Diseño de Subestaciones Eléctricas FINALES

7/25/2019 Diseño de Subestaciones Eléctricas FINALES

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Ciudad Guayana, Noviembre del 2013.

Profesor:Diego Toledo



A pesar de que la tensión picopuede ser mayor que el voltajenormal, la tensión en el aislamientopuede existir sólo durante periodoscortos de tiempo.

NIVEL DE AISLAMIENTO. Diseñados para soportar sobretensiones, en lugar de solo voltajes defuncionamiento normales. Las líneas y equipos de aislamiento estánprotegidos por pararrayos que drenan las sobretensiones rápidamente antesde que en el aislamiento se produzca un daño.

El nivel mínimo se conoce como elnivel de aislamiento básico (BIL)que debe estar asociado a todoslos componentes de un sistema.

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICACATEDRA: DISEÑO DE SUBESTACIONES.TEMA I: CONCEPTOS BÁSICOS

Autor:Zoraileth Campo.



NIVEL DE AISLAMIENTO.

La tabla muestra los niveles de aislamiento

recomendados para un número de clases detensión.

Nivel de aislamiento básico, KV

(estándar de 1,5 x 40 µs de onda)

Clase de tensión (Kv) Clase de distribución Clase de potencia (estación,

líneas de transmisión)

1.2 30 45

2.5 45 60

5.0 60 75

8.7 75 95

15 95 110

23 110 150

34.5 150 200

46 200 250

69 250 350

* Para valores actuales recomendados en la industria, consulte la última versión delCódigo Nacional de Seguridad Eléctrica.

La relación de la BIL a la clasede tensión disminuye a medidaque los últimos aumentan, lastensiones de alimentación sevuelven más altas y el efecto deuna sobretensión disminuye;



Las características deaislamiento de línea y deequipos deben estar a unnivel de tensión superior a

aquella en las que elpararrayos comienza adespejar a tierra, y unadiferencia de voltaje suficiente entre los dos debe existir.



NIVEL DE AISLAMIENTO. Las características deaislamiento de líneas yequipos deben estar a unnivel de tensión superior a

aquella en las que elpararrayos comienza adespejar a tierra, y unadiferencia de voltajesuficiente entre los dosdebe existir.

Como existen distintosdispositivos de protección,las características de C/U deestos deben ser coordinadaspara el funcionamiento y laprotección adecuada.

El aislamiento más débil debe ser, más débil por unmargen determinado que la de los equiposprincipales que está protegiendo, tal disposicióncoordinada restringe daños a las principales partes

del equipo.





Nivel 1 (nivel alto):Se utiliza en losaislamientos, no

auto recuperable(sin contacto con elaire), de aparatoscomo:

Nivel 2 (nivel medio ode seguridad):Está constituido por elnivel de aislamientoauto recuperable de laspartes vivas de los

diferentes equipos,que están en contactocon el aire.

Nivel 3 (Nivel bajo o deprotección):

Está constituido por elnivel de tensión deoperación de losexplosores de los pararrayos de protección.



NIVEL DE AISLAMIENTO.



NIVEL BÁSICO DE IMPULSO (BIL). DEFINICIÓN: Gradiente de aislamiento dieléctrico de un material, pararesistir el esfuerzo de tensión a una tensión aplicada entre el material yuna superficie conductora más allá de la calificación de BIL. Es lacapacidad de un material para resistir la tensión mecánica.

Columna 1 Columna 2 Columna 3

Nivel de voltaje delsistema (Kv) Niveles básicos de aislamientoestándares (Kv) Aislamiento reducido(Kv)

1.2 30* 45ϯ …

2.5 45* 60ϯ …

5.0 60* 75ϯ …

8.7 75* 95ϯ …

15 95* 110ϯ …

23 150 …

34.5 200 …

46 250 …. 69 350 …

92 450 …

115 550 450

161 750 650

196 900 …

230 1050 900

287 1300 …

345 1550 …

Tabla N°2. Niveles básicos de aislamientos. Para zonas a menosde1000 m sobre el nivel del mar





DESCARGAS PARCIALES (PD)

Este aumento puededeberse a cambiosbruscos en lanaturaleza delaislante, debidos aespacios de gas entrelas superficies de unaislante con unconductor o con otro

aislante.

"Descargas eléctricas localizadas en los puentes de

aislamiento entre los conductores y que puede o no ocurrir

en las adyacencias de un conductor. Las descargas

parciales son, en general, una consecuencia de la

concentración de esfuerzos eléctricos en el aislamiento o

en la superficie del aislamiento. Generalmente, dichasdescargas aparecen como impulsos que tienen una

duración de mucho menos de 1 ms” .

Se definen enla norma

IEC 60270

como

Pueden ser laconsecuencia de un

aumento del campoeléctrico en un espaciodeterminado,relativamente pequeño,en comparación con lasdimensiones del medioaislante.





DESCARGAS PARCIALES (PD)

Descarga parcial externa (corona): Se produce en el aire o el gas que rodeaun conductor .

Se consideran inofensivas en equipos de

exteriores, ya que los gases corrosivosson eliminados o transportados lejos,pero si tiene lugar en un entorno cerrado,los gases corrosivos no tienen salida ypueden producir daños adicionales.





DESCARGAS PARCIALES (PD)Descargas parciales superficiales:

¿Que generan?Pistas de conducción

en la superficie delaislador y la reducción

de su eficacia.

¿A que se deben?Contaminación y humedad,

es una forma de descargaparcial relativamente común.

Si no se detectan yreparan, los puntos dedescarga crecen y

pueden llegar aincendiarse.

Si la causa de la

descarga superficial esla contaminación y esdetectada a tiempo, esposible limpiar losaisladores antes de quese produzcan daños a

largo plazo.





DESCARGAS PARCIALES (PD)Descarga interna: La más difícil de diagnosticar,no presenta síntomas visibles o audibles

Medida y detección de las descargas parciales.

Al iniciarse una descarga parcial aparecen pulsos transitorios de corriente dealta frecuencia cuya duración oscila entre los pocos nanosegundos y elmicrosegundo, desaparecen y vuelven a aparecer repetidamente. Lascorrientes procedentes de descargas de tipo PD son dif í ciles de medir a causade su pequeña magnitud y corta duración. El evento puede detectarse como uncambio muy pequeño en la corriente consumida





Descargas Parciales (PD)


La norma IEC describe procedimientos ideales para medidas delaboratorio, en las que el sistema puesto a prueba se puede alimentar

con una fuente de laboratorio limpia, se dispone de accesorios deprueba y el sistema se sitúa en el interior de una jaula de Faraday.

Las medidas de campo no pueden realizarse con una jaula de Faraday,además de ser medidas expuestas a ruido y, en consecuencia, menossensibles.

Las medidas en campo deben ser, por necesidad, rápidas, seguras ysencillas si están destinadas a su aplicación por propietarios yoperadores de equipos de media tensión (MT) y alta tensión (AT).





Tensio nes transito rias a tierra (TEV):Son picos de tensión inducidos en la

superficie de las piezas metálicascircundantes.

Medidas ultrasónicas:

Se basan en el hecho de que unadescarga parcial emite ondas

sonoras. Las descargas internas noemiten ultrasonidos. Esta restringida

a descargas superficiales y

descargas en corona.

Detección del campoelec tromagnético :

Permite captar las ondas deradio generadas por la descarga

parcial.

Los picos TEV sonfenómenos muy útiles paradetectar y medir descargas

parciales, ya que puedendetectarse sin efectuarconexiones eléctricas niretirar ningún panel.

Puede lograrse unamayor sensibilidad de

medida, especialmente amayores tensiones,

utilizando antenas UHF*integradas








Consecuencias.

Las descargas parciales tienen efectos perjudiciales sobre el medio en que seproducen.

MEDIO LIQUIDO O SOLIDOProducen una degradación lentapero continua, que termina por la

ruptura eléctrica del material aislante

MEDIO GASEOSOComo el aire, las

descargas parcialesproducen el conocido

Efecto Corona; fenómenoque produce luz, ruido y

ozono

Existen otras consecuencias que no sondetectables a simple vista como:

Generación de radiacionesultravioletas.

Oxígeno en forma de ozonocon alto poder oxidante.

Perdidas de potencia.

Erosión mecánica de lassuperficies.

No todos los efectos sonperjudiciales, ya que estasconsecuencias se han usado parael desarrollo importantesproductos en xerograf í a e

iluminación.





Coordinación De Aislamiento.

DEFINICIÓN: Ordenamiento de los niveles de aislamiento de los diferentesequipos, de tal manera que al presentarse una onda de sobretensión, ésta sedescargue a través del elemento adecuado, sin producir arcos eléctricos ni dañosa los equipos adyacentes.

Conjunto de disposiciones tomadas con el

objeto de evitar daños a los aparatoseléctricos debido a las sobretensiones ypara localizar las descargas de arco, endonde no pueden causar daño.

La coordinación de aislamiento se

refiere a la correlación entre losesfuerzos dieléctricos aplicados y losesfuerzos dieléctricos resistentes.

Externa : La debida a descargas atmosféricas. Es la demayor importancia en instalaciones eléctricas contensiones nominales inferiores a 300 kV.

Interna: La debida a maniobras de interruptores. Ésta es lade mayor importancia en las instalaciones eléctricas contensiones nominales superiores a 330 kV.





Coordinación De Aislamiento.

Determinar lassolicitaciones dieléctricas

a la que cada aparato oinstalación del sistema

estará sometido durantesu vida en servicio,

tomando en cuenta losdispositivos especiales deprotección que pudieran

modificarlas.

Investigan elcomportamiento de los

aisladores que integran elsistema frente a las

solicitaciones dieléctricas

que deberán soportar.

Definir, en base alconocimiento de las

solicitaciones y de lascaracterísticas de los

aislamientos, los niveles

de aislación adecuados.





La amplitud máxima de sobretensionestransitorias que puede llegar a loscomponentes, se puede limitar con undispositivo de protección.

El nivel de aislamiento de impulso seestablece de 15 a 25 % por encima de latensión del nivel de protección de losdispositivos de protección.

A tensiones de transmisión más altas, lalongitud de las cadenas de aisladores y laholgura en el aire no aumentan linealmentecon la tensión. La imagen muestra elnúmero de discos aislantes en las cuerdas

de suspensión para diferentes voltajes.

Método convencional de

coordinación de aislamiento

Curva (V vs T) utilizada para la coordinación de aislamiento

Métodos estadísticos de

Coordinación de aislamiento

El aumento en el número de disco es ligeropara el sistema de 220 KV, con el aumento en el

factor de tensión de más de 2 a 3,5, pero hayun aumento rápido en el sistema de 750KV.





Corrientes De Diseño De Una Subestación.

Corriente nominalSe calcula de acuerdo a la potencianominal que se instalará en la

subestación siguiendo la siguientefórmula:

En donde:

I = La corriente nominal (Amp.).P = La carga total a instalar (VA).V = El nivel de tensión de trabajo delínea a línea (Volts). K0 = 1 Sistema monofásico.k0 = √3 Sistema trifásico.

Se dice de la Sobre corrientecausada por contacto directo, deimpedancia despreciable, entre dospuntos que en condiciones normalesde servicio presentan una diferenciade potencial.

Cálculo:

Este cálculo puede parecer sencillopues se resolvería realizandosimplemente el cociente entre latensión existente en dicho punto yla impedancia interpuesta en elmomento de producirse la falla

(cortocircuito).



Corriente de cortocircuito.



Corrientes De Diseño De Una Subestación.Cálculo de la corriente de cortocircuito.

La potencia de cortocircuitocapaz de suministrar

la empresa de energía eléctrica

para el punto en cuestión.

Datos técnicos deltransformador al que este

conectado.

Datos de los cables o líneasaéreas existentes entre el

transformador y la acometidaprincipal a considerar.





El diagramade flujo de lafigura que semostrara acontinuación,indica el

proceso lógicoque se debeseguir paraconocer lasdiferentescorrientes de

cortocircuito ylosparámetrosque permitenrealizar loscálculos paracada uno de

los diferentesdispositivosde protección.




Cálculo de la corriente de cortocircuito.

Para elegir y regular convenientemente las protecciones se utilizan las curvasde intensidad en función del tiempo

Características I2t de un conductor en funciónde la temperatura ambiente.

(1, 2 representan el valor eficaz de la corrienteen el conductor; I2 es el límite de corriente

admisible en régimen permanente).

Protección de un circuito por interruptor automático






Cálculo de la corriente de cortocircuito.

La corrientemáxima de

cortocircuito,

quedetermina:

El poder decorte de losinterruptores

automáticos.

El poder decierre de losdispositivos

de maniobra.

Lasolicitación

electrodinámica de

conductores y

componentes

La corriente

mínima decortocircuito,para elegir la

curva de disparode los equipos

para:

La longitud de loscables es

importante y/o lafuente o

generador esrelativamente dealta impedancia.

Laprotección

de laspersonas





Corrientes De Diseño De Una Subestación.Características de los cortocircuitos

Las principales características de loscortocircuitos son:

Su duración: auto extinguible,

transitorio, permanente.

Su localización: dentro o fuera deuna máquina o un tablero eléctrico.

Su origen:• Por factores mecánicos• Debidos a sobretensiones

eléctricas de origen interno oatmosférico.

• Causados por la degradación del

aislamiento

D

i f e r e n t e s t i p o s d e c o r t o c

i r c u i t o s .






Consecuencias de los cortocircuitos

Según el lugarde la falla, unarco puede:

Degradar losaislantes.

Fundir losconductores

Provocar unincendio o

representar unpeligro.

Según el circuitoafectado, pueden

presentarse:

Sobre esfuerzoselectrodinámicos

.

Sobrecalentamiento

deteriorode los

aislantes.

Para los otroscircuitos eléctricosde la red afectada

Bajadas detensión duranteel tiempo de laeliminación de

la falla

Desconexiónde una parte de

la instalación

Inestabilidaddinámica y/o pérdidade sincronismo de

las máquinas.

Perturbaciones en los

circuitos de mando ycontrol.





Corrientes De Diseño De Una Subestación.Consecuencias de los cortocircuitos

La Figura presenta los dos casos extremos posibles de establecimiento deuna corriente de cortocircuito Icc , que, para facilitar la comprensión, serepresentan con una tensión alterna monofásica.





Corrientes De Diseño De Una Subestación.Cálculo de las Icc por el método de las impedancias.

Corto cir cu ito trifásic o.

Es el defecto que corresponde a la

unión de las tres fases. La intensidadde cortocircuito Icc3 es:

Donde:U = (tensión compuesta entre fases) laque corresponde a la tensión de vacío deltransformador.





C o r r i e n t e s D e

D i s e ñ o D e U n a

S u b e s t a c i ó n .

C á l c u l o d e l a s I c c

p o r e l m é t o d o d e l a s

i m p e d a n c i a s .

Diferentes corrientes de cortocircuito.






Cálculo de las Icc por el método de las impedancias.

Cor to circ uit o a tierra (monofásic o ob ifásic o):Provoca la intervención de la impedanciahomopolar, Salvo en presencia demáquinas rotativas.

El cálculo de esta intensidad puede sernecesario según el régimen de neutro(esquema de conexión a tierra) para laelección de los niveles de regulación de losdispositivos de protección homopolar (AT) odiferencial (BT).

Cor to circ uit o bifásic o aislado :

Corresponde a una falla entre dosfases, alimentado por una tensióncompuesta. La intensidad Icc2 quecirculará es inferior a la provocada poruna falla trifásica:

Corto circu i to monofásicoaislado:

Corresponde a una falla entre una fase yel neutro, alimentado por una tensiónsimple

La intensidad Icc1, que circulará en estecaso será:

En algunos casos concretos de defectomonofásico, la impedancia homopolar delgenerador es menor que Zcc,. En estecaso, la intensidad monofásica puedellegar ser mayor que la de un defectotrifásico.





DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Autor:



DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICACATEDRA: DISEÑO DE SUBESTACIONES.TEMA II: EQUIPO PRINCIPAL DE UNA SUBESTACIÓNELÉCTRICA

Autor:Marko Michinaux

consiste esencialmente en dos o más circuitos eléctricos en forma dedevanados entrelazados magnéticamente por un circuito magnético común.

Se aplica un voltaje alterno a uno de los devanados, produciendo por inducción

electromagnética una fuerza electromotriz en el otro devanado, así la energíapuedeser transferida desde el circuito primario al secundario.

Donde:n : Relación de TransformaciónN1: Numero de vueltas del secundario

N2: Numero de vueltas del primario






Los tipos de construcción fundamentalmente utilizados, se conocen como“núcleo”(izquierda) y “coraza” (derecha), tal y como se describe en la figura

El arreglo convencional de un transformador tipo núcleo consiste en

devanados circulares primario y secundario, orientados concéntricamentealrededor del pie del núcleo de la sección cruzada circular.

En el tipo coraza, el circuito magnético consiste en una sección cruzadarectangular

formado por una pila de laminaciones de ancho constante. Las bobinas se enrollan

directamente y los devanados primario y secundarioson intercalados como un emparedado.






Los arreglos de los núcleos de un transformador de potencia sedisponen de la siguiente manera






La construcción tipo núcleo es empleada típicamente para toda aplicación ensistema de potencias. La construcción acorazada, en cambio, se reserva paraaplicaciones especiales, generalmente donde se requieren elevadasintensidadesde corriente y bajas tensiones tales como los hornos de arco eléctrico oestaciones de prueba para corto-circuitos.






La función de los transformadores de una subestación es en esencia similara los de distribución, pero con diferencias significativas en aspectos como laconstrucción y operación. Las características que generalmente compartenambas categorías son en el uso de aceite para aislamiento y propósitos derefrigeración, cambios de TAP y coordinación de aislamiento. Lostransformadores de potencia de subestaciones son trifásicos de dos o másdevanados.






El núcleo, de un transformador de potencia de subestación, y especialmenteunidades polifásicas, son construidas con núcleos de tipo acorazado querodean los devanados. Con una polaridad usualmente orientada para polaridadaditiva, de acuerdo con normas EEI, Nema y entre otros estándares, encontraste con la polaridad sustractiva de los transformadores de distribución.

