Subestaciones Eléctricas

ÍNDICE

CAP. I.- Introducción.

CAP. II.- Generalidades de las Subestaciones e Inst. Eléctricas

1.- Subestaciones

2.- Instalaciones Eléctrica

3.- Características de Funcionamiento

CAP. III.- Tipos de Subestaciones y Sistemas de Barras

1.- Tipificación de Subestaciones

2.- Sistemas, Conexión de Barras

3.- Características eléctricas de Subestaciones

4.- Graduación de la Tensión y la Energía Reactiva

5.- Definiciones de Aspectos Importantes

CAP. IV.- Constitución de las Subestaciones

1.- Elementos de la estructura de subestación

2.- Transformador de Potencia

2.1.- Elementos constitutivos de Transf.

2.2.- Tipificación de Transf.

2.3.- Verificación de trazo

3.- Interruptores de Potencia

3.1.- Interruptores de Aceite

3.2.- Interruptores Neumáticos

3.3.- Interruptores de SF6

4.- Reconectores

5.- Seccionador Fusible

6.- Seccionador Rígido

6.1. Especificación de Cuchillas.- Seccionador

7.- Pararrayos

8.- Condensadores de Acoplamiento

9.- Banco de Capacitores

CAP. V.- Transformadores de medición en Subestaciones

1.- Transformadores de Medición

2.- Transformadores de Corriente CTs.

2.1. Consideraciones de transformación de corriente

3.- Transformadores de Potencial Pts.

4.- Consideraciones de Selección de Transf. De Medición

4.1.- Tipo de Instalación

4.2.- Tipo de Aislamiento

4.3.- La Potencia

CAP. VI.- Puesta en servicio y mantenimiento de Transf.

1.- Generalidades

2.- Pruebas antes de poner en Servicio

2.1.- Rigidez dieléctrica de aceite

2.2.- Medida de Aislación

2.3.- Medida de Resistencia

2.4.- Secuencia de fases o polaridad

3.- El mantenimiento de Transf.

CAP. VII.- Conclusiones Recomendaciones

Apéndice

1.- Abreviaturas y unidades utilizadas

2.- Símbolos convencionales en Subestaciones

3.- Representación vectorial de funcionamiento de Transf.

4.- Origen de aceite

5.- Grado de aislamiento de las bobinas

6.- Factores de corrección por temperatura

7.- Partes de interruptores de gran volumen de aceite

8.- Partes de interruptores de aceite con cámara de corte

9.- Partes de la cámara de extinción de interruptores de pequeño volumen

10.- Partes de interruptores de SF6

11.- Partes de interruptores de vació

12.- Clasificación de elementos fusibles según operación.

13.- Curva de operación de fusibles según operación

14.- Cable de guardia y bayonetas en subestaciones

15.- Pararrayos y sus características

16.- Conexión de CTs y Pts.

17.- Precisiones recomendadas en CTs.

18.- Clase de CTs según el uso

19.- Clase de Pts según el uso

20.- Consumos de aparatos alimentados por Cts y Pts.

21.- Corriente normalizada de CTs.

22.- Sistema de subestación – distribución de la ciudad de Potosí

CAP. I

INTRODUCCIÓN

Que las subestaciones como integrantes en sistemas eléctricos en el pasado como en la actualidad así en la transmisión, distribución y entrega a usuarios o en el servicio a áreas de carga eléctrica. Son las principales responsables e importantes como puntos de conmutación o interligación entre otros sistemas eléctricos, proporcionando alta confiabilidad, alternatividad, continuidad a costos de inversión así satisfaciendo características de aplicación y servicios eléctricos por la demanda de los que utilizan usuarios.

Cuando por las subestaciones es posible agrandar o reducir o viceversa la energía eléctrica además de introducir un medio de seguridad y protección adecuada en las líneas, a través de una criteriosa instalación de estas: con conocimientos adecuados ya que el continuo aumento de potencias transmitidas, distribuidas por las líneas lo requieren.

Como se verá el conocimiento de las subestaciones que tiene una franca aplicación desde la generación, hasta los consumidores, de energía eléctrica, se torna importante en esta área de la electricidad.

Por lo que desde este punto de vista el presente contenido contempla iniciando generalidades de subestaciones, con conceptos, definiciones que introducen al conocimiento de estos.

Donde también el desarrollo contiene la tipificación y sistemas de Barras, características eléctricas y descripción e la constitución de las subestaciones de tal manera para conocer en forma general lo que las subestaciones contienen. Además en forma particular tratamos los transformadores de medición, la puesta en servicio y mantenimiento de los transformadores, ya que dentro las subestaciones toman importancia, por lo que están ligados al control, la eficiencia y alargamiento de todos los equipos en lo que respecta a la vida útil.

Con lo que esperamos, este tratado favorezca en el conocimiento y la salida de dudas con respecto a subestaciones.

CAP. II

GENERALIDADES DE SUBESTACIONES E INSTALACIONES ELÉCTRICAS

1.- Subestaciones eléctricas

Cuando en los últimos tiempos se han presentado cambios notables en las formas de generación, transmisión y distribución de la energía eléctrica, es decir que se presentaron formas nuevas en la energía eléctrica generada tal el caso de las plantas de generación nuclear, la generación de la biomasa.

Que por otra parte con el problema que se tiene en el mundo de espacios físicos donde se puedan instalar subestaciones eléctricas, pues se diseñaron subestaciones blindadas en las cuales se reducieron mucho el espacio de ocupación de las mismas, pero por otro lado se exigen una confiabilidad de equipos de acuerdo a las distancias.

Que por otro lado de acuerdo, en la transmisión de energía eléctrica se ha presentado cambios, llegando a trasmitirse en tensiones de 3700 KV, lo cual implica a hacer cambios en el diseño de soportes, estructuras como en la parte de medición, protección y equipos, etc. (Apéndice 23)..

Como el consumo se ha incrementado también, la red primaria de distribución s está modificando, llegando a tener cambios de lo que era antes el transportar, distribuir, por lo tanto es necesario conocer estos cambios.

Cuando sin embargo también es necesario e importante tener conocimientos de definiciones, conceptos de equipos primarios para que más tarde entender los nuevos, principalmente de las subestaciones o estaciones de conmutación o conexión.

Donde las consideraciones anteriores conduce, direcciona a la necesidad de contar con conocimientos que permitan entender, tener y aplicar los elementos necesarios constituyentes, de SUBESTACIONES ELÉCTRICAS de tal manera que podamos resolver los problemas reales que se presenta durante su funcionamiento, lo que requiere de conocimientos mas o menos precisos, relacionados en principio con las instalaciones eléctricas.

Fig. (1).- Esquema general de Instalación Eléctrica.

Cuando una SUBESTACIÓN es un sistema o conjunto de elementos, equipos eléctricos instalados e interrelacionados para establecer una estación o estructura funcional para conexionar y convertir la energía eléctrica generado, transportado y distribuido, disponiendo así de energía con características preestablecidos para su aplicación o uso.

2.- Instalación Eléctrica.-

Como por instalación eléctrica se conoce al sistema eléctrico que es el conjunto de máquinas, de aparatos, de barras y de líneas que constituyen un circuito que tiene determinada tensión nominal con la cual el sistema es denominado y al cual se refieren sus características, de acuerdo con lo que indican las normas, asimismo destinadas, a las aplicaciones de generación transporte, distribución y consumo y aún para la conversión (Apéndice 23)

Fig. (2).- Instalación Eléctrica mas simple.

Cuando otro aspecto con importancia en la instalación eléctrica como en subestaciones es el tipo de corriente empleado que pueden ser:

a) Continua

b) Alterna

c) Monofásica

d) Trifásica

Que preferentemente la generación es de carácter alterna trifásica, en la producción de energía eléctrica, la transmisión por razones económicas se lo realiza en alta tensión y su seguida conversión, transformación también por consecuencia será en corriente alterna ya que en su mayoría la utilización es decir en el consumo tiende a que se le hace en corriente alterna (C.A.) con acepción en algunas aplicaciones industriales, principalmente en servicios eléctricos de transporte.

Donde elementalmente las principales etapas en la generación, conversión y utilización de energía eléctrica son:

Fig. (3) Principales etapas de la dinamicidad de energía eléctrica..

3.- Características en el funcionamiento de las Subestaciones

Cuando las características que deben cumplir las subestaciones en su funcionamiento están relacionados con exigencias fundamentales de eficiencia funcional y duración de la vida útil establecidas, de tal manera estos engloban aspectos que se traduce en requisitos que las subestaciones deben contener de acuerdo al servicio prestado, las mismas siendo:

a) Asegurar la eficiente continuidad de suministro de energía eléctrica.

b) Controlar, mantener en los límites establecidos, tolerables los parámetros característicos es decir adecuada tensión potencia.

c) Proporcionar una alternativa selectiva en caso de falla, de tal manera no esté en servicio la parte en avería.

d) Contemplar la protección segura contra peligros de averías, fallas eléctricas así como de contactos o accidentes de personas con partes normadas bajo tensión o aislados pero que puede quedar bajo tensión por mala aislación en otros casos contra incendios.

