La pérdida de voltaje se refiere a la diferencia numérica de voltaje en los extremos de los componentes de impedancia en un circuito. En cálculos de ingeniería, la pérdida de voltaje se aproxima a la componente longitudinal de la caída de voltaje.
Las pérdidas de voltaje en un circuito pueden dividirse en dos partes:
Primera parte: es causada por la potencia activa en la resistencia R del circuito, expresada como PR/U.
Segunda parte: es causada por la corriente reactiva inducida por la reactancia del circuito, expresada como QX/U. Para líneas de 110 kilovoltios o más, la relación entre X y R es aproximadamente de 4 a 10, por lo que las pérdidas de voltaje causadas por la reactancia son predominantes.
Cálculo de pérdidas de voltaje en circuitos generales (para el circuito más largo de suministro)
De la subestación B2F a la caja de distribución de iluminación general de SOHO
Parámetros de entrada: Voltaje de operación del circuito U = 0.38 (kV), Busbar densamente poblado 1600A, Corriente de trabajo calculada Ig = 850 (A), Longitud del circuito L = 0.200 (km), Factor de potencia cosφ = 0.85.
Material del circuito: Cobre.
Parámetros intermedios: Resistencia r = 0.033 (Ω/km), Reactancia x = 0.020 (Ω/km).
Fórmula de cálculo y resultado: Pérdida de voltaje de circuito de 0.38KV – ΔU1% = (173/U) * Ig * L * (r * cosφ + x * sinφ) = (173/(0.38*1000)) * 850 * 0.2 * (0.033 * 0.85 + 0.020 * 0.53) = 2.99.
De la caja de distribución de iluminación general a la caja de distribución de oficinas de SOHO
Parámetros de entrada: Voltaje de operación del circuito U = 0.22 (kV).
Tipo de cable: Alambre; Sección transversal del cable S = 10 (mm2); Corriente de trabajo calculada Ig = 16 (A); Longitud del circuito L = 0.050 (km). Factor de potencia cosφ = 0.85.
Material del circuito: Cobre.
Parámetros intermedios: Resistencia r = 2.25 (Ω/km), Reactancia x = 0.087 (Ω/km).
Fórmula de cálculo y resultado: Pérdida de voltaje de circuito de 0.38KV – ΔU2% = (173/U) * Ig * L * (r * cosφ + x * sinφ) = (173/(0.38*1000)) * 16 * 0.050 * (2.25 * 0.85 + 0.087 * 0.53) = 0.72.
De la caja de distribución de oficinas de SOHO al accesorio de luz más lejano
Parámetros de entrada: Voltaje de operación del circuito U = 0.22 (kV).
Tipo de cable: Alambre, Sección transversal del cable S = 2.5 (mm2); Corriente de trabajo calculada Ig = 4.5 (A); Longitud del circuito L = 0.020 (km); Factor de potencia cosφ = 0.85.
Material del circuito: Cobre.
Parámetros intermedios: Resistencia r = 8.97 (Ω/km), Reactancia x = 0.1 (Ω/km).
Fórmula de cálculo y resultado: Pérdida de voltaje de circuito de 0.22KV – ΔU3% = (200/U) * Ig * L * (r * cosφ + x * sinφ) = (200/(0.22*1000)) * 4.5 * 0.020 * (8.97 * 0.85 + 0.1 * 0.53) = 0.59.
Cálculo de pérdidas de voltaje en iluminación pública (para el circuito más largo de suministro)
De la subestación B2F a la caja de distribución de iluminación pública de SOHO
Parámetros de entrada: Voltaje de operación del circuito U = 0.38 (kV)
Tipo de cable: Cable de pre-ramal, Sección transversal del cable S = 95 (mm2); Corriente de trabajo calculada Ig = 129 (A); Longitud del circuito L = 0.200 (km); Factor de potencia cosφ = 0.85.
Material del circuito: Cobre.
Parámetros intermedios: Resistencia r = 0.229 (Ω/km), Reactancia x = 0.077 (Ω/km).