Los bushings, en el lado de bajo voltaje son confeccionados, generalmente,de porcelana y son similares a los bushings primarios de transformadores dedistribución, pero de mayor capacidad nominal de corriente. El lado de altovoltaje, al contrario, contempla una mayor capacidad de corriente nominal,dependiendo de la magnitud de voltaje, puede consistir en cilindro de

porcelana sólida que proporciona aislamiento para perfiles de tensión de hasta35kV, los cilindros de porcelana huevos con relleno de aceite soportan hasta69 kV; para 69kV en adelante, la porcelana hueca puede contener capas depapel aislante impregnado de aceite con hojas metálicas introducidas endiversos lugares entre las capas, formando una serie de condensadores cuyopropósito es uniformar el estrés electrostático dentro de los bushings. Otros

bushings contienen rellenos de un gas inerte denominado Hexafloruro de Azufre (SF6).






Para el manejo del aceite, se toman diversas precauciones para mantenerloal margen del aire y humedad. En algunas unidades, un gas inerte, tal y comoel nitrógeno, ocupa el espacio superior del aceite para el sellado del tanquedel transformador. Algunas unidades que se dejan en la intemperie, sonequipadas con un tanque en el lado superior del transformador , denominadoconservador, en el cual la expansión y contracción del aceite toma lugar. Algunas veces el tanque se expone a la atmosfera a través de un respiradero.Sin embargo, la condensación de la humedad y la formación de lodo tambiéntoman lugar en el tanque, por esta razón, se incorpora un sumidero alconservador por el cual se extrae la condensación el lodo.

Como medio de refrigeración, los transformadores de potencia parasubestaciones pueden ser equipados con aletas o radiadores para mejorar lahabilidad de los transformadores en disipar el calor generador por pérdidas.Tanto las aletas como los radiadores aumentan la superficie transfiriendo el calora la atmósfera. El radiador, adicionalmente, mejora la circulación natural delaceite por corrientes de convección dentro de la unidad. La capacidad derefrigeración puede aumentarse aun más mediante ventiladores soplando hacia

las aletas y disipadores, incrementando la tasa de calor transferido a laatmósfera.






La relación de transformación de estos transformadores de potencia,expresado en kVA, está estrechamente asociada con el tipo de refrigeraciónempleado; por ejemplo, una relación de transformación a alta tensión de10000 kVA/12000 kVA/1500 kVA-FA/FO, indica medios de refrigeración deaire forzado y circulación de aceite forzado. La relaciones de transformación

también incluyen niveles de ruido a máxima carga, expresado en decibelios auna distancia estándar de las unidades.






Normas y estándares útilesIEC 60076 Power transformersPart 1 – General ;Part 2 – Temperature rise;Part 3 – Insulation levels, dielectric tests and external clearances in air;

Part 4 – Guide to the lightning impulse and switching impulse testing ofpower transformers and reactors;Part 5 – Ability to withstand short circuit;Part 8 – Application guide for power transformers;Part 10 – Measurement of transformer and reactor sound levelsPart 11 – Dry type power transformers

IEC 60085 Electrical insulation – thermal evaluationIEC 60137 Bushings for alternating voltages above 100 VIEC 60156 Insulating liquids – determination ofthe breakdown voltage at power frequency – test method.IEC 60214 Tap changersPart 1 – Performance requirements and test methods;

Part 2 – Application guide






Normas y standards útilesIEC 60270 High voltage test techniques – partial dischargemethodsIEC 60289 ReactorsIEC 60296 Specification for unused mineral insulating oils for

transformers and switchgearIEC 60354 Loading guide for oil-immersed power transformersIEC 60599 Mineral oil-impregnated electrical equipment in service – guide to the interpretation of dissolved and free gases analysisIEC 60616 Terminal and tapping markings forpower transformers

IEC 60905 Loading guide to dry type power transformersCEE-TPL3 Ensayo de un TRANSFORMADOR TRIFASICO




CATEDRA: DISEÑO DE SUBESTACIONES.TEMA II: EQUIPO PRINCIPAL DE UNA SUBESTACIÓNELÉCTRICA

Marko Michinaux

Es un dispositivo electromecánico cuya función principal es la de conectar ydesconectar circuitos eléctricos bajo condiciones normales o de falla. Adicionalmente se debe considerar que los interruptores deben tener tambiénla capacidad de efectuar “recierres”.

Los interruptores en caso de apertura, deben garantizar el aislamientoeléctrico del circuito. Existen distintas formas de clasificar a los interruptores,una de ellas, es por medio de extinción, pudiendo ser: interruptores en aceite(que ya no se utilizan), interruptores neumáticos, interruptores en vacío einterruptores en hexafloruro de azufre (SF6). Como el interruptor de altatensión de gran volumen de aceite que se muestra a continuación





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También se clasifican los interruptores por su construcción; "Tanque muerto" o"Tanque vivo". De tanque muerto (derecha) significa que el tanque delinterruptor y todos sus accesorios se mantienen al potencial de tierra y que lafuente externa y conexiones a la carga se hacen por medio de boquillas

convencionales. De tanque vivo (izquierda) significa que las partes metálicasy de porcelana que contienen el mecanismo de interrupción se encuentranmontadas sobre columnas de porcelana aislante y están, por lo tanto, alpotencial de línea.





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Algunos Mecanismos de extinción de interruptores de potencia

SF6 Hexafluoruro de Azufre Cámara de extinción de vacío





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Neumático

1 contacto ajustado, 2 perno móvil,3 punta aislante, 4 ducto anular5 cubierta de cámara, 6 cámara inferior

7 compartimento de cámara inferior

De izquierda a derecha,(a) Interruptor en posición ON(b) Ruptura de corrientes de bajaintensidad.(c) Ruptura de corrientes de altaIntensidad.





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“Air Blast”





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Normas y estándares útiles (válidos también para seccionadores)

IEC 60059 IEC standard current ratingsIEC 60060 High-voltage test techniquesIEC 60296 Fluids for electrotechnical applications – Unused mineralinsulating oils for transformers and switchgear

IEC 60364-5-53 Electrical installations of buildings – Part 5-53:Selection and erection of electrical equipment – Isolation, switchingand controlIEC 60376 Specification of technical grade sulphur hexafluoride(SF6) for use in electrical equipmentIEC 60427 Synthetic testing of high- voltage alternating current circuit

breakersIEC 60466 AC insulation-enclosed switchgear and controlgear forrated voltages above 1 kV and up to and including 38 kVIEC 60470 High-voltage alternating current contactors and contactor-based motor-startersIEC 60480 Guide to the checking of sulphur Hexafluoride (SF6) taken

from electrical equipment

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Autor:




Marko Michinaux

Normas y estándares útiles (válidos también para seccionadores)

IEC 60694 Common clauses for high-voltage (supersedes switchgearand control gear IEC 1208) standardsIEC 60859 Cable connection for gas-insulated metal-enclosed

switchgear for rated voltages of 72.5 kV and aboveIEC 61958 High-voltage prefabricated switchgear and controlgearassemblies – Voltage presence indicating systemsIEC 62271-100 High-voltage switchgear and (supersede controlgear – High-voltage IEC56) alternating current circuit breakersIEC 62271-102 High-voltage switchgear and (supersedes current

controlgear – Alternating IEC129, IEC disconnectors and earthingswitchesIEC 62271-105 High-voltage switchgear and controlgear Alternatingcurrent switch-fuse combinations


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Marko Michinaux

Equipos empleados para maniobras sin carga en la subestación. A diferencia del interruptor de potencia, poseen una capacidad deinterrupción casi nula, por lo que se destruiría de inmediato con unafalla por arco eléctrico.

Sirven para conectar y desconectar diversas partes de una subestación,para efectuar maniobras de operación o bien de mantenimiento.Su aplicación típica es ubicarlas a ambos lados de un interruptorpara aislarlo, una vez que éste se abra. Su accionamiento puede sermanual o motorizado.


Autor:




Marko Michinaux

Clasificaciones de seccionadores.

seccionadores de columna giratoriacentral o de tres columnas por polo La cuchilla o contacto móvil está

fijada sobre una columna aislantecentral que es giratoria. Conesta disposición se tiene una

interrupción doble.

Seccionadores decuchillas deslizantes estructura muy similar a la de losseccionadores de cuchillas giratorias,poseen la ventaja de requerir menorespacio en sus maniobras. No obstante,estos seccionadores tienen una

capacidad dedesconexión inferior en un 70 %

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICAC S ÑO S S C O S

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Marko Michinaux

Clasificaciones de seccionadores.

Empleados en instalaciones de intemperiey con tensiones de servicio desde 33 kV a

220 kV. en este tipo de seccionador elcontacto móvil está fijado sobre unacolumna aislante central giratoria. Conesta disposición se tiene unainterrupción doble, por tanto cada puntode interrupción requiere una distancia en

aire igual a la mitad de la total.

Contempla una simplificación deinstalaciones de distribución enintemperie. Permite hacer conexionesentre líneas y S/Es a distintas alturas yCruzados entre sí. Se elimina el contac-tofijo de cada fase, la conexión a la Líneaes directa. La parte fija, llamada trapecio,está colgada de tal manera que alelevarse el contacto, éste se conecta conla mordaza fija cerrando el circuito.

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICACATEDRA DISEÑO DE SUBESTACIONES

Autor:M k Mi hi




Marko Michinaux

Dispositivo que protege equipos electrónicos contraposibles fallas eléctricas. Está conectado entre la redeléctrica (conectado a la alimentación de la empresaeléctrica) y los materiales que necesitan protección.

El UPS permite que los materiales recibanalimentación de una batería de emergencia durantevarios minutos en caso de que se produzcanproblemas eléctricos, en especial durante:

(a) Interferencias en la red eléctrica.(b) Cortes de electricidad.(c) Sobretensión.(d) Baja tensión.(e) Descargas de rayos, las cuales constituyen unafuente extrema de sobretensión.


Autor:M k Mi hi




Marko Michinaux

El UPS suprime los picos que sobrepasan ciertos niveles.Cuando se produce un corte de electricidad, la energía almacenada en labatería de emergencia mantiene la fuente de alimentación, suministrandoelectricidad a los equipos durante un período de tiempo reducido(generalmente de 5 a 10 minutos). Más allá de los minutos de autonomía que

brinda el UPS, este tiempo ganado permite también que el equipo se conecte aotras fuentes de energía.


Autor:M k Mi hi




Marko Michinaux

Normas y estándares útiles

IEC 62040-3 Uninterruptible power systems (UPS) – Part 3:Method of specifying the performance and test requirementsANSI/IEEE 450-2002 IEEE Recommended Practice for

Maintenance, Testing, and Replacement of Vented Lead-AcidBatteries for Stationary ApplicationsANSI/IEEE 1184-1994 IEEE Recommended Guide for Selectionand Sizing Batteries for Uninterruptible Power Supply, (UPS)ANSI/IEEE 1188-1996 IEEE Recommended Practice forMaintenance, Testing, and Replacement of Valve-Regulated

Lead-Acid (VRLA) Batteries for StationaryIEC 62040-1-2: 2004 Uninterruptible power systems (UPS) - Part1-2: General and safety requirements for UPS used in restrictedaccess locationsIEC 62040-2: 2005 Uninterruptible power systems (UPS) - Part 2:Electromagnetic compatibility (EMC) requirements


Autor:M k Mi hi




Marko Michinaux

La conexión de condensadores permite, de forma general, mediante lainyección de reactivo, incrementar los perfiles de tensión de las líneasasociadas a la subestación. Los bancos de condensadores se conectan dedos formas que dependerá de su aplicación: en serie(figura derecha) yparalelo o Shunt (figura izquierda).

Los primeros condensadores construidos eran de 10 kVAr, en laactualidad se construyen unidades capacitivas de hasta 600 kVAr,siendo las unidades más comerciales comprendidas en el rango entre200 y 300 kVAr.

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Marko Michinaux

El condensador paralelo o shunt al igual que el condensador serie se instalaen grupo conectados en combinaciones serie-paralelo para lograr el bancode la magnitud deseada. Su conexión a la red se realiza en paralelo talcomo se indica en la siguiente figura:

Al conectarse a la red, el banco de condensadores paralelo inyecta

reactivos permitiendo incrementar la tensión, permitiendo suincremento en pasos discretos. Igualmente tiene la capacidad demejorar el factor de potencia de la carga.

Con el fin de mantener la confiabilidad del Sistema y permitir laslabores de mantenimiento el banco de condensadores se conecta a

la red a través de un seccionador y un interruptor.






Marko Michinaux

Los condensadores en serie se instalan en grupos conectados encombinaciones serie-paralelo para lograr el banco de la magnitud deseada,como se muestra a continuación:

De esta manera la reactancia capacitiva contrarresta la inductanciareactiva de la línea reduciendo la impedancia equivalente entrelos dos extremos, originando una disminución de la caída de tensiónen la línea e incrementando la tensión en el extremo receptor. Ademásde incrementar los límites de transmisión de la línea asociada.






Marko Michinaux

Los bancos de condensadores serie tienen la ventaja de ser autoregulados,lo que permite el control de la tensión en el extremo receptor cuando la línease encuentra en vacío o con baja carga.

En la energización de líneas se originan frentes de onda a frecuenciassuperiores a 60 Hertz, que puede en algunos casos provocar que la

reactancia inductiva de la línea tienda a igualar la reactancia capacitiva delbanco de capacitores, originando problemas de resonanciatraduciéndose en elevadas sobretensiones en el extremo receptor .Este problema adquiere relevancia al instalarse en líneas de alta tensión(≥230 kV). No obstante, en equipos condensadores series de distribución osubtransmisión este efecto puede ser contrarrestado mediante un “gap” y

un interruptor “by pass”. Como se muestra a continuación:






Marko Michinaux


IEEE 18-2012 Standard for Shunt Power CapacitorsIEC / DIN EN 60831 and 60931 Power capacitors for power factorcorrection (PFC) up to 1000 V

IEC / DIN EN 60871 Power capacitors for power factor correction (PFC)above 1000 VIEEE Std 824-2004 IEEE standard for series capacitor banks in powersystems






Marko Michinaux

Su efecto en el Sistema es reducir tensiones, por lo tanto, su aplicación estadirigida hacia Sistemas de Transmisión donde el efecto capacitivo de la líneaes significativo. La conexión de los reactores se realiza ya sea en serie(derecha) o en paralelo (izquierda) dependiendo de la aplicación.

En la red de transmisión nacional a niveles de tensiones superiores a 400 kV,la implementación de equipos de compensación reactiva mediantereactores se hace indispensable, ya que la demanda de las cargasdisminuye a ciertas horas del día elevando la tensión a magnitudesconsiderables, violando el rango de tensión establecido que garantiza laoperación normal del Sistema de Potencia.






Marko Michinaux

Existen dos variantes para el reactor shunt que pudieran considerarse alconectarlo, una de estas variantes es conectarlo como reactor deS/E(inferior) y la segunda opción sería conectarlo como reactor delínea(superior).






Marko Michinaux

La filosofía de este esquema se basa en que la justificación para colocar elreactor paralelo es compensar los reactivos capacitivos inyectados por lalínea en la cual esta conectado. Por lo tanto, al salir la línea, no se justificaría dejar el reactor en servicio, debido a que reduciría las

tensiones de forma inadecuada.

Típicamente la conexión a la subestación se realiza cuando se tienen variaslíneas con efecto capacitivo importante llegando a esa S/E. Aunque en estasituación también es posible conectarle a cada línea un reactor de línea, sinembargo existe la posibilidad de optar por colocar un reactor de S/E.

La capacidad del reactor S/E es superior a la capacidad del reactor si secolocara en la línea, pero inferior a la sumatoria de las capacidades de losreactores que se colocaran en las líneas. De esta forma, en caso dedispararse una línea el reactor permanecería en servicio compensando losreactivos capacitivos de la línea que se mantuvo en servicio.






Marko Michinaux

Su efecto es incrementar la impedancia equivalente de la líneaocasionando un aumento de la caída de tensión en la misma, para lo cualse obtiene una tensión mas baja en el extremo receptor.

Esta característica origina que no sea ventajoso colocar un reactor serieen una línea de distribución donde el efecto capacitivo de la línea no es

apreciable, más bien su instalación en este tipo de líneas resulta perjudicial alincrementar la caída de tensión. La instalación de un reactor serie en unalínea de transmisión tiene la desventaja que la capacidad térmica delreactor serie debería ser por lo menos igual a la capacidad térmica de lalínea.

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICACATEDRA: DISEÑO DE SUBESTACIONES.





Marko Michinaux


IEC 60289 ReactorsIEC 62041 EMC requirements for power transformers, power supplies,reactors and similar products

IEC 60076-6 Transformers. Reactors part 6ANSI C37.109 Summary of the ‘Guide for the protection of shuntReactors’.






Marko Michinaux

El compensador estático es una composición de reactores ycondensadores conectados en paralelo a la red controlado portiristores, el tiristor es un dispositivo electrónico el cual tiene como cualidadconducir en un solo sentido cuando se le aplica una tensión DC en la puerta,permitiendo el paso de la corriente sólo durante su tiempo de conducción, deesta manera se varía la susceptancia del banco de reactores.

La función principal del compensador estático es mantener constante elvoltaje en sus terminales mediante la variación en la absorción o entrega dereactivos del compensador estático a la red. Asimismo, el hecho de que lavariación de reactivos sea controlada por la variación de la susceptancia delreactor de acuerdo a la conducción o no de los tiristores, le confiere unaalta velocidad de respuesta ante cambios del voltaje incrementando laestabilidad transitoria.






Marko Michinaux

El condensador estático ofrece lossiguientes aspectos:

(a) Presenta una alta velocidad derespuesta.

