SUBESTACION Y TRANSFORMADORES

QUE ES UNA SUBESTACION:

Instalación industrial empleada para la transformación del voltaje de la corriente eléctrica. Las subestaciones eléctricas se ubican en las inmediaciones de las centrales eléctricas para elevar el voltaje a la salida de sus generadores y en las cercanías de las poblaciones y los consumidores, para bajarlo de nuevo. La razón técnica para realizar esta operación es la conveniencia de realizar el transporte de energía eléctrica a larga distancia a voltajes elevados para reducir las pérdidas resistivas, que dependen de la intensidad de corriente. PRINCIPALES ELEMENTOS DE UNA SUBESTACIÓN QUE ES UN TRANSFORMADOR

Dispositivo eléctrico que consta de una bobina de cable situada junto a una o varias bobinas más, y que se utiliza para unir dos o más circuitos de corriente alterna (CA) aprovechando el efecto de inducción entre las bobinas. La bobina conectada a la fuente de energía se llama bobina primaria. Las demás bobinas reciben el nombre de bobinas secundarias. Un transformador cuyo voltaje secundario sea superior al primario se llama transformador elevador. Si el voltaje secundario es inferior al primario este dispositivo recibe el nombre de transformador reductor.

El producto de intensidad de corriente por voltaje es constante en cada juego de bobinas, de forma que en un transformador elevador el aumento de voltaje de la bobina secundaria viene acompañado por la correspondiente disminución de corriente. La cantidad de terminales varía según cuantos bobinados y tomas tenga. Como mínimo son tres para los auto- transformadores y cuatro en adelante para los transformadores. No tienen polaridad aunque si orientación magnética de los bobinados.

PRINCIPIO DE OPERACIÓN TEORIA ELECTROMAGNETICA

Introducción

El magnetismo es uno de los aspectos del electromagnetismo, que es una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza. Las fuerzas magnéticas son producidas por el movimiento de partículas cargadas, como por ejemplo electrones, lo que indica la estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo. El marco que enlaza ambas fuerzas, es el tema de este curso, se denomina teoría electromagnética. La manifestación más conocida del magnetismo es la fuerza de atracción o repulsión que actúa entre los materiales magnéticos como el hierro. Sin embargo, en toda la materia se pueden observar efectos más sutiles del magnetismo. Recientemente, estos efectos han proporcionado claves importantes para comprender la estructura atómica de la materia.

Almacenamiento de energía en un campo magnético

Cuando se levanta de la Tierra una piedra, el trabajo externo efectuado se almacena como energía potencial del sistema Tierra-piedra. Podemos ver a este proceso de separación de los dos objetos como un modo de almacenar energía en el campo gravitatorio. Cuando se suelta la piedra, la energía puede recuperarse en forma de energía cinética conforme la piedra se va acercando a la Tierra. De forma similar, el trabajo efectuado al separar dos cargas de signos diferentes se almacena en forma de energía del campo eléctrico de las cargas; esa energía puede recuperarse permitiendo que las cargas se junten.

Técnicamente considerarla energía almacenada en el campo (gravitatorio o eléctrico) que rodea a un cuerpo aislado, como la Tierra o una sola carga. Vemos a la energía almacenada en ese campo como representativa de la energía consumida para armar al cuerpo a partir de su masa constituyente o sus elementos de carga, suponiendo inicialmente que están en reposo y con separaciones infinitas.

La energía puede almacenarse en forma parecida en un campo magnético.

Por ejemplo, considérense dos alambres paralelos, rígidos y largos, que conducen corriente en la misma dirección. Los alambres se atraen entre sí, y el trabajo efectuado para separarlos se almacena en el campo magnético que los rodea. Podemos recuperar esa energía magnética almacenada adicional dejando que los alambres regresen a sus posiciones

La densidad de energía y el campo magnético

Ahora encontraremos una expresión para la energía (la energía por unidad de volumen) uB en un campo magnético. Consideremos un solenoide muy largo de área de sección transversal A cuyo interior no contiene ningún material. Una porción de longitud l lejos de cualquier extremo encierra un volumen Al. La energía magnética almacenada en esta porción del solenoide debe estar por completo dentro de este volumen porque el campo magnético en el exterior del solenoide es esencialmente cero. Además, la energía almacenada debe estar distribuida uniformemente en todo el volumen del solenoide porque el campo magnético es uniforme en cual-quier parte del interior.

LEY DE FARADAY

La ley de la inducción de Faraday tiene su origen en los experimentos realizados por Michael Faraday en Inglaterra en 1831, y por Joseph Henry en Estados Unidos casi al mismo tiempo. Aunque Faraday publicó sus resultados primero, lo cual le da prioridad del descubrimiento, a la unidad en el SI se le llama henry (abreviatura H). Por otra parte la unidad de Capacitancia en el SI recibe el nombre de Farad (abreviatura F).

Los experimentos de Faraday, Henry y otros, demostraron que si el flujo magnético a través de un circuíto varía por cualquier medio, se induce una FEM que es igual en magnitud a la variación por unidad de tiempo del flujo inducido en el circuito pero aparece incluso cuando no existe corriente (circuito abierto). Al principio la FEM en un circuito se localizó en una región específica pero la fem inducida a través de un flujo magnético variable puede considerarse distribuida a través de un circuito.

E = fE dl (FEM del circuíto).

Los campos eléctricos de cargas estáticas son conservativos por lo cual su integral alrededor de una curva cerrada es cero. El campo eléctrico resultante de un flujo magnético variable no es conservativo.