Por lo que la vida útil de los equipos dentro la instalación, subestación eléctrica será el tiempo durante que prevalece las condiciones de eficiencia funcional las cuales predefinidas, así funcionando correctamente y técnicamente y que el número de fallas dadas sean menores, donde las reparaciones que se hagan no sobrepasen en relación al costo de equipo y/o operación..

CAP. III

TIPOS DE SUBESTACIONES Y SISTEMAS DE BARRAS

1.- Tipificación de las subestaciones

Cuando considerando que una subestación tendrá aparatos, máquinas y circuitos cumpliendo la función de modificar parámetros eléctricos de la potencia como la tensión (V), corriente (I), además de constituir el medio de interconexión en los sistemas es que los tipos son.

* Considerando la función que desempeñan..

a).- Subestaciones relacionadas con la generación o centrales eléctricas.

Donde estas están ubicadas en las centrales, o plantas generadoras eléctricas, que son considerados con el fin de variar (cambiar, alterar) los parámetros de la potencia suministrada por los generadores para permitir la transmisión en alta tensión a través de las líneas de transmisión.

Cuando en Bolivia se cuentan con plantas de generación y de transmisión caracterizados por:

Fig. (4).- Voltajes de generación – transmisión en Bolivia

b).- Subestaciones admitidoras primarias

Que son las que decepcionan la alimentación de energía eléctrica, directamente de las líneas de transmisión, reduciendo los mismos la tensión en valores menores de tal manera con ellas alimentar los sistemas de su transmisión o las redes de distribución de manera que dependiendo de la tensión de transmisión puede obtenerse en el lado secundario tensiones del orden: 4, 16 – 6.6 – 10 – 13.2 – 25 – 34.5 – 69 KV.

Fig. (5) Subestación primaria.

c).- Subestaciones admitidoras secundarias

Que generalmente son las que son alimentadas de las redes de sub transmisión para después éstas suministren la energía eléctrica en las redes de distribución, contemplando tensiones entre 6, 6 KV – 25 KV – 34.5 KV.

Fig. (6).- Subestación Secundaria

* Considerando el tipo de instalación

a).- Subestaciones instaladas a la intemperie

Donde estos se ubican en espacios físicos a la intemperie, de tal manera su diseño como los equipos, máquinas requeridas tienen que tener la cualidad de funcionar, soportar las diferentes circunstancias atmosféricas desfavorables así por ejemplo la lluvia, viento, nieve, contaminación o inversas a estas.

Fig. (7).- Cuestación a la intemperie.

b).- Subestaciones instaladas al interior

Cuando los equipos, aparatos y máquinas de estas subestaciones están condicionados para la disponibilidad y funcionar dentro un ambiente, mayormente su aplicabilidad de estas subestaciones se da en las Industrias.

Condiciones Atmosféricas

Fig. (8).- Subestación al interior

c).- Subestaciones instaladas blindadamente

Que las máquinas, aparatos, o equipos están montados de tal manera que están elevadamente seguros, protegidos, y el espacio que tienden a ocupar es menor en relación a estructura de las subestaciones convencionales o anteriormente mencionadas, siendo su característica que su aplicación se da en áreas precarias de espacios.

Fig. (9).- Subestación blindada

2.- Sistemas, conexión de barras colectoras

Como la disposición, conexión de las barras se presentan después de consideraciones y/o análisis de los tipos, que se fundamenta también con la importancia que tendrán las subestaciones en la instalación o sistema eléctrico es decir que forma parte, de tal manera empleándose diferentes configuraciones y siendo los tipos más comunes:

a).- Sistema, conexión de barra simple

Cuando esta disposición presenta su aplicabilidad en las plantas generadoras en capacidades bajas, además es parte importante en el suministro de energía eléctrica hacia el sistema, siendo su diagrama.

Fig. (10).- Sistema de barra simple

b).- Sistema, conexión de barra de transferencia

Que teóricamente es el mas cómodo y seguro ya que cada línea estará en servicio, a pesar que el interruptor no esté operando por factor mantenimiento o reparación, esto porque el interruptor transferencia toma estas funciones, siendo su esquema:.

Fig. (11).- Sistema de barra de transferencia.

c).- Sistema, conexión de barra en anillo.

Como generalmente es el mas aplicado por su accesibilidad y comodidad en la etapa de mantenimiento de su constitución su esquema será.

Fig. (12).- Sistema de barra en anillo.

d).- Sistema, conexión de barra secundarios

Que este se diferencia de una barra simple ya que liga directamente la línea de alimentación y el trafo de la instalación, dentro este sistema la aplicación de interruptor longitudinal es común, empleándolo en los casos especiales de mantenimiento, así la aplicación de estos interruptores tripulares comúnmente es para prevenir problemas en la red suministradora en caso de interrupción por causas en la subestación secundaria además es normal la no utilización mas de dos transformadores en estas subestaciones con potencias que no sobrepasen 25 MVA. Ahora para sección de tensión media se puede adoptar un sistema proveedor de la barra de traslación.

Fig. (13).- Sistema de barra secundaria (S/E de Karachipampa)

Fig. (14).- Seccionador baipas.

3.- Características eléctricas de las subestaciones

Como en el planteamiento y proyección de las subestaciones eléctricas, los parámetros desde el punto de vista eléctricos son fundamentales porque sobre los cuales se da la actividad de la selección, aplicación de las particularidades constructivas e instalación de subestaciones como de sus equipos, aparatos. Así siendo los parámetros:

Fig. (15).- Parámetros eléctricos de subestaciones.

Cuando subestaciones conectados a las plantas generadoras preveen generalmente dos sistemas, una que funciona a tensión de generación para luego transformarlas en tensiones necesarias en los servicios auxiliares de la planta, y el otro sistema operará a las tensiones de transmisión usados en las subestaciones secundarias, receptoras. Se definen las tensiones de operación en el lado de transmisión por la tensión usada en las líneas y en el otro lado por los valores usados para la distribución, no se debe olvidar que en algunos casos se presentan subestaciones eléctricas que pueden requerir dos tensiones secundarias, en tal caso es normal utilizar transformadores con devanados terciarios.

4.- Graduación de la tensión y la energía reactiva

Que el correcto funcionamiento de las instalaciones eléctricas implica asegurar una mínima o ninguna variación en la tensión suministrada a los usuarios en relación a la tensión nominal, siendo importante tomarlo en cuenta en la proyección de subestaciones, ya que las caídas de tensión en la trayectoria de la línea del transformador se suscitan por las cargas, y es imprescindible adoptar en el tiempo la tensión aplicada a las líneas que salen de a subestación, de tal manera para este objetivo los transformadores de alta, media tensión tienen (o por lo menos se recomienda que tengan), cambiadores de TAPS.

Como rendimiento también en la transmisión estará en relación al factor de potencia de la corriente, ya que económicamente es bueno compensar la potencia reactiva, viendo la viabilidad de instalación de bancos de capacitares.

TAPS

Fig. (16).- TRAFO – TAPS.

Por lo que bajas tensiones se dará, por el acrecentamiento de las cargas y estos tienen que ser compensados por medios a conocerse: como los taps tomando en cuenta la relación de transformación (cambiador de taps).

Donde los tipos de taps pueden cambiar: en vacío o bajo carga.

Como otra manera, es desde la generación, sobre excitando el mismo generador considerándose que a menor factor potencia, mayor consumo de potencia reactiva, se dará, los transformadores que trabajan en vacío consumirán mayor de esta potencia reactiva.

Cuando otra forma es por medio de banco de capacitares que generarán mayor potencia reactiva y así subir la tensión, y lo mismo ocurría en la energía reactiva ya que al cliente que consumen esta energía se les exige un factor de potencia 0.85 a 0.90.

Q = VAR – H

S = VA

P = W – H

Por lo que en las subestaciones se tienen que regular el voltaje como potencia reactiva o energía reactiva.

