indican con las cargas en la figura IV.8. V=13.2 kV

En este caso se puede aplicar la fórmula IV.4, para lo cual es necesario calcular las l as corrientes en cada tramo de la línea. Las corrientes en el segundo tramo de la línea.

  =  √ 32  ∗     = 43.7     =  1000 √ 3 ∗ 13.2

 

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  = 2 ∗ 2  = 43.7 ∗ 0.8 

 = 34.96  

 La caída de tensió tensión n 

  =  2 ∗ 2  = 43.7 ∗ 0.6 

  = 26.22  

Las corrientes de la carga 1 (2 MVA). 

 = √   3∗     = 131.2   =  3000 ∗ 13.2 2 √ 3 ∗13.  = 131.2 ∗0.85 ∗ 0.85 = 111.55   = 131.2 ∗ 0.5527 27 = 69.11 69.11  Las corrientes en el primer tramo tra mo de la línea es la suma de las corrientes en las dos cargas;

     +  96 96+111. +111. 5 = 146 146.46 .46   = 34.  =  +    = 26.22 +69.1 + 69.111 = 95.93 

Sustituyendo Sustituyen do las cantidades correspondientes en la fórmula IV.4 se tiene:

  ( ∗  +  ∗  ) ∑ 3 ∗ ∗10 100 0  √  Δ% =    ∗ 1000 ( ∗  +  ∗  ) ∗  ∗ ( ∗  +  ∗  ) ∗   Δ% = √ 3 ∗10   100  100∗∗ √ 3 ∗ [14 146.6.446∗ 6 ∗ 0.1142 42 + 95.333∗ 3 ∗ 0.3302 02 ∗ 6 + 34.96∗ 96 ∗ 00.14 .1444 + 26.22∗ 22 ∗ 00.31 .3177 ∗ 3] 

Δ% =

Δ% = 4.51% 

13.2

La caída de tensión en un alimentador puede ser adecuada si es menor de 5%, considerando que en la red secundaria se pierde otro 5% del voltaje como máximo. Sin embargo, en la práctica de ingeniería se considera con frecuencia que la caída de tensión debe ser menor a 3%.

 

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CONCLUSIÓN: En conclusión las caídas de tensión o voltaje se considera la máxima tensión admisible, en el punto más alejado de la fuente de alimentación, establecida con la demanda de diseño expresada en porcentaje del valor de la tensión nominal fase-tierra del sistema. Además se sabe que una caída de tensión mayor al 10% causa problemas a los usuarios especialmente usuarios que poseen motores ya una caída de tensión disminuyendo el tiempo de vida útil ocasionando que también consuma una corriente mayor a un voltaje minino provocando un aumento de temperatura en los circuitos artefactos eléctricos y un  posible corte del suministro de electricidad en los hogares. hogares. Una caída de voltaje debe ser mayor mayor al 5% pero dependiendo de las leyes qu quee se maneje en el país y la empresa eléctrica pueden establecer que la caída ca ída de voltaje no sobrepase el 2 % o el 3%. Por lo se utiliza varios métodos para mejorar me jorar la calidad de voltaje, siendo sie ndo el cálculo del calibre del conductor el más común ya que si el conductor es de mayor diámetro se amenora las perdidas eléctrica. Otro método es aumentar el voltaje para que se reduzca la corriente y así evitar aumentar el diámetro del conductor. Pero en redes de  bajo voltaje se opta por incrementar el diámetro del conductor basándose en la potencia, el diámetro del conductor y la longitud que recorrerá la red.

BIBLIOGRAFÍA: Jurez Cervantes, J. (1995). Sistemas de distribucin de energía eléctrica. 3rd ed. México: Universidad Autnoma Metropolitana, pp.58 65.  65.  Fundamentos y didáctica y didáctica de la electricidad  texto  texto guía tomo 1 circuitos de corriente directa y alterna m.sc. Ing. Rafael Aliria Cardines Fundamentos

y didáctica de y didáctica

la

electricidad.

Texto

guía.

Leermás: http://www.monografias.com/docs113/electricidad-o-corrienteLeermás:  http://www.monografias.com/docs113/electricidad-o-corrienteelectrica/electricidad-o-corriente-electrica.shtml#introducca#ixzz54rlhpbly MARRUFFO, G. (2016). CAIDA DE TENSION PRIMARIA Y SECUNDARIA EN SISTEMAS DE DISTRIBUCION ELECTRICA. [online] Issuu. Available at: https://issuu.com/gustavomarruffo/docs/revista_el_sistema_primario [Accessed 22 Jan. 2018].