trabajo de redes de distribucion

REDES ELECTRICAS

DE DISTRIBUCION

INTEGRANTES DEL EQUIPO

Lopez Cortes Javier de Jesus

Martínez Guerrero Víctor Abraham

Palomino Castelán Francisco Javier

Redes Eléctricas de Distribución Unidad I: Generalidades.

1

INSTITUTO TECNOLOGICO DE VERACRUZ

Nombre del maestro: Ing. Leodegario Vázquez González

Materia:

Redes Eléctricas de Distribución

Grupo: 8Y6A

Equipo:

López Cortes Javier de Jesus Martínez Guerrero Víctor Abraham

Palomino Castelán Francisco Javier

Carrera: Ingeniería Eléctrica

Trabajo:

Investigación Unidad 1- Generalidades

H. Veracruz, Ver a 11 de Febrero del 2015


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INDICE INTRODUCCION .............................................................................................................................. 3

1.1 Simbología y arreglos ....................................................................................................... 4

1.1.1 Transformadores en las líneas de distribución .............................................................. 4

1.1.2 Seccionamiento y protección en redes aéreas de distribución ................................... 4

1.1.3 Equipos de Compensación en redes de distribución ................................................. 6

1.1.4 Postes en redes de distribución ....................................................................................... 6

1.1.5 Tipo de líneas y acometidas en redes de distribución .................................................. 7

1.1.6 Medidores en redes de distribución ................................................................................. 8

1.1.7 Tensores y anclajes en redes de distribución ................................................................ 8

1.1.8 Puesta a tierra en redes de distribución ........................................................................ 9

1.1.9 Alumbrado público vial en redes de distribución ........................................................... 9

1.1.10 Arreglos ............................................................................................................................ 10

1.2 Niveles de tensión normalizados ................................................................................. 12

1.3 Tipos de redes de distribución .......................................................................................... 13

1.3.1 Redes de distribución aéreas ......................................................................................... 13

1.3.2 Redes de distribución subterráneas .............................................................................. 14

1.4 Caída de tensión y regulación ............................................................................................ 15

1.4.1 Caída de tensión ............................................................................................................... 15

1.4.2 Regulación ......................................................................................................................... 16

1.5 Pérdidas y eficiencia ............................................................................................................. 17

1.5.1 Perdidas en una red de distribución .............................................................................. 17

1.5.2 Eficiencia en sistemas de distribución de electricidad de los usuarios industriales, comerciales y de servicios. ....................................................................................................... 18

1.5.3 Eficiencia económica ....................................................................................................... 18

1.6 Fallas y dispositivos de protección .................................................................................. 19

1.6.1 En Líneas Aéreas ............................................................................................................. 19

1.6.2 Tipos de fallas ................................................................................................................... 20

1.6.3 Funciones de un sistema de protección contra sobrecorrientes ............................... 21

1.6.4 Dispositivos de protección contra sobrecorrientes...................................................... 22

1.6.5 Dispositivos de protección contra sobretensiones ...................................................... 28

1.6.6 Protección de acometidas aero-subterraneas ............................................................. 31

CONCLUSION ................................................................................................................................ 32

BIBLIOGRAFIAS ........................................................................................................................... 33


3

INTRODUCCION

En el presente trabajo de investigación se explica las generalidades de una red

eléctrica de distribución para ir conociendo la simbología para interpretar los

diagramas, conocer la topología del sistema para saber cuál es la más conveniente

de acuerdo a las necesidades del servicio, conocer las fallas más comunes que se

presentan en los sistemas de distribución y conocer la causa que las provoca así

como los dispositivos de protección utilizados. Hay que tener en cuenta que los

sistemas de distribución tienen un papel muy importante dentro de los sistemas

eléctricos ya que la energía que venden las compañías suministradoras de energía

eléctrica pasa por un sistema de distribución, cuya función es la distribución de

energía eléctrica procedente de la centrales productoras hasta los usuarios finales,

siendo muy importante el buen diseño y enfoque de tales sistemas.


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1.1 Simbología y arreglos

1.1.1 Transformadores en las líneas de distribución

Está representada por un triángulo añadido diferentes detalles, para establecerla

ubicación y el número de fases. Las figuras definidas son

Transformador monofásico instalado en poste

Transformador trifásico instalado en poste

Transformador monofásico instalado en cabina o cámara

Transformador trifásico instalado en cabina o cámara

Transformador monofásico tipo pedestal o Padmounted instalado exteriormente

Transformador trifásico tipo pedestal o Patmounted instalado en cabina o cámara

Banco de dos transformadores instalado en poste

Banco de 3 transformadores instalado en poste

1.1.2 Seccionamiento y protección en redes aéreas de distribución

Existen varias figuras definidas de acuerdo al tipo de seccionamiento y protección:

Seccionador fusible unipolar abierto

Seccionador fusible unipolar cerrado


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Seccionador fusible unipolar abierto con dispositivo rompe arco

Seccionador de cuchilla o barra unipolar

Seccionador de cuchillar o barra unipolar con dispositivo rompe arco

Seccionador de cuchilla o barra tripolar

Seccionador de cuchilla o barra tripolar con dispositivo rompe arco

Seccionamiento por medio de interruptor termo magnético

Seccionalizador

Interruptor

Reconectador

Seccionamiento por medio de fusible NH

Seccionador con fusible NH

Descargador


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Notas: El seccionador abierto es aquel que su dispositivo de seccionamiento y/o

protección no está dentro de un compartimiento cerrado. El seccionador cerrado es

aquel en que su dispositivo de seccionamiento y/o protección está ubicado dentro

de un compartimento cerrado, generalmente hecho de porcelana. Los términos

abierto y cerrado no se refieren a la posición de operación del seccionador

1.1.3 Equipos de Compensación en redes de distribución

Está definida en base al tipo de equipo:

Capacitor fijo

Regulador

Capacitor automático

1.1.4 Postes en redes de distribución

Está representada por una circunferencia añadida con diferentes detalles de

acuerdo al tipo de material.