(b) Inyecta reactivos a la red de manerade mantener la tensión constante.(c) Durante la falla el compensador pierdeun poco de su eficiencia por lacaracterística del condensador decomportarse como impedancia constante,

siendo la inyección de reactivosdirectamente proporcional al cuadrado dela tensión.(d) En el período post-falla el compensadortiende a estabilizar la tensión.





TEMA II: EQUIPO PRINCIPAL DE UNA SUBESTACIÓNELÉCTRICA

Típicamente la aplicación de los compensadores estáticos está dirigidahacia su instalación en sistemas de transmisión donde su alta

velocidad de respuesta juega un papel importante en el incrementodel límite de transmisión por estabilidad transitoria. En segundainstancia, sería de gran importancia en el control de tensiones por su

capacidad de mantener constante la tensión de la subestación ayudandoa mantener el perfil de tensión de la red.

En sistemas de subtransmisión o distribución el compensador estático espoco usado, generalmente el costo de la inversión lo coloca en desventajacon otras alternativas menos costosas como los bancos de condensadores

paralelos conectados por etapas.







1303-2011 - IEEE Guide for Static Var Compensator Field Tests1031-2011 IEEE Guide for the Functional Specification of TransmissionStatic Var Compensators

IEC 61954 ed2.0 Static var compensators (SVC) - Testing of thyristor valve






Los generadores de respaldo son requeridos para proporcionar potencia ensituaciones de falla que cause un apagón en la red de transmisión regional,generalmente son implementados en subestaciones asociadas a cargascríticas tales como hospitales o centros de procesamientos de datos,telecomunicaciones etc.

Los generadores Diesel son ampliamente utilizados en la industriaeléctrica como respaldo, en esencia, este generador consiste en lacombinación de dos dispositivos separados que operan juntos para producirenergía. Un motor a diesel quema combustible para producir energíamecánica para el generador, el cual convierte el movimiento en electricidad

utilizando electromagnéticos.

Los dos componentes (el motor y el generador electromagnético) estánconectados por un cigüeñal, facilitando la transferencia de movimientoproducida por el motor a los magnetos del generador.






Cuando el motor diesel gira el cigüeñal que lo conecta al generador, el ejecentral del generador es hilado por una cámara que contieneelectromagnetos. Este movimiento de alta velocidad produce una corrienteeléctrica, la cual está disponible posteriormente para el uso de cualquierequipo que esté conectado al generador diesel

La capacidad de estos generadores Diesel varían desde los 8 a 200 kVA, la

selección de su capacidad contempla las características de la carga eléctrica (kW,kVA, reactivos y contenido armónico incluyendo corrientes iniciales (motores) ycargas no lineales) que deben alimentar en circunstancias que ameriten su puestade operación, además de la condiciones ambientales. La mayoría de losfabricantes de grandes generadores diesel ofrecen software que desempeñancálculos para la selección idónea de la capacidad del generador por simplemente

introduciendo condiciones del entorno y características de carga.







IEC 34-1 EN 60034-1 4999-101 Ratings and performanceIEC 34-2A 4999-102 Losses and efficiencyIEC 34-4 EN 60034-4 4999-104 Synchronous machine quantitiesIEC 34-6 EN 60034-6 4999-106 Methods of coolingIEC 34-8 HD 53.8 4999-108 Terminal markings4999-140 Voltage regulation, parallel operationISO 2373 4999-142 VibrationIEC 529 EN 60529 5490 Degrees of protectionISO 8528-3 7698-3 Generators for generating setsISO 8528-8 7698-8 Low power generating setsIEC 335-1 EN 60335-1 3456-1 Safety of electrical appliancesEN 60742 3535-1 Isolating transformers, Motors and generators Cylindrical-rotor synchronous generators GT-driven cyl-rotor synch generatorsANSI/ANS-59.51-1997;R2007 Fuel Oil Systems for Safety-RelatedEmergency Diesel Generators

ANSI/ANS-59.52-1998;R2007 Lubricating Oil Systems for Safety-RelatedEmergency Diesel Generators.







Ó





Por el uso que tienen se pueden clasificar en:

A) Transformadores de medida.- Como se indica, estos son utilizados paraconectar en estos aparatos para realizar medidas a un circuito con corrienteselevadas. Se caracterizan por su precisión y por sobre saturarse conintensidades moderadas. De esta los instrumentos de medida ven atenuado

el efecto que altas intensidades pueden tener sobre ellos.

B) Transformadores de protección.- Son utilizados para conectar en éstosinstrumentos que garanticen la protección del circuito, generalmente seconectan los relés de protección.


Ó





La interacción de los flujos genera una inducción magnética que genera lafuerza electromotriz E2 que hace circular una corriente I2 por la espira,

que es la corriente medida. Los instrumentos que se conectan al

transformador de corriente tienen impedancias muy pequeñas(amperímetros, vatímetros, etc.) y prácticamente el secundario opera encorto circuito.

Nunca se debe dejar abierto el lado secundario del transformador decorriente, ya que se inducen en sus terminales tensiones elevadas y

recalentamiento en el TC.


Ó





Las intensidades en el secundario están ya normalizadas, existen TC de 5 yde 1A. En los catálogos de TC los fabricantes nos ofrecen los siguientesdatos en clases de precisión normalizados:

La potencia de la carga que es la potencia que consumen todos los

elementos conectados al secundario del TC. Para comprar un TC antesdebemos de saber cuanto va a ser la carga que este va a soportar y luegobuscar en los catálogos.

El peso del TC también es un aspecto a considerar.

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICACATEDRA: DISEÑO DE SUBESTACIONES.TEMA II EQUIPO PRINCIPAL DE UNA SUBESTACIÓN





La clase del TC. Indica el tanto por ciento del máximo error que se origina enla medición. A continuación se muestra una tabla con las clases existentespara IEC.







IEC 60044 Instrument transformersIEC 61869 Additional requirements for current and voltage transformersIEC/TR 61869-103 Ed. 1.0 The use of instrument transformers for powerquality measurementIEEE C37.110-1996 Guide for the Application of Current Transformers Usedfor Protective Relaying PurposesIEEE C57.13-1993-2008 Requirements for Instrument TransformersIEEE C57.13.2-1991 - IEEE Standard Conformance Test Procedures for

Instrument TransformersC57.13.6-2005 - IEEE Standard for High Accuracy Instrument TransformersPC57.13.3 - Guide for Grounding of Instrument Transformer SecondaryCircuits and Cases3004.1-2013 - IEEE Recommended Practice for the Application ofInstrument Transformers in Industrial and Commercial Power Systems.






Los transformadores deben de estar protegidos con fusibles para evitar quelos corto circuitos dañen a los instrumentos.

La norma IEC especifica que la clase o precisión debe mantenerse cuando latensión que se aplica en el arrollamiento primario se encuentre comprendidoen un rango que va del 80% al 120% de la tensión primaria nominal,además debe mantenerse dicha precisión cuando la carga conectada alsecundario del transformador este comprendida entre el 25% y el 100% de la carga nominal y con un factor de potencia de 0.8 inductivo.

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICACATEDRA: DISEÑO DE SUBESTACIONES.TEMA II: EQUIPO PRINCIPAL DE UNA SUBESTACIÓN





CLASE DEPREDICCIÓN

LÍMITES DETENSIÓN

ERROR DETENSIÓN (%)

ÁNGULO DE ERROR(MINUTOS)

APLICACIÓN

0,1 0,8 – 1,2 Vn

±0,1

± 5

Laboratorio

0,2 0,8 – 1,2 Vn ±0,2 ± 10 Patrones portátiles,contadores precisión

0,3 0,8 – 1,2 Vn ±0,3 ± 20

Contadoresnormales, aparatos

medida

1 0,8 – 1,2 Vn

±1

± 40Aparatos de

cuadro

3 1 Vn ±3 - Donde no se requiereprecisión

Clases de precisión para transformadores de tensión







IEC 60186:1987 Voltage TansformersIEC 60044 Instrument transformersIEC 61869 Additional requirements for current and voltage transformers

IEEE C57.13-1993-2008 Requirements for Instrument TransformersIEEE C12.11-1987 - American National Standard for Instrument Transformersfor Revenue Metering, 10 kV BIL Through 350 kV BIL (0.6 kV NSV through 69kV NSV)IEEE C57.13.2-1991 - IEEE Standard Conformance Test Procedures forInstrument TransformersIEEE C57.13.6-2005 - IEEE Standard for High Accuracy InstrumentTransformersIEEE PC57.13.3 - Guide for Grounding of Instrument Transformer Secondary Circuits and CasesIEEE 3004.1-2013 - Recommended Practice for the Application of InstrumentTransformers in Industrial and Commercial Power Systems






Un fusible consiste en 2 partes fundamentales: la parte remplazable quecorresponde al fusible y la parte de apoyo que corresponde al soportedel fusible. Tal y como se describe en la siguiente figura:

La forma más simple de un fusible consiste tan sólo en un filamento oalambre. Cuando fluyen sobrecorrientes o de cortocircuitos, el filamentoempieza a derretirse y se forman arcos eléctricos en varias posiciones a lolargo de éste. El arco eléctrico causa la decaída de la corriente y una vez que

se reduce a cero, el arco es extinguido.






Mientras más largo sea la sección cruzada del cable, mayor capacidad tendrá elfusible para manejar corrientes.

El diseño más común de fusible es el tipo “tabaco” o ”cartucho”. Esteconsiste en un cilindro de cerámica que contiene uno o más elementos loscuales son conectados a cada terminal del tabaco. Si se requiere una grancapacidad de ruptura de corriente, el tabaco o cartucho es llenado con arena dealta pureza química y con tamaño de granos determinado. El fusible essustituido una vez que haya operado y despeje la falla.

Los fusibles de cartucho o tabaco son utilizados por un rango más amplio devoltajes y corrientes que otros diseños.

Los fusibles pueden ser divididos en dos categorías; limitadores de corriente y no limitadores de corriente.






Un tabaco con relleno de arena es de tipo limitador de corriente (izquierda);

cuando opera, este limita la corriente pico llevándolo a un valorsignificativamente inferior que el valor anticipado de la corriente.

Un fusible no limitador de corriente (derecha), tal y como lo es un fusible semicerrado, no limita la corriente significativamente.






El derretimiento ocurre primero en las secciones cuando una sobrecorrientefluye y este resulta en un número de arcos controlados en serie, latensión de cada arco contribuye al voltaje total en el fusible, y este voltajetotal resulta en el decaimiento de la corriente a cero. Debido a que el númerode arcos es limitado, la tensión del fusible no debe ser tan elevado como paracausar daños en el circuito.

La función de la arena consiste en absorber energía de los arcos eléctricos ypara contribuir en el enfriamiento; cuando se despeja la falla, la arenaalrededor de los arcos se derrite.






Los fusibles ofrecen una larga vida útil sin sufrir un deterioro en suscaracterísticas o rendimiento, y los fusibles tipo cartucho o tabaco poseen laventaja particular que ellos contienen completamente el arco.

Los fusibles son confeccionados de muchas formas y tamaños, y varios tipos

son mencionados a continuación:(a) Miniatura (de hasta 250 V) (izquierda)(b) Baja tensión (1000V AC en adelante o 1500 V dc) (centro)(c) Alta tensión (superior a 1000 V AC) (derecha)







IEC 60549, 60871, 60143 Capacitor Protection of shunt protection andseries powerIEC 60282 High-voltage fusesIEC 60282-1 60282-1 EN60282-1 current-limiting fuses

IEC 60282-2 2692-2 expulsion and similar fusesIEC 60549 High-voltage fuses for the protection of shunt capacitorsIEC 60269-1 – BS88 Low voltage fuses below 1000 VACIEC 60269-3, BS1361 Protection of consumer units Domestic typesIEC 60127 Miniature fuses. Breaking capacity below 2 kAIEEE C37.48.1-2011 Guide for the Application, Operation, and

Coordination of High-Voltage (>1000 V) Current-Limiting FusesIEEE C37.46-2010 Standard Specifications for High-Voltage (>1000 V)Expulsion and Current-Limiting Power Class Fuses and FuseDisconnecting SwitchesIEEE C37.48-2005 Guide for the Application, Operation, and Maintenanceof High-Voltage Fuses, Distribution Enclosed Single-Pole Air Switches,

Fuse Disconnecting Switches, and Accessories






Los sistemas que incorporan relés de protección pueden desconectarelevadas corrientes a alto voltaje muy superiores a los que puedeinterrumpir un sistema que incorpore fusibles.

En general, los relés operan en el evento de una falla cerrando unconjunto de contactos o disparando un tiristor . Esto se traduce en elcierre de un circuito de disparo de la bobina en el circuito interruptor quedesconecta entonces el falla. La presencia de la falla es detectada por lostransformadores de corriente, de tensión o tiras bimetálicas.

Actualmente, los relés electromecánicos (derecha) y de estado sólido

(izquierda) son ampliamente utilizados.






El relé de estado sólido está sustituyendo a los electromecánicos debido aque no existe la posibilidad de que se presente rebote, elevada vida útil,velocidad de interrupción y funciones adicionales que pueden serincorporados en el relé. Estas funciones adicionales, por ejemplo, incluyenmedidas de condiciones de circuito y transmisión de la data a un centro decontrol (SCADA) por un relé microprocesador.

Además, los relés de estado sólido pueden desempeñar cualquiera delas funciones de un relé electromecánico mientras que ocupa menosespacio, aunque los electromecánicos son más robustos anteinterferencias y transitorios, además de ser más baratos y ofrecenaislamiento completo.

No obstante, los contactos de los relés electromecánicos pueden cerrardespués de años de inactividad y un conjunto gemelo de contactospueden ser utilizados para mejorar confiabilidad.






El material de contacto debe ser seleccionado para soportar los efectoscorrosivos del entorno local porque una película de corrosión puede prevenirel contacto efectivo hecho. Tanto como la corrosión y la contaminación delpolvo pueden ser evitados por un confinamiento completo y sellado del relé.

Los contactos deben resistir arcos eléctricos durante un rebote en el cierre yapertura, pero es usualmente menos importante que la resistencia a lacorrosión. Debido a la necesidad de alta confiabilidad, los contactos sonfabricados de plateado con oro, platino, rodio, paladio, plata o diversasaleaciones de estos metales.

Los relés de estado sólido no están afectados directamente por corrosión opolvo, pero la temperatura y la humedad pueden afectarles si lascondiciones son lo suficientemente severas. Los relés electromecánicosoperan por inducción, atracción o térmicamente, donde una tira bimetálica esempleada para detectar sobre corrientes.





QELÉCTRICA

Otros tipos de relés de protección

Relé de inducciónEste ajuste permite coordinación de

protección ajustando el tiempo.Poseen diversas IDMT (tiempomínimo inverso definido)características de tiempo-corriente enel cual el tiempo varía inversamentecon la corriente a corrientes de falla

más bajos.

Relé de inducido atraídoEl tiempo de operación es

instantáneo, y depende de lamagnitud de la corriente fluyendo enel devanado. Poseen un amplio rangode ajustes de corriente que sonajustados a través del cambio de Tapo variando el entrehierro entre el

electromagneto y el inducido.





ELÉCTRICA


IEC 60255 Electrical relaysIEC 61810-1 all-or-nothing electrical relaysIEC 60255-3 single input energizing quantity measuring relays withdependent or independent time

IEC 61810-7 test and measurement procedures for all-or-nothing relaysIEC 61811-1 electromechanical non-specified time all-or-nothing relays ofassessed quality. Generic specificationIEC 60255-12 directional relays and power relays with two input energizingquantitiesIEC 60255-13 biased (percentage) differential relays

IEC 60255-14 endurance test for electrical relay contacts – preferred valuesfor contact loadsANSI/IEEE C37.97 Guide for protective relay applications to power systembusesANSI/EIA 443 Solid State RelaysANSI/EIA 407-A Testing procedures for relays and electrical and electronic

equipment





ELÉCTRICA

Dispositivo empleado tanto en telecomunicaciones como en sistemas de

potencia, cuya función consiste en proteger el aislamiento y los conductores delefecto nocivo de una descarga atmosférica.

Los pararrayos típicos poseen un terminal de alto voltaje y un terminal atierra. Cuando una descarga viaja a través de la línea de transmisión alpararrayo, la corriente es desviada a tierra.

Las instalaciones consisten en un mástil metálico (aceroinoxidable, aluminio, cobre o acero) con un cabezal captador. El cabezal estáunido a una toma de tierra eléctrica por medio un cable de cobre conductor.

La toma de tierra se construye mediante picas de metal que hacen lasfunciones de electrodos en referencia al terreno o mediante placas de metalconductoras también enterradas.

Casi todos los equipos incluyen tecnologías electrónicas sensibles a lasperturbaciones electromagnéticas y variaciones bruscas de la corriente.Las instalaciones de pararrayos generan pulsos electromagnéticos de gran

otencia cuando funcionan.





ELÉCTRICA

Un pararrayos protege una zona teórica de forma cónica con el vértice en elcabezal; el radio de la zona de protección depende del ángulo de aperturade cono, y éste a su vez depende de cada tipo de protección. Lasinstalaciones de pararrayos se regulan en cada país por guías derecomendación o normas.

Para aplicaciones a alta tensión, los pararrayos consiste en una serie desupresores conectados como un todo. Se pueden clasificar de la siguientemanera: tipo subestación de 3 a 678 kV, tipo intermedio de 3 a 120 kV, detipo distribución de 3 a 37 kV y a baja tensión de 175 a 650 V.





ELÉCTRICA

Partes de un pararrayos típico





ELÉCTRICA


IEC 60099 Surge ArrestersIEC 61000 Lightning Surge Test StandardsIEEE C62.11-2012 Standard for Metal-Oxide Surge Arresters for AC Power

Circuits (>1 kV)IEEE C62.22-2009 Guide for the Application of Metal-Oxide Surge Arrestersfor Alternating-Current SystemsIEEE 1299-1996 Guide for the Connection of Surge Arresters to ProtectInsulated, Shielded Electric Power Cable SystemsIEEE C62.2-1987 Guide for the Application of Gapped Silicon-Carbide Surge

Arresters for Alternating Current Systems


É




ELÉCTRICA

Las instalaciones eléctricas dentro de una subestación eléctrica, debendisponer de un sistema de puesta a tierra (SPT), de tal forma que cualquierpunto del interior o exterior, normalmente accesible a personas que puedantransitar o permanecer allí, no estén sometidos a tensiones de paso, decontacto o transferidas, que superen los umbrales de tolerancia cuando sepresente una falla.