5.- Definiciones de aspectos importantes

Cuando es conveniente también la consideración de algunas definiciones que aclaran aspectos de importancia en las subestaciones.

a) Corriente nominal

Donde es el valor de la corriente que circula por una instalación o sistema eléctrico en condiciones normales de operación y con carga nominal y un factor de potencia preestablecido.

b) Corriente carga

Que es el valor de la corriente que circula por la instalación o sistema eléctrico en condiciones de operación, tensión nominal. Tensión nominal pero con valores de carga previamente establecidos.

c) Corriente máxima en servicio continuo

Cuando es el valor máximo admisible de la corriente que se prevé en condiciones normales de operación es decir sin falta en una determinada instalación o sistema eléctrico.

d) Corriente de corto circuito

Donde es el valor de corriente, presente en la instalación o sistema eléctrico al suscitarse una falla entre fases de un sistema ya sea monofásico o trifásico.

e) Tensión nominal para un sistema trifásico

Que es la tensión entre fases de designación de sistema, a la que están referidos ciertas características de operación del mismo.

f) Tensión máxima de un sistema trifásico

Como que es el valor eficaz de tensión mas alto entre fases que ocurre en el sistema en condiciones normales de operación, en cualquier momento y/o punto. Esta definición incluye las variaciones temporales en función a condiciones anormales del sistema, es decir a fallas o la desconexión brusca de grandes cargas.

g) Tensión máxima de diseño del equipo

Que es la tensión máxima entre fases, para lo cual está diseñado el equipo con relación a su aislamiento. Esta tensión es el valor máximo de la tensión más alto del sistema es decir de la tensión de operación máxima para lo cual el equipo se puede usar..

CAP. IV

CONSTITUCIÓN DE LAS SUBESTACIONES

1.- Elementos de la estructura de una subestación

Cuando un conocimiento de los principales componentes de las subestaciones eléctricas así como las funciones que realizan dentro de ellos tiene el objeto de analizar con mayor propiedad las características más importantes para sus aplicaciones específicas.

Como se puede mencionar también que todos los elementos de una subestación eléctrica tienen funciones que desempeñan, y que son importantes en función a la ubicación que guardan, por otro lado cabe la necesidad de conocer con mayor detalle elementos que para la función que desempeñan es de mayor importancia. Así los elementos constituyentes son:

Seccionadores fusibles	Transformadores de potencia	Pararrayos
	Interruptores de potencia
Reconectores	Transformadores de medición
	Condensadores de acoplamiento	Instrumentos auxiliares
Seccionadores rígidos cuchillas	Banco de condensadores
	Reactores

Fig. (17).- Elementos de la subestación.

2.- Transformador de potencia

Donde es un dispositivo que:

a) Transfiere la energía eléctrica de un circuito a otro manteniendo la frecuencia constante (Apéndice 3).

b) Bajo el principio de inducción electromagnética.

c) Tiene circuitos eléctricos que están eslabonados magnéticamente.

d) Usualmente lo hace con un cambio de voltaje

Fig. (18).- Esquema – Diagrama elemental de un transformador.

2.1. Elementos constituyentes de un transformador

Que entre los elementos tenemos:

- Núcleo del circuito magnético.

- Devanados

- Aislamiento

- Aislantes

- Tanque o cuba

- Vanquillas o bushing

- Ganchos de sujeción

- Válvula de cargado de aceite

Válvula de drenaje de aceite

- Tanque conservador

- Radiadores

- Ruedas de deslizamiento

- Terminal de tierra

- Placa de características

- Termómetros

- Manómetros

- Cambiador de derivaciones, taps.

1 Núcleo 1’. Presandores

2 Devanados 3. Cuba

4 Aletas refrigeración 5. Aceite

6 Depósito expansión 7. Aisladores (BT y AT)

8 Junta 9. Conexiones

10 Nivel aceite 11-12 Termómetro

13-14 Grifo de vaciado 15 Cambio tensión

16 Relé Buchholz 17 Cáncamos transporte

18 Desecador aire 19 Tapón llenado

20 Puesta a tierra

Fig. (19).- Estructura de un transformador

2.2. Tipificación de los transformadores

Donde estos pueden tipificarse..

a). Por la forma de núcleo en:

- Columnas - Acorazado - Envolvente - Radiante

b). Por número de fases en:

- Monofásicos - Trifásicos

c) Por número de devanados en:

- De dos devanados - De tres devanados

d) Por el medio de refrigeración en:

- Aire - Aceite dieléctrico - Líquido inerte

e) Por tipo de regulación en:

- Regulación fija - Regulación variable - Regulación variable sin carga

f) Por el tipo de enfriamiento y los más aplicados en los transformadores tenemos

Tipo OA; Significando (oil – air) (ONAN) sumergido en aceite con enfriamiento propio, por lo general en los trafos de 50 KVA se usan tubos radiadores o tanques corrugados, para disminuir las pérdidas en capacidades mayores a 1000 KVA se usan radiadores de tipo desmontable, además este tipo de trafos con voltajes de 46 KV o menores pueden tener como medio de enfriamiento un líquido inerte aislante en vez de aceite, el transformador ONAN es el tipo básico y sirve como norma para la capacidad y precio de otros.

Tipo OW, Significando (oil/water) aceite/agua

Tipo OW/A, Significando (oil-water/air) aceite – agua / aire

Tipo OA/AF, Significando (oil – air / air – forzad) ONAF, aceite – aire / aire forzado, es sumergido en aceite con enfriamiento propio por medio de aire forzado este es básicamente un trafo ONAF con adición de ventiladores para aumentar la disipación del calor.

Tipo OA/FA/FA, significando (oil – air / forzad – air / forzad – air) aceite aire y doble ventilador de aire..

Tipo FOA, significando (forzad – oil – aire) sumergido en aceite, enfriado con aceite forzado y aire forzado este tipo de transformadores se aplica únicamente donde se desee que operen al miso tiempo las bombas de aceite y las ventiladoras en tales condiciones absorben cualquier carga pico y a plena capacidad.

Tipo OA/FA/FOA, (oil – aire/ forzad – air / forzad oil – air) sumergido en aceite con enfriamiento propio a base de aire forzado y aceite forzado este transformador es básicamente un ONAF, con la adición de ventiladores y bombas para la circulación de aceite.

Tipo FOW, significando (Forzad – oil – water), sumergido en aceite y enfriando con agua en este tipo de trafos el agua es conducido por serpentines los cuales están en contacto con el aceite aislante, el aceite circulará alrededor de los serpentines por conexión natural.

Tipo A/A, (air – air) son trafos del tipo seco con enfriamiento propio no contienen aceite ni otros líquidos para su enfriamiento, son usados en voltajes nominales menores a 6KV y capacidades menores.

Tipo A A/FA, (air – air/forzad air) de carácter seco enfriado por aire forzado estos transformadores tienen capacidades simples, el aire forzado circula por ventiladores o sopladores.

2.3. Verificación de transformador

Cuando un seguimiento del funcionamiento de transformadores necesita efectuar inspecciones de por lo menos mensuales así verificar su buen estado para ello el trafo contiene instrumentación que permite este registro los mismos siendo:

a). Termómetro

Que indica la temperatura de embobinados y del aceite, el termómetro de las bobinas presentarán un sistema de agujas señaladotes, por ejemplo en los trafos tipo ONAF a razón del termómetro se activará sus ventiladores automáticamente, también proporcionará valores activando alarmas y activación de interruptores que alimentan el trafo.

b) Indicador de presión de nitrógeno

Cuando los trafos están dotados de un colchón con este elemento detector de presión, manómetros.

c) Medidor de nivel de aceite

Que tienen dos agujas indicadores del nivel bajo de aceite en la cual se activa una alarma y si continua bajando activará el disparo de interruptores..

d) Relé Buchholz

Que también es un elemento de control de los trafos que tienen el tanque conservador, su funcionalidad se basa en la actuación de dos flotadores a la razón de existir una falla internamente en el transformador ya que cualquiera de las fallas internas producirán gases que el relevador Buchholz estará conectado en el tubo que existe entre la cuba y el tanque conservador, así los gases producidos logran que varíe aumentando el nivel del aceite a la cual actúan unos flotadores al interior de relevador activando en primer lugar las alarmas y si fuera mayor la falla accionarán el disparo.

Como la presión de los transformadores es controlado normalmente por manómetros, el nivel de aceite por indicadores de nivel, las mismas pudiendo tener accionamientos automáticos.

Fig. (20).- Relé Buchholz – Flotadores de Accionamiento

Por lo que la emisión, circulación de gases tenderá a buscar una salida, de tal manera este en un grado activará en primer lugar la alarma y luego el disparo. Por otro lado debe considerarse que un relé accionado nunca debe reengancharse primero es conveniente destapar el mismo transformador.

Como para cualquier mantenimiento es importante desconectar siempre el relé Buchholz, además cabe aclarar los transformadores que no tienen el tanque conservador tienen el relay de sobrepresión..

3.- Interruptores de Potencia. (Disyuntores)

Que es un dispositivo cuya misión es interrumpir, reestablecer la continuidad en un circuito eléctrico, bajo carga es decir con corriente nominal, o bajo perturbaciones que se presenten en el sistema como corrientes de corto circuito.

Donde en los interruptores cabe la importancia considerar los parámetros de:

- Voltaje nominal; siendo el voltaje normal de operación del interruptor.

- Corriente inicial corto circuito; valor instantáneo del valor de la corriente de falla.

- Corriente de ruptura; valor permanente de la corriente de corto circuito.

- Capacidad interruptiva; potencia de interrupción para un valor de corriente de ruptura y un voltaje nominal de operación considerando un sistema trifásico.

- Voltaje de reestablecimiento; voltaje del interruptor después de la desconexión esto por origen externo o interno.

- Ciclo de trabajo del interruptor; voltaje del interruptor después de la desconexión esto por origen externo o interno.

- Ciclo de trabajo del interruptor; consiste en la serie de operaciones de apertura y cierre o ambas a la vez en el revisar su funcionamiento para someterle a las condiciones de trabajo, es proporcionado por los fabricantes con designación.

Como ejemplo: A – 3 – C – A significa después de la apertura este permanecerá 3 minutos en ese estado para nuevamente se cierre y abrirse, así el número indicado en minutos significando que los mandos mecánicos estarán calibrados a ellos para efectuar operaciones automáticos de cierre y apertura, el ciclo O – C – O – C – O..

Reenganche rápido; Es la operación de cierre del interruptor después de una allá así el tiempo entre apertura – cierre es lo más corto posible para no perder el sincronismo en los sistemas operando con generadores en paralelo. El lapso de abertura que se presenta después de la falta se la conoce como punto muerto y tiene que ser corto. Ejemplo, con una falta transitoria se abrirá y se cerrará instantáneamente en un corto período, para una operación normal; en el caso de falla permanente en el arco constante formado no permitirá el cierre más a un producto el bloqueado, abierto por tiempo indefinido.

Cuando los interruptores de potencia está estructuralmente compuesta por.

Fig. (21).- Partes de Interruptor de Potencia

Como los interruptores pueden ser de mando monopolar es decir cada uno asimismo en grupo siendo la desventaja de los monopolares es que la bobina de cierre – apertura en su accionamiento no es uniforme al mismo tiempo, es decir mientras uno esté cerrado, el otro esté abierto, su evitar requiere la aplicación de un Relay K5 simultánea funcionando solo para el cierre y no para apertura, evitando así que el circuito quede abierto. Otra desventaja es que se adecuan a condiciones mecánicas.

Donde los interruptores con mando en grupo o tripulares son los mas utilizados

Por lo que los interruptores con todo lo anterior en el caso de apertura deben asegurar el aspecto de aislamiento eléctrico, que en función a ello para apagar el arco que se presentan en la interrupción de un circuito estos estarán clasificados en:

3.1. Interruptores de aceite

Donde estos se clasifican en tres grupos:.

a).- Interruptores de gran volumen de aceite (apéndice 7)

Que se caracterizan por la gran cantidad de aceite que contienen, generalmente son en forma de tanques cilíndricos, así monofásicos o trifásicos, estos últimos son básicamente para accionar en bajos voltajes, sus contextos están en un recipiente común entre sí aislados por separadores por situaciones de seguridad, los interruptores monofásicos están empleados en tensiones elevadas una por fase.

Por lo que los tanque son cilíndricos es por las fuertes presiones internas presentes durante la interrupción.

Cuando opera el interruptor por una falla los contactos móviles se separan de los fijos, al alejarse entre los dos se dará una distancia y a razón de esta estará la longitud del arco, que este originará gases o burbujas de gas alrededor de los contactos desplazando el aceite conforme que los contactos se separan ya que el arco crece, las burbujas se reducirán cuando los contactos queden en su separación tope y la presión es considerable, por ello en el recipiente tendrá un tubo de fuga de gases.

Que interruptores de gran volumen de aceite también pueden tener una cámara de expansión o corte, este tipo son de grandes capacidades que originan fuertes presiones internas en la apertura pudiendo ocasionar ruptura o explosión. En la reducción de los riesgos se presentaron las cámaras acumuladores de burbujas de gas para disminuir la presión de aceite a un volumen menor en su función de extinguir el arco su secuencia es. (Apéndice 8).

Primero: A una falla los contactos ubicados en la cámara de extinción se separan.

Segundo: De la cámara los gases quieren salir, con ello suscitan la violenta circulación de aceite extinguiendo el arco el mismo..

Tercero: Una vez que el contacto móvil sale de la cámara, el arco residual se terminan de extinguir entrando nuevamente aceite frío.

Cuarto: Al final los contactos se cierras.

Como elementos de desconexión lo constituyen los contactos móviles estas son accionados en general, mecánicamente con sistemas volanda, en monopolar, engranaje, viela en tripular, magnéticamente por electroimanes conocidos como bobinas de disparo que accionan el trinquete de retención de los contactos móviles al ser energizado por pulsadores o automáticamente por relevadores, la desconexión pueden efectuarse reemplazando el engranaje o volante por motor eléctrico con mando remoto.

b).- Interruptores de pequeño volumen de aceite (apéndice 9)

Que contienen menor volumen de aceite en la cámara de extinción menores a los de gran volumen en 1.5 a 2.5%. Disponibles en diferentes capacidades, voltajes, son básicamente cámaras de extinción modificados con flexibilidad mayor en la operación.

Cuando su funcionamiento se traduce en:

Primero: A una falla se desconecta el contracto móvil del fijo, produciendo arco eléctrico.

Segundo: La secuencia de desconexión suscita un movimiento de aceite en las diferentes cámaras constituyentes.

Tercero: En tope final del contacto bruscamente el aceite extingue el arco.

Cuarto: Los gases salen por la parte superior del interruptor en general son tipo columnas.

3.2. Interruptores neumáticos

Como una alternativa a los interruptores de aceite, con su riesgo de explosión, incendio se presentaron los interruptores neumáticos que extinguen el arco por circulación de aire a presión, sistema de aire comprimido, con varias compresoras ligadas a un tanque principal, a uno de reserva y a un sistema de distribución de cañerías. Generalmente son para instalación, interiores, exteriores monofásicos y trifásicos, su funcionamiento es:

- Cuando se acciona la válvula principal se abre, así permitiendo aire a los aisladores huecos.

- Que el aire a presión presionará por un émbolo a los contactos que accionan a los contactos que operan el simultáneo apertura o cierre del circuito.

- Como los aisladores huecos están ligados a las cámaras de extinción al bajar los contactos accionarán los contactos que introduce el aire a presión de los aisladores huecos bruscamente a la cámara de extinción del arco.

* Como cualidades del interruptor neumático con respecto al del aceite tenemos:

- Es de mayor seguridad en el evitar explosiones, incendios.

- En menor ciclo interrumpe así de 3 a 5 ciclos.

- Reduce el reencebado de arco..

- Su coto es barato

Cuando un esquema de operación de estos interruptores es:

Fig. (22) Operación de interruptor neumático.

Que a una falla una corriente llegará a bobina – apertura, siendo este neumático formado por un solenoide este abrirá la válvula principal y el aire deslizará el émbolo en la cámara, en la mitad del émbolo estará la barra que acciona el dispositivo mecánico. El cierre se efectuará con la energización de la bobina de cierre con el proceso contrario.

3.3. Interruptores de hexa fluoruro de azufre (SF6) (Apéndice 10)

Como en el transcurrir del tiempo se presentaron en el mercado principalmente para tensiones elevadas a 44 KV los interruptores con cámara de extensión de arco con gas inerte de (SF6), que tiene cualidades y reúne requisitos de:

- Alto grado de rigidez eléctrica.

- Velocidad en la recuperación de la rigidez eléctrica que es perdida en la extinción del arco. El grado a presión atmosférica es 2 a 3 veces mayor que la del aire, en presión de 3 kg/cm es como la del aceite mineral tratado.

Cuando su disponibilidad es para exteriores, interiores, que pueden ser monofásicos trifásicos de mando monopolar, tripolar estos interruptores sin embargo lo importante es mantener la presión de SF6, para la temperatura, elevación sobre el nivel del mar dadas así para 20ºC, 4000 m.s.n.m., la presión oscilará de 5.2 a 5.3. [bar]

3.4. Interruptores de vacío (Apéndice 11)

Como el arco eléctrico se comporta diferente en estos interruptores en relación a los otros tipos. Por la no aportación del gas o canal gaseoso que se ioniza fuertemente de tal manera en la interrupción de una C.A. cuando un contacto se separa de otro que tiene potencial (-), (cátodo) se originará una descarga en relación al otro que tiene potencial (+), (ánodo), emitiéndose iones en forma de vapor por la temperatura elevada, a la primera circulación de corriente en un ciclo cero inicial ya el arco se extinguirá por la escasez del medio o partículas conductoras esto por el reestablecimiento instantáneo de la rigidez.