Poste de concreto reforzado

Poste de plástico reforzado con fibra de vidrio

Poste de madera Poste metálico

Poste ya existente

Está definida por la forma y altura del poste:

Dónde:

C: Circular

R: Rectangular

H: Forma H

O: Ornamental

T: Torre

ἠ: Número entero que identifica la longitud del poste


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1.1.5 Tipo de líneas y acometidas en redes de distribución

Está representada por diferentes tipos de líneas, de acuerdo al nivel del voltaje del

sistema de distribución y al sitio de instalación:

Línea aérea de media tensión

Línea aérea de baja tensión con cable múltiple

Línea aérea de media tensión particular

Línea subterránea de media tensión

Línea aérea de baja tensión

Línea subterránea de baja tensión

Líneas aéreas de media tensión y baja tensión abiertas en un punto defino

Circuito subterráneo de alumbrado en baja tensión

Cambio del número de fases o calibres en líneas aéreas de media tensión y baja tensión

Acometida subterránea en baja tensión

Remate de líneas aéreas de media tensión y baja tensión

Acometida subterránea de media tensión

Cruce de conductores aéreos conectados

Transición de línea de media tensión aérea a subterránea

Líneas telegráfica o telefónica

Transición de línea de baja tensión aérea a subterránea


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1.1.6 Medidores en redes de distribución

Está representada por un rectángulo añadido en su interior mediante diferentes

letras, de acuerdo a su tipo:

Medidor totalizador

Medidor electromecánico

Medidor electromagnético sin puerto para gestión remota

Medidor electromagnético con puerto para gestión remota

Varios tipos de medidores

1.1.7 Tensores y anclajes en redes de distribución

Está representada por una flecha añadido diferentes detalles, de acuerdo al tipo de

tensor, nivel de voltaje del sistema y conformación.

Tensor a tierra simple en baja tensión.

Tensor a tierra en media tensión

Tensor farol simple en baja tensión.

Tensor farol simple en medio voltaje

Tensor poste a poste simple en baja tensión.

Tensor poste a poste en media tensión

Tensor a tierra doble.

Tensor farol doble

Tensor poste a poste doble.

Tensor de empuje simple en media tensión


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Tensor de empuje simple en baja tensión.

1.1.8 Puesta a tierra en redes de distribución

Está definida por la siguiente figura:

1.1.9 Alumbrado público vial en redes de distribución

Existen varias figuras definidos de acuerdo al tipo de equipo, fuente de luz y forma

de construcción:

Lámpara incandescente

Proyector de sodio

Luminaria de vapor de mercurio

Fotocelda

Luminaria led Relevador para control de alumbrado publico

Proyector de mercurio

Caja de control de alumbrado


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1.1.10 Arreglos

Haciendo referencia a que los sistemas de transmisión manejan potencia en alta tensión, los sistemas de sub-transmisión transportan cantidades importantes de potencia de la red de transmisión en sus subestaciones eléctricas que operan con tensiones intermedias de 138, 115 o 69 KV. El sistema de distribución transporta la potencia eléctrica de las subestaciones de distribución a los clientes individuales, en voltajes que quedan en el rango de 34.5, 23, 138, 6.6 o 4.2 KV. El arreglo de un sistema de distribución, se refiere entonces al arreglo físico de las líneas de distribución. Por lo que hace a la topología de los sistemas, estos pueden clasificarse en tres tipos: radial, anillo y red. Arreglo radial: Su principal ventaja es que son simples y económicos y su desventaja es que cualquier problema generalmente deja a un número de usuarios fuera de servicio hasta que el problema se resuelva; de hecho, los sistemas de sub-transmisión radiales no se usan. Una modificación a un sistema de sub-transmisión radial se usa cuando dos líneas de sub-transmisión radiales en paralelo están aprovisionadas para transferir la carga a una línea no fallada en el evento de una falla en una de las líneas.

Arreglo en anillo: Se tiene una doble alimentación y puede interrumpirse una de ellas sin causar una interrupción del suministro. Esta conexión es más costosa que la de arreglo radial, debido a que requiere más equipo, pero cualquier punto sobre la línea tiene servicio desde dos direcciones. Si alguna está fuera, el cliente se puede alimentar desde otra dirección, los switches se deben colocar periódicamente alrededor de la malla, para que la sección que no funcione correctamente se pueda reparar sin retirar una parte grande de la línea de servicio. El arreglo en anillo es bastante confiable pero también costoso.


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El arreglo en red está diseñado para proporcionar un servicio muy confiable a las áreas con alta densidad de carga, tales como: el centro de una ciudad, áreas bancarias, comerciales, centros comerciales de autoservicio, etc. La red consiste de líneas secundarias subterráneas conectadas en las esquinas, con transformadores alimentando la red, cada una o dos cuadras. El equipo de la red está contenido en bóvedas subterráneas que tienen acceso a través de agujeros para personal de mantenimiento. Con un arreglo en red se aumenta el número de interconexiones y consecuentemente la seguridad del servicio.


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1.2 Niveles de tensión normalizados

Las tensiones para las redes eléctricas ya se cuentan establecidas por la compañía

suministradora (CFE).

Las tensiones de las redes, aun para zonas nuevas, son fijadas o predeterminadas

por las existentes en las instalaciones de la compañía suministradora (CFE).Sin

embargo, cuando la red alimenta una zona de gran densidad o crecimiento muy

elevado, siempre será conveniente confirmar si las tensiones existentes podrán

soportar ese crecimiento de carga o si será necesario poner una tensión más

elevada.