É




ELÉCTRICA

Los objetivos de un sistema de puesta a tierra (SPT) son: La seguridad de laspersonas, la protección de las instalaciones y la compatibilidadelectromagnética.

Las funciones de un sistema de puesta a tierra son:

(a) Garantizar condiciones de seguridad a los seres vivos.(b) Permitir a los equipos de protección despejar rápidamente las fallas.(c) Servir de referencia al sistema eléctrico.(d) Conducir y disipar con suficiente capacidad las corrientes de falla,electrostática y de rayo.(e)Transmitir señales de RF en onda media y larga.

(f) Realizar una conexión de baja resistencia con la tierra y con puntos dereferencia de los equipos.

Se debe tener presente que el criterio fundamental para garantizar la seguridadde los seres humanos, es la máxima energía eléctrica que pueden soportar,debida a las tensiones de paso, de contacto o transferidas y no el valor de

resistencia de puesta a tierra tomado aisladamente.


É




ELÉCTRICA

La máxima tensión de contacto aplicada al ser humano (o a una resistenciaequivalente de 1000 Ω), está dada en función del tiempo de despeje de la fallaa tierra, de la resistividad del suelo y de la corriente de falla.

Todo diseño de puesta a tierra debe asegurar el limitar las elevaciones depotenciales en el momento de la falla, en la zona de influencia. Si se logra

despejar la falla en muy corto tiempo, se reducen las probabilidades delesiones o daños. Para efectos del diseño de una puesta a tierra desubestaciones se deben calcular las tensiones máximas admisibles de paso,de contacto y transferidas, las cuales deben tomar como base una resistenciadel cuerpo de 1000 Ω y cada pie como una placa de 200 cm2 aplicando unafuerza de 250 N.

En instalaciones de uso final con subestación tipo poste el diseño de lapuesta a tierra puede simplificarse, pero deben tenerse en cuenta losparámetros de resistividad del terreno, corrientes de falla que se puedanpresentar y los tipos de cargas a instalar. En todo caso se deben controlarlas tensiones de paso y contacto.


ÉC C




ELÉCTRICA


IEEE Standard 80-2000 Guide for Safety in AC Substation GroundingBS 7430: 1998 Code of Practice for EarthingIEEE Std 837-1989 IEEE Standard for Qualifying Permanent ConnectionsUsed in Substation GroundingANSI/IEEE Std 81-1983 IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity, GroundImpedance, and Earth Surface Potentials of a Ground SystemIEC 364-4-442 – 1993 Chapter 44: Protection against overvoltages – Section 442: Protection of low-voltage installations against faults betweenhigh-voltage systems and earth

IEEE 142-2007 Recommended Practice for Grounding of Industrialand Commercial Power SystemsIEEE P80 Draft Guide for Safety in AC Substation GroundingIEEE 80-2000 Guide for Safety in AC Substation Grounding



DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICACATEDRA: DISEÑO DE SUBESTACIONES.TEMA III: TRANSFORMADORES DE POTENCIA

Autor:YASENIA PÁEZ



El transformador de potencia : Tiene por función modificar el nivel de

tensión de la energía a lo largo de las diferentes zonas del sistemaeléctrico manteniendo constante la frecuencia. Reciben variedad denombres, dependiendo de su utilización en los sistemas de potencia.


Autor: AYASENIA PÁEZ



Los TransformadoresTrifásicos deben

conectarsecorrectamente a laslíneas para que

trabajen de modoadecuado.

Estos poseen

diversas maneras deconexiones, donde acada conexión lecorresponde un

Grupo deConexiones.

Estas formas deconexión pueden ser

en estrella (Y), endelta (Δ), conexión

delta abierta (V-v) oconexión en zigzag(Z).

Las conexiones másusuales son en delta y

estrella.


Autor:YASENIA PÁEZ



Conexión estrella –

estrella(Y-y)

Esta conexión es poco usada debido a lasdificultades que presenta:

-Si las cargas en el circuito del transformador

no están equilibradas, entonces los voltajes enlas fases del transformador pueden llegar adesequilibrarse en forma muy severa.

-Los voltajes de tercer armónica pueden sergrandes. Estos problemas con la tercera

armónica se deben a la no linealidad delcircuito magnético del hierro.


Autor:YASENIA PÁEZ



CONEXIÓN ESTRELLA -DELTA (Y-Δ)

Esta conexión no presenta problemas conlos componentes de tercer armónica puestoque se consumen en una corriente circulanteen el lado conectado en delta o triángulo.

Esta conexión también es más estable con

respecto alas cargas desequilibradas.

Sin embargo presenta como problema quedebido a la conexión el voltaje secundario sedesplaza 30 grados con respecto al voltaje

del primario del transformador.


Autor:YASENIA PÁEZ



CONEXIÓN DELTA – ESTRELLA(Δ-y)

En esta conexión, las tres fasesdel bobinado primario estánconectadas en triángulo,mientras que las del bobinadosecundario lo están en estrella.

Aquí el voltaje de línea primarioes igual al voltaje de faseprimario,VL1 =VF1, mientras que los

voltajes secundar ios VL2 = √3

VF2.


Autor:YASENIA PÁEZ



CONEXIÓN DELTA – DELTA (Δ-Δ).

Se utiliza esta conexióncuando se desean mínimasinterferencias en el sistema. Además, si se tiene cargasdesequilibradas, se compensadicho desequilibrio, ya que las

corrientes de la carga sedistribuyen uniformementeen cada uno de los devanados.En esta conexión tanto elbobinado primario y secundarioestán conectados en triángulo,

resultando las tensiones delínea y de fase iguales,resultando la relación detransformación:m = VL1 / VL2 = VF1 / VF2


Autor:YASENIA PÁEZ



GRUPO DE

CONEXIONESA cada grupo le correspondesu conexión y un número elcual al multiplicarlo por 30ºque es el desfase normal

entre primario y secundario,

obtenemos el desfase delgrupo (secundario respectoal primario).

DICHOS GRUPOS SON LOS SIGUIENTES:

Grupo A: En este grupo tenemos lasconexiones Dd0, Yy0 y Dz0.- Para

comprobar si el transformador pertenece aeste grupo se realiza la siguiente prueba:

Grupo B: En este grupo tenemos lasconexiones Dd6, Yy6, y Dz6.

Grupo C: En este grupo tenemos lasconexiones Dy5, Yd5 y Yz5.

Grupo D: En este grupo tenemos lasconexiones Dy11, Yd11 y Yz11


Autor:YASENIA PÁEZ



GRUPO DE CONEXIONES


Autor:YASENIA PÁEZ



PRUEBAS DE RUTINA

Son realizadas a todas las unidades y sirven para validar los valores obtenidos enel diseño de los transformadores y para verificar que se cumplen con los valores delos distintos parámetros especificados.

Están basadas en normas Internacionales ( ANSI, IEEE, IEC, entre otras) y en laexperiencia del personal que por años ha mantenido el sistema eléctrico.

Tienen como finalidad verificar las condiciones en las que se encuentran los

equipos, para de esta manera poder garantizar la confiabilidad y continuidad delservicio eléctrico.


Autor:YASENIA PÁEZ



PRUEBAS DE RUTINA

Medida de la Resistencia (R) de Aislamiento:

Esta prueba es la comúnmente denominada prueba de Meggado, esta solicitadapor las Normas IEEE C57.12, IEC60076-1 e IEEE 62-1995 para transformadores.


Autor:YASENIA PÁEZ



PRUEBAS DE RUTINA



Autor:YASENIA PÁEZ



PRUEBAS DE RUTINA

Prueba de Polaridad:

Solicitada por la IEEE Std 57.13.1-2006 mediante esta prueba se verificaque todas las conexiones internas del transformador estén correctas y que

las relaciones de fase entre los arrollados son correctas.

Además de ello también permite detectar la correcta polaridad deltransformador entre el lado primario y secundario.


Autor:YASENIA PÁEZ



PRUEBAS DE RUTINA

Prueba de relación de transformación (TTR) :

Mediante esta prueba se verifica que el transformador tiene el númerocorrecto de vueltas en cada arrollado.

La prueba determina las condiciones del transformador después de laoperación de protecciones primarias tales como: relé diferencial, relé

buchholz, fusibles de potencia, entre otros.

Existen Equipos de Medición de Relación de TransformaciónMonofásicos y Trifásicos, los equipos Trifásicos de Nueva Generación, tipoTTR series 300, tienen todos los esquemas de conexión según las normas ANSI, IEC y Australiana.

TTR 300 marcaMegger


Autor:YASENIA PÁEZ



PRUEBAS DE RUTINA

Prueba de Corriente de excitación

Dicha prueba está solicitada por la IEEE Std C57.12.90, IEEE Std 62- 1995,la corriente de excitación es aquella requerida por el transformador paramantener el flujo magnético en el núcleo.

Circula por el devanado para excitar al transformador. Se obtiene aplicando tensión al primario manteniendo el secundario abierto.

Provee un medio para detectar problemas en el núcleo, vueltascortocircuitadas en el devanado, conexiones eléctricas débiles, movimientos

graves en el núcleo, entre otros

Equipo de medición corriente deexcitación


Autor:YASENIA PÁEZ



PRUEBAS DE RUTINA

Prueba del factor de potencia del aislamiento:

Esta prueba sirve para verificar que el sistema de aislamiento utilizado en eltransformador no contiene excesiva humedad y determinar la calidad del mismo

Es de gran utilidad para dar una idea rápida y confiable de las condicionesdel aislamiento total del transformador bajo prueba y medir las perdidasexistentes. Esta solicitada por la IEEE C57.12.90-2006, IEEE Std 62 –1995 y la

IEC 60076-2004.

La prueba se efectúa con el medidor de resistencia de aislamiento, serecomienda utilizar un nivel de tensión similar al valor de tensión nominal delequipo. El resultado no puede ser considerado como concluyente por sí mismo,siempre debe compararse con resultados anteriores con valores referidos al

nivel de tensión de ruebas anteriores a 20 rados centí rados

Analizador IDAX300


Autor:YASENIA PÁEZ



PRUEBAS DE RUTINA

Prueba de la rigidez dieléctrica del aceite:

Esta prueba es aplicada al aceite es una de las más frecuentes, revelacualitativamente la resistencia momentánea de la muestra del aceite al paso dela corriente, suciedad y sólidos conductores en suspensión.

Se efectúa con un equipo llamado probador de aceite que consiste de untransformador de potencial elevado, un regulador de tensión, un voltímetroindicador, un interruptor y una copa estándar patrón para la prueba.

Para esta prueba se coloca una muestra de aceite en una vasija que poseados electrodos tipo hongo de 36 mm de diámetro y separados entre sí a una

distancia indicada en la Norma ASTM D1816.


Autor:YASENIA PÁEZ



PRUEBAS DE RUTINA

Prueba de Inspección Termográfica:

La termografía por infrarrojos es una técnica que permite ver la temperaturade una superficie con precisión sin tener ningún contacto con ésta, es aplicableal mantenimiento de equipos eléctricos, mecánicos y de aislamientos térmicos.

El uso de la termografía Infrarroja permite la reducción de los tiempos deparada al disminuir la probabilidad de averías imprevistas, además permite

identificar de forma rápida y segura los puntos calientes asociados a anomalías.

La radiación infrarroja es la señal de entrada que la cámara termográficanecesita para generar una imagen de un espectro de colores, en el que cadauno de los colores, según una escala, significa una temperatura distinta, demanera que la temperatura medida más elevada aparece en un color

es ecífico.


Autor:YASENIA PÁEZ



Los transformadores deberán cumplir con lo establecido en las ediciones másrecientes de las normas y publicaciones siguientes:

CODELECTRA E57-01 “Transformadores de Potencia”

IEEE C57.12.00 “General Requirements for Liquid-Immersed distribution, Power andRegulating Transformers”.

IEEE C57.12.70 “Terminal Markings and Connections for Distribution and Power

Transformers”.

IEEE PC57.12.80 “Terminology for Power and Distribution Transformers”.

ANSI C57.12.90 “Test Code for Liquid-Immersed Distribution Power and RegulatingTransformers”.

NORMAS


Autor:YASENIA PÁEZ



NORMAS

IEEE C57.13 “Requirements for Instrument Transformers”.

IEEE C57.98 “Guide for Transformer Impulse Tests”.

IEEE C57.113 “Guide for Partial Discharge Measurement in Liquid-Filled PowerTransformers and Shunt-Reactors”.

ASTM D3487 “Specification for Mineral Insulating Oil Used in Electrical Apparatus”.

IEEE C57.19.00 “General Requirements and Test Procedures for Outdoor Power Apparatus Bushings”.

IEEE C57.19.01 “Performance Characteristics and Dimensions for Outdoor Apparatus Bushings”.

NEMA TR1 “Transformers, Regulators, and Reactors”.


Autor:YASENIA PÁEZ



NORMAS

IEC 60076 “Power Transformers”

IEC 60137 “Bushings for Alternating Voltages Above 1000V”.

IEC 60076-3 “Power Transformers- Part 3: Insulation Levels and DielectricTests”.

IEC 60599 “Interpretation of the Analysis of Gases in Transformers and OtherOil-filled Electrical Equipment in Service”.

Norma DIN 42553/69 “Aspectos de Construcción”

IEC 137 “Especificaciones Eléctricas”



DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICACATEDRA: DISEÑO DE SUBESTACIONES.TEMA IV: INTERRUPTORES DE POTENCIA

Autor:Felipe Machado



Es un dispositivoelectromecánico cuya función

principal es la de conectar ydesconectar circuitoseléctricos tanto en condicionesde operación normal (máximacarga o en vacío) como encondición de cortocircuito.

INTERRUPTOR DE POTENCIA





REQUERIMIENTOS GENERALES DEL INTERRUPTOR DE POTENCIA

Cerrado, debe ser un conductorideal

Abierto, debe ser un aisladorideal.

Cerrado, debe ser capaz de interrumpir lacorriente a que fue diseñado, rápidamente yen cualquier instante, sin producir sobre

voltajes peligrosos.

Abierto, debe ser capaz de cerrar rápidamente y encualquier instante, bajo corrientes de falla, sinsoldarse los contactos por las altas temperaturas.





ARCO ELÉCTRICO

Cuando un interruptor abre un circuito con carga o por despejar una falla esinevitable la presencia del arco eléctrico, la que sin duda es una condicióndesfavorable en la operación de interruptores. Durante la presencia del arcose mantiene la circulación de corriente en el circuito de potencia. Lageneración del arco se debe a la ionización del medio entre los contactos,haciéndolo conductor, lo que facilita la circulación de corriente.





Aumento de temperatura, originando una emisióntermo-iónica de electrones.

Presencia de un alto gradiente de tensión,responsable de la emisión de electrones por efectode campo.

CAUSAS

DEARCO

ELÉCTRICOENUN

INTERRUPTOR

LAS

CARACTERÍSTICASDEL ARCOELÉCTRICO

DEPENDEN DE:

La naturaleza y presión del medio ambiente donde se induce.

La presencia de agentes ionizantes o des-ionizantes.

La tensión entre los contactos y su variación en el tiempo.

La forma, separación y estructura química de los contactos.

La forma y composición de la cámara apaga chispa.

Sistema de extinción del arco.





PRINCIPIO DE OPERACIÓN

La interrupción de un circuito eléctrico comprende de dos pasos. El primeroconsiste en intercalar un entrehierro con un conductor gaseoso a la trayectoriametálica original.

El segundo consiste en eliminar la habilidad de conducción de la corriente en estasección gaseosa. El principio fundamental de este proceso, es la rápidaconversión de una sección conductora predeterminada del circuito en una secciónque no permita el flujo de la corriente.

Contacto

Contacto

Contacto

Contacto

ArcoEléctrico

Entrehierro

Contacto

Contacto

ArcoEléctricoEliminado

Entrehierro

1 2





PROCESO DE APERTURA





PROCESO DE CIERRE





SEGÚN SE MEDIO DEEXTINCIÓN DE ARCO

Interruptores en airecomprimido.

Interruptores en

aceite. interruptores en

vacío. Interruptores en SF6

SEGÚN EL TIPO DEMECANISMO

Mecanismo de resorte. Mecanismo hidráulico. Mecanismo

neumático. Combinación entre

ellos.

SEGÚN LA UBICACIÓN

DE LAS CÁMARAS

Tanque vivo. Tanque muero.





INTERRUPTORES DE SOPLO DE AIRE

Emplean la energía del aire comprimido para remover rápida yviolentamente el aire ionizado por el arco eléctrico mediante un disparodel aire almacenado. La presión (de 15 a 30 bares) dependerá de lacapacidad de ruptura del mismo interruptor, estos niveles de presiónson tan altos que el aire en el área de arco eléctrico alcanza gradesvelocidades, llegando a extinguir el arco muy rápidamente, hasta enuno o dos semiciclos.

contactosArco

eléctrico Soplo de aire a presión





No implican peligro de explosión ni incendio.

Su operación es muy rápida.

Son adecuados para el cierre rápido.

Su capacidad de interrupción es muy alta.

La apertura de las líneas de transmisión sin carga o la de

sistemas altamente capacitivos, no representa muchadificultad.

Se tiene muy fácil acceso a sus contactos.

VENTAJASDE

LOSINTERRUPTORES

DE SOPLO DEAIRE





Requiere de la instalación de un sistema deaire comprimido.

Su construcción es muy complicada.

