Cómo funcionan el alimentador principal, el transformador de distribución, los fusibles y el servicio en redes radiales

Prevención de una interrupción del servicio

Como se sabe, los transformadores de distribución reducen el voltaje de la línea de distribución o alimentador primario al voltaje de utilización. Están conectados al alimentador primario, subalimentadores y laterales a través de fusibles primarios o cortacircuitos con fusible. Cuando ocurre un fallo en el transformador o un fallo de circuito secundario de baja impedancia, el fusible primario desconecta el transformador de distribución asociado del alimentador primario. Los reclosers no se abordan en este artículo.

La explosión del fusible primario previene una interrupción del servicio a otras cargas suministradas a través del alimentador, pero interrumpe el servicio a todos los consumidores suministrados a través de su transformador.

Los cortacircuitos con fusible (como se muestra en la Figura 1, que normalmente están cerrados) proporcionan un medio conveniente para desconectar pequeños transformadores de distribución para inspección y mantenimiento.

Debido a la diferencia en la forma de la curva corriente-tiempo del fusible primario y la curva de corriente-tiempo segura del transformador de distribución, no se puede lograr una protección satisfactoria contra sobrecargas para el transformador de distribución con un fusible primario. Las formas de estas dos curvas son tales que si se utiliza un fusible lo suficientemente pequeño para proporcionar una protección completa contra sobrecargas para el transformador, se perderá gran parte de la valiosa capacidad de sobrecarga del transformador, ya que el fusible explotará y evitará que el transformador utilice su capacidad de sobrecarga. Además, un fusible tan pequeño a menudo explota innecesariamente debido a las corrientes de sobretensión.

Los transformadores de distribución conectados a alimentadores aéreos de cable abierto a menudo están sujetos a perturbaciones severas por rayos. Para minimizar los fallos de aislamiento y los fallos de transformador causados por rayos, generalmente se instalan pararrayos para estos transformadores.

Los conductores secundarios de un transformador de distribución suelen estar sólidamente conectados a circuitos secundarios radiales. Como se muestra en la Figura 1, los servicios de los consumidores se derivan de estos circuitos. Esta disposición de conexión implica que el transformador carece de protección contra sobrecargas y fallos de alta impedancia en sus circuitos secundarios. De hecho, relativamente pocos transformadores de distribución se dañan por sobrecargas.

Esta situación se debe principalmente a la aplicación de los transformadores de distribución, donde rara vez se utiliza completamente su capacidad de sobrecarga.

En cuanto a la protección, los fusibles en los conductores secundarios de los transformadores de distribución son escasamente más efectivos que los fusibles primarios para prevenir quemaduras de transformadores, y por razones similares. El enfoque apropiado para proteger eficazmente un transformador de distribución contra sobrecargas y fallos de alta impedancia es instalar un interruptor de circuito en los conductores secundarios del transformador. Es crucial que la curva de disparo de este interruptor de circuito esté precisamente coordinada con la curva de corriente-tiempo segura del transformador.

Los fallos en la conexión de servicio del consumidor, que va desde el circuito secundario hasta el interruptor de servicio, son extremadamente raros. Por lo tanto, no es económicamente viable instalar un fusible secundario en el punto donde la conexión de servicio se deriva del circuito secundario, excepto en circunstancias especiales como servicios a gran escala desde circuitos secundarios subterráneos.

Como se mencionó anteriormente, la caída de tensión permitida, medida desde el punto donde el primer transformador de distribución se conecta al alimentador primario hasta el interruptor de servicio del último consumidor en el alimentador, debe ser asignada económicamente entre el alimentador primario, el transformador de distribución, el circuito secundario y la conexión de servicio del consumidor.

Aunque estas cifras son típicas para sistemas aéreos que suministran cargas residenciales, se pueden esperar diferencias significativas en sistemas subterráneos. Los sistemas subterráneos a menudo utilizan circuitos de cable y transformadores de distribución a gran escala, o están diseñados para suministrar cargas industriales y comerciales.

Una vez determinada la caída de tensión total permitida para el transformador de distribución y el circuito secundario, es relativamente fácil calcular la combinación más rentable de sus tamaños para cualquier densidad de carga uniforme y tipo de construcción, dadas las precios específicos del mercado.

Si el transformador está sobredimensionado, el costo del circuito secundario y el costo total será excesivo. Por el contrario, si el transformador está subdimensionado, el costo del propio transformador y el costo total será demasiado alto.

Similar a otros componentes dentro del sistema de distribución, las fluctuaciones y crecimiento de la carga deben tenerse en cuenta en el diseño y dimensionamiento de los transformadores de distribución y los circuitos secundarios. Estos elementos no solo se instalan para acomodar las cargas existentes en el momento de la instalación, sino que también necesitan considerar las demandas de carga futuras.

Sin embargo, no es rentable anticipar en exceso el crecimiento.

Cuando un transformador de distribución está peligrosamente sobrecargado, esta acción también alivia la carga en el circuito secundario del transformador sobrecargado y mejora la regulación de voltaje general. En áreas con cargas relativamente uniformes, puede ser necesario instalar transformadores adicionales a ambos lados del transformador sobrecargado en un corto período. Esto es necesario para mantener niveles de voltaje aceptables y evitar que ninguna parte del circuito secundario esté sobrecargada.

Sin embargo, un enfoque alternativo para lograr el mismo resultado es instalar un nuevo transformador y reubicar el transformador sobrecargado para que suministre energía a la sección media de su circuito secundario acortado.

Si el transformador está sobredimensionado, el costo del circuito secundario y el costo total será excesivo. Por el contrario, si el transformador está subdimensionado, el costo del propio transformador y el costo total será demasiado alto.