1.- Transmisión de extra alta Tensión

345 KV, 400 KV, 500 KV, y 765 KV (en corriente alterna) Alrededor de +- 500 KV o +- 600 KV (en corriente directa)

2.- Transmisión 115 KV a 230 KV podría ser también (400 KV)

3.- Sub-transmisión 34.5 KV a 69 KV

4.-Distribucion 6 KV, 12.5 KV, 13.8 KV, 23.0 KV y 34.5 KV

Algunas tensiones de otros países:

PAIS BAJA TENSION MEDIANA TENSION

Alemania 220/380 V 15000/20000 V

Inglaterra 240/415 V 6000/11000/33000 V

Francia 220/380 V 10000/20000 V

E.U.A 127/220 V 13200/23000/345 V


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1.3 Tipos de redes de distribución

En función por la zona donde esta circule podemos encontrar una primera clasificación en urbana o rural, siendo la principal diferencia entre ambas la densidad de consumo, es decir, por la zona urbana el consumo por unidad de superficie y por habitante será superior que en la zona rural. Por la razón antes argumentada es necesario que los conductores de las zonas urbanas posean una sección mayor que los de las zonas rurales. El tendido de las redes de distribución de baja tensión puede realizarse de dos formas:

Red aérea. Red subterránea. Red mixta

1.3.1 Redes de distribución aéreas

En esta modalidad, el conductor que usualmente está desnudo, va soportado a través de aisladores instalados en crucetas, en postes de madera o de concreto. 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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Las partes principales de un sistema aéreo son esencialmente:

A. Postes: que pueden ser de madera, concreto o metálicos y sus características de peso, longitud y resistencia a la rotura son determinadas por el tipo de construcción de los circuitos. Son utilizados para sistemas urbanos postes de concreto de 14, 12 y 10 metros con resistencia de rotura de 1050, 750 y 510 kg respectivamente.

B. Conductores: son utilizados para circuitos primarios el Aluminio y el ACSR

desnudos y en calibres 4/0, 2/0, 1/0 y 2 AWG y para circuitos secundarios en cables desnudos o aislados y en los mismos calibres. Estos circuitos son de 3 y 4 hilos con neutro puesto a tierra. Paralelo a estos circuitos van los conductores de alumbrado público.

C. Crucetas: son utilizadas crucetas de madera inmunizada o de ángulo de

hierro galvanizado de 2 metros para 13.2 KV. y 11.4 KV. Con diagonales en varilla o de ángulo de hierro (pie de amigo).

D. Aisladores: Son de tipo ANSI 55.5 para media tensión (espigo y disco) y

ANSI 53.3 para baja tensión (carretes).

E. 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, espigos, etc.).

F. Equipos de seccionamiento: el seccionamiento se efectúa con

cortacircuitos y seccionadores monopolares para operar sin carga (100 A - 200 A).

G. Transformadores y protecciones: se emplean transformadores

monofásicos con los siguientes valores de potencia o nominales: 25 - 37.5 - 50 - 75 KVA y para transformadores trifásicos de 30 - 45 - 75 -112.5 y 150 KVA protegidos por cortacircuitos, fusible y pararrayos tipo válvula de 12 KV.

1.3.2 Redes de distribución subterráneas

En la actualidad es el tipo de red más utilizada, fundamentalmente por la seguridad que implica la distribución subterránea, si bien es cierto que este tipo de distribución origina más averías y los costes de reparación de éstas son mayores. También el impacto visual y ambiental de este tipo de distribución es menor lo que la hace idónea en núcleos y cascos urbanos. En muchos municipios es obligatorio este tipo de distribución para preservar el entorno estético.


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Este tipo de redes de distribución tienen su origen en centros de transformación de tipo prefabricado o compacto, tanto de superficie como subterráneos, discurriendo por calzadas y aceras a una profundidad comprendida entre los 75 y 80 cm. Los conductores utilizados son aislados de acuerdo al voltaje de operación y conformados por varias capas aislantes y cubiertas protectoras. Estos cables están directamente enterrados o instalados en bancos de ductos (dentro de las excavaciones), con cajas de inspección en intervalos regulares. Un sistema subterráneo cuenta con los siguientes componentes: Ductos: Que pueden ser de asbesto cemento, de PVC o conduit metálicos con diámetro mínimo de 4 pulgadas. Cables: Pueden ser monopolares o tripolares aislado en polietileno de cadena cruzada XLPE, de polietileno reticulado EPR, en caucho sintético y en papel impregnado en aceite APLA o aislamiento seco elastomérico en calibres de 500 - 400 - 350 - 250 MCM, 4/0 y 2/0 AWG en sistemas de 13.2 KV, 7,6 y 4,16 KV. A pesar de que existen equipos adecuados, resulta difícil y dispendioso localizar las fallas en un cable subterráneo y su reparación puede tomar mucho tiempo, se recomienda construir estos sistemas en anillo abierto con el fin de garantizar la continuidad del servicio en caso de falla y en seccionadores entrada - salida. Cámaras: Que son de varios tipos siendo la más común la de inspección y de empalme que sirve para hacer conexiones, pruebas y reparaciones. Deben poder alojar a 2 operarios para realizar los trabajos. Allí llegan uno o más circuitos y pueden contener equipos de maniobra, son usados también para el tendido del cable. La distancia entre cámaras puede variar, así como su forma y tamaño. Empalmes uniones y terminales: Que permiten dar continuidad adecuada, conexiones perfectas entre cables y equipos.

1.4 Caída de tensión y regulación

1.4.1 Caída de tensión

Llamamos caída de tensión de un conductor a la diferencia de potencial que existe

entre los extremos del mismo. Este valor se mide en volts y representa el gasto de

fuerza que implica el paso de la corriente por el mismo.

Así mismo, la caída de tensión es medida frecuentemente 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


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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 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, 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.

1.4.2 Regulación

Los aparatos que funcionan con energía eléctrica están diseñados para operar a un

voltaje determinado y su funcionamiento será satisfactorio siempre que el voltaje

aplicado no varié más allá de ciertos límites.

