Resumen de lo expuesto.
Recordábamos en el artículo anterior que la práctica totalidad de los
receptores eléctricos necesitan que la tensión eficaz a la que son sometidos
permanezca dentro de unos ciertos límites para que su funcionamiento sea
correcto, y la necesidad de calcular la sección eléctrica necesaria para que la
pérdida de potencial eléctrico en las canalizaciones que estábamos diseñando se
mantuviera dentro de unos límites establecidos por este funcionamiento.
También hacíamos referencia a la mayor dificultad de los cálculos en
corriente alterna ya que la oposición a la circulación de esta corriente
dependía de más “constantes características”, o “parámetros”, que analizábamos
en ese texto que comentamos, y que incluían algunos menos conocidos como el
efecto pelicular, el efecto proximidad y la distorsión armónica.
Circuito
equivalente de “línea corta”.
Las líneas de transmisión de potencia
pueden ser modelizadas con la ayuda de cuatro circuitos equivalentes que se
resuelven con la aplicación de cuatro ecuaciones matriciales. Cuanto más alta
sea la tensión más larga podrá ser la línea, y el modelo a emplear tendrá ser
más exacto. Por el contrario, para las líneas muy cortas y de baja tensión los
modelos empleados podrán admitir un modelo menos aproximado a la realidad sin
grandes problemas de exactitud. Este modelo, denominado de “línea corta” será
el único que comentaremos brevemente.
En el circuito equivalente citado, y que representamos en la ilustración, Z, representa la impedancia total del cable, resultado de la suma compleja de la resistencia óhmica en corriente alterna a la temperatura máxima de servicio del conductor, y de la reactancia inductiva de la línea. En este caso se considera que el valor de la admitancia transversal del cable es tan elevado que la corriente que circula a través de la resistencia del aislamiento y por la capacidad de la línea es despreciable.
Cálculo de la caída de tensión para el circuito equivalente de “línea
corta”.
La diferencia, en módulo y argumento,
entre la tensión aplicada en un extremo U1 y la presente en el otro
extremo U2, es la caída de tensión que queremos calcular.
En el diagrama vectorial de la ilustración hemos tomado como origen de los ángulos la tensión en el extremo del cable U2. En este modelo las corrientes I1, I2 e I son iguales en módulo, pero no en argumento, y su valor depende de la carga aplicada en su extremo, por lo que la corriente I2 estará retrasada con relación a la tensión U2 en caso de cargas inductivas, y adelantada en caso de cargas capacitivas.
Para no complicar excesivamente los
cálculos en la práctica se recurre a considerar iguales los vectores U1
y su proyección sobre la horizontal. La magnitud del ángulo de desfase entre
ambas tensiones, U1 y U2, es de pequeña magnitud, y el
error cometido perfectamente asumible en este tipo de simplificaciones. De esta
forma podemos decir que:
R será la resistencia total del circuito, y X su reactancia, por lo que, si ponemos la resistencia y reactancia por en valores por unidad de longitud, en Ω/m o Ω/km, la fórmula tomaría el aspecto siguiente:
En la que:
Δu = Es la caída de tensión en
voltios que queremos calcular.
k = es un Factor que tiene en cuenta
el tipo de circuito empleado, factor que es igual a 2 tanto para las líneas en
corriente continua como para las monofásicas, “ida y vuelta”, y 1,73, la raíz
de tres, para las líneas trifásicas que “van y vuelven” de forma compleja.
L = es la longitud simple de la línea,
es decir desde el punto de alimentación al de consumo, medida sobre la propia
línea. En metros o en quilómetros, según la unidad empleada para resistencias y
reactancias.
R = Resistencia por fase en Ω/km o
Ω/m, a la temperatura de régimen del conductor.
X = Reactancia de fase á frecuencia
da corriente, en Ω/km.
φ = Ángulo de fase.
I = Intensidad por fase para la que
se calcula la línea.
La ecuación se puede expresar en
función de la potencia a transportar, o que en ciertos casos suele ser más
útil. En este tipo de usos también es más práctico expresar la caída de tensión
máxima admitida en forma porcentual, por lo que la expresión anterior tomaría la
forma siguiente:
En la que:
Δu% = Es la caída de tensión en tanto
por ciento.