4.- Reconectores.

Que considerando la protección y a la continuidad en el servicio es que se idearon interruptores de operación, automatizados sin operación manual en la apertura y cierre así en un disparo o cierre anteriormente calibrados operarán en secuencia lógica predeterminando, y siendo automático y regulable de acuerdo a la red donde se aplicará este se llama reconectador, es decir si la falla no es permanente efectuará el cierre automáticamente, su construcción para su función tiene tres operaciones de cierre cuatro de apertura e intervalos entre ellos pre calibrables, que a la última apertura se bloquearán a la falla permanente. Estos se presentan como monofásicos, trifásicos, normalmente tienen un medio de aceite dieléctrico además pudiendo ser electrónicos o hidráulicos.

Por lo que semejante a interruptor trifásico su operación es accionado por un vástago común, conectado y desconectado simultáneamente. .

Fig. (23).- Reconectador.

Que entre los tipos de reconectadotes tendríamos:

- Los tipos RV, que son hidráulicos, para voltajes de 2.5 KV a 34.5 KV con corrientes nominales 25 A hasta 400 A, además son trifásicos.

- Los tipos VW, son trifásicos también, pero su operación de apertura y cierre es electrónico, con las mismas características de voltaje y corriente anteriores.

5.- Seccionadores fusibles.

Como su función es la conexión y desconexión de la continuidad de circuitos eléctricos caracterizándose como cuchilla de conexión y como elemento de protección este último lo formará el fusible en el porta fusible su aplicación se dará en relación a la corriente nominal que circulará en él, pero teniendo una corriente de ruptura, principalmente son de material plata especiales, de cobre electrolítico con aleación de plata o cobre aleado con estaño. Tomando la operación de los seccionadores fusibles estos pueden ser verticales, horizontales (Apéndice 12 – 13).

Fig. (24): Seccionador fusible

6.- Seccionadores rígidos – cuchillas desconectadotas

Que físicamente es el que desconecta un circuito eléctrico generalmente sin carga pero algunos lo harán pero hasta cierto límite, su clasificación es:

Por su operación.

- Con carga - Sin carga

Por su tipo de accionamiento

- Manual. - Motorizado

Por su tipo de instalación

- Apertura horizontal - Apertura vertical

Por su forma de desconexión

- Con tres aisladores dos fijos y uno giratorio al centro su instalación es horizontal con dos brazos de apertura con doble arco.

- Con dos aisladores accionados con pértiga, tiene instalación vertical.

- Con dos aisladores y otro giratorio, es de instalación horizontal.

- De tres aisladores de centro movible por cremallera de instalación horizontal

Donde en voltajes mayores a 161 Kv se utilizan cuchillas especiales que tienen datos de diseño, los más aplicados son los cuernos de arquero con puesta a tierra y accesorios. En las cuchillas de operación horizontal el mando es por vía la barra que tiene una cremallera operado por motor eléctrico o por operación neumática.

Cuando existen también cuchillas o seccionadores que operan en un circuito con carga, teniendo una acción rápida en la apertura –cierre, vienen hasta capacidades 1000 Amperios y superiores a 34.5 KV.

6.1. Especificaciones de las cuchillas, seccionadores

Donde para el pedido de estos dispositivos los datos importantes son:

Especificaciones	Datos
Tensión nominal de operación	KV
Corriente nominal	A
Corriente de corto circuito simétrico	A
Corriente de corto circuito asimétrico	A
Nivel básico de aislamiento (Bill)
Tipo de montaje horizontal o vertical	Vertical	Horizontal

Tipo de accionamiento	Manual	Motor

Fig. (25).- Cuadro de especificación.

7.- Pararrayos

Que las sobretensiones en las instalaciones eléctricas se presentarán por origen atmosférico, o por fallas en el sistema. Por ello el pararrayos es el dispositivo que protegerá de las sobretensiones de origen atmosférico en las instalaciones eléctricas ya que se originan y viajan hondas a la velocidad de la luz, dañando los equipos si no hay protección correcta para lo cual es importante los aspectos: si es descarga directa o descarga indirecta, siendo las mas comunes estas últimas, así el pararrayo conectado constantemente descargara la corriente de descarga a tierra mediante el principio básico de formación del arco eléctrico entre dos explosores cuya separación es predeterminado en función a la tensión de operación y tipo de conexión del sistema.

Fig. (26).- Esquema de pararrayo conectado.

Cuando los pararrayos con mayor aplicación son:

- El tipo auto válvula, con explosores conectado en serie por medio de una resistencia variable, estableciendo la sensibilidad y precisión, aplicándose en sistemas que operan con grandes tensiones, para una gran seguridad.

- El tipo de resistencia variable, también con dos explores en serie con una resistencia variable, aplicados aceptablemente en tensiones medias o sistemas de distribución.

Fig. (27).- Pararrayos de resistencia variable

El tipo de óxido de zinc, son compactos en forma de elementos, es una revolución en la protección de sistemas, eléctricos de potencia de tensiones mayores a 69 KV de rango. Cuando el nivel de aislamiento en S/E son estudiados en función de los pararrayos aplicados comúnmente (auto válvulas), sin embargo los de Zn O de mayor seguridad – protección tienden a hacer más aplicados entre sus ventajas tenemos: reducido tamaño, rápida respuesta, protección superior, amplia durabilidad y adecuados a los problemas de contaminación. Además este tipo permitirá reducir los niveles de aislamiento internos de los equipos representando también una reducción en el costo del equipo (transformador) en 5% a 10%.

Por lo que los pararrayos en general no eliminan las ondas de sobretensión de la descarga atmosférica sino limita a valores no perjudiciales para los equipos instalados, de acuerdo a norma americana el valor aceptable se da de 1.5 * 40mseg y en la Europea 1.0 * 40 mseg, significando en 1.5 * 40mseg alcanza su valor máximo de frente de onda, teniendo el nombre tiempo referente de onda y su disminución será la misión del pararrayo en el tiempo indicado.

Fig. (28).- Valor de frente de onda en el tiempo.

Cuando una descarga indirecta es por el almacenamiento de cargas eléctricas estáticas que en la descarga atmosférica tenderán a dividir en 2 circulando en ambos sentidos en la línea.

Como el pararrayo también protege de descargas directas que tienen un cierto radio de acción y para mayor seguridad contra los mismos, se instalan barrillas o bayonetas como cables de guardia (Apéndice 14).

Como tensión de cebado se conoce a la tensión que opera o arranca el pararrayo que se instala cerca de los equipos (apéndice 15).

Fig. (29).- Esquema unifilar de conexión de pararrayos.

8.- Condensadores de acoplamiento (CCPD = Copuling Capcitor Potencial Device)

Donde son aplicados en la medición, protección de sistemas eléctricos, son como elementos primarios detectores de voltaje, es como un divisor de voltaje, estará constituido por resistencias o capacitancias, aplicándose en sistemas eléctricos de potencia y mayormente en sistemas de alta tensión. Siendo como trafos capacitivos, son compensados por un circuito inductivo, reactor. Por lo que es un trafo de potencial reduciendo voltajes a valores utilizables de medición, pero se aplican también en la transmisión de telemandos y comunicación carri en la que la voz enviado en la línea tiene el inicial filtrado en la trampa de onda y cuya amplitud de onda es reducida a valores audibles en el condensador de acoplamiento.

Fig. (30).- Circuito con condensadores de acoplamiento.

V_E = IX_C1 + IX_C2 V_E = IX_C1 + IX_C2

V_S = IX_C2 V_S = IX_C2

Por lo que:

[Volt]

Que generalmente los capacitores de acoplamiento son de forma modular, y estará los primeros de dos unidades son aplicados para unidades de 400 KV de tal manera las unidades pueden ser, dos de 200 CV o cuatro de 100 KV.

Donde en general la capacidad C₁ << C₂, y las caídas de voltaje por efecto inductivo estarán compensados por reactancia de compensación.

Efecto inductivo

como C₁ £ C₂ [Faradio]

Como ejemplo determinar del condensador de acoplamiento el valor de capacitancia secundario considerando el voltaje de calidad que es 220 volt, consumo de carga de 25 VA.

DATOS S = VI [volt. amp.] S = V

S = 25 VA V = IZ [volt.] S =

V_S = 220 VA I = [Amp] Z = [W]

Z = 968 [W] Frecuencia F = 50 Hz..

Si: Z = Xc₂

C₂ = 3.3 * 10-6 C₂ = 3.3 microfaradios

Donde considerando la corriente de salida.