Para el caso de las lámparas incandescentes, un voltaje menor que el nominal

disminuye el flujo luminoso; por ejemplo, una reducción de 10% del voltaje reduce

el flujo luminoso al 70% de su valor nominal y el consumo de la lámpara al 85%; un

voltaje mayor que el nominal acorta la vida de la lámpara: con un 10% de aumento

del voltaje la vida teórica de la lámpara se reduce al 30% de la normal.

En las lámparas fluorescentes la variación de flujo luminoso con el voltaje aplicado

es algo menor que en las lámparas incandescentes. En cambio el bajo voltaje afecta

el arranque y en general la lámpara no se prende si el voltaje aplicado es 90% o

menor del voltaje nominal. El voltaje excesivamente alto causa calentamiento del

balastro; tanto el voltaje alto como el bajo acortan la vida de la lámpara.

En los aparatos de calefacción eléctrica por resistencia, la energía consumida es

proporcional al cuadrado del voltaje aplicado; por lo tanto un voltaje inferior al

nominal disminuye considerablemente el calor producido; un voltaje excesivamente

alto acorta la vida del aparato.

La siguiente figura muestra la variación de las características de un motor de

inducción en función del voltaje aplicado. El par de arranque es proporcional al

cuadrado del voltaje aplicado, de manera que un bajo voltaje reduce

considerablemente el par de arranque. La corriente de plena carga aumenta al

disminuir el voltaje, lo que puede causar calentamiento excesivo del motor. La

velocidad del motor, en cambio, es poco sensible a las variaciones de voltaje. En

general, los motores de inducción están diseñados para trabajar satisfactoriamente

con variaciones de ± 10% del voltaje nominal.


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El equipo electrónico está diseñado generalmente para operar con una tolerancia

de ± 5% del voltaje. En los aparatos de televisión, si el voltaje es inferior al voltaje

al que se ha ajustado el aparato, la imagen se reduce. La vida del equipo electrónico

se reduce notablemente al funcionar a voltajes superiores a los de diseño.

Todo lo anterior hace ver la importancia de la regulación del voltaje en sistema

eléctrico. Una variación de ± 5% del voltaje en los puntos de utilización, con

respecto al voltaje nominal, se considera satisfactoria; una variación de ± 10% se

considera tolerable.

1.5 Pérdidas y eficiencia

1.5.1 Perdidas en una red de distribución

Las pérdidas que se generan durante la distribución de la energía suponen el

desaprovechamiento de una parte de la energía que se genera en las centrales, y

contribuye al despilfarro de energía. Esta es una de las razones, junto con la mejora

del rendimiento de las redes, por las que la reducción de pérdidas en la red durante

la distribución y transporte de energía eléctrica concentra gran cantidad del esfuerzo

de las compañías suministradoras.

Estos planes recogen diferentes áreas de actuación para mejorar el sistema y la

gestión de los clientes, reduciendo así las pérdidas. Son los siguientes:

Disminución de la longitud de las líneas entre el punto de alimentación y los

puntos de suministro, mediante la construcción de nuevas subestaciones.

Construcción de líneas nuevas y reconfiguración de líneas de distribución.

Elevación de tensiones.

Mejora del factor de potencia, incrementado el número de baterías de

condensadores y por tanto la capacidad (MVAr).


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Trabajos de mantenimiento de redes y subestaciones: sustitución de cables,

crucetas, soportes; limpieza de corredores de líneas, análisis de riesgo de

incendio, termografías, aumento de inspecciones en helicóptero, etc.

Avance en la implantación de la telegestión en suministros con medida en alta

y baja tensión.

Inspección de puntos de suministro y mejora en la gestión de contratos.

1.5.2 Eficiencia en sistemas de distribución de electricidad de los usuarios industriales, comerciales y de servicios.

Las pérdidas eléctricas en los sistemas de distribución interna de electricidad constituyen para el usuario un consumo importante, pero que no está destinado a satisfacer los requerimientos reales de sus instalaciones productivas o de servicios. La reducción de las pérdidas, producto de la selección de transformadores y conductores, en base a un criterio de eficiencia, y el manejo de reactivos, entre otras medidas, permitirá disponer de un sistema eficiente de distribución de electricidad. Los métodos principales para reducir las pérdidas eléctricas son:

Reemplazar los conductores definidos por las normas (capaces de soportar el calentamiento máximo asociado a la carga prevista y de asegurar una caída de voltaje inferior al límite establecido por las normas), por otros de mayor calibre (en la medida que el costo del conductor no supere el valor monetario de las pérdidas),

Agregar alimentadores en paralelo Incrementar el voltaje de distribución Seleccionar para el proyecto de

transformadores en servicio por otros de mayor potencia y/o más eficientes, Agregar bancos de condensadores para mejorar el factor de potencia de las

cargas y así mejorar la capacidad de transporte de las líneas.

Equilibrar las fases del sistema para contar con un sistema balanceado.

A diferencia del caso de los motores y de otros equipos o artefactos eléctricos, en general no sería rentable reemplazar transformadores o líneas instaladas. La evaluación económica de las alternativas eficientes y estándar corresponde, en el caso de los transformadores y las líneas, más bien a proyectos nuevos.

1.5.3 Eficiencia económica

Todos los sistemas eléctricos deben ser juzgados de acuerdo no solo a su confiablidad sino también a su eficiencia económica o resultados financieros obtenidos, es decir, se debe de suministrar un servicio eléctrico al menor costo posible .Este objetivo solo podrá ser alcanzado si el sistemas diseñado de acuerdo

http://www.monografias.com/trabajos35/consumo-inversion/consumo-inversion.shtml

http://www.monografias.com/trabajos5/selpe/selpe.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/veref/veref.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtml

http://www.monografias.com/trabajos4/leyes/leyes.shtml

http://www.monografias.com/trabajos12/pmbok/pmbok.shtml

http://www.monografias.com/trabajos/compelectropas/compelectropas.shtml

http://www.monografias.com/trabajos10/motore/motore.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/conce/conce.shtml

http://www.monografias.com/trabajos12/pmbok/pmbok.shtml


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con un análisis económico adecuado a las circunstancias del país o zona donde se desarrolla. Será necesario formular las alternativas viables, en segundo término analizarlas técnicamente para asegurar las metas o índices de confiablidad establecidos, y finalmente compararlas económicamente para escoger la alternativa técnico-económica más conveniente. La selección de un calibre de un conductor, sin importar la estructura del sistema de distribución seleccionado, influye de manera sensible en las perdidas del sistema. Para reducir las pérdidas es necesario seleccionar conductores de baja resistencia. Sin embargo por otro lado el costo de la inversión inicial será menos a medida que se reduzcan los calibres.