P = Potencia a transportar por la línea
en cálculo; en vatios.
L = Longitud simple de la línea en
quilómetros.
R = Resistencia por fase en Ω/km a la
temperatura de régimen del conductor.
X = Reactancia de fase a la
frecuencia de la corriente, en Ω/km.
φ = Ángulo de fase.
U = Tensión compuesta de la línea, en
voltios.
Caídas de
tensión normativas según el “propósito” de la línea.
Como comentamos más arriba este
cálculo de la caída de tensión provocada en condiciones de carga máxima por la
sección calculada bajo el punto de vista de la ecuación de calor, viene propiciado
por la necesidad de mantener un nivel de tensión en el extremo de la
canalización que permita é perfecto funcionamiento de los consumidores
eléctricos conectados a ella.
Esta caída de tensión admisible técnicamente
entre la del origen y la del final de la canalización, en condiciones de
intensidad asignada, está establecida por las normas y recomendaciones correspondientes,
según el “propósito” de esta línea, de forma especial para algunos casos
particulares como los que se recogen a continuación.
Redes
de distribución
Las caídas de tensión máximas
admisibles en las redes de distribución, no están establecidas, como algún
profesional pudiera pensar, en las ITC-BT-06 y 07 dedicadas a las redes aéreas y
soterradas, sino en el Real Decreto 1955/2000, en el que se regulan las
actividades de transporte, distribución, comercialización, suministro y
procedimientos de autorización de las instalaciones de energía eléctrica. En
concreto, en lo que hace referencia a la calidad del producto suministrado (la
tensión), el RD 1955/2000 nos remite a la norma “UNE-EN 50160:2011/A2:2020.
Características de la tensión suministrada por las redes generales de
distribución”.
Instalaciones
de alumbrado exterior
En este caso es la ITC-BT-09,
dedicada precisamente a estas instalaciones de alumbrado exterior la que
establece el 3% como la máxima caída de tensión entre el origen de la instalación
y cualquier otro punto de la instalación, motivado por el hecho de que las
lámparas de descarga en gas son especialmente sensibles a estas caídas de
tensión.
Acometidas
(Redes de distribución)
En el punto 1.4 da ITC-BT-11, se indica:
...
será la que la empresa distribuidora tenga establecida, en su reparto de caídas
de tensión en los elementos que constituyen la red, para que [la tensión] en la
caja o cajas generales de protección esté dentro de los límites establecidos por
el reglamento por el que se regulan las actividades de transporte,
distribución, comercialización, suministro y procedimientos de autorización de instalaciones
de energía eléctrica.
Redacción que nos remite a lo establecido para las redes de
distribución en general.
Instalaciones
de enlace: línea general de alimentación
La línea general de alimentación (línea repartidora, para los muy mayores) es la parte de la instalación eléctrica comprendida entre la caja general de protección, CGP, y los dispositivos de medida de energía, CC. La caída de tensión máxima permitida, se establece en la instrucción ITC-BT-14, y será:
ü Para líneas generales de alimentación a contadores totalmente centralizados: 0,5%.
ü Para líneas generales de alimentación a centralizaciones parciales: 1%.
Instalaciones
de enlace: derivación individual
La derivación individual es la parte de la instalación eléctrica comprendida entre los dispositivos de medida de energía y los dispositivos privados de protección y mando. Las caídas de tensión máximas se recogen en la ITC-BT -15:
ü Para contadores totalmente centralizados: 1%.
ü Para contadores concentrados en más de un lugar: 0,5%.
En el caso de derivaciones
individuales en suministros para un único usuario en las que no existe línea
general de alimentación, la caída será la suma de las dos, es decir el 1,5%.
Instalaciones
interiores o receptoras
Las prescripciones generales para
este tipo de instalaciones se recogen en
la ITC-BT-19, y en la norma “UNE 20460 Instalaciones eléctricas en edificios”,
actual UNE-EN 60364-5-523. El punto 2.2.2 de la citada ICT, establece que:
La sección de los conductores a utilizar se determinará de forma que la caída de tensión entre el origen de la instalación interior y cualquier punto de utilización sea, salvo lo prescrito en las Instrucciones particulares, …
ü menor del 3 % de la tensión nominal para cualquier circuito interior de viviendas, y
ü para otras instalaciones interiores o receptoras,
o del
3 % para iluminación
o y
del 5 % para los demás usos.