Se debe contar con una alarma que indiquesi la presión está por debajo del valormínimo de seguridad, ya que si estoocurriera el interruptor se bloquea

DESVENTAJAS

DELOS

INTERRUPTORESDE SOPLO DE

AIRE





INTERRUPTORES EN ACEITE

La energía del arco se disipa rompiendo las moléculas de aceite en

otras palabras, la alta temperatura del arco forma una cubierta de gasen el núcleo del arco, al cruce por cero de la corriente se carecerepentinamente de energía necesaria para mantener esa temperaturatan alta en el núcleo del arco, por lo que es envuelto este punto por elaceite líquido.





Es inflamable a temperaturas altas.

Posibilidad de que se forme una mezcla explosiva con elaire.

A causa de la descomposición del aceite en el arco,produce partículas de carbón, que reduce su resistenciadieléctrica. Por lo tanto, requiere regenerarse o cambiarse periódicamente, lo que eleva los costos de mantenimiento.

DESVENTAJAS

DEL ACEITECOMO MEDIO DE

EXTINCION DEARCO





INTERRUPTORES DE POTENCIA DE GRAN VOLUMEN DE ACEITE

Cuando el arco se produce se originan gases debido a reacciones con elaceite, los cuales hacen que se produzca un chorro de aceite sobre él, parasu extinción.Este tipo de interruptores fueron los primeros usados, hoy su uso es nulodebido a la gran cantidad de aceite que se requiere, esto hace de esteinterruptor un dispositivo voluminoso y de gran peso.





Construcción sencilla.

Alta capacidad de ruptura.

Pueden usarse en operación manual yautomática.

Pueden conectarse transformadores decorriente en los bushings de entrada.

VENTAJASDEL INTERRUPTOR

DEGRAN VOLUMEN

DE ACEITE





Posibilidad de incendio o explosión.

Necesidad de inspección periódica de la calidad y cantidad de aceite enel estanque.

Ocupan una gran cantidad de aceite mineral de alto costo.

No pueden usarse en interiores.

No pueden emplearse en conexión automática.

Los contactos son grandes y pesados y requieren de frecuentescambios.

Son grandes y pesados.

DESVENTAJASDEL INTERRUPTOR

DEGRAN VOLUMEN

DE ACEITE



INTERRUPTORES DE POTENCIA DE PEQUEÑO VO UMEN DE ACEITE



INTERRUPTORES DE POTENCIA DE PEQUEÑO VOLUMEN DE ACEITE

Al producirse el arco aumenta la presión de gas generado por el aceite, para corrientes pequeñas el soplo es axial al eje de los contactos, para corrientes altas el soplo es perpendicular. son algo más rápido que los de

gran volumen de aceite y emplean el 5% de aceite





Comparativamente usan una menor cantidad de aceite que losanteriores.

Menor tamaño y peso en comparación a los de granvolumen.

Menor costo.

Pueden emplearse tanto en forma manual como automática.

Fácil acceso a los contactos.

VENTAJASDEL INTERRUPTOR

DEPEQUEÑO

VOLUMEN DEACEITE





Peligro de incendio y explosión aunque en menor gradocomparados a los de gran volumen.

No pueden usarse con reconexión automática.

Requieren una mantención frecuente y reemplazos periódicosde aceite.

Sufren de mayor daño los contactos principales.

DESVENTAJASDEL INTERRUPTOR

DEPEQUEÑO

VOLUMEN DEACEITE



INTERRUPTORES EN VACÍO



INTERRUPTORES EN VACÍO

CÁMARA DE EXTINCIÓN DE ARCO:21- Contacto Fijo.22- Contacto Móvil.23- Cubierta Aislante.24- Fuelle Metálico.25- Pantalla Metálica

Utiliza el vacío como medio de extinción en el cual no

se puede engendrar plasma debido a la ausencia delos átomos que se requieren para la ionización.





Larga vida sin mantenimiento, debido al hermetismo de lacámara de interrupción.

El interruptor no se ve afectado en su funcionamiento porvariaciones bruscas de la intensidad de corriente.

Tasa de recuperación dieléctrica muy elevada, lo cual lecapacita para desconectar fallas muy severas.

Otras ventajas, menos importantes que no ameritan unamención específica, en comparación a otros tipos deinterruptores figuran: poco volumen, poco peso, facilidad demontaje.

VENTAJASDEL

INTERRUPTORDE VACÍO





Dificultad para mantener la condición de vacío.

Generan sobre-tensiones producto del elevado di/dt.

Tienen capacidad de interrupción limitada.

Si se pierde el vacío, se corre el riesgo de una explosión de lacámara.

DESVENTAJASDEL

INTERRUPTORDE VACÍO



INTERRUPTORES EN SF6



INTERRUPTORES EN SF6

Este tipo de interruptores consiste en un aislamiento a base del gas SF6, el cualgarantiza el aislamiento contra tierra de las partes energizadas, con una presión

comprendida entre 3 y 6 bares, y de una presión superior (hasta 18 y 22 bares), lacual se utiliza en la cámara de extinción para combatir el arco eléctrico llamadacámara de interrupción. Trabajan con un circuito cerrado de medio aislante; elaislante SF6 se tiene normalmente a bajos niveles de presión (3-7 bares) ysolamente al operar el interruptor se aumenta la presión en el área cercana el arco,en la cámara de interrupción.



PARTES DEL INTERRUPTOR EN SF6 TÉCNICA DE AUTO-COMPRESIÓN



PARTES DEL INTERRUPTOR EN SF6 TÉCNICA DE AUTO-COMPRESIÓN1. Terminal superior deCorriente.2. Superficie aislante.3. Contacto principal fijo.4. Contacto fijo arco.

5. Movimiento contacto arco.

6. Boquilla aislante.

7. Contacto principal (movimiento).8. Pistón (movimiento).9. Cámara de presión.

10. Terminal inferior de corriente.

11. Barra de conexión.12. Biela.13. Sello.14. Ventilación o extracción deresiduos.15. Canasto molecular.16. Base.



OPERACIÓN DEL INTERRUPTOR SF6



OPERACIÓN DEL INTERRUPTOR SF6

1. Contacto principal y contacto de arco están

inicialmente cerrado

2. Pre-compresión: Cuando empiezan abrirse, el pistón

comprime el gas SF6 en la cámara de presión.

3. Periodo de arco: El arco que se forma entre elcontacto. El pistón continua en movimiento, unapequeña cantidad de gas es inyectada al arco(boquilla aislante), con esto va disminuyendo lacorriente en el arco y se va enfriando porconvección.

4. El movimiento de las partes termina y la inyección de gasfrío continúa hasta estar completamente abierto loscontactos.





Estos interruptores son de respuesta rápida.

El sf6 es un compuesto muy estable, inerte hasta los500 °C, no inflamable, incoloro y carente de olor, poseeuna capacidad dieléctrica superior a los fluidosdieléctricos conocidos, no ataca a ningún materialestructural a temperaturas inferiores a 500 °C ypermanece a temperaturas a las cuales el aceite seoxida y descompone.

el hexafloruro de azufre tiene en comparación con el aire ala misma presión una rigidez dieléctrica de hasta tres vecesmayor.

VENTAJASDEL

INTERRUPTOREN SF6





Una desventaja de este tipo de interruptor es que siexiste falta del gas, es muy difícil saberlo, por lo quese necesita de unos aparatos especiales paradescubrir el punto de fuga.

Debido a la rapidez del disparo, producen mayoressobretensiones, por lo que se le inserta en paralelo alos contactos principales resistencias amortiguadorasy capacitancias que producen altas impedancias yreparten las tensiones de las cámaras

DESVENTAJASDEL

INTERRUPTOREN SF6





SEGÚN LA UBICACIÓN DE LAS CÁMARAS

TANQUE VIVO TANQUE MUERTO



INTERRUPTORES DE TANQUE VIVO



INTERRUPTORES DE TANQUE VIVO

Las cámaras se encuentran soportadas en columnas aislantes y éstas quedanseparando la parte energizada del potencial a tierra por ejemplo, interruptoresen SF6.



INTERRUPTORES DE TANQUE MUERTO



INTERRUPTORES DE TANQUE MUERTO

En este tipo de interruptores las cámaras de extinción de arco seencuentran autoretenidas en un recipiente que se encuentrafirmemente puesto a tierra y separadas de la línea o medio deconexión por los aisladores.



NORMAS RELACIONADAS CON LOS INTERRUPTORES DE POTENCIA



DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICACATEDRA: DISEÑO DE SUBESTACIONES.TEMA V: SECCIONADORES DE POTENCIA

Autor:Mary DíasKelvin González

DEFINICIÓN Y FUNCIONAMIENTO



Puede abrir circuitos energizados pero

sin carga. Opera con tensión pero sin

corriente, en condición cerrado debe

soportar corrientes de carga o de

cortocircuito inclusive, mientras el

interruptor abre el circuito.

Tipos

• Línea.

• Barra.

• Puesta a tierra.

• Medio diámetro.

• Cuchillas giratorias.• Columnas giratorias.

• Columnas deslizantes.

Dispositivo mecánico capaz de

mantener aislada una instalación

eléctrica de su red de

alimentación dejándola sin carga

o en vacío, según una norma. Es

un dispositivo de ruptura lenta,

puesto que depende de la

manipulación de un operario.

DEFINICIÓN Y FUNCIONAMIENTO



DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICACATEDRA: DISEÑO DE SUBESTACIONES.TEMA VI: DESCARGADORES DE SOBRETENSIÓN

Autor:GUERRA LUISGUTIÉRREZ ANDREA

SOBRETENSIÓN



Las sobretensiones pueden producir descargas que, además de destruir o averiar seriamente elmaterial, también pueden ser la causa de nuevas sobretensiones. Si se realizan correctamente la instalación y las líneas de conexión están en buenas condiciones es poco probable que se produzcan sobretensiones.

Incremento de tensión

Ponen en peligro el material o el buen servicio de una instalación eléctrica.

Factor que permite prever la magnitud de las posibles sobretensiones que

pueden presentarse en la instalación (factor de sobetension).

Ks = Us / U

SOBRETENSIÓN





Onda de s obretensión

Descargadores desobretensión en

transformadores

NOTA: El sobrevoltaje puede ser no amortiguado o ligeramente amortiguado. En algunos

casos la frecuencia puede ser algunas veces mas pequeña o más grande que la frecuencia

de potencia.



TIPOS DE SOBRETENSIÓN



SOBRETENSIÓN TEMPORAL.

Las sobretensiones temporales son motivadas por algunas ocurrencias que se puedenresumir como sigue:

Pérdidas de carga por apertura del interruptor (rechazo de carga). Fallas monopolares. Fenómenos de ferroresonancia. Efecto ferranti.

frecuencia industrial o muy cercana a la frecuencia industrial

caracterizada por una onda de tensión elevada

naturaleza oscilatoria

largo tiempo de duración

OS SO S Ó



SOBRETENSIÓN DE MANIOBRA



Las sobretensiones de maniobra pueden ocurrir con las siguientes operaciones.

Energización de una línea de transmisión. Energización de un banco de capacitores. Energización de un transformador. Recierre de una línea de transmisión. Eliminación de fallas.

Asociada a la operación de un equipo de maniobra como resultado de una falla o de otra causaen un determinado punto del sistema

involucran las tres fases o una fase y tierra

Son más severas que las sobretensiones de naturaleza temporal

Se caracterizan por fenómenos electromagnéticos que pueden ser mayores que la tensión a lafrecuencia del sistema.





SOBRETENSIONES DE MANIOBRA SOBRETENSIONES DURANTE



DESCONEXIÓN DE LÍNEAS DESCARGADAS CON

INTERRUPTORES CON REENCENDIDO DEL ARCO



SOBRETENSIONES DE MANIOBRA SOBRETENSIONES DURANTE



DESCONEXIÓN DE LÍNEAS DESCARGADAS.



SOBRETENSIÓN POR DESCARGA ATMOSFÉRICA



Estas son unas de las principales fallas y averías en redes de transportey distribución de energía eléctrica, se originan debido a la incidencia directa de los rayosen las líneas de transmisión o de manera inducida a su vez estas generan ondas viajerascon magnitud superior a la línea que soporto ante los impulsos de un rayo generandofallas que interrumpen la continuidad del servicio.

Las sobretensiones atmosféricas de amplitudes grandes pueden entrar a unasubestación como resultado de descargas atmosféricas directas a una línea o comoflameos inversos en una torre. La subestación debe estar siempre protegida contradescargas directas mediante un apantallamiento eficiente.

Las amplitudes de las ondas de entrada están limitadas por flameos en la línea y estánnormalmente en el rango de 5 a 7 p.u. para líneas de 72,5 kV y menores, hasta de 4 a 6p.u. para una línea de 800 kV.

Las sobretensiones atmosféricas de amplitudes grandes pueden entrar a unasubestación como resultado de descargas directas a una línea. Las amplitudes puedenincrementarse considerablemente debido a reflexiones de la subestación afectandoequipo vulnerable y costoso.



CARACTERÍSTICAS DE LAS SOBRETENSIONES



CARACTERÍSTICAS DE LAS SOBRETENSIONES



REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA DE LOS DIFERENTES



REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA DE LOS DIFERENTESTIPOS DE SOBRETENSIONES



OPERACIONES DE LOS DESCARGADORES



Son unos dispositivos eléctricos formados por una serie de elementos resistivos no lineales y explosoresque limitan la amplitud de las sobretensiones originadas por descargas atmosféricas, operación deinterruptores o desbalanceo de sistemas. Un dispositivo de protección efectivo debe tener trescaracterísticas principales.

Comportarse como un aislador mientras la tensión aplicada no exceda cierto valordeterminado.

Convertirse en conductor al alcanzar la tensión de ese valor. Conducir a tierra la onda de corriente producida por la onda de sobretensión.

.Los pararrayos cumplen con las siguientes funciones.

Descargar las sobretensiones cuando su magnitud llega al valor de la tensión disruptiva deldiseño.

Conducir a tierra las corrientes de descarga producidas por las sobretensiones. Debe desaparecer la corriente de descarga al desaparecer las sobretensiones. No deben operar con sobretensiones temporales, de baja frecuencia. La tensión residual debe ser menor que la tensión que resisten los aparatos que protegen.

OPERACIONES DE LOS DESCARGADORES



CUERNOS DE ARQUEO



Es el caso más simple y económico para proteger los equipos de distribución. Deben ser capaces desoportar la tensión nominal más alta del sistema y producir la descarga cuando haya unasobretensión. Este es uno de los pararrayos más primitivos y pueden estar formados por un soloexpulsor, caso más sencillo, o varios expulsores en serie, conectados por un lado al circuito vivo quese va a proteger, y por el otro lado, a la red de ti

Explosor típico. Foto sacada delCuader no Técnico 151 de Schneider

Electric

CUERNOS DE ARQUEO



http://3.bp.blogspot.com/_vNFu_XRRH84/S1HKRuv1DhI/AAAAAAAAHj8/ulI6DGp13iw/s1600-h/Esquema+y+partes+explosor.jpg


http://3.bp.blogspot.com/_vNFu_XRRH84/S1HJoDLbxfI/AAAAAAAAHjk/ojoqvrC164s/s1600-h/cuerno+renfe+2.JPG




Representación de pararrayoscuerno de arqueo



PARARRAYOS TIPO VÁLVULA

http://2.bp.blogspot.com/_vNFu_XRRH84/S1HJ20Ojd4I/AAAAAAAAHjs/VhHr6pes2Os/s1600-h/cuerno+renfe+1.JPG



PARARRAYOS TIPO VÁLVULA

Este grupo de descargadores de sobretensión también de tipo convencional, está formado por unaserie de resistencias no lineales de carburo de silicio, prácticamente sin inductancia, presentadas comopequeños cilindros de material prensado. Las resistencias se conectan en serie con un conjunto deexplosores intercalados entre los cilindros.

Las resistencias evitan que, una vez iniciada la descarga en los explosores, se produzca una corriente

permanente. A su vez permiten disminuir las distancias entre los electrodos, proporcionando mayorsensibilidad al pararrayos, aun en el caso de sobretensiones reducidas.



Representaciód



n de

pararrayos tipoválvula

Descargador autovalvular



PARARRAYOS DE OXIDO METÁLICO



Es un dispositivo de protección para sobretensiones basado en las propiedadessemiconductoras de los óxidos metálicos, como el óxido de zinc (ZnO). Tiene mejorescaracterísticas de no linealidad que el carburo de silicio, debido a ello y a sus bajaspérdidas a tensiones nominales, ha sido posible no utilizar entrehierro, permitiendo asíreducir el tamaño de estos equipos y en consecuencia su peso.32 Debido a sucaracterística tensión-corriente, éste pararrayo descarga únicamente a un valor de

corriente predeterminado, mejorando el nivel de protección del sistema.



Pararrayo de oxido metálico



a a ayo de o do etá co

Resorte 300 lb de

presión sobre

componentes

internos

Conector de

aleación de

aluminio

Empaque de

hule, amortiguay asegura la

posición de los

discos varistores

Discos de Oxido de

metal forman

varistores de

características

eléctricas no-

lineales y elevado

nivel de absorción

de energía

Sistema de alivio de

sobrepresión

asegura seguridad y

confiabilidad. La cubierta evita la

entrada de material

extraño



RADIO DE PROTECCIÓN



Los descargadores auto- valvulares, tienen que cumplir una función protectora en elsistema. Este consiste en reducir el valor de una sobretensión, “U” onda viajera incidente,U(t), a un valor inferior dado por la tensión residual del propio descargador. Como es desuponer esta condición se cumple solo en las cercanías donde se ha instalado eldescargador. A poca distancia de él se pueden observar sobretensiones, pero que noalcanzan la magnitud de la onda incidente ante el impulso.

El efecto protector del descargador por consiguiente, abarca una zona o tramo de líneaantes y después del nodo al que ha sido conectado, como se puede observar en la figura,pero tomado diferenciando los pasos siguientes:






Descargador conectado a un nodo.En la figura anterior, se ilustra la conexión de un descargador y la incidencia de una sobretensión de pendiente dv/dt. Esta varía su duración y magnitud en función del lugar deincidencia y trayectoria x.