V_S = I * X_C2 à I = [A]

Cuando capacitancia de entrada será

V_E = IX_C1 + IX_C2 à IX_C1 = V_E – IX_C2 Si V_E = 115 KV

X_C1 = 499032 [f]

9.- Banco de capacitares

Como en las instalaciones eléctricas se presentan equipos, receptores eléctricos que operan con potencia activa, potencia reactiva siendo este último no constituyente del equilibrio de energía ya que suscitará caídas de tensión, pérdidas adicionales.

Que los receptores o equipos en la instalación o sistema eléctrico presentaron características inductivas donde la corriente tiende a desfasarse con respecto al voltaje de modo más reducido sea este es decir que tiendan a ser más simultáneos entonces se consistirá la eficiencia, rentabilidad en la instalación.

Cuando los bancos de capacitares son los medios que aportaran potencia reactiva compensando el desfase, para la estabilidad de tensión así corrigiendo además el factor de potencia en la instalación eléctrica reduciendo pérdidas para una energía exacta y eficientes.

I Ic

Carga

Fig. (31).- Circuito de bando de condensadores

CAP. V

TRANSFORMADORES DE MEDICIÓN EN SUBESTACIONES

1.- Transformadores de medición

Cuando son transformadores que disminuyen la tensión, corriente de una red a valores adecuados para las características de los instrumentos de medición, además será el medio de aislamiento necesario en la operación del instrumento con respecto a la línea de alta tensión. Entre estos transformadores tenemos de corriente y de potencial.

2.- Transformadores de corriente (CTs = Current transformer)

Donde se quiera realizarse mediciones de corrientes dentro los circuitos de elevada o alta tensión es fundamental fijar la aislamiento adecuada entre circuito primario de conductores y los instrumentos que esto se dará por CTs, además su función será reducir y ofrecer valores aplicables y permitibles para su medición por los instrumentos lo normado de estos valore son de 2.5. a 5 A en una tensión determinada y elevada (apéndice 16)..

Fig. (32).- Transformador de corriente

Como su relación de transformación tenemos (K) (apéndice 22)

= K

Que vectorialmente tenemos un transformador ideal, pero cuando se excita se dará como un transformador real de la siguiente manera.

Fig. (33).- Representación vectorial de CTs Ideal – Real.

Cuando considerar la diferencia entre el valor específico y valor medido I es necesario para denotar el error de relación y la clase de precisión del CTs expresándose el mismo por:

Que por ello se da un ángulo de error pudiendo ser positivo o negativo esto entre la corriente primaria o secundaria dependiendo del servicio del transformador.

Fig. (34).- Ángulos de errores en CTs..

Como este error angular dará lugar a errores de presión en las mediciones lo cual implicará reducirlos ya que se deben a corrientes magnetizantes.

2.1. Consideraciones de transformadores de corriente

Como medio de alimentación, protección en la medición estos tienen relaciones de transformación establecidas, fijadas por fabricante para y en función al servicio que prestaran, además de acuerdo a normas así ANSI que definen la precisión, error máximo admisible en % introducible por el CTs (Apéndice 18).

Cuando las clases de precisión normales son 0.1 – 0.2 – 0.3 – 0.4 – 0.5 – 0.6 – 1.2 – 3.0 – 5.1 este aspecto tenderá a relacionarse con las cargas nominales indicándose la clase y luego la carga a conectarse, 0.5 – 50 VA (Apéndice 19 – 21).

3.- Transformadores de Potencial (PTs = Potencial transformer)

Cuando acondiciona reduciendo los voltios altos a menores para facilitar la medición y aplicación de instrumentos, voltímetros indicadores de potencia activa, reactiva como los medidores de los mismos, asimismo también equipos de protección interna, externa con refrigeración seca o con aceite los primeros son aplicados en tensiones menores a 34 KV.

Fig. (35).- Transformador de Potencial.

4.- Consideraciones de selección de transformadores de medición

¿Como para los Cts y Pts tenemos.

4.1. Tipo de instalación

Que viendo su instalación interior o exterior son denominados tipo interiores o tipo para la intemperie por circunstancias económicas hasta 25 KV se instalan transformadores para instrumentos de tipo interior, y mayores al valor son del tipo intemperie.

4.2. Tipo de aislamiento

Como en CTs y PTs variará de acuerdo a las tensiones que se instalarán, por lo cual para baja tensión hasta 1KV, como aisladores son resina sintética o el aire, en media tensión de 1KV a 25KV son aplicados la resina para tipo interiores, porcelana que tienen aceite dieléctrico en el tipo intemperie. En tensiones altas, mayores a 25KV son de papel Kreft, o fibra de vidrio impregnado al aceite dentro la porcelana.

Que las especificaciones técnicas en los CTs, PTs en función al aislamiento por cubrir son:

a) Tensión de impulso o de rayo para ondas de 1,2 * 50m/seg.

b) Tensión a la frecuencia del sistema durante 1 minuto.

c) Tensión a la frecuencia del sistema durante 10 minutos en estado húmedo en el comprobar de aislamiento exterior.

d) Tensión de impulso de maniobra con honda de 250 a 2500 m/seg en tensiones mayores a 300 KV entre ase cumpliendo además para descargas parciales el factor de potencia del dieléctrico.

4.3. La Potencia

Donde los CTs y PTs consumen potencia, teniendo gran importancia por la relación con el seleccionar instrumentos, habiendo diferencias en su tratamiento, determinación debido cada cual operará con fundamentos y parámetros no iguales, pero generalmente los elementos participantes en este afán determinativo son:

- Como la potencia de los instrumentos..

- Como el consumo de potencia de conductores conectadores.

Que determinarán al transformador de medición y sus relaciones de transformación, además en la instalación de CTs el factor de polaridad es importante por otro lado en instrumentos de alta tensión es fundamental la distancia de conexión que no deben ser grandes por el consumo de potencia y por las pérdidas que se suscitan.

Como el consumo en los conductores son determinados a base de sus características.

a). En el caso de CTs, el consumo del conductor que alimenta un instrumento de corriente se determina conociendo la sección en mm², y de tablas la resistencia o impedancia por lo que por consumo tendremos.

d no >

b) En el caso de Pts, el consumo de conductor está en función a la señal de tensión.

VA = V = tensión de salida de trafo

Cuando la potencia del transformador de medición sea este Cts o Pts será:

VA = VA + V [VA]

Pot. Trafo Pot. Consumo

Equipo Conductor.

Que resistencia en conductores comúnmente es dado en 52/M y su valor total se determinará por longitud total de ida y vuelta.

Como ejemplo, hallar la potencia de CTs que liga un amperímetro, vatimetro a una distancia de 5m, el consumo del amperímetro es 2.5 VA, del vatímetro 1.5 VA conductor que conecta es de sección 2.5 mm² cuya resistencia es 8.71 W/km, la relación del CTs es 100/5

Aspectos conocidos R_T = Rcond * 2L

VA = ? CTs Rcond = 8.71

VA = 2.5 amperímetro R_T = 8.71*10^-3

VA = 1.5 vatímetro R_T = 0.0871 [W]

Scu = 2.5 mm² si la corriente de salida I₂ es 5ª

Rcond = 8.71 /km

d = 5 M

VA_T = 6.56 [VA]

Como ejemplo, contemplar la potencia de Pts a la cual se conectan los instrumentos para una tensión de 120 volt un relays que consume 8VA, voltímetro que consume 3VA, y están a la distancia de 2.5 m conexionados por un conductor con resistencia de 0.005 W/m, la relación es 115/120 volt.

Aspectos conocidos R = Z = R * 2L

V = 120 Volt Z = 0.005 W/m * 2 * 25m

VA = 8 relays Z = 0.25 W

VA = 3 voltímetro VA =

d = 25 m VA = = 57600 [VA]

R = 0.005 W/m

Relación = 115/120 Volt

VA_T = 8 + 3 + 57600

VA_T = 57611 [VA]

CAP. VI

PUESTA EN SERVICIO Y MANTENIMIENTO DE LOS TRANSFORMADORES

1.- Generalidades

Cuando los transformadores se disponen generalmente montados para entrar en funcionamiento, pero en el lugar de aplicación o instalación será necesario verificar el completo y el buen estado y otros aspectos antes que entre en servicio en el área de las subestaciones eléctricas. De otro lado tomar en cuenta el mantenimiento durante su funcionamiento. Así es conveniente efectuar los dos aspectos.

2.- Pruebas antes de poner en servicio

2.1. Rigidez dieléctrica de aceite

Cuando se efectúa por medio de un equipo llamado espentirometro, que tiene dos electrodos las cuales son energizador por una fuente de tensión variable, elevando el mismo de tal manera suscitar el rompimiento de la capacidad dieléctrica del aceite, la forma de los electrodos se presentan planos, o discos planes esféricos.