1.6 Fallas y dispositivos de protección

Las fallas en los sistemas de distribución, en líneas y equipos son condiciones

anormales en los circuitos, y las causas de estas pueden ser innumerables; sin

embargo, todas las empresas eléctricas de distribución tratan de clasificarlas con

objeto de conocer con detalle el comportamiento de un sistema y componentes para

evitarlas en lo posible, así como escoger y coordinar de manera adecuada los

equipos de protección.

Una identificación correcta de estas permite programar procedimientos de

manteamiento preventivo.

Para llevar a cabo una correcta protección de un sistema eléctrico es necesario

conocer todos los parámetros del mismo, tales como niveles de cortocircuito, equipo

conectado, si el sistema es aéreo, subterráneo o mixto

La coordinación de los dispositivos de protección es proveer confiabilidad al

sistema; sus funciones son aislar una línea o un equipo fallado de la parte del

sistema sin falla con la mayor rapidez posible y minimizar la magnitud del disturbio.

Las fallas en los sistemas de distribución se clasifican, de acuerdo a su naturaleza,

en temporales o permanentes.

1.6.1 En Líneas Aéreas

Fallas temporales

Una falla temporal o transitoria se define como aquellas que puede ser librada antes

de que ocurra algún daño serio al equipo o a las instalaciones. Ejemplos:

Arqueos que se producen en los aisladores debido a sobretensiones por

descargas atmosféricas.

“Galopeo” de los conductores (debido a fuertes vientos o sismos)


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Contactos temporales de ramas de árbol con los conductores

UNA FALLA QUE EN UN INICIO PUEDE SER DE NATURALEZA

TEMPORAL PUEDE CONVERTIRSE EN PERMAMNETE SI NO SE “LIBRA”

RAPIDAMENTE.

Fallas permanentes

Es aquella que persiste a pesar de la rapidez con la que el circuito se

desenergiza.Ejemplo:

Si dos o más conductores desnudos en un sistema de distribución se juntan

debido a ruptura de postes, crucetas o conductores

Un arqueo entre fases de un circuito con conductor aislado puede ser

inicialmente temporal, pero si la falla no se libra rápidamente los conductores

pueden romperse

La mayoría de las fallas en un sistema de distribución aero son de naturaleza

transitoria; por tanto, la restauración automática debidamente coordinada se

justifica.

1.6.2 Tipos de fallas

Fallas de una línea a tierra: Ocurren cuando un conductor cae a tierra o hace

contacto con el conductor neutro

Fallas de línea a línea: ocurren cuando dos líneas de un sistema son

cortocircuitadas este tipo de falla puede ocurrir en cualquier lugar a lo largo del

sistema, ya que sea que esté conectado en estrella, delta o a lo largo de un ramal

de dos fases

Fallas de doble línea a tierra: Ocurren cuando dos conductores caen y son

conectados a través de tierra, o cuando dos conductores hacen contacto con el

conductor neutro en un sistema aterrizado de dos o tres fases

Fallas trifásicas: ocurren cuando las tres fases de un sistema trifásico conectado

en estrella o delta son cortocircuitadas.

En líneas subterráneas

Las fallas en circuitos o líneas usualmente se localizan y reparan en tiempos más o

menos cortos; sin embargo , hay que tener presente que una falla en un cable

requiere un tiempo considerable para ser localizada y reparada. Ejemplo:

Fallas de aislamiento del cable debido a sobre voltajes y roturas mecánicas

del cable


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Únicamente habrá interrupción en el servicio en el caso de una falla en la

subestación principal o una salida completa de todo el sistema, casos pocos

frecuentes y que, por lo general, de presentarse, se deben resolver en tiempos

cortos.

Habrá también interrupción cuando la falla sea en baja tensión en la acometida del

servicio del cliente.

TODAS LAS FALLAS EN LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCIONN SUBTERRANEOS

SON DE NATURALEZA PERMANENTE.

1.6.3 Funciones de un sistema de protección contra sobrecorrientes

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.

Minimizar el número de fallas permanentes y de salidas

La segunda función del sistema de protección contra sobrecorrientes es

desenergizar rápidamente fallas transitorias antes de que se presente algún daño

serio que puede causar una falla permanente cuando la función se realiza

exitosamente, los consumidores experimentan sola una falta de energía transitoria.

Sin embargo no es posible prevenir que la totalidad de las fallas transitorias no se

vuelvan permanentes o causen “apagones” permanentes debido al tiempo finito

requerido para desenergizar el circuito fallado. La velocidad a la cual el circuito

fallado se desenergizar es un “factor crítico” que determina cuando una transitoria

se vuelve permanente o causa una falla permanente

Prevenir contra daño del equipo

Prevenir contra equipo no dañado (barras conductoras, cables, transformadores,

etc.).Todos los elementos del sistema de distribución tienen una curva de daño de

tal forma que si se excede de esta vida útil de los elementos se ve

considerablemente reducida. El tiempo que dure la falla y la corriente que lleve

consigo, combinadas definen la curva de daño

Minimizar las fallas internas de los equipos

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 en las partes internas .pruebas y experiencias han demostrado

que la probabilidad de fallas disruptivas debido a cortos de alta energía y potencia

puede ser minimizada con la aplicación correcta de fusibles limitadores de corriente

o dispositivos limitadores de corriente.