Coincidiendo la pendiente S(kV/micro-seg) de la onda, la velocidad de propagación v(m/seg)

y la tensión residual del descargador Imax (m).

Para el punto P, situado entre el descargador y la onda incidente, el incremento de tensiónestá dado por:

Pero considerando que v=dx/dt, se tiene.






Suponiendo que la distancia que separa el punto P del descargado es “a” entonces elradio máximo de protección Imax se obtiene como:

Siendo la relación dada por la pendiente y la velocidad de propagación (S/v, definidacomo pendiente espacial, tenemos finalmente que la distancia máxima de protecciónbrindada por el descargador es:

Dónde:

• Imax: Radio de protección máximo (m).• Vp: Tensión en el punto P (kV), (puede ser la tensión básica de aislamiento. BIL,

ante impulso atmosférico, menos un margen de seguridad de 15 a 20%).• Vt: Tensión residual del descargador, dado por el fabricante (kV).• v: Velocidad de propagación de la onda (m/seg), (velocidad de la luz).• S: Pendiente de la onda viajera de sobretensión (kV/micro-seg).






Descargadores conectados a los extremos de la línea (final deramales).

Debido a que la impedancia dela onda de la línea es mucho menor que en lospuntos de transición, la pendiente de la onda viajera duplica su valor por

reflexión, en el extremo de la línea. Quedando el radio de protección reducido ala mitad, expresado por la siguiente ecuación:



DATOS DE UN PARARRAYO MARCA SIEMENS



.



Según el Código Eléctrico

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICACATEDRA: DISEÑO DE SUBESTACIONES.TEMA VII. DISEÑO DE LA MALLA DE TIERRA.

Autor:Natale Pecora.

Definición.



Según Manual de Mantenimiento deLíneas y Operaciones deSubestaciones CADAFE (1996) ElSistema de Puesta A Tierra de unasubestación es diseñado a fin degarantizar las máximas condiciones

de seguridad del personal que operalas subestaciones y los equiposinstalados en las mismas.

Según el Código EléctricoNacional Es un sistemapuesto a tierra es una

conexión a tierra desde unode sus conductores

portadores de energía, ya seaen un sistema de distribucióno en un sistema de cableado

interior.

Según la Norma IEEE-100, El sistema de puesta atierra es la interconexión eléctrica de los conductores yelementos que proporciona múltiples vías de corriente

a tierra. El sistema de tierra de la instalación incluye latierra, subsistema de electrodo, el subsistema deprotección contra rayos, el subsistema de referencia deseñal, protección de fallo subsistema, así como laestructura del edificio, bastidores de equipos, armarios,conducto, cajas de conexiones, entre otros



Elementos Que La Constituyen.



Los elementos conductores que conforman el SPAT deben de poseer unasección apropiada a la intensidad de corriente que ha de recorrerlosdurante su operación, de forma que no se produzca un calentamiento

inadmisible

y






Es todo elemento conductor, de cualquierconfiguración y dimensiones, queintencionalmente sea enterrado en el suelo paradispersar corrientes eléctricas a éste.

Electro de Puesta a Tierra.

y






La varilla es la forma más común de electrodo de tierra, ella se colocamayormente en forma vertical y su valor útil depende de su habilidad de

hacer un contacto con la interface, sin intentar cambiar el ambiente de lamisma.

Varilla Metálica

y






Varilla Metálica

Embudo de tensión, en las zonaspróximas a la toma de tierra.

El mecanismo experimental paraconstruir el embudo de tensión, esinyectar a una varilla de tierra unacorriente, y se mide la caída de tensión

metro a metro con un voltímetro y unasonda, estos valores se llevan a un curvaequipotencial.

Embudo de Voltaje, para una Varilla de Tierra.






Superficie Equipotencial, para una Varillade

Tierra.

Embudo de Tensión para Cuatro Varillas de Tierra.

Varilla Metálica






Las placas son electrodos en forma de láminas con longitud y anchomucho mayores que su espesor, ofreciendo una gran superficie decontacto con el suelo.

Placas






Usualmente de cobre, acero o hierro, y normalmente se diseñan con unasuperficie de contacto con el suelo de por lo menos 0,2 m2. Para el aceroo hierro el espesor mínimo debe de ser de 6,35 mm y para el cobre o loselectrodos de material no ferroso es de 1,5 mm.

Placas

Electrodo Tipo Placa






Barras Químicas

Cuando la resistividad del suelo no se lograreducir usando tecnología convencional lacual consiste en barras copperweld

directamente enterradas, se utilizan las

barras químicas que consisten en tubos decobre electrolítico de 67 mm, de diámetroexterior y de espesor 2 mm.






Fundaciones de Concreto Conductivo

Cuando se trata del diseño desubestaciones, el concreto puedeser utilizado como electrodoprincipal. Esto consiste en agregaral concreto de las bases decualquier estructura, compuestosquímicos que lo hacen conductor,quedando de esta forma aterradala estructura.






Los conectores son los elementos encargados de unir a la red osistema de tierra las tomas. Los utilizados en los sistemas de tierra

son principalmente de tres tipos:

NORMAS

• Norma Presentación de Proyectos de Subestaciones de TransmisiónSistemas de Puesta a Tierra de CADAFE (1992)

• ANSI / IEEE Standard 80-1986

ANSI C114 1 1973 / IEEE St d d 142 1972

Conectores

Conectores atornillados

Conectores a presión.

Conectores soldados






Conectores






Conectores

Conector

tipopresión

Conector tipo Soldado






Conectores

Tipos desoldaduraconductor

aconductor

Tipos desoldaduraconductor a

barra



Factores de diseño.



El Suelo o el terreno es el elemento encargadode disipar las corrientes a tierra, ya sean defalla, de descargas atmosféricas y otras nodeseables.

La conducción del terreno esfundamentalmente electroquímica ydepende principalmente de:

La resistividad de un terreno valeaproximadamente:ρT = a(c×Vp)

Dónde:a = Es la resistividad del agua que

llena los poros. c es una constanteque depende de la distribución delos poros Vp es el volumen de losporos.

• Volumen de los poros del material quecompone el terreno.

Dispersión y distribución de los poros.

Porción de los poros rellenos de agua.

Conductividad del agua que llena los poros






Los factores, principales que determinan la resistividad del suelo son

Factores que determinan la resistividadDel terreno

TIPO DE SUELO

SALINIDAD

HUMEDAD DEL TERRENO

TEMPERATURA

TAMAÑO DEL GRANO

RESISTIVIDAD DE LAS AGUASNATURALES Capas del Terreno






TIPO DE SUELO


Desafortunadamente los tipos desuelo no están definidosclaramente, por ejemplo almencionar la palabra arcilla, secubre una amplia variedad desuelo, es por ello que es difícil oprácticamente imposible decir cuales la resistividad promedio, igualocurre con otros; y peor aún endiferentes localidades el mismotipo de suelo presenta diferentesvalores de resistividad

Tipos de suelos en Venezuela






HUMEDAD DEL SUELO


Debido a que la conducciónde corriente es mayormenteelectrolítica, la humedadfacilita la disociación de lassales en iones positivos y

negativos; al haber máshumedad hay mayorconductividad y por lo tantomenor resistividad.






TEMPERATURA DEL SUELO


La resistividad del suelo esaproximadamente independientede la temperatura hasta quealcanza el punto decongelamiento; en ese momentola resistividad del suelo seincrementa muy rápidamente

pareciendo que no hayvirtualmente ningún contacto conla tierra, la razón de ello es debidoa que no hay disociación de sales.

Temperatura del suelo en grados F° y C°






TAMAÑO Y DISTRIBUCIÓN

DEL GRANO DEL SUELO


Al retener la humedad porperíodos largos de tiempo lohacen conductores

independientes de lastemporadas de lluvia y sequía;por lo que la resistividad varíapoco a lo largo del año.

Distribución del grano del Suelo






RESISTIVIDAD DE AGUASNATURALES


La cantidad de sales de lasaguas suele oscilar entre 0,1 y35 gramos/litros, cifras quecorresponden estas últimas a

las aguas marinas.



Medición De Resistividad y Resistencia de Puesta a Tierra..



Método de los dos Electrodos

Con este método se realizanmediciones aproximadas sobrepequeños volúmenes de suelohomogéneos, utilizando para ellosdos (2) pequeños electrodos dehierro. Uno de los electrodos esmás corto que el otro, y se

conectan a una batería a travésde un miliamperímetro. El terminalpositivo de la batería se conecta através del miliamperímetro alelectrodo más pequeño y elterminal negativo al otro electrodo

Método de los Dos (2) Electrodos






Método de los cuatro Electrodos

Este consiste en inyectarcorrientes a través de dos (2)electrodos externos y medir latensión o caída de potencialentre los dos (2) electrodos

internos. Todos los electrodosestán alineados y enterrados auna misma profundidad “b”.

Método de los cuatro electrodos






Método de los cuatro Electrodos

Este consiste en inyectarcorrientes a través de dos (2)electrodos externos y medir latensión o caída de potencialentre los dos (2) electrodos

internos. Todos los electrodosestán alineados y enterrados auna misma profundidad “b”.

Método de los cuatro electrodos

ECUACION A APLICAR:






Configuración Wenner o

Distanciamiento Igual Entre Electrodos

Este es el método masutilizado. En este arreglo, loselectrodos se ubican sobre unalínea recta con una separaciónentre los electrodos de a y

enterrados a una profundidadde b Configuración de Wenner

ECUACION A APLICAR:






Configuración Participación de Lee

Este es un método

complementario a los métodosWenner, Schlumberger paradeterminar posiblesvariaciones laterales en elterreno a medir. En el empleode cualquiera de los dos (2)métodos antes descritos, seadiciona un electrodo auxiliarintermedio entre los dos (2)electrodos de potencial.

Participación de Lee



Método de Caída de Potencial

Este método consiste en lacolocación de dos electrodosauxiliares en línea recta con elelectrodo que se desea medir,a una distancia entre loselectrodos extremos con tal deque no se solapen susinterfases.

Medida de Resistencia de Puesta a Tierra por Método de Tres Punta






Medida de la Resistencia de Puesta a

Tierra por el Método de Caída dePotencial

Si se inyecta una corriente por los electrodos extremosy medimos la caída de potencial entre el electrodocentral y el que se desea medir, se obtiene unaresistencia; ahora si se desplaza el electrodo central enesta línea recta se observa como varía la resistencia;en el punto donde la variación es mínima la cual ocurreaproximadamente a 63% del electrodo de medición seencuentra el valor de resistencia del sistema de puestaa tierra.






Para determinar la capacidad de corriente del

conductor se utiliza la siguiente ecuación conocidacomo la fórmula de Sverak






Donde:

• * I = Corriente eficaz, kA

• * Ac = Área del conductor, mm2• * Tm = Temperatura máxima permitida, ºC

• * Ta = Temperatura ambiente, ºC

• * α0 = Coeficiente térmico de resistividad a 0 ºC, 1/ºC

• * αr = Coeficiente térmico de resistividad a la

temperatura T, 1/ºC• * ρr = Resistividad del conductor de tierra a latemperatura T, μΩcm

• * tc = Tiempo que fluye la corriente, s

• * TCAP = Factor de capacidad térmica, J/ cm3ºC






Conociendo la magnitud de la corriente máxima

que debe soportar, se desea conocer la seccióntransversal del conductor a utilizar, teniendo lasiguiente ecuación:






Calculo de la Tensión de Toque de la

Malla de Tierra

Los voltajes de toque y paso de la malla, se pueden reducir a cualquier valordeseado, reduciendo el espaciamiento entre conductores, o sea,añadiéndole más cantidad de conductor. Esta situación es totalmentediferente en la zona inmediatamente exterior al perímetro de la malla, dondeel problema puede existir aun con una placa sólida.






Calculo de la Tensión de Paso de la

Malla de Tierra

Las subestaciones pueden ser diseñadas para eliminar la posibilidad de“voltajes de toque” mas allá del perímetro del área de las mismas, esto limitael estudio a los voltajes de paso, y debido a que estos son menos dañinosque otros tipos, una precisión extrema en su cálculo no es tan importante,por lo tanto el estándar 80 de la IEEE recomienda la siguiente ecuación:



Otras Normas.



IEEE Std 81-1983, IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance, and EarthSurface Potentials of a Ground System (Part 1).

IEEE Std 81.2-1992, IEEE Guide for Measurement of Impedance and Safety Characteristics ofLarge.

IEEE Std 142-1991, IEEE Recommended Practice for Grounding of Industrial and CommercialPower Systems (IEEE Green Book).

IEEE Std 367-1996, IEEE Recommended Practice for Determining the Electric PowerSubstation Ground Potential Rise and Induced Voltage from a Power Fault.

IEEE Std 487-1992, IEEE Recommended Practice for the Protection of Wire-Line andCommunication Facilities Serving Electric Power Stations.

IEEE Std 525-1992 (Reaff 1999), IEEE Guide for the Design and Installation of Cable SystemsI Substations.



Otras Normas.



IEEE Std 665-1995, IEEE Guide for Generating Station Grounding.

IEEE Std C37.122.1-1993, IEEE Guide for Gas-Insulated Substations.

IEEE Std C37.122-1993, IEEE Standard for Gas-Insulated Substations.

IEEE Std 837-1989 (Reaff 1996), IEEE Standard for Qualifying Permanent ConnectionsUsed in Substation Grounding

IEEE Std 1100-1999, IEEE Recommended Practice for Powering and GroundingElectronic Equipment (IEEE Emerald Book).

IEEE Std 1100-1999, IEEE Recommended Practice for Powering and GroundingElectronic Equipment (IEEE Emerald Book).

IEEE Std C37.122-1993, IEEE Standard for Gas-Insulated Substations.

IEEE Std C37.122.1-1993, IEEE Guide for Gas-Insulated Substations.



DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

CATEDRA: DISEÑO DE SUBESTACIONES.TEMA VIII: PROTECCIÓN DE SOBRECORRIENTE

Autor:

Mary DíasKelvin González

.

Sobrecorriente

Es cualquier corriente eléctrica en exceso del valor



q

nominal indicado en el dispositivo de

protección, en el equipo eléctrico o en la capacidad

de conducción de corriente de un conductor. La

sobrecorriente puede ser causada por una

sobrecarga, un cortocircuito o una falla a tierra.

Protección direccional

F

( a )

alimentaciones multiples

F

( b )

generación a ambos lados

Comúnen:

Sistemasradiales

Sistemasanillados



Autor:


.

Función de la Protección direccional

La protección direccional permitediscriminar la parte de la red con un

• Si hay varias fuentes.• Si hay bucles cerrados o cables en paralelo.• Con neutro aislado para el retorno de



La protección direccional de «fase» se instala para proteger dos enlacesusados en paralelo, un bucle o una sección de red que enlaza dosfuentes de energía.

discriminar la parte de la red con undefecto mucho mejor que lo hace

una protección contrasobrecorrientes.

Necesaria

en caso de:

• Con neutro aislado para el retorno decorrientes capacitivas.

• Para detectar el sentido anormal decirculación de la energía eléctrica activa oreactiva.

Las protecciones

direccionales decorriente

Las proteccionesde máxima potencia

Miden o la potencia activa o lapotencia reactiva que pasa por el punto en donde están colocadoslos sensores de corriente.

Solamente se pueden disparar

cuando se produce el defecto.

AplicacionesDesde el momento que la corriente de defecto fase-tierra se reparte entre variossistemas de puesta a tierra, es necesario instalar protecciones direccionales detierra.



Autor:


.• Pueden ser temporizados o instantáneos.• Difíciles de coordinar, poco selectivos.

Relés para sobrecorrientes

Instantáneosignifica que no

tienen retardo de

Instantáneos



Ajustes de los relés

Deben funcionar para todos los tipos decortocircuito en su propia línea y debe

proporcionar protección de respaldo paralos cortocircuitos en el sistema

inmediatamente adyacente.• Se supondrá una falla

monofásica a tierra,no interesando lacorriente de carga yaque esta es simétrica.

relés de fase

relés de tierra

• Se suponen fallas trifásicas.• Deben accionar para la

menor corriente decortocircuito posible, sin sertan sensible al operar en

emergencia con la máximacarga de la línea.

• Se utilizan como protección de respaldoen transformadores de potencia.• Necesidad de cambios de ajuste al

cambiar la configuración del sistema y/ola corriente de carga.

• Mejora de la actuación a través dedireccionalidad y (o comunicación enextremos casos) límite: relésdiferenciales, comparación de fases, etc.

Relés 50, 51

tienen retardo de

tiempo inicial.

Relés auxiliares(temporizadores)para tener retardode tiempo en los

relés instantáneos.

Temporizados



Autor:


.

Características de los relés

Tiempo inverso Tiempo muy inverso

Proporcionan una protección total



Proporcionan una protección totalmás rápida en aplicaciones donde

las magnitudes de corriente de fallodisponibles varían significativamente.

Proporcionan una protección total más rápida enaplicaciones donde la magnitud de la corriente defallo disponible sigue siendo constante debido a unacapacidad de generación relativamente constante.



Autor:


.

Proporcionan la tolerancia máxima para permitir

Tiempo extremadamente inverso

Características de los relés



Proporcionan la tolerancia máxima para permitir

la captación de carga en frío, como resultado deuna interrupción extendida del servicio, que dalugar a una acumulación pesada de cargas de

dispositivos automáticamente controlados

En las curvas se observan loscomportamientos de los relés

obteniendo los tiempos de disparocon las corrientes de fallas.



Autor:


.

Forma más

Los fusibles de alta tensión y altacapacidad interruptiva, son elementoslimitadores de corriente y protegen a



Forma máselemental de

protección contrasobrecorriente.

limitadores de corriente y protegen alos equipos de los efectos mecánicos

y térmicos de cortocircuito, estándiseñados y fabricados según las

normas IEC 281.1, DIN 43625, VDE0670 parte 4 y NMX-J-149.

• Redes eléctricas parainteriores con frecuencias de

40 a 60 Hz.

Aplicaciones • Pueden ser instalados sobre basessoportes o utilizados en nuestros

seccionadores de operación con cargaH251, en combinación estos dos

equipos crean un medio de conexión ydesconexión económica y confiable.



Autor:


.

Partes de un fusible




CATEDRA: DISEÑO DE SUBESTACIONES.TEMA IX. PROTECCIÓN DE TRANSFORMADORES

Autor:


TIPOS DE FALLAS



Las condiciones anormales que se pueden presentaren un transformador son:

1. Fallas incipientes

3. Fallas internas.2. Fallas eléctricas





Autor:


TIPOS DE FALLAS



Las fallas eléctricas, son las más graves y notorias en tantomás grande es el transformador, dentro de estas se encuentranlas fallas de aislamiento por sobretensiones de origenatmosférico.



Autor:


TIPOS DE FALLAS



Las fallas internas, caen dentro de las fallas incipientes, yaque por ejemplo, son puntos calientes o eventualmentecortocircuito entre espiras o entre bobinas.



Autor:


PROTECCIÓNDIFERENCIAL



CAMBIADORES DETOMAS

PROTECCIÓN DESOBRECORRIENTE

SISTEMASPOLARIZADOS

PROTECCIÓN DELDEVANADO DELTA

PROTECCIÓN DEFALLAS A TIERRA

PROTECCIÓN DEBUCHHOLZ

PROTECCIÓN DESOBRECARGA



Autor:


PROTECCIÓN DIFERENCIAL



Permite eliminar:

1. Todos los tipos de cortocircuitos internos y entreespiras.

2. Fallas debidas a arcos eléctricos entre las boquillas delos transformadores.



Autor:





Esta basada en la medida de lasintensidades antes y después deltransformador Adapta las intensidades

en magnitud y ángulo defase y comparándola con

el relé. Cuando sobrepasauna relación ajustable deintensidad de «paso» y ladiferencial, el relé actúa.



Autor:





El relé no debe actuar:

1. En el momento dela conexión deltransformador.

2. Caso decortocircuitosexternos.

Deberá ser rápido y sensible a los defectosque ocurren dentro de su campo de accióndelimitado por los transformadores de

intensidad primarios y secundarios.



Autor:





Los principales problemas que aparecen en la calibración de losrelés usados para la protección diferencial son los siguientes:

1. Diferencias en magnitud y ángulo de las corrientesque entran y salen del transformador.

2. Corriente de magnetización.

3. Corriente de energización en vacío.



Autor:


RELÉS DIFERENCIALES PRESENTES EN EL MERCADO



Relé de proteccióndiferencial para dos

terminales decables

(SIEMENS)

Relé de protección detransformador SEL-787



Autor:


CAMBIADORES DE TOMAS



Proporcionan al transformador cierta flexibilidad a la relaciónde transformación, ya que con ellos se puede mantener unvoltaje menos variable en el secundario, amortiguando las

variaciones de voltaje en el lado primario.



Autor:


CAMBIADORES DE TOMAS BAJO CARGA (ABB)



Cambiadores de toma UBB

1. utilización interna2. Introducción al mercado en el año 19923. Proyecto compacto4. Compartimiento único para conexiones

delta estrella5. Hasta 27 posiciones6. Mantenimiento rápido y fácil7. Contactos fijos y móviles reemplazables

desde el interior del cambiador

8. Confiabilidad9. Pocas partes10. Cilindro de fibra de vidrio11. Proyectos simples y robustos con

contactos deslizantes



Autor:





Cambiadores tipo UZ

1. Proyecto compacto2. Compartimiento único para

conexiones delta o estrella-hasta BIL 650 kV/600 A

3. Hasta 33 posiciones4. Mantenimiento rápido y fácil5. No es necesario subir al

transformador

6. No es necesarioherramientas especiales

7. Confiabilidad8. Proyectos simples robustos

con contactos deslizantes



Autor:





Cambiador tipo UC

1. Larga experiencia de servicio2. Mantenimiento rápido y fácil3. Eje por fuera del

compartimiento delconmutado4. Diseño abierto, no se

requieren herramientasespeciales

5. Confiable6. Pocas piezas7. Un diseño simple y robusto8. No requiere unidad de filtrado



Autor:


CAMBIADORES DE TOMAS BAJO CARGA (VACUTAP® VR®)



Es el primer cambiador de tomasbajo carga del mundo que no

requiere mantenimiento hasta300.000 conmutaciones. Puesto

que su mantenimiento nodepende del tiempo, UD. disponede su transformador por mucho

más tiempo.



Autor:


PROTECCIÓN DE FALLAS A TIERRA



Es usada para transformadores con devanado en Y como semuestra en la siguiente figura. La suma de las corrientes de fasees balanceada contra la corriente del neutro y por lo tanto, el

relevador no responderá a las falla externas al devanado.



Autor:


PROTECCIÓN DE BUCHHOLZ



Esta protección solo es privilegio de los transformadoressumergidos, opera :1. Contra fallas internas con gran rapidez en el caso de

ser severas.2. Es muy sensible a falla insipientes que tienen

inicialmente un desprendimiento de gas.



Autor:


PROTECCIÓN RELÉ BUCHHOLZ



VISTA DE UN RELÉBUCHHOLZ



Autor:





Los flotadores están

encerrados en un pequeñorecipiente hermético

colocado en la tubería queconduce el gas desde eltanque principal hasta el

tanque conservador.

Se compone de uno o dosflotadores colocados

sobre un pivote metálico

Cada flotador dispone de uninterruptor de mercurio para

detectar cambios en su posición.



Autor:





Las características de los gasesacumulados en el Buchholzpuede dar una idea del tipo dedesperfecto y en que parte deltransformador se ha producido



Autor:


G d l bl i d l d t ió d l




Gases de color blanco provienen de la destrucción delpapel

Gases de color amarillo provienen de la destrucción del

piezas de madera

Humos negros o grises provienen de la descomposicióndel aceite

Gases de color rojos provienen de la destrucción delaislamiento de los bobinados



Autor:


P did d

LOS RELEVADORES BUCHHOLZ DETECTAN LAS SIGUIENTES FALLAS:



Puntoscalientes en el

núcleo

Fallas en elaislamiento enlos tornillos del

núcleo

Fallas entredevanados ( yasea entre fases

o a tierra)

Fallas severasa tierra

Uniones o juntas

defectuosas

Perdidas deaceite porfugas en la

cuba

Fallas entreespiras



Autor:


RELÉS BUCHHOLZ PRESENTES EN EL MERCADO:



Relé de Buchholz (Messko)

Relé de Buchholz (CELECTRA)



Autor:


PROTECCIÓN DE SOBRECARGA



Los transformadores pueden adquirir sobrecargas durante cierto

tiempo sin disminución de su vida útil. Una de las formas dedetectar la sobrecarga, es la de medir la temperatura que sealcance en el punto más caliente de los enrollados deltransformador.



Autor:





Para los transformadores de gran

potencia poseen dos diales detemperatura:

1) Detecta la temperatura,

en el punto máscaliente del enrollado

2) Detecta la

temperatura mediade los enrollados.

Actuación de la protección :



Autor:





Actuación de la protección :

Si la sobrecarga excede los límites dados por el fabricante,tanto en valor como en duración de esta, es necesario que sedé una alarma, se conecte los ventiladores o se desconecte el

transformador según sea la intensidad y duración de lasobrecarga.



Autor:





Las protecciones más usadas para lasobrecarga son:1. Directa e2. Imagen térmica



Autor:


PROTECCIÓN DIRECTA



El transformador se protege

contra sobrecargas medianterelés térmicos.



Autor:





El relé térmico está compuestofundamentalmente por:

1. Un sistema de medida (columnas de tirasbimetálicas y acumulador de calor).

2. Una banda calefactora recorrida por lacorriente de alimentación que calienta tanto

las tiras de bimetal como el acumulador decalor.



Autor:


PROTECCIÓN DE IMAGEN TÉRMICA



Estos dispositivos estánmontados en el propiotransformador .

Un relé secundario controlaindirectamente la temperatura delpunto más caliente de losdevanados.

La temperatura se registra en

una esfera graduada que seencuentra en un lateral del transformador.



Autor:





El equipo está compuesto esencialmente por:

1. Una resistencia bobinada C decalentamiento

2. Una resistencia Shunt A calibrada

3. Un termómetro T con su equipo auxiliar4. Un transformador de intensidad Ti5. Contactos de control de ventiladores en

transformadores con ventilación forzada6. Contactos de alarma y disparo para

límites de temperaturas peligrosas en losbobinados.



Autor:


PROTECCIÓN DE SOBRECORRIENTE



1. Protege contra fallas de fase y/o a tierra.

2. Constituye una protección primaria para lasunidades pequeñas.3. Opera como protección de respaldo en grandes

unidades.



Autor:


CAPACIDADES DE SOBRECORRIENTES ENTRANSFORMADORES SEGÚN NORMAS ANSI/IEEE



Múltiplos de lacorriente nominal

Impedancia deltransformador ( %a su capacidad)

Tiempo máximo deaguante

(segundos)

25 4 2

20 3 2

16 6 2

14 o menos 8 o mayor 2



PROTECCIÓN DE MOTORES

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICACATEDRA: DISEÑO DE SUBESTACIONES.TEMA X: PROTECCIÓN DE MOTORES.

Autor: Andrea Gutiérrez.Luis Guerra.



.

PRINCIPALESCAUSAS DE DAÑODE LOS MOTORES

ALTERACIÓN DEL SUMINISTROELÉCTRICO

EXCESO DE TRABAJO MECÁNICO ASOCIADO

PROBLEMA EN LA INSTALACIÓN ELÉCTRICAQUE ALIMENTA A EL MOTOR

PROBLEMAS ASOCIADOS AL DETERIORODE LAS PARTES QUE COMPONEN EL

MOTOR

CONDICIONES ANORMALES







SUMINISTRO ELÉCTRICO



La distribución de energíaeléctrica consiste en elsuministro de energía,

mediante tres ondas detensión sinusoidalesdesfasadas una de la otraen 120 grados.

Otra forma derepresentar estasondas, es usandovectores para cadauna de ellas

(Fasores). Con ellorepresentamos latensión entre cadalínea de distribuciónde energía y el neutro,llamándose estosvoltajes de red (V1,

V2,V3) o llamándolosvoltajes de línea (Va,Vb, Vc) sirepresentamos latensión entre lasfases



DESBALANCE DE VOLTAJE



¿Qué es?

El desbalance de voltaje(VUB) es la alteración delsuministro eléctrico másdañina a la que puede

estar sometido un motoreléctrico.

¿Por qué ocurre?

Aparece con la

incorporacióndesbalanceada de cargasmonofásicas a las líneas,provocando que unastengan más o menoscarga que otras.

Generalmente, en lasinstalaciones nuevas sepone especial cuidado enbalancear la distribución delas cargas en cada fase.Sin embargo, a medida quese incorporan nuevosequipos monofásicos alsuministro eléctricocomienza a presentarse eldesbalance de voltaje.



PERDIDA DE UNA FASE





BAJO VOLTAJE Y SOBREVOLTAJE



Las condiciones de bajo voltaje (UV) y sobrevoltaje (OV) sedeben principalmente a sobrecarga de los circuitos y/oregulación defectuosa. Un motor eléctrico que opere enpresencia de bajo voltaje (UV), aumentará las corrientes detrabajo y en consecuencia se sobrecalentarán sus arrollados.



PROTECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS



Proteger los motores trifásicos, se ha vueltouna necesidad imperativa para los usuarios y/opropietarios de los mismos. Ello debido a laspérdidas económicas que implican lareparación o reposición del motor dañado y lasasociadas al servicio que dejaron de prestarestando fuera de operación.La protección de un motor trifásico debe decontemplar problemas asociados a voltajes y alconsumo de corriente. Para ello, se requierende dispositivos que estén en capacidad desupervisar los valores de voltaje y de lascorrientes, con que opera el motor.

BAJO VOLTAJE Y SOBREVOLTAJE





Los relés de sobrecarga se emplean para protegerequipos como motores o transformadores desobrecalentamientos inadmisibles. Un sistemaclásico de protección es el de relés con Bimetales,

donde un arrollamiento calefactor conectado en seriecon el circuito, genera una temperatura que dependede la corriente, y esta temperatura a su vez deformaunas cintas bimetálicas que accionan el mecanismode disparo.



RELÉS TÉRMICOS DE SOBRECARGA



La protección mas utilizada en las aplicaciones demotores trifásicos es el relé térmico de sobrecarga. A través de él fluyen las corrientes que consume elmotor, calentándose y enfriándose de igual maneraque este. Para ello, hacen uso de unasresistencias calentadoras por las que fluyen lascorrientes del motor. Si el calor acumulado en lasresistencias es mayor o igual al máximo permitido,un contacto asociado a estas, se dilatará por

efecto del calor y desenergizará al motor

LIMITACIONES:



RELÉS DE SOBRECARGA BIMETÁLICOS



VENTAJAS:

- no presentan los tipos dealeación fusible y puederetornar automáticamente y pormedio de un elemento decompensación.

- se pueden realizar ajustes segúnlas variaciones de la temperaturaambiente.

C O S

- Curva de disparo fija, no apta paraarranques difíciles.- Ajuste impreciso de la intensidad delmotor.

- Protección lenta o nula contra fallos defase, dependiendo de lacarga del motor.

- Ninguna señalización selectiva de lacausa de disparo.- Imposibilidad de autocontrolar la curva

de disparo.



PROTECCIÓN CONTRA FALLA DE COJINETE



Los fallos en los cojinetes pueden ser provocados por:corrientes de alta frecuencia que circulan a través de loscojinetes del motor.

Métodos para

afectar a lascorrientes de loscojinetes

Un sistema de cableado y conexión atierra correcto

La interrupción de los bucles decorriente de los cojinetes

Amortiguación de la intensidad demodo común de alta frecuencia



RELÉS DE SOBRECORRIENTE INSTANTÁNEA





PROTECCIONES INSTANTÁNEAS DE FALLA A TIERRA



La función de estas protecciones es muy claramente interpretadadado su nombre, detectaran corrientes de falla a tierra y actuaransin ninguna condición de retardo de tiempo.Es recomendable que un transformador de corrientes de

secuencia cero sea instalado para alimentar el relé utilizado enesta aplicación.



FUSIBLES



TIPOS DE FUSIBLES

Los fusibles de expulsióny de ácido bórico seaplican en el rango detensiones y corrientes.

El funcionamiento del fusible

produce mucho gas y ruidoestos fusibles se puedenemplear en tensiones hasta 115KV y con corrientes de cortocircuito simétricas hasta de 20KA.

DE EXPULSIÓNDE ACIDO BÓRICO



PROTECCIÓN DIFERENCIAL DE FASES.



COORDINACIÓN DE PROTECCIONES DE SOBRECORRIENTE

Los Dispositivos de protección de sobre

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICACATEDRA: DISEÑO DE SUBESTACIONES.TEMA XI: COORDINACION DE LOS SISTEMAS DE PROTECCION

Autor:Nelson Simoza.



En las protecciones de sobre corriente, losrespaldos prácticamente se dan en función altiempo, esta configuración de respaldos entiempo se denomina Coordinación deprotecciones de sobre corriente, donde el reléaguas abajo es el que debe disparar lo masrápido posible ante una falla en su zona deprotección, y si esto no ocurre entoncesdispararía como respaldo una protección desobre corriente aguas arriba.

p pcorriente, cuando forman parte de unsistema de protecciones, cumplen lasfunciones de protección principal yprotección de respaldo, de acuerdo a suubicación en el sistema eléctricoproteger.

Relevador

Normas Coordinación de protecciones de sobrecorriente

IEEE Std 242-2001, IEEE Recommended Practice for Protectionand Coordination of Industrial and Commercial PowerS t ( di i )


CATEDRA: DISEÑO DE SUBESTACIONES.TEMA XI: COORDINACION DE LOS SISTEMAS DE PROTECCION

Autor:

Nelson Simoza.



Systems.(coordinacion)

IEEE Std 141-1993, IEEE Recommended Practice for ElectricPower Distribution for Industrial Plants.

CODIGO ELECTRICO NACIONAL. FONDONORMA 200:2004(7ª Revisión). (2004) Venezuela: CODOELECTRA. ( Ajustes

Protecciones transformadores 450.3)( Ajustes ProteccionesMotores 430.32, 430.52)

IEEE Std C57.109-1993 Guide for Liquid-Immersed TransformerThrough-Fault-Current Duration. (Curvas de daño

transformadores)

IEC 60076-7, Loading Guide for Oil-immersed PowerTransformers (sobrecargas transformadores)

IEC 60947-2. Connect devices and low voltage control, Part 2.Automatic Switches. (Coordinacion interruptores de baja

tension)

FABRICANTES DE RELEVADORES DE SOBRECORRIENTE 50/51



Autor:

Nelson Simoza.



Fabricantes de Relevadores de sobrecorriente 50/51

UBICACIÓN DE LOS RELÉS DE PROTECCIONES Y SUS MÓDULOS



Autor:

Nelson Simoza.



Detalle de gabinete donde seubican los Relés de

Protecciones

Módulos Conexiones

CRITERIOS SOBRE LA SELECTIVIDAD



Autor:

Nelson Simoza.



tF1=lo mas rápido posibletR2= tF1-ΔtΔt=(0,1-0,4) seg Selectividad Relé- Fusible

Selectividad Fusible- Rele



Autor:

Nelson Simoza.




tR1=lo mas rápido posibletF1= Tr1+Δt+tINTΔt=(0,2-0,4) segTINT=tiempo de operación del interruptor enciclos

Selectividad Relé- Relé



Autor:

Nelson Simoza.




tR1=lo mas rápido posibletF1= tR1+Δt+tINTAΔt=(0,2-0,4) segtINT=tiempo de operación del interruptor A enciclos

Selectividad Fusible-Fusible



Autor:

Nelson Simoza.




tF1=lo mas rápido posibletF2= tF1-ΔtΔt=(0,1-0,2)seg

Selectividad Fusible- Interruptor



Autor:

Nelson Simoza.




tF1=lo mas rápido posibletF2= tMT-ΔtΔt=(0,2-0,4)seg

Selectividad Fusible Interruptor

LIMITES DE AJUSTE



Autor:

Nelson Simoza



Corrientes decarga total delos

transformadoresy corrientes deflujo de cargasignificativas.