Donde si la capacidad dieléctrica soporta por encima de 40 KV es síntoma de que el aceite tiene buena calidad en cambio si soporta valores inferiores entonces el aceite se le tiene que hacer tratamiento por el proceso de filtro calentadores o bomba de vacío..

Fig. (36).- Prueba de rigidez dieléctrica de aceite.

Que introduciendo aceite del transformador al espintenómetro se someterá a tensión, incrementando de valor menor hasta 40 KV.

Cuando con la prensa filtro que es un instrumento se hará el tratamiento de limpieza de impurezas, humedad del aceite del transformador, calentando y filtrando el mismo a una temperatura 70ºC.

Donde los aceites recomendados para aplicar son los que retarden la oxidación así teniendo el PURAMIN(A). Por otro lado si el aceite se quema es que a perdido totalmente su capacidad dieléctrica y tienen que desechárselos. (Apéndice 4).

2.2.- Medida de aislamiento de los devanados

Que para la cual se aplicará el aparato megger de rango 500 – 1000 – 2500 – 5000 voltios que dependerán de voltajes del transformador.

Donde el proceso consiste en alimentar tensión a las bobinas del trafo la misma dará la circulación de corriente en relación a la resistencia de tal manera ese valor de resistencia medido y/o obtenido será el grado de aislamiento de los bobinados dentro los transformadores. (Apéndice 5 – 6).

Fig. (37).- Secuencia de conexiones para determinar aislamiento – resistencia.

Como otros aspectos a considerarse son:

Índice de polarización =

Índice de absorción =

Cuando las condiciones de aislamiento son:

Índice de absorción

Índice de polarización

Condiciones de aislamiento

< 1.1

1.1 a 1.25

1.25 a 1.40

1.40 a 1.60

> 1.60

< 1

< 1.5

1.5 a 2

2 a 3

3 a 4

> 4

Peligros – malo

Pobre – dudoso

Cuestionable – regular

Aceptable – bueno

Bueno – muy bueno

Excelente

2.3. Medidas de resistencia de bobinados

Cuando consiste en medir la resistencia con el instrumento o método llamado puente de wheesthone

Fig. (38).-Puente de Weesthone.

Que la prueba estará en función al tipo de conexión del transformador así presentándose:

Cuando en una conexión triángulo su proceder de medición es:

Fig. (39).- Conexión triángulo

Cuando en una conexión Estrella así por ejemplo en el secundario el proceso es:

Fig. (40).- Conexión estrella.

Como otro instrumento aplicable y de mayor seguridad para la finalidad es el T.T.R. que medirá el número de espiras.

2.4. Secuencia de fases o la polaridad de transformador

Por lo que se trata en obtener la relación de transformación de los transformadores para comparar valores prácticos con las teorías. Que alimentándose con valor de voltaje, así obteniéndose voltajes en el secundario en o para las diversas posiciones que tengan el trafo.

Fig. (41).- Medición de voltajes

2.5.- La acidez

Como el aceite del trafo es de origen hidrocarburífico es una sustancia, con el tiempo va ha oxidarse con la consecuencia de volverse ácido o básico, que provocará la oxidación en las láminas de núcleo, para evaluar estos estados en el aceite se considerará una muestra de aceite en una probeta con medida adecuad, añadiéndose una sustancia neutra seguidamente una ampolla de hidróxido de potasio. Agitándose de acuerdo al tono de color se sabrá los estados del aceite, normalizadamente tiene que ser neutro, es decir ni ácido ni básico, por lo que e tono tiene que ser rosado.

Fig. (42).- Determinación de acidez.

2.6.- Distancias

Que se da por la medición de distancias entre fase – fase y tierra de tal manera la separación de busigh, la altura de los mismos.

Fig. (43).- Distancia a medir en Bushig

3.- El mantenimiento del transformador

Donde es el cuidado, a la cual se somete el equipo en su operación con el motivo de alargar e implantar el funcionamiento correcto, eficiente, especialmente de los transformadores, cabe aclarar también que siendo máquinas estáticas exigen poco mantenimiento pero sin descuidarse la revisión periódica en las partes importantes es decir de:

a).- Observación inspeccional general externo.

Que es el inspeccionar al estado con mayor detalle para ubicar fugas fusibles de aceite, a la vez funcionamiento – corriente de la aporte instrumental, e incluyendo la detección auditiva de ruidos extraño que se estén presentando.

b).- Control en bushig

Por lo que inspeccionar el fenómeno de flameado en los bushig, las mismas originadas por sobretensiones, de descargas atmosféricas a otro.

c).- Ejecución

Cuando el efectuar todas las pruebas mencionados anteriormente en la puesta en servicio del transformador debe ser anualmente en casos especiales mensual.

d).- Observar

Que los aparatos indicadores funcionen debidamente.

e).- Cuidado

Que los aparatos de protección y control operen correctamente.

CICLO DE MANTENIMIENTO

Periodidad ajustable
Requiere revisión de los informes
Requiere evaluar las unidades como críticas o no críticas
Requiere evaluar los defectos como graves y no graves
Mantiene el histórico

CAP. VII

CONCLUSIONES RECOMENDACIONES

1.- Conclusiones

Primero: La definición de criterios con respecto a las subestaciones, su función y elementos constituyentes son importantes en el conocimiento de los mismos, así estableciendo procedimientos en su consideración y aplicación.

Segundo: Subestaciones representan una significativa parte en los sistemas eléctricos, debiendo ser objeto de una procura de mejor tratamiento e instalación. Por otro lado la formación de las subestaciones representan un papel decisivo en la confiabilidad de los sistemas que no pueden ser negligentes.

Tercero: Frecuentemente las subestaciones que requieren alta eficiencia y confiabilidad, pueden tener sus componentes seleccionados estrictamente sobre un punto de vista de tipo y sistema de barra y operación y parámetros eléctricos. Económico.

Cuarto: Otro aspecto que puede ser mencionado que el progresivo control, mantenimiento en las subestaciones forjaron las posibilidades de procurar subestaciones optimizadas, sobre pronósticos de riesgos de fallas.

Quinto: Las subestaciones enteras como un conjunto de los componentes como estructuras, sistema de Barra, equipos, niveles de aislamiento instrumentos, trafos, trafos especiales, etc. son imprescindibles que progresivamente tienen que ser mejor conocidos y optimizados.

2.- Recomendaciones

Primero: Para alcanzar el objetivo de conocer subestaciones debe existir una buena relación entre lo teórico – aplicación real en toda su estructura.

Segundo: La responsabilidad de conocer pruebas y mantenimiento dará lugar en las subestaciones, la seguridad y continuidad funcional.

Tercero: Para suministrar confiabilidad en el diseño, proyecto instalación funcionamiento y mantenimiento de subestaciones apoyese y conozca contenidos con respecto a ellos

NÓMINA BIBLIOGRÁFICA

A. Bandini Buti – M.Bertolini, (S/A), “Electrotecnia Práctica – Macchine Elettriche”, Delfino Milano, Italia.

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Donald G. Fink – H.Wayne Beaty, (1995), “Manual de Ingeniería Eléctrica III”, Mc Graw Hill, México.

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L & K. Internacional Videtraining, (S/A), “Generación de Energía Eléctrica”, L & K Internacional, Norteamérica.

Wilfredo Ortiz Roque, (S/A), “Electrificación Aérea – Subterránea”, (S/A), Perú.

APÉNDICE

1.- Abreviaturas y unidades utilizados.

KV Voltaje Kilo voltios

Corriente Alterna Corriente alterna

G Generador Generador

S/E Subestación Subestación

K Relación de transformación Relación de Transf.

Vp Voltaje primario Voltios

Vs Voltaje secundario Voltios

Np Número de espiras primario N. espiras primario

Ns Número de espiras secundario N. espiras secundario

S Potencia aparente Voltios amperios

P Potencia activa Vattio

Q Potencia reactiva Vol. Amp. Reactivo

Cos j Factor de potencia Factor de potencia

Ip Corriente primaria Amperios

Is Corriente secundaria Amperios

V_E Tensión de entrada Voltios

C₁ Capacitor primario Faradios

C₂ Capacitor secundario Faradios

Xc₁, Xc₂ Reactancias inductiva Faradios

Ic Corriente del capacitor Amperio

n Error porcentual Porciento

+ E; - E Error angular Error angular

Pts Trafo de potencial Voltios

Cts Trafo de corriente Amperios

I_T Corriente total Amperios

R Resistencia Ohmios

d Distancia Metros, centímetros

Rcond Resistencia de conductor Ohmios

Zcond Impedancia de conductor Ohmios

R_T; Z_T Resistencia, impedancia total Ohmios

L Longitud metros, centímetros

VA Potencia Consumida por conductor Volt. Amper.