Fórmula de cálculo y resultado: Pérdida de voltaje de circuito de 0.38KV – ΔU% = (173/U) * Ig * L * (r * cosφ + x * sinφ) = (173/(0.38*1000)) * 129 * 0.2 * (0.229 * 0.85 + 0.077 * 0.526783) = 2.76
De la caja de distribución de iluminación pública al accesorio de luz más lejano
Parámetros de entrada: Voltaje de operación del circuito U = 0.22 (kV)
Tipo de cable: Cable conductor, Sección transversal del cable S = 2.5 (mm2); Corriente de trabajo calculada Ig = 4.5 (A); Longitud del circuito L = 0.030 (km); Factor de potencia cosφ = 0.85.
Material del circuito: Cobre.
Parámetros intermedios: Resistencia r = 8.97 (Ω/km), Reactancia x = 0.1 (Ω/km)
Fórmula de cálculo y resultado: Pérdida de voltaje de circuito de 0.22KV – ΔU3% = (200/U) * Ig * L * (r * cosφ + x * sinφ) = (200/(0.22*1000)) * 4.5 * 0.030 * (8.97 * 0.85 + 0.1 * 0.526783) = 0.88
Pérdida total de voltaje desde la subestación B2F hasta el accesorio de luz más lejano de la oficina de SOHO
Es decir: ΔU% = ΔU1% + ΔU2% = 2.76 + 0.88 = 3.64
Las pérdidas de voltaje son inferiores al 5%, lo que cumple con los requisitos de las normativas.
Tabla de pérdidas de tensión del cable
Tabla de pérdida de voltaje por cada kilovatio por kilómetro de carga para cables de cobre de 660V
| COSΦ | 4 | 6 | 10 | 16 | 25 | 35 | 50 | 70 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0.6 | 1.295 | 0.876 | 0.524 | 0.342 | 0.225 | 0.167 | 0.128 | 0.096 |
| 0.65 | 1.290 | 0.873 | 0.521 | 0.319 | 0.222 | 0.164 | 0.125 | 0.093 |
| 0.7 | 1.286 | 0.869 | 0.517 | 0.336 | 0.219 | 0.161 | 0.122 | 0.091 |
| 0.75 | 1.283 | 0.866 | 0.514 | 0.333 | 0.216 | 0.158 | 0.119 | 0.088 |
| 0.8 | 1.280 | 0.863 | 0.512 | 0.330 | 0.214 | 0.156 | 0.117 | 0.086 |
| 0.85 | 1.277 | 0.861 | 0.509 | 0.327 | 0.211 | 0.152 | 0.114 | 0.083 |
| 0.9 | 1.219 | 0.858 | 0.506 | 0.325 | 0.208 | 0.151 | 0.112 | 0.081 |
| R0(Ω/km) | 5.500 | 3.690 | 2.160 | 1.370 | 0.864 | 0.616 | 0.448 | 0.315 |
| X0(Ω/km) | 0.101 | 0.095 | 0.092 | 0.090 | 0.088 | 0.084 | 0.081 | 0.078 |
Cálculo de pérdidas de voltaje para cables de cobre con revestimiento de goma de 660V
| Sección del Cable | Pérdida de Voltaje por kW·km | Potencia Calculada (kW) | Longitud del Cable (km) | Producto de Potencia y Longitud (kW·km) | Pérdida de Voltaje |
|---|---|---|---|---|---|
| 50 | 0.119 | P=20 | L=1.5 | PL=30 | ΔU=3.57 |
| 16 | 0.333 | P=37 | L=0.01 | PL=0.37 | ΔU=0.12321 |
| 16 | 0.333 | P=22 | L=0.01 | PL=0.22 | ΔU=0.07326 |
| 25 | 0.216 | P=10 | L=0.5 | PL=5 | ΔU=1.08 |
| 35 | 0.158 | P=59 | L=0.48 | PL=28.32 | ΔU=4.47456 |
| 70 | 0.088 | P=13 | L=0.5 | PL=6.5 | ΔU=0.572 |
Conclusión
Calcular la caída de tensión en las líneas eléctricas es esencial para garantizar un suministro confiable y eficiente de energía. Esta medida permite evaluar la pérdida de voltaje a lo largo de la red eléctrica, lo que ayuda a prevenir fallos en el sistema y a mantener la calidad del servicio. Además, conocer la caída de tensión facilita la planificación adecuada de la infraestructura eléctrica, permitiendo dimensionar correctamente los conductores y equipos necesarios para minimizar las pérdidas y optimizar la eficiencia energética.