Esta caída de tensión se
calculará considerando alimentados todos los aparatos de utilización
susceptibles de funcionar simultáneamente.
El valor de la caída de
tensión podrá compensarse entre la de la instalación interior y la de las derivaciones
individuales, de forma que la caída de tensión total sea inferior a la suma de
los valores límites especificados para ambas, según el tipo de esquema utilizado.
También tiene interés esta otra consideración:
Para instalaciones industriales
que se alimenten directamente en alta tensión mediante un transformador de
distribución propio, se considera que la instalación interior de baja tensión tiene
su origen en la salida del transformador. En este caso las caídas de tensión
máximas admisibles serán del:
ü 4,5
% para iluminación, y del
ü 6,5
% para los demás usos.
Instalaciones
con fins especiales: máquinas de elevación y transporte
Los requisitos particulares de los
sistemas de instalación del equipo eléctrico de grúas, aparatos de elevación y
transporte y otros equipos semejantes tales como escaleras mecánicas, cintas
transportadoras, puentes rodantes, cabrestantes, etc. Se recogen en la instrucción
ITC-BT-32. En estas instalaciones son de prever fuertes corrientes de arranque,
debidas al transitorio de conexión de los motores de accionamiento de estos
equipos, y en ella encontramos por primera vez una diferenciación de concepto entre
las caídas de tensión en régimen transitorio y en el régimen permanente:
Las canalizaciones que vayan
desde el dispositivo general de protección al equipo eléctrico de elevación o
de accionamento, deberán estar calculadas de forma que el arranque del motor no
provoque una caída de tensión superior al 5%. (Se
entiende que con esta corriente de arranque)
Instalaciones
a muy baja tensión
Las instalaciones con tensiones muy bajas se recogen en la instrucción ITC-BT-36. En ella se citan:
ü Las de muy baja tensión de seguridad (MBTS),
ü Las de muy baja tensión de protección (MBTP)
ü Y las de muy baja tensión funcional (MBTF).
Concretamente el punto 2.2, Condiciones de instalación de los
circuitos de las instalaciones a muy baja tensión de seguridad (MBTS) y muy
baja tensión de protección (MBTP), establece:
Para las instalaciones de alumbrado,
la caída de tensión entre la fuente de energía y los puntos de utilización, no
será superior al 5 %.
Instalaciones
generadoras de baja tensión
Finalmente, la ITC-BT-40 se ocupa
de las instalaciones generadoras de baja tensión, entendiendo como tales, las
destinadas a transformar cualquier tipo de energía no eléctrica en energía
eléctrica.
Estas instalaciones generadoras se clasifican, atendiendo a su funcionamiento con relación a la red de distribución pública, en:
a) Instalaciones generadoras aisladas: aquellas en las cuales no puede existir conexión eléctrica alguna con la red de distribución pública.
b) Instalaciones generadoras asistidas: aquellas en las cuales existe una conexión con la red de distribución pública, pero sin que los generadores puedan estar trabajando en paralelo con ella.
c) Instalaciones generadoras interconectadas: aquellas que están trabajando normalmente en paralelo con la red de distribución pública.
En lo que se refiera a las caídas de tensión máximas admisibles para el arranque y acoplamiento de la instalación generadora a la red de distribución pública:
ü En el caso de los generadores asíncronos no será superior al 3% de la tensión asignada de la red.
ü En el caso de generadores eólicos la frecuencia de las conexiones será como máximo de 3 por minuto, siendo el límite de la caída de tensión del 2% de la tensión asignada durante 1 segundo.
Por su parte los cables de conexión deberán estar dimensionados para una intensidad no inferior al 125% de la máxima intensidad del generador y la caída de tensión entre el generador y el punto de interconexión a la red de distribución pública o a la instalación interior, no será superior al 1,5%, calculado tomando como base la intensidad nominal.
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