AT Alta tensión Volt.

BT Baja tensión Volt.

g Galvanómetro Volt.

F₁, F₂, F₃ Fases bobina Fases bobina

N Neutro Neutro

K₁, K₂, K₃ Relaciones de transformación Rel. de Transf.

2.- Símbolos convencionales en las Subestaciones

3.- Representación vectorial de funcionamiento del trafo

4.- Origen del Aceite

5.- Grado de aislamiento de las bobinas del transformador mínimo aislamiento

Voltaje [KV]

Valor [MW] a 20ºC

1.20

2.5

8.60

34.50

115

138

161

196

230

287

345

135

230

410

670

930

1240

1860

2480

3100

3720

4350

5300

6200

7750

9300

6.- Factores de corrección por temperatura

Factor

Temperatura ºC

Factor

Temperatura ºC

36.2

26.8

14.8

8.1

6.0

4.5

3.3

2.5

1.8

1.3

0.73

0.54

0.40

0.30

0.22

0.16

0.12

-5

-10

-15

7.- Partes de un interruptor de gran volumen de aceite

8.- Partes de un interruptor de aceite con cámara de corte

9.- Partes de la cámara de extinción de interruptor de pequeño volumen de aceite

10.- Partes de interruptor de SF₆

11.- Partes de interruptor en vacío

12.- Clasificación de elementos fusiles según el tipo de operación

Operación

Tipo

Capacidad (Amperios)

Sistemas de distribución hasta 27 KV

Rápido

Lentos

Muy lentos

Lentos

6 a 5.1

6 a 11

10 a 13.1

6 a 18

15 a 20

18 a 26

Sistemas de distribución hasta 38 KV

Rápidos

Lentos

Muy lentos

6 a 8.1

10 a 13.1

13 a 22

Sistema de potencia

Rápidos

Lentos

7.2 a 8.2

12 a 20

13.- Curva de operación de fusibles

Los elementos fusibles se debe colocar en coordinación con elementos como reconectores

14.- Cable de guardia y bayonetas en subestaciones

15.- Pararrayos y sus características

Tensión nominal KV

Tensión máxima de maniobra

Máxima tensión de restablecimiento con onda de corriente 8*20mseg

1.5 KA

3.0 KA

50 KA

10 KA

15 KA

20 KA

40 KA

108

120

132

144

168

172

180

192

228

240

258

264

276

288

294

300

312

396

118

142

154

165

177

189

213

236

260

283

331

338

354

378

449

472

508

519

543

567

578

590

614

778

117

141

153

164

176

187

211

234

258

280

328

335

351

375

445

468

503

515

539

562

573

585

609

123

141

160

172

184

196

220

245

270

292

343

350

367

392

465

490

527

539

563

588

600

612

637

127

183

166

178

191

203

229

254

280

304

356

364

381

407

483

509

547

559

585

610

622

636

661

885

136

163

177

191

204

218

245

272

299

326

381

390

408

435

517

544

585

598

625

653

666

680

707

930

143

171

186

200

214

228

256

285

314

341

399

408

427

456

541

570

613

627

655

684

697

712

741

960

150

180

195

210

225

240

268

300

330

358

420

429

449

479

568

598

643

658

688

718

733

748

778

992

174

209

227

244

261

278

313

348

383

416

488

499

522

557

661

697

748

766

800

835

852

870

905

1098

16.- Conexión de CTs y PTs.

17.- Presiones recomendadas en CTs.

Clase de precisión

Error de relación

En % referido a la I

Error de Ángulo en minutos

Error compuesto referido a la corriente nominal en %

5 P

10 P

± 1

---

18.- Clase de CTs según el uso

Clase

Utilización

0.1

0.2 – 0.3

0.5 – 0.6

1.2

3 – 5

Calibración y medición en laboratorios

Medidas de laboratorio, alimentación de mediciones de energía activa, alimentar de gran potencia

Alimentadores de medida de energía activa.

Amperímetros medidores de energía activa, reactiva, fasimetros, equipos de protección.

Equipos de protección en general

19.- Clase de Pts según el uso

Clase

Utilización

0.1

0.2 – 0.3

0.5 – 0.6

1.2 – 3.5

Calibración

Medición en laboratorio, medidores de energía activa en sistemas de gran potencia

Instrumentos de medición

Voltímetros de tableros, volt. registradores, wattimetros, medidores de energía activa, frecuencimetros de tablero, sincronoscopios, reguladores, relays de protección.

20.- Consumos de aparatos alimentados por Cts y Pts.

Aparatos

Modelo

Consumo en VA carga nominal

Medidores de energía activa

Wattimetros de tablero

Vatímetros

Vatímetros con registrador

Vatímetros portátiles

Vatímetros de laboratorio

Fasimetro

Relays

Relay

Sincronoscopio

Reguladores de tensión

Medidores de fase

Medidores de energía activa

Wattimetros

Voltímetros

----

A inducción

Electrodinámico

A inducción

Electrodinámico

Electrodinámicos

---

Con corriente máxima

Con otros – independiente

Especiales de corriente

Máxima C.O – independiente

Demanda máxima instantánea

Direccional I

Diferencial compensada

Diferencial

Mínima impedancia

De distancia

De tensión

Selectiva

---

----

Indicadores

Registradores

---

Indicadores

Registradores

0.5 – 1.5

1.5 – 3

4 – 5

1.5 – 2

6 – 8

1 – 4

1.5 – 3

6 – 16

3 – 10

15 – 25

1 – 10

1.5 – 10

1.6 – 10

3 – 12

1.5 – 2

6 – 20

10 – 15

2 – 10

6 – 25

30 – 250

7 – 20

15 – 20

3 – 15

3.5 – 15

5 – 12

21.- Corrientes normalizados de CTs.

- Con simple relación de transformación

Amperios

100

150

200

300

400

600

800

1200

1500

2000

3000

4000

- Con doble relación de transferencia

Amperios

2 x 5

2 x 10

2 x 15

2 x 20

2 x 25

2 x 50

2 x 75

2 x 100

2 x 150

2 x 300

2 x 400

2 x 600

22.- Sistema de subestaciones – distribución de la ciudad de Potosí

LISTA PARA REVISAR POR SU PROPIA CUENTA EL VALOR DEL DOCUMENTO

SI Yo tengo una página de cobertura similar al ejemplo de la página 89 a 90 del suplemento.

SI Yo incluí una tabla de contenidos con la página correspondiente para cada componente.

SI Yo seguí el contorno propuesto en la página 90 o 97 del suplemento con todos los títulos o casi.

SI Yo usé referencias a través de todo el documento según el requisito de la página 92 del suplemento

SI Mis referencias están en orden alfabético al final según el requisito de la página 92 del suplemento

SI Cada referencia que mencioné en el texto se encuentra en mi lista o viceversa

SI Yo utilicé una ilustración clara y con detalles para defender mi punto de vista.

SI Yo utilicé al final apéndices con gráficas y otros tipos de documentos de soporte.

SI Yo utilicé varias tablas y estadísticas para aclarar mis ideas mas científicamente.

SI Yo tengo por lo menos 50 páginas de texto (15 en ciertos casos) salvo si me pidieron lo contrario.

SI Casa sesión de mi documento sigue una cierta lógica (1, 2, 3…)

SI Yo no utilicé caracteres extravagantes, dibujos o decoraciones

SI Yo utilicé un lenguaje sencillo, claro y accesible para todos.

SI Yo utilicé Microsoft Word (u otro programa similar para chequear y eliminar errores de ortografía)

SI Yo utilicé Microsoft Word (u otro programa similar para chequear y eliminar errores de gramática)

SI Yo no violé ninguna ley de propiedad literaria al copiar materiales que pertenecen a otra gente.

SI Yo afirmo por este medio que lo que estoy sometiendo es totalmente mi obra propia.

__________________ ________________

Firma del Estudiante Fecha:

EXAMEN CON PREGUNTAS MÚLTIPLES

¿Definir subestación, instalación eléctrica?
¿Mencione la tipificación y sistemas de barras?
¿Refiérase con respecto a los elementos constituyentes de subestación?
¿Cuáles las características eléctricas de subestaciones?
¿Definir el transformador de Potencia desde sus funciones?
¿Cómo se clasifican los transformadores por el tipo de enfriamiento?
¿Qué es un interruptor de potencia?
¿Cuáles son los tipos de interruptores?
¿Qué es un reconector?
¿Definan los transformadores de corriente y de potencial?
¿Qué es el pararrayo?
¿Refiérase con respecto a la prueba rígida dieléctrica de aceite?
¿Qué es el control de Bushig?