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Minimizar los accidentes mortales

Desenergizar conductores en sistemas de distribución aéreos que se queman y

caen a tierra y por lo consiguiente, minimizar los accidentes mortales

1.6.4 Dispositivos de protección contra sobrecorrientes.

Los dispositivos empleados generalmente en un sistema de distribución contra

sobre corrientes son:

Interruptores

Relevadores

Restauradores

Seccionalizadores

Fusibles

Interruptores

Uno de los dispositivos de protección más importantes en los sistemas de

distribución es el interruptor. Se puede clasificar por su tensión en interruptores de

baja y media tensión

De forma general es un dispositivo de apertura o cierre mecánico capaz de soportar

tanto corriente de operación normal como altas corrientes, durante un tiempo

específico, debido a fallas del sistema.

Los interruptores pueden cerrar o abrir en forma manual o automática por medio de

relevadores, estos son los encargados de censar las condiciones de operación de

la red; situaciones anormales tales como sobrecargas o corrientes de falla ejercen

acciones de mando sobre el interruptor, ordenándole abrir. ESTAS SEÑALES

PUEDEN SER ENVIADAS EN FORMA ELÉCTRICA, MECÁNICA, HIDRÁULICA,

NEUMÁTICA O VÍA WIFI. La irrupción del arco producido por estas corrientes puede

llevarse a cabo por medio de:

Aceite

Vacío

Hexafloruro de azufre

Soplo de aire

Soplo de aire. Magnético

Los interruptores tienen un mecanismo de almacenamiento de energía que le

permite cerrar hasta cinco veces antes de que la energía sea interrumpida

totalmente, este mecanismo puede ser de los siguientes tipos:

Neumático(aire comprimido)

Hidráulico(nitrógeno comprimido)

Neumático-hidráulico(combinación)


23

Mecanismo de resorte

Relevadores

Los relevadores son los dispositivos que sirven para censar o detectar las

condiciones de operación de la red y ordenar el cierre o apertura de los

interruptores; estos últimos se consideran en lo general dentro del equipo de las

subestaciones dado su tamaño, costo y valores nominales

En general todos los relevadores de sobrecorriente son del tipo electromagnético,

aunque en la actualidad se han desarrollado del tipo estado sólido y se inicie su

aplicación en sistemas de distribución.

Es importante destacar tres tiempos en la operación de los relevadores:

Para la unidad con retardo de tiempo: tiempo de disparo

Para la unidad instantánea :un tiempo de disparo menor al anterior debido

a muy altas corrientes de cortocircuito

Para la unidad con retardo de tiempo: el tiempo de restablecimiento, que

es el tiempo que transcurre hasta que le contacto móvil regresa a su posición

normal u original

Los relevadores de sobre corriente en la subestación pueden identificarse mediante

el código de número NEMA (National Electrical Manufactures Association).

Numero de código Descripción

50-1 y 50-2 Relevadores de sobrecorriente entre fases ,cuya respuesta es instantánea ante magnitudes de corriente levadas

51-1 Relevadores de sobrecorriente entre fases (ajustes de tiempo)para censar sobrecorrientes (cuyo valor se atenúa por la impedancia de la línea)hacia el punto más alejado de la S.E. o bien para detectar sobre cargas

50-n Relevador de sobrecorriente a tierra(instantánea)

51-n Relevador de sobrecorriente a tierra(unidad de tiempo)para detectar cortocircuito a tierra, desbalanceado de carga, discontinuidad de una o dos fases, proporcionar respaldo a los relevadores para falla entre fases por la ubicación residual que guarda respecto a ellos, tención de fallas a tierra atreves de una impedancia


24

Restauradores

El restaurador es un aparato que al detectar una condición de sobrecorriente

interrumpe le flujo, y una vez que ha transcurrido un tiempo determinado cierra sus

contactos nuevamente, energizando el circuito protegido. Si la condición en sus

contactos nuevamente, energizando el circuito protegido, si la condición de falla

sigue presente, el restaurador repite la secuencia de cierre-apertura un número de

veces más (por lo general son 4 como máximo).Después de la cuarta operación de

apertura queda en posición de abierto definitivamente .Cuando un restaurador

detecta una situación de falla abre en un ciclo y medio. Esta rápida operación de

apertura disminuye la probabilidad de daño a los equipos instalados en el circuito.

Uno o uno y medio segundos después cierra sus contactos, energizando

nuevamente el circuito; esto significa una pequeña interrupción en los servicios

conectados. Después de una ,dos y hasta tres operaciones rápidas el restaurador

cambia a una operación de característica retardada .Tal disparo retardado permite

coordinar este aparato con otros dispositivos de protección .Los restauradores tiene

la característica de reestablecerse automáticamente .si un restaurador se calibra

para abrir después de su cuarta operación de apertura, pero la falla es transitoria y

se elimina después de su primera, segunda o terceras operación, el restaurador se

restablece a su posición original y queda listo para llevar a cabo otro ciclo de

operaciones, pero si el restaurador es sometido a una falla de carácter permanente

y pasa por un ciclo completo de recierres y a energizar la sección de línea que

protege .

En el diseño de esquemas de protección con restauradores se deben considerar las

características de las redes e instalaciones de los clientes como:

1. Prevenir que fallas transitorias se conviertan en permanentes

2. El suministro se debe reanudar tan pronto como sea posible para disminuir

los inconvenientes a los clientes

3. El tiempo de apertura debe ser tal que permita al dieléctrico recobrar sus

propiedades aislantes, evitando que el arco se reinicie en le punto de falla.

