General Ida Des en Subestaciones

8/2/2019 General Ida Des en Subestaciones

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Gene ra l idades en Subes t ac iones

Elaboro: Pag. 1 De149Ingeniero Juan Carlos Mesa Alvarez

GENERALIDADES

EN

SUBESTACIONES

Elaborado por

JUAN CARLOS MESA ALVAREZ

Ingeniero Electricista


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I NTRODUCCI N

Teniendo encuenta la falta de un documento o algo similar, que pueda ser el apoyo paraque los nuevos operadores de subestaciones de energa puedan identificar su nuevoambiente de laboral; o para que los antiguos operadores refresquen sus conocimientos seha ideo este pequeo pero til tratado.

Esto naci al ver dicha falencia en instituciones tcnicas y / o tecnolgicas, en la que

solamente se explica muy someramente las componentes de las subestaciones,configuraciones y dems elementos que se deben de tener presente al realizaroperaciones sobre equipos que suelen ser de elevado costo, por lo general se da endlares. Estos temas son tenidos en cuenta en materias conocidas como alternativas, esdecir, que no son propias de la carrera de un tcnico, tecnologo o ingeniero electricista.

Durante el tiempo que me he desempeado como ingeniero de Operacin, he notado estevaco y se vio reflejado con el ingreso de nuevos operadores que deban de capacitarseen un tiempo menor. O aquellos ingenieros u asistentes de operacin que por susestudios no han llegado a operar sistemas de potencia.

El medio que nos rodea exige que demos lo mejor de nosotros, para realizar una

operacin segura, fiable y que garantice que los equipos que se estn operando no sufrandaos, que en algunos casos son perjudiciales para la vida, tanto humana como delequipo. El dao a un equipo de cualquier subestacin, as sea la mas simple, es costosopor:

Tiempo de indisponibilidad: Segn el reglamento de la CREG se tiene un tiempomximo de indisponibilidad por equipo y al sobrepasar este tiempo se empieza a generarsanciones.

Consecucin de dicho equipo: Los equipos se idealizan para que operen y funcionendentro de un tiempo de vida til largo. En caso que este falle se debe de realizar elcambio, lo cual es demorado por que se debe mandar a conseguir el repuesto o cambiar

por otro de iguales o similares caractersticas.Sanciones de la empresa al trabajador: Una mala maniobra operativa, en la cual secompruebe que el dao fue causado por negligencia o cualquier otra causa humana,puede traer como consecuencia que el operador deba pagar el equipo defectuoso.

Espero que estas notas sean de gran utilidad.


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AGRADECI MI ENTOS

A todas aquellas personas que han aportado para la realizacin de este tratado. Enespecial a los ingenieros:

Julin Cadavid: Que con sus enseanzas pude alcanzar muchas metas.

Carlos Hernn Mndez: Siempre se encuentra para sacar de dudas a las personas.

Marco Tulio Snchez: Por ser una gran persona.

Marco A. Cardona: Su forma de explicar las protecciones es de admirar.

Jaime Echavarra: Que siempre esta atento para explicar.

Pablo Berrio: Que sabe apoyar incondicionalmente.

Alejandro Prez: Gran compaero y amigo.

Tcnicos y Tecnologos: De los grupos de mantenimiento de Protecciones y

Subestaciones del Centro de Transmisin de Energa Noroccidente.

Operadores de ISAGEN: Grandes compaeros de la Central San Carlos, ISAGEN.

Y a todas aquellas personas que de una u otra forma me han colaborado en este procesode aprendizaje.


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CONTENI DO

1 HISTORIA DEL DESARROLLO DEL SECTOR ELTRICO EN COLOMBIA.........................10

1.1 BREVE RESEA................................................................................................................................ 101.2 SISTEMA DE POTENCIA ................................................................................................................. 14

1.2.1 Generacin..................................................................................................................................141.2.2 Transmisin.................................................................................................................................15

1.2.2.1 Subtransmisin .................................................................................................................................. 15

1.2.3 Distribucin ................................................................................................................................ 15

2 SUBESTACIONES................................................................................................................................ 16

2.1 OBJETO DE UNA SUBESTACIN EN EL SISTEMA DE POTENCIA............................................................... 162.2 SUBESTACIN.......................................................................................................................................162.3 CARACTERSTICAS DE OPERACIN DE UNA SUBESTACIN ....................................................................172.4 CLASIFICACIN DE LAS SUBESTACIONES ..............................................................................................17

2.4.1 Funcin dentro del sistema:........................................................................................................ 172.4.1.1 De Generacin:..................................................................................................................................172.4.1.2 De Transmisin: ................................................................................................................................ 182.4.1.3 De Subtransmisin.............................................................................................................................182.4.1.4 De Distribucin. ................................................................................................................................ 18

2.4.2 Tipo de Operacin. ..................................................................................................................... 182.4.2.1 De Transformacin............................................................................................................................182.4.2.2 De maniobra ......................................................................................................................................18

2.4.3 Forma constructiva.....................................................................................................................182.4.3.1 Por Montaje: ......................................................................................................................................18

2.4.3.1.1 Subestacin Interiores:..................................................................................................................182.4.3.1.2 Subestaciones Exteriores o a la intemperie:.................................................................................. 19

2.4.3.2 Tipo de equipo................................................................................................................................... 192.4.3.2.1 Subestacin Convencional:...........................................................................................................192.4.3.2.2 Subestacin encapsulada:..............................................................................................................192.4.3.2.3 Subestacin Mvil: .......................................................................................................................19

2.5 ELEMENTOS PRINCIPALES DE LAS SUBESTACIONES...............................................................................192.5.1 Equipos de Patio.........................................................................................................................192.5.2 Equipos de Tablero ..................................................................................................................... 202.5.3 Servicios Auxiliares..................................................................................................................... 20

2.6 ESQUEMAS DE LAS SUBESTACIