Sistemas de Distribución de Energía Eléctrica: Tipos, Estructuras y Tarifas

Sistemas de Distribución de Energía Eléctrica

Niveles de Tensión

Distribución Secundaria: Baja Tensión 0-100V ef

Generación y Distribución Primaria: Media Tensión 1kV-72.5kV ef

Transmisión (Sub-Transmisión): Alta Tensión 72.5-242kV ef

Transmisión: Extra Alta Tensión 242-1000 kV

Ultra Alta Tensión: 1000kV o superior

Tipos de Sistemas de Distribución

Sistemas de Distribución Industrial: Grandes consumidores de energía, con frecuencia equivalente a una pequeña ciudad. Existe, generalmente, gran variedad de tipos de carga, haciendo indispensable la ingeniería de distribución para definir tipo de alimentación, estructura y tensión.

Sistemas de Distribución Comercial: Grandes complejos comerciales o municipales, poseen características propias tanto por tipo de demanda de energía, como la seguridad de personas e inmueble (hospitales).

Parques Industriales: Zonas destinadas a pequeñas o medianas industrias localizadas en las afueras de ciudades o centros urbanos. Se debe considerar gran flexibilidad ante la posible expansión de estas zonas.

Sistemas de Distribución Urbano y Residencial: Grandes redes de cables subterráneos o aéreos desarrollados en zonas densamente pobladas. En centros urbanos las cargas son considerables, en zonas residenciales en cambio, las cargas son pequeñas y sus curvas de carga muy diferentes a las descritas.

Sistemas de Distribución Rural: Área con la densidad de carga más baja. Su alto costo por kWh, suele hacer recomendable la generación propia.

Planificación y Diseño de Sistemas de Distribución

Procedimientos para la Planificación y Diseño

Se pueden dividir en 3 grupos:

1. Consideraciones Generales: Normas nacionales y/o internacionales, seguridad del personal y equipo, simplicidad, condiciones climáticas, mantenimiento, adiestramiento de personal, confiabilidad de los componentes, facilidades de la alimentación desde el sistema de potencia, optimización de los costos.
2. Diseño del Sistema: Automatización del sistema, tasas de crecimiento y características de carga, selección de las estructuras AT/MT/BT, localización óptima de subestaciones de distribución, selección de la tensión de alimentación, análisis de cortocircuito, diseño de la protección, protección contra sobretensiones, diseño del sistema de tierras, corrección del factor de potencia.
3. Diseño del Equipo: Se puede dividir en 3:
   • Eléctrico: Tiene que ver con el comportamiento eléctrico del sistema y sus aparatos.
   • Mecánico: Estudio de las obras civiles y los elementos en que se instalan los sistemas.
   • Económico: Investiga los costos relativos.

Generalidades de los Sistemas de Distribución

Pueden desarrollarse en diversos tipos de estructuras, tanto en media como en baja tensión, según sean las características que intervengan en la planeación de la red como ser: densidad de carga, tipo de carga, localización geográfica, área de expansión, continuidad del servicio.

Tanto el tipo de construcción como la estructura del sistema de distribución, dependen de la calidad del servicio (continuidad del servicio, regulación de tensión). La topología del sistema elegido influye en la continuidad del servicio y en menor grado en la regulación del mismo.

Tipos Fundamentales de Redes de Distribución

Sistema de Operación Radial: El flujo de energía tiene una sola trayectoria entre la fuente y la carga, una falla en cualquier punto del sistema producirá una interrupción del servicio. Es el más comúnmente usado en la distribución de energía eléctrica por su bajo costo y sencillez.

Sistema de Operación en Paralelo: El flujo se divide en varios elementos, presentando más de una trayectoria. Se usa en redes de baja tensión combinado con una red primaria donde las subestaciones van conectadas en derivación radial. La continuidad del servicio está asegurada en la red de baja tensión por medio de la operación en paralelo.

Estructuras en Media Tensión (MT)

Estructura Radial

Es la más empleada, su continuidad está limitada a una sola fuente, presenta ventajas por su sencillez de operación y bajo costo. Se emplea en Red aérea, mixta y subterránea.

• Red Aérea: Se caracteriza por su sencillez y economía, se usa en zonas urbanas (carga residencial, comercial e industrial baja) y zonas rurales (cargas doméstica y de pequeña industria). Los elementos principales de esta red se instalan en postes o estructuras. Los movimientos de carga se realizan mediante interruptores de operación con carga, para maniobras de emergencia. En servicios importantes como hospitales se recomienda doble alimentación.
• Red Mixta: Sus alimentadores secundarios se instalan directamente enterrados. Elimina una gran cantidad de conductores aéreos y reduce fallas en la red secundaria.
• Red Subterránea: Está constituida por cables troncales. Es recomendable en zonas extendidas con alta densidad de carga (15 a 20 MVA/km²) y fuerte tendencia de crecimiento. Ventajas: confiabilidad del servicio y la limpieza de sus instalaciones. Desventajas: alto costo de instalaciones y en la especialización del personal. Para implantar una red subterránea hay que analizar: densidad de carga, gasto de instalación, grado de confiabilidad, facilidad de operación, seguridad, estética.

Estructura en Anillo

• En Anillo Abierto: Operan normalmente abiertas en un punto (generalmente punto medio). Al ocurrir una falla dentro de un anillo, se secciona el tramo dañado para proceder a la reparación. Esta estructura es recomendable en zonas con densidad de carga entre 5 y 14 MVA/km², donde el aumento de las cargas es nulo o muy pequeño, de modo que se pueda absorber fácilmente con la estructura inicial, sin que sea necesario realizar trabajos para modificar la configuración de la red.
• Estructura en Anillo Cerrado: Semejante al anterior solo que no existe un punto normalmente abierto. Tiene una gran aplicación en zonas amplias. Se desarrolla en cable subterráneo por la facilidad que se tiene de incrementar la capacidad instalada paulatinamente. Ventaja: Factor de utilización mayor al 60% y mejor control del nivel de cortocircuito.

Estructura de Mallas

Las subestaciones de distribución están conectadas en sectores, y junto con el cable constituyen anillos de igual sección. Los anillos operan en forma radial, abierta en la subestación más cercana al centro. Es recomendable en zonas comerciales importantes con densidades de carga superiores a 20 MVA/km².

Estructura en Doble Derivación

La disposición de los cables se hace por pares. Resulta conveniente en zonas de carga concentrada, con densidades entre 5 y 15 MVA/km², como zonas industriales, comerciales o turísticas de configuración extendida. La operación se hace en base a un esquema de alimentadores principales y auxiliares con transferencia manual o automática. Debe cumplir: equipo de transferencia debe evitar la operación en paralelo de ambos alimentadores. Seguir rutas diferentes con los alimentadores para mejorar la confiabilidad del servicio.

Estructura en Derivación Múltiple

Es una variación de la estructura en derivación doble, permite alimentar un área mayor debido al uso de un mayor número de alimentadores. La red se debe diseñar dejando un margen de capacidad de reserva en alimentadores de media tensión. Es recomendable en zonas de altas exigencias de continuidad de servicio. Sirve en media y baja tensión.

Estructura de Alimentadores Selectivos

Se constituye por cables troncales que salen de subestaciones diferentes y llegan hasta la zona por alimentar. De estas troncales se derivan ramales de menor sección que van de una troncal a otra. Recomendable en zonas donde las construcciones existentes estén siendo sustituidas por edificaciones que representan grandes concentraciones de carga y requieren alta confiabilidad, es decir, zonas de rápido crecimiento y densidades mayores a 15 kVA/km².

Estructuras en Baja Tensión (BT)

Red Radial sin Amarres

Tipo de red de alimentadores secundarios, parten desde el transformador en diferentes direcciones; una falla en el transformador o alguno de los cables dejará sin servicio a todos los consumidores que alimenta.

Red Radial con Amarre

Para solucionar los problemas planteados, se intercalan cajas de seccionamiento intercaladas en los cables que van de un transformador a otro. Se debe tener cuidado en que la secuencia de fases sea la misma en todos los transformadores.

Red Mallada

Se utiliza en zonas importantes de ciudades donde existe gran concentración de cargas uniformemente repartidas a lo largo de las calles. Garantiza un servicio prácticamente continuo, ya que las fallas en MT y en los secundarios no afectan a los usuarios.

Alimentación de Energía Eléctrica a Grandes Concentraciones de Carga

La seguridad en el suministro de energía eléctrica a un usuario será siempre un factor que defina la forma de alimentar una gran concentración. La energía llega al consumidor mediante alimentadores con cables subterráneos o línea aérea en BT. Para efectos de control de tarifas los usuarios son clasificados por la empresa distribuidora. Las alternativas de alimentación de energía eléctrica para un edificio o concentración de cargas las deberá analizar la empresa eléctrica atendiendo factores como: zona geográfica y arquitectura, carga eléctrica, tensión preferente, nivel de cortocircuito, confiabilidad.

Luego del estudio técnico-económico que permite elegir la alternativa más conveniente se selecciona el tipo de alimentación:

• Radial: Aéreo o subterráneo. La menos compleja. Servicios que no requieran gran continuidad.
• Anillo Abierto: Para cargas comerciales y pequeñas cargas industriales. Consta de dos alimentadores radiales que se unen en un interruptor normalmente abierto (NA) dentro de la subestación del consumidor. Una falla en un componente de la red primaria puede ser seccionada y aislada de manera manual; el interruptor NA se cerrará para reenergizar el servicio interrumpido.
• Primario Selectivo: Dos circuitos independientes se llevan al centro de la carga y se conectan al transformador mediante un interruptor automático de transferencia. Un circuito corresponde al alimentador principal y el otro al auxiliar.
• Secundario Selectivo: Principalmente sistemas de distribución industrial y poco frecuente en redes de distribución urbana. Usa dos transformadores con un interruptor en el lado de BT, lo que reduce el tiempo de interrupción.
• Mancha de Red: Es uno de los sistemas más flexibles y confiables que se conocen. Se restringe a zonas que ya tienen una red subterránea implementada y tiene una elevada densidad de carga. Requiere utilización de dos alimentadores con un mínimo de dos transformadores y sus respectivos protectores de red que alimentan un bus secundario común energizado permanentemente.

Relación Costo-Confiabilidad

Para escoger la mejor alternativa requerirá un análisis técnico-económico detallado de los sistemas compatibles al servicio.

Tarifas de Energía Eléctrica (RIFAS)

Suministros Sujetos a Regulación

Por el artículo 90 del DFL 1 de 1982 aplica a:

• Los suministros a usuarios finales cuya potencia conectada es inferior o igual a 2000 kilowatts, ubicados en zonas de concesión de servicio público de distribución que conecten mediante líneas de su propiedad o de terceros.
• Los suministros a usuarios finales de potencia conectada inferior o igual a 2000 kW efectuados desde generación o transporte de una empresa eléctrica en sistemas eléctricos de tamaño superior a 1500 kW en capacidad instalada de generación.

Elección de Opciones Tarifarias

Clientes pueden elegir libremente cualquiera de las opciones tarifarias que se describen con las limitaciones y condiciones de aplicación establecida en cada caso y dentro del nivel de tensión que corresponda. Empresas obligadas a aceptar la opción del cliente. Esta dura por 12 meses.

Son clientes BT los que están conectados con su empalme a líneas de voltaje inferior a 400 volts; AT superior a 400 volts.

Clientes cuyos suministros se efectúen en voltajes de 44 o 66 kV tendrán una rebaja de las tarifas aplicables en alta tensión igual al 7%; Voltaje igual a 110 kV 9%.

Opciones Tarifarias

• BT1: Tarifa simple en BT. Clientes con medidor simple de energía. Solo pueden optar los clientes conectados en BT cuya potencia conectada sea inferior a 10 KW y aquellos que instalen un limitador de potencia para cumplir.
  • Caso a: Clientes abastecidos por empresas cuya demanda máxima anual de consumos en esta opción se produce en meses que se han definido horas de punta.
  • Caso b: Clientes abastecidos... en que no se han definido horas punta.
• BT2: Tarifa de tensión con potencia contratada. Para clientes con medidor simple de energía y potencia contratada. Clientes podrán contratar libremente una potencia máxima con la distribuidora, que rige por 12 meses, durante el periodo no se puede cambiar sin acuerdo con distribuidor. Al término de los 12 meses se puede contratar nueva potencia.
• BT3: Tarifa en baja tensión con demanda máxima leída. Para clientes con medidor simple de energía y demanda máxima leída. Se entiende por demanda máxima leída del mes, el más alto valor de las demandas integradas en periodos de 15 min.
• BT4: Opción de tarifa horaria en BT. Para clientes con medidor simple de energía y demanda máxima contratada o leída, y demanda máxima contratada o leída en horas punta del sistema eléctrico.
  • 4.1: Medición de la energía mensual total consumida, y contratación de la demanda máxima de potencia en horas punta y de la demanda máxima de potencia.
  • 4.2: Medición de la energía mensual total consumida y de la demanda máxima de potencia en horas de punta y de la contratación de demanda máxima de potencia.
  • 4.3: Medición de la energía mensual total consumida, de la demanda máxima de potencia en horas de punta y de la demanda máxima de potencia suministrada.
• AT2: Igual a BT2 pero en AT.
• AT3: Igual a BT3.
• AT4: En todas sus versiones es lo mismo que BT4.

Cargos de la Tarifa

• a: El cargo fijo mensual es independiente del consumo y se aplicará incluso si este es nulo.
• b: El cargo único por uso del sistema troncal se determinará en proporción a los consumos según establezca la normativa.
• c: Cargo por energía base se obtendrá multiplicando los kWh de consumo base por su precio unitario.
• d: El cargo por potencia base se aplicará todos los meses del año y se obtendrá multiplicando su precio unitario por los kWh de consumo.
• e: Cargo por energía adicional de invierno.
• f: Cargo por potencia de invierno.
• g: Cargo por potencia contratada.
• h: Cargo por demanda máxima.
• i: Cargos por demanda máxima contratada en horas de punta.
• j: Cargos por demanda máxima leída de potencia en horas punta.
• k: El cargo mensual por demanda máxima de potencia suministrada de la tarifa BT4.3.

En alta tensión es lo mismo, solo cambian los precios.

Recargos Tarifarios

• Recargos por Factor de Potencia Medio Mensual: Las empresas aplicarán mensualmente un cargo determinado en función de la relación de consumo activo y reactivo en el punto de suministro de los clientes.
• Pro Lectura en BT de Consumos de Clientes en AT: Los consumos correspondientes a clientes de AT podrán ser medidos tanto en alta como en baja. En este último caso se considerará un recargo por pérdidas de transformación equivalente a 3.5% tanto en los cargos de energía como de potencia.

Definición de Horas de Punta

La definición de horas de punta de cada empresa o sector de distribución dependerá del sistema eléctrico del cual sean abastecidos.

Condiciones de Clasificación de Clientes para las Tarifas BT1 a y b

Las empresas cuya demanda máxima anual en esta opción se produce en meses que no se hayan definido HP deberán efectuar en el mes de marzo de cada año la clasificación de los clientes que reúnen los requisitos para optar a las opciones a y b.