4. El tiempo que la línea este des energizada debe ser tal que los motores de

inducción sigan girando durante el periodo de interrupción

5. Se debe proporcionar un elemento de detección de fallas a tierra en el

restaurador

6. La duración de la interrupción debe ser lo suficiente grande para asegurar

que los controles de los motores síncronos los desconecten antes que se

restablezca el servicio


25

Los restauradores se pueden usar en cualquier parte del circuito primario de

distribución .Los lugares más lógicos para su empleo son:

En la subestación de potencia que alimenta los circuitos de distribución

Sobre el troncal, para seccionarla e impedir que salga del servicio tofo un

alimentador cuando se presenta una falla al extremo del alimentador

En los puntos donde se unen las derivaciones con los troncales

Los factores que se deben considerar para aplicar restauradores adecuadamente

son:

1. Tensión del sistema

2. Máxima corriente de falla en el punto donde se instale el restaurador

3. Mínima corriente de falla dentro de la zona que protege al restaurador

4. Coordinación con otros dispositivos de protección

5. Sensibilidad de fallas a tierra

El restaurador debe de tener una tensión nominal igual o mayor que la tensión del

sistema.

Seccionalizadores

La incorporación de este tipo de dispositivos de protección en alimentadores de

distribución protegidos por interruptores o restauradores hace posible que las fallas

puedan ser aisladas o seccionadas, confinando la zona de disturbio del alimentador

a una mínima parte del circuito y por tanto afectan solamente a los usuarios

conectados a esa derivación. Es por esto que cobra suma importancia la ubicación

correcta de un Seccionalizador en el desarrollo de un alimentador, de tal manera

que nunca deben de ser instalados en los troncales o sub-troncales muy

importantes.

Un Seccionalizador es un dispositivo de apertura de un circuito eléctrico que abre

sus contacto automáticamente mientras que le circuito esta desenergizado por la

operación de un interruptor o un restaurador. Debido a que este equipo no está

diseñado para interrumpir corrientes de falla, se utiliza siempre en serie con un

dispositivo de interrupción .Así mismo dado que no interrumpe corrientes de falla no

tiene características tiempo-corriente, lo que constituye una de sus mayores

ventajas y facilita su aplicación en los esquemas de protección

Características de los seccionalizadores

Los seccionalizadores no tiene curva característica tiempo-corriente ,por lo

cual son usados entre dos dispositivos de protección que tienen curvas de

operación que están muy juntas y donde el paso adicional de coordinación

no es practico

Son comúnmente empleados sobre ramales donde las corrientes de falla

elevadas son evitadas coordinando con fusibles


26

Ya que los Seccionalizadores no interrumpen corrientes de falla, también son

usados en lugares donde las corrientes de falla son elevadas y los

restauradores pequeños no podrían ser adecuados en términos de valores

de su capacidad interruptiva .Por su capacidad de corriente de carga también

sirve como un seccionador económico

Los Seccionalizadores pueden ser clasificados dependiendo de su medio de

aislamiento, tipo de control, numero de fases y por la forma de ser operados para la

interrupción de la corriente de carga de la manera siguiente

***Los más usados en la actualidad son los hidráulicos y electrónicos.

Fusibles de baja y media tensión

Un fusible puede ser definido un fusible puede ser definido como un dispositivo de

protección que opera cuando una sobre corriente pasa por el y pone en peligro los

equipos o instalaciones del sistema, pudiendo deberse esta sobrecorriente a

sobrecargas o cortocircuitos .Por tanto las funciones de los fusibles serán

fundamentalmente aislar la porción del circuito en disturbio del resto del alimentador

sin falla e impedir el daño de los equipos instalados en el mismo

La selección adecuada de un fusible debe de considerar:

Proteger a los equipos del circuito bajo cualquier condición de

sobrecorrientes que los pueda dañar

En condiciones normales de operación el fusible no puede operar

Si dos o más fusibles se encuentran instalados en serie y se presentara una

falla, únicamente deberá operar el que se encuentre más cercano a este

punto

Aceite

Aire

Vacío

Por su medio de

aislamiento

Tipo de

control

Serie

Paralelo

Hidráulico

Tipo seco

electrónico

Numero de

fases

Monofásicos

Trifásicos Manual

Con motor

Por la forma de

ser operado


27

Un fusible está diseñado para fundirse en un tiempo especificado para una

determinada corriente. A continuación se dan las definiciones utilizadas para

especificar estos dispositivos

Tiempo de fusión: es el tiempo necesario para que el elemento fusible se

funda; este se inicia en el momento que una sobrecorriente circula a través

del fusible y termina cuando aparece el arco de energía

Tiempo d excitación del arco: es el tiempo necesario para extinguir el arco;

se inicia en el momento en que se funde el elemento fusible y termina cuando

la falla es aislada.

Tiempo de despeje: Es el tiempo que necesita un fusible para interrumpir

una sobrecorriente ,iniciándose al presentarse una sobrecorriente y termina

cuando es aislada

Valor nominal de corriente: este valor es asignado por el fabricante y es la

corriente que el fusible puede conducir continuamente sin deterioro bajo

condiciones especificadas de uso.

Corriente mínima de fusión :se define como el valor de corriente más bajo

que causa la fusión del elemento fusible en un tiempo infinito

Sobrecorriente: se define como cualquier corriente que sea mayor a la

corriente de fusión


28

De baja frecuencia

De alta frecuencia

Clasificación de los fusibles

En forma general los fusibles se pueden clasificar, en cuanto a los sistemas de

distribución en:

1.6.5 Dispositivos de protección contra sobretensiones

Sobretensiones

Las sobretensiones que se presentan en un sistema eléctrico, de acuerdo con las

causas que las producen, se pueden clasificar en:

Sobretensiones de origen interno

Sobretensiones de origen externo

Fusibles de baja tensión

Fusibles de media tensión

Fusibles Clase K

Fusibles Clase G

Fusibles Clase J

Fusibles Clase L FU

De distribución

Fusibles de potencia

Expulsión

En liquido(sumergido

en aceite)

En vacío

Expulsión

Limitadores de

corriente

En liquido

(sumergido en

aceite)