Los experimentos de Faraday

La figura 1 muestra una bobina de alambre como parte de un circuito que contiene un amperímetro. Normalmente, cabría esperar que el amperímetro no mostrase corriente en el circuito por que parece que no existe una fuerza electromotriz.

Sin embargo, si desplazamos un imán de barra hacia la bobina, con su polo norte encarando a la bobina, ocurre un fenómeno notable. Al mover el imán, el indicador del amperímetro se mueve, demostrando con ello que pasa una corriente por la bobina. Si mantenemos el imán estacionario con respecto a la bobina, el amperímetro no marca. Si movemos el imán alejándose de la bobina, el medidor muestra de nuevo una desviación, pero ahora en dirección opuesta, lo cual significa que la corriente en la bobina circula en dirección opuesta. Si usamos el extremo del polo sur de un imán en lugar del extremo del polo norte, el experimento funciona como se ha descrito , pero la desviación se invierte. Cuanto más aprisa se mueve al imán, mayor será la lectura registrada en el medidor.

Experimentos posteriores demuestran que lo que importa es el movimiento relativo entre el imán y la bobina. NO existe ninguna diferencia en que movamos el imán hacia la bobina o la bobina hacia el imán.

La corriente que aparece en este experimento se llama corriente inducida y se dice que se origina por una fuerza electromotriz inducida. Nótese que no existen baterías en ninguna parte del circuito. Faraday dedujo, a partir de experimentos como este, la ley que da la magnitud y dirección a las fem inducidas. Tales fem son muy importantes en la práctica.

En otro experimento se emplea el aparato de la figura 2. Las bobinas se colocan una cerca de la otra pero en reposo respecto la una de la otra. Cuando cerramos el interruptor S, creando así una corriente estacionaria en la bobina de la derecha, el medidor marca momentáneamente; cuando abrimos el interruptor, interrumpiendo de este modo la corriente, el medidor marca de nuevo momentáneamente, pero en dirección opuesta. Ninguno de los aparatos se mueve físicamente en este experimento. El experimento muestra que existe una fem inducida en la bobina izquierda de la figura 2 siempre que la corriente de la bobina derecha esté cambiando. Lo que es significativo aquí es la velocidad a la que cambia la corriente y no la intensidad de la corriente.

La característica común de estos dos experimentos es el movimiento o cambio. La causa de las fem inducidas es el imán en movimiento o la corriente cambiante.

LEY DE LENZ

Los estudios sobre inducción electromagnética, realizados por Michael Faraday nos indican que en un conductor que se mueva cortando las líneas de fuerza de un campo magnético se producirá en una fuerza electromotríz inducida y si se tratare de un circuito cerrado se producirá una corriente inducida. Lo mismo sucederá si el flujo magnético que atraviesa al conductor es variable.

La Ley de Lenz nos dice que las fuerzas electromotrices o las corrientes inducidas serán de un sentido tal que se opongan a la variación del flujo magnético que las produjeron.

Esta ley se llama así en honor del físico germano-báltico Heinrich Lenz, quien la formuló en el año 1834.

CLASIFICACION DE TRANSFORMADORES

Transformadores Secos Se utilizan en interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, en lugares donde los espacios reducidos y los requerimientos de seguridad en caso de incendio imposibilitan la utilización de transformadores refrigerados en aceite. Son de aplicación en grandes edificios, hospitales, industrias, minería, grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica. Su principal característica es que son refrigerados en aire con aislación clase F, utilizándose resina epoxi como medio de protección de los arrollamientos, siendo innecesario cualquier mantenimiento posterior a la instalación. Se fabrican en potencias normalizadas desde 100 hasta 2500 kVA, tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV y frecuencias de 50 y 60 Hz.

TRIFASICOS

Transformador autoprotegido trifásicos. Estos transformadores son similares a las unidades monofásicas, con la excepción de que emplea un cortocircuito de tres polos. El cortacircuito está dispuesto de manera que abra los tres polos en caso de una sobrecarga seria o de falla en alguna de las fases. (fig 3)

Una transformación trifásica-trifásica consta de un primario, en conexión trifásica equilibrada, que alimenta un sistema trifásico. Para abreviar, a este tipo de transformación le llamaremos simplemente transformación trifásica.

Transformación Trifásica mediante tres Transformadores Monofásicos. Para esta transformación, se utiliza tres transformadores monofásicos de igual relación de transformación. Los primarios se conectan a la red trifásica de donde toman la energía y los secundarios alimentan el sistema trifásico de utilización.

Los transformadores son completamente independientes entre si, por lo

que los circuitos magnéticos también lo son, no produciéndose, por lo tanto, ninguna interferencia o interacción entre los flujos magnéticos producidos.

PRUEBAS ELECTRICAS A LOS TRANSFORMADORES

RIGIDEZ DIELECTRICA

Defínase como la intensidad máxima de un campo eléctrico a que puede ser sujetado el material aislante sin que a través de el pase una descarga eléctrica.

Para testar la rigidez dieléctrica aplicase entre los cables que salen del motor y de la armadura del equipamiento una tensión (voltaje) de 1,000 (mil) Volts más el doble de la tensión nominal del equipamiento, con el auxilio de un equipamiento llamado HIPOT.

Para ejemplificar: Si el equipamiento sea 110 Volts la tensión a ser aplicada será de: 1000 + (2 x 110) = 1,220 Volts. Si el equipamiento sea 220 Volts la tensión a ser aplicada será de: 1000 + (2 x 220) = 1,440 Volts

Universidad la salle victoria

iv semestre Arquitectura

Instalaciones IV

Investigación

Prof: jehu ruben Martinez Garcia

Alumno: Carlos Campos Del Angel