Puntos de dañoI^2*t, o curvaspara

transformadores, cables,

motores, y otrosequipos.

Puntos decorriente deinrush del

transformador.

La curva dearranque del

motor que indicala corriente de

rotor bloqueado,corriente de

carga total, y eltiempo de

aceleración del

motor.



Autor:

Nelson Simoza.

LIMITES DE AJUSTE



El CEN proporciona los límites máximos requeridos para protección contrasobrecorriente de transformadores, en la tabla se resumen estos límitesen por ciento, tomando como base la corriente nominal del transformador.

Limites CEN (Código eléctrico nacional)



Autor:

Nelson Simoza.

LIMITES DE AJUSTE



La curva ANSI (American National Standard Institute), representa lamáxima capacidad que puede soportar el transformador sin dañarse

cuando es sometido a esfuerzos mecánicos y térmicos ocasionadospor un cortocircuito. Para calcular la curva ANSI es necesarioclasificar a los transformadores en categorías como se muestra en latabla

Curva de daño (ANSI)



Autor:

Nelson Simoza.

LIMITES DE AJUSTE



Esta tabla indica las características tiempo y corriente a los cuales se

deben calcular los puntos de la curva ANSI, para el cálculo de lospuntos ANSI se debe tomar en cuenta la categoría del transformador.

Donde:Zt = Impedancia del transformadoren por unidad en base a los kVAcon enfriamiento OA.

Zs = Impedancia de la fuente en porunidad en base a los kVA detransformador con enfriamiento OA.Ipc = Corriente en A a plena cargadel transformador en base a sucapacidad con enfriamiento OA.

Construcción de Curva de daño (ANSI)



Autor:

Nelson Simoza.

LIMITES DE AJUSTE



La corriente de magnetización de un transformador es considerada

como un múltiplo de su corriente nominal que varía de acuerdo a lacapacidad nominal del transformador como se indica en la tabla.

El tiempo de duración de la corriente de magnetización esinvariablemente de 0,10 s.

Punto de magnetización (inrush)

Curvas de arranque



Autor:

Nelson Simoza.

LIMITES DE AJUSTE



Corriente a plena carga : Es el valor de la corriente quedemanda el motor en condiciones de tensión, potencia y

frecuencia nominales.Corriente de magn etización: Es el valor de la corriente que circula a

través de los devanados del motor, cuando este es energizado

inicialmente. En forma aproximada su valor alcanza 1,76 veces lacorriente a rotor bloqueado para motores de tensión media y alta y 1,5

veces para los motores de tensión baja, con una duración de 0,1 s.

Tiempo de aceleración: Es el tiempo de transición entre lacorriente de arranque y la de plena carga del motor. Depende de

la capacidad nominal del motor, del par de arranque y de lainercia de la carga.

Corr iente a rotor bloqu eado: Corriente del motor a velocidad cero. Sino se conoce su valor, se puede utilizar la letra código NEMA para

determinarlo.

Tiempo de atascam iento máximo p ermit id o : El tiempo de atascamiento delrotor, representa en un motor, un punto en la curva limite de calentamiento,

definido por I2t corriente de rotor bloqueado.

CURVA ARRANQUE

u r v a d e d a ñ o



Autor:

Nelson Simoza.

LIMITES DE AJUSTE



Para el trazo de la curva de daño se emplea generalmente las curvasproporcionadas por los fabricantes pero en caso de que no se conozcan, se aplicanlas ecuaciones respectivamente:

Para el cobre: Para el aluminio:

Donde:I = Corriente que circula por el conductor en A.CM= Calibre del conductor.t= Tiempo en que circula la corriente, en s.t0= Temperatura inicial antes de un camb.io de corriente, en °C.TF=Temperatura final después de un cambio de corriente, en °C.Fac= Relación de efecto piel o relación de corriente alterna a corriente directa.

Curvas de daño C u

La curva

TRAZADO DE CURVAS DE CORRIENTE - TIEMPO



Autor:

Nelson Simoza.



Comiencedibujando las

curvascaracterística

s de los

dispositivosde protecciónen la gráfica,empezando al

nivel devoltaje más

bajo y la

carga másgrande.

Elmáximonivel de

cortocirc

uito en elsistema

es ellímite de

lascurvas a

la

derecha.

Todas lascaracterística

s del relé

deben sergraficadas enuna escalacomún aún

cuando esténa distintosniveles de

voltaje.

La escala debeser seleccionada

de modo quetodas las curvascaracterísticas,

curvas deprotección,

corrientes decarga total, ycorrientes decortocircuito

puedan estar en

el mismo graficosin solaparse.

La curvacaracterística

deldispositivo

más pequeñose grafica lo

más lejosposible a la

izquierda delpapel de

modo que lascurvas no se

vean apiñadas

a la derechadel papellogarítmico.

SISTEMA A ESTUDIAR



Autor:

Nelson Simoza.



El sistema eléctrico a coordinar es el de C.V.GVENALUM, desde el nivel de 115 KV de suministrode energía, 13.8 KV de distribución y 480 V deservicio en la planta de reducción III.

COORDINACIÓN FALLA 3Φ NODO 47-M-501_2,4KV



Autor:

Nelson Simoza.



LIMITE DE AJUSTE 47-M-501:

En la segunda figura se observaque el fusible F 47-M-501 esta a laderecha de la curva de arranquedel Motor 47-M-501-100%,permitiendo así su operación.

En la primera figura se puedeobservar que cada vez que elmotor vaya a arrancar, se va adisparar el fusible, es decir elmotor nunca va operar.

CRITERIO DE SELECTIVIDAD 47-M-501 :

Para una falla en el motor el fusible



Autor:

Nelson Simoza.

COORDINACIÓN FALLA 3Φ NODO 47-M-501_2,4KV



Para una falla en el motor el fusibledebe actuar lo mas rápido posible, yaque es la protección principal,aproximadamente menor a 0,1segundo (instantáneo), pero a su vezpermitiendo el arranque de el motor.

CRITERIO DE SELECTIVIDAD473T1A:

El Fusible 473T1A es el respaldopara esta falla y mantiene unaselectividad de Δt=0,168-0,01=0,158seg. Es decir cumple con el criteriofusible-fusible Δt=(0,1-0,2).

El RelayA2-F actúa como tercerrespaldo, lo cual no es malo.

En este caso las cargas se concentranen CCM de grandes capacidades, por lo

tanto las curvas de arranque de losCCM están muy cercanas a la curva ded ñ d l t f d E d i

COORDINACIÓN FALLA 3ᴓ BARRA 47-3-S1_2,4 KV



Autor:

Nelson Simoza.



daño del transformador. Es decir, nohay espacio para colocar unaprotección en el lado de baja deltransformador.

LIMITE DE AJUSTE F473T1A:Se puede observar que el fusibleF473T1A protege al transformador Tx47-3-T1 un 50% o menos antesobrecargas de corto tiempo, según loestipulado en la norma IEC 60076-7 ,permite su energización y tambiénprotege al cable FR-20, ya que son los

dos elementos que están antes de él ydespués del fusible F 47-M-501 . Esdecir la curva del fusible debe estarentre de las curvas de daños de loselementos que protege y el puntoarranque (inrush).

CRITERIO DE SELECTIVIDADF473T1A :

COORDINACIÓN FALLA 3ᴓ BARRA 47-3-S1_2,4 KV



Autor:

Nelson Simoza.



El fusible F473T1A es la protecciónprincipal de esta barra, es decirdebe actuar lo mas rápido posiblepara esta falla, pero hay queconsiderar su tiempo como respaldo

en la falla aguas abajo y los limitesde ajustes analizados en ladispositiva anterior. Es por eso quese deja un tiempo de disparo de0,168 seg.

CRITERIO DE SELECTIVIDADRelayA2-F:

El RelayA2-F es la protección derespaldo, cumple el criterio deselectividad (0,3- 0,4) Δt= 0,788-0,323=0,465 seg.

COORDINACIÓN FALLA 3ᴓ NODO 47-MCC-5_0,48KV



Autor:

Nelson Simoza.



LIMITE DE AJUSTE I 47-MCC-5 :

En la figura se observa que elinterruptor I 47-MCC-5 esta a laderecha de la curva de arranque delMotor 47-M-501, a la izquierda de supunto de limite térmico 47-MCC-5Hoty de su alimentador FR-247.

CRITERIO DE SELECTIVIDAD 47-

MCC-5 :

Para una falla en el motor el interruptor I

Coordinación Falla 3ᴓ Nodo 47-MCC-5_0,48kV



Autor:

Nelson Simoza.



Para una falla en el motor el interruptor I47-MCC-5 debe actuar lo mas rápidoposible, ya que es la protecciónprincipal a 0,01seg. (instantáneo), peroa su vez permitiendo el arranque de elmotor y protección.

CRITERIO DE SELECTIVIDADIP503S2: :

El Interruptor IP503S2 es el respaldopara esta falla y mantiene unaselectividad de Δt=0,2-0,05=0,15 seg.

Es decir cumple con el criteriointerruptor-interruptorΔt=(0,1-0,2).

El Fusible F 503T2 actúa como tercerrespaldo, lo cual no es malo.

LIMITE DE AJUSTE IP503S2:

En la figura se puede observar que elinterruptor IP 50-3-S2 permite laenergi ación del transformador T 47 3 T1

COORDINACIÓN FALLA 3ᴓ BARRA 50-3-S2_0,48KV



Autor:

Nelson Simoza.



energización del transformador Tx 47-3-T1,protege ante sobrecarga de tiempo largo,cortocircuito y sobrecargas de tiempocorto.

LIMITE DE AJUSTE F503T2:

En la figura se puede observar que elfusible F473T1A protege al transformadorTx 47-3-T1 un 50% o menos antesobrecargas de corto tiempo, según loestipulado en la norma IEC 60076-7,permite su energización y también protegeal cable FR-19, ya que son los dos

elementos que están antes de él ydespués del interruptor IP 50-3-S2 . Esdecir la curva del fusible debe estar entrede las curvas de daño de los elementosque protege y el punto arranque (inrush)del transformador.

CRITERIO DE SELECTIVIDAD IP503S2:

El interruptor IP503S2, se ajusta para que

COORDINACIÓN FALLA 3ᴓ BARRA 50-3-S2_0,48KV



Autor:

Nelson Simoza.



CRITERIO DE SELECTIVIDAD F503T2:

El fusible F503T2 es la protección derespaldo y mantiene una selectividad deΔt=0,617-0,32=0,297 seg. Es decir cumplecon el criterio fusible-interruptor Δt=(0,2-0,4)

dispare a 0,2 seg. permitiendo asíselectividad entre las protecciones aguasabajo, las cuales actúan en instantáneo, esdecir a 0,01 seg.

En falla trifásica no es malo que actúen las

protecciones aguas abajo como tercerrespaldo, porque eliminan contribución decorriente de fallas (motores), esto ocurr ecuando se concentran grandes bloques deCCM.

CRITERIO DE SELECTIVIDAD RelayA2-F:

En relé A2-F es la protección principal deesta barra, es decir debe actuar lo masrápido posible para esta falla, pero hay que

COORDINACIÓN FALLA 3ᴓ BARRA 50-F3 REDUC. CII_13,8KV



Autor:

Nelson Simoza.



p p p p y qconsiderar su tiempo como respaldo en lafalla aguas abajo y los limites de ajustesanalizados en la dispositiva anterior. Es poreso que se deja un tiempo de disparo de0,431 seg.

CRITERIO DE SELECTIVIDAD RelayIA-FEl RelayIA-F , para esta falla actúa comorespaldo con unTdisparo=0,431+0,4=0,831seg, pero se dejaen 1,5seg para que tenga selectividad contodas las unidades de protección aguasabajo.

En falla trifásica no es malo que actúen lasprotecciones aguas abajo como tercerrespaldo, porque eliminan contribución decorriente de fallas (motores), esto ocurrecuando se concentran grandes bloques deCCM.

LIMITE DE AJUSTE RelayA2-F:




Autor:

Nelson Simoza.



En la figura se puede observarque el relé A2-F protege alcable FR-2, ya que es elelemento que está antes de él y

después de los fusibles. Esdecir la curva del relé debeestar a la izquierda mas posiblede la curva de daño del cable.

COORDINACIÓN FALLA 3ᴓ BARRA A_13,8KV



Autor:

Nelson Simoza.



LIMITE DE AJUSTERelayIA-F:

En la figura se puede

observar que el RelayIA-Fpermite la energización deltransformador Tx 40-T6,protege ante sobrecarga detiempo largo, antecortocircuito y antesobrecargas de tiempo corto.

CRITERIO SELECTIVIDAD RelayIA-F:

En relé IA-F es la protección principal de



Autor:

Nelson Simoza.




esta barra, es decir debe actuar lo masrápido posible para esta falla, pero hay queconsiderar su tiempo como respaldo en lafalla aguas abajo y los limites de ajustesanalizados en la dispositiva anterior. Es

por eso que se deja un tiempo de disparode 1,37seg.

Este sistema no tiene protección derespaldo a la protección diferencial deltransformador y a la protección desobrecorriente ubicada en la celda del

interruptor principal de 13.8 kV ladosecundario del transformador. El costo deincorporar un segundo relé de protecciónes irrelevante ante el impacto de una fallano despejada debidamente.

COORDINACIÓN FALLA 3ᴓ BARRA NORTE-E_115KV



Autor:

Nelson Simoza.



LIMITE DE AJUSTERelayHI305-F/N:

En la figura se puedeobservar el ajusteRelayHI305-F/N y detodas las proteccionesaguas abajo

CRITERIO SELECTIVIDAD RelayIA-F:En relé IA-F es la protección principal de

COORDINACIÓN FALLA 3ᴓ BARRA NORTE-E_115KV



Autor:

Nelson Simoza.



esta barra, es decir debe actuar lo masrápido posible 0,02seg. Para este relé noque considerar su tiempo como respaldoen la falla aguas abajo, debido a que estabarra es la que alimenta a todos lostransforectificadores de los complejos.

En la falla trifásica no es malo que actúenlas protecciones aguas abajo como tercerrespaldo, porque eliminan contribución decorriente de fallas (motores), esto ocurre

cuando se concentran grandes bloques deCCM.

Para limitar la Para los Cuando sepresentan

COORDINACIÓN DE FALLAS A TIERRA



Autor:

Nelson Simoza.



Dependiendo dela configuracióndel sistema, yde cercanía dela falla con elgenerador. El

orden deseveridad de las

fallas pudecambiar.

Para estecaso en losniveles detensión de115kV y

13,8kV la fallamonofásicaeran

considerable,pudiendodañar el

asilamientode los

equipos.

Para limitar lacorriente de falla

se colocanresistencias,

calculadas conla corriente de

falla a tierra yson colocadasen los neutros

de lostransformadoresde 480v y 2,4kv,esto es para no

parar laproducción.

niveles detensión de

480V y 2,4kVla falla

monofásica noera tan severa,

es decir esmucho menora la corrientede carga, por

eso no secolocaron

proteccionespara este tipo

de falla.

presentanfallas de

este tipo aniveles de

480V y 2,4kVhay sensores

instaladosque informanal operador,para quecuando el

creapertinentealimente el

CCM por otro

lado.

Para este sistemahay mucha

diferencia demagnitud entre lacorriente de falla

monofásica y latrifásica, por lotanto los ajustesprotecciones de

fase , no permitenque se disparen

por fallamonofásica.




Autor:

Nelson Simoza.



LIMITE DE AJUSTERelayA2-T:

En la figura se puedeobservar que el RelayA2-T, es de tiempo definido yprotege al cable FR-2 antecorriente de fallamonofásica.

CRITERIO DE SELECTIVIDAD RelayA2-T

En la figura se puede observar que el relé A2-T se ajusta para que dispare a 0,3 seg.aproximadamente el valor de ajuste del Rele




Autor:

Nelson Simoza.



p j A2-F, ya que los dos relés protegen el mismoelemento y además para evitar que la fallasmomentáneas saquen la carga.

CRITERIO DE SELECTIVIDAD RelayIA-TEl RelayIA-T , dispara el mismo interruptor IA,que el RelayIA-N. Por lo tanto, no importa elorden de disparo y la selectividad.

CRITERIO DE SELECTIVIDAD RelayIA-N

El RelayIA-N , para esta falla actúa comorespaldo con un Tdisparo=0,3+0,4=0,7seg,pero se deja en 1,1 seg. aproximadamente elvalor de ajuste del Rele A2-F, ya que los dosrelés protegen el mismo elemento y ademáspara que tenga selectividad con todas lasunidades de protección aguas abajo.




Autor:

Nelson Simoza.



LIMITE DE AJUSTE RelayIA-T yRelayIA-N :

En la figura se puede observar que elRelayIA-T y el RelayIA-N permite elarranque del transformador Tx 40-T6,protege ante sobrecarga de tiempolargo, ante cortocircuito y antesobrecargas de tiempo corto.

CRITERIO DE SELECTIVIDAD

RelayIA-N

El RelayIA-N , para esta falla actúa

COORDINACIÓN FALLA 1Φ BARRA A_13,8KV



Autor:

Nelson Simoza.



CRITERIO DE SELECTIVIDADRelayIA-T

El RelayIA-T , dispara el mismointerruptor IA, que el RelayIA-N. Porlo tanto, no importa el orden ordende disparo y la selectividad.

como principal a un tiempo de 1,07seg. no cumpliendo con el criteriorelé- relé Δt=0,2-0,4; Ya que seajusta a un valor aproximado al reléIA-F, debido a que operan el mismointerruptor.




TEMA

Autor:

Diseño de Subestaciones Eléctricas FINALES

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