Electrónicos

Tubo de

fibra

Listón


29

Sobre tensiones internas de baja frecuencia

Estas se presentan a la frecuencia normal del sistema (60 Hz) e incluyen el voltaje

normal del circuito; estos pueden resultar de la desconexión de alguna carga

considerable y se presenten generalmente en el caso de una línea larga de líneas

de distribución

Sobretensiones internas de alta frecuencia

Estos fenómenos transitorios se presentan cuando el estado estable de la red se

modifica ya sea por operaciones de seccionamiento o por falla del sistema

Sobretensiones externas

Estas son de origen atmosférico y toman usualmente la forma de impulso

unidireccional. Estas sobretensiones pueden deberse a las siguientes causas

Descargas atmosféricas directas

Voltajes inducidos causados por descargas atmosféricas a tierra ,que

ocurren cerca de la línea

Sobre voltajes inducidos electrostáticamente ,causados por nubes cargadas

eléctricamente

Sobre voltajes inducidos electrostáticamente causados por fricciones entre

pequeñas partículas de polvo existentes en la atmosfera

Elementos de protección de líneas aéreas

A lo largo del tiempo se han empelado diversos elementos para proteger circuitos

aéreos contra sobre tensiones por descargas atmosféricas

Los elementos de protección más usados son:

Cuernos de arqueo

Hilo de guarda

Apartarrayos

Cuernos de arqueo

Unos de los medios más simples y económicos para proteger el equipo de

distribución es el de los cuernos de arqueo. Estos se colocan en paralelo con el

equipo que desea proteger.es necesario que el nivel del aislamiento del equipo sea

mayor que el valor más elevado al que operan los cuernos de arqueo


30

Hilo de guarda

El hilo de guarda es un conductor que corre paralelamente a las fases del sistema;

debe ser soportado adecuadamente en las torres o postes y ser aterrizado a

intervalos continuos a lo largo de la ruta. Si el hilo de guarda es colocado

correctamente evitara que las líneas reciban descargas atmosféricas directas.

Apartarrayos

Los cuales se encuentra conectado permanentemente en el sistema y operan

cuando se presenta una sobretensión de determinada magnitud, descargando la

corriente a tierra.

El apartarrayos se conecta entre línea y tierra, consiste básicamente de elementos

resistores en serie con gaps o explosores. Los elementos resistores ofrecen una

resistencia no lineal, de manera tal que para voltajes a la frecuencia normal del

sistema la resistencia es alta y para descargar corrientes la resistencia es baja.

TIPOS DE APARTARRAYOS

Se fabrican diferentes tipos de apartarayos, basados en el principio general de

operación; por ejemplo: los más empleados son los conocidos como "apartarrayos

tipo autovalvular" y "apartarrayos de resistencia variable (de óxido metálico)".

Apartarrayos tipo auto valvular

El apartarrayos tipo auto valvular consiste de varias chapas de explosores

conectados en serie por medio de resistencias variable cuya función es dar una

operación más sensible y precisa. Estos elementos están contenidos en porcelana

y al conjunto, se le llena con un gas inerte como el NITRÓGENO. Se emplea en

los sistemas que operan a grandes tensiones, ya que representa una gran

seguridad de operación.

Apartarrayos de resistencia variable

El apartarrayos de resistencia variable funda su principio de operación en el

principio general, es decir, con dos explosores, y se conecta en serie a una

resistencia variable. Se emplea en tensiones medianas y tiene mucha aceptación

en el sistema de distribución.


31

1.6.6 Protección de acometidas aero-subterraneas

Las acometidas aero-subterraneas son el punto de enlace entre los circuitos

aéreos y los subterráneos. Se emplean para alimentar subestaciones de servicios

privados y redes para fraccionamientos y conjuntos habitacionales. En ellas la

configuración de la red por lo general es de tipo anillo, normalmente abierto en un

punto.

En estas instalaciones las sobretensiones que causan más daño a los equipos se

deben a descargas atmosféricas, que inciden en los circuitos aéreos y se

transmiten a las redes subterráneas a través de las acometidas aero-subterraneas

en forma de ondas viajeras.


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CONCLUSION

Las redes de distribución tienen un papel muy importante dentro de un sistema de

energía eléctrica. Una red de distribución tiene diferentes configuraciones que

puede ser: radial, anillo y red las cuales presentan cada una de las diferentes

ventajas y desventajas para usar cada tipo de arreglo de acuerdo al servicio que

necesitemos.

Las redes de distribución pueden ser aéreas o subterráneas y serán utilizadas de

acuerdo a la zona y el consumo. Pero es muy usual el uso de una red subterránea

en zonas urbanas donde el consumo de energía es mayor y para preservar el

entorno estético y una red aérea se emplea en sectores donde la carga es reducida

o es habitado por personas de vida modesta.

Es de gran importancia tener en cuenta la regulación de voltaje en el sistema

eléctrico debido a que puede reducir la vida útil de los aparatos eléctricos ya que se

les puede estar suministrando un valor de voltaje mayor o menor para el que fueron

diseñados provocando que no que operen de una manera adecuada.

Las fallas en las redes de distribución pueden ser causadas por altas corrientes

anormales y es aquí donde entran los dispositivos de protección de sobrecorriente

ya que deben aislar tales fallas en el punto adecuado y con seguridad para

minimizar el daño en circuitos y equipos, además de minimizar las molestias a los

usuarios.


33

BIBLIOGRAFIAS

Enríquez H. Gilberto. (2005). Sistema de Transmisión y Distribución de Potencia Eléctrica. México: Editorial Limusa.

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2015, de Fundación Wikimedia Sitio web: http://es.wikipedia.org/wiki/Transmisi%C3%B3n_de_energ%C3%ADa_el%C3%A9ctrica

http://www.iberdroladistribucionelectrica.com/webibd/corporativa/iberdrola?IDPAG=ESSOCDISCONMEDEFI

http://www.monografias.com/trabajos68/costos-fallas-energia-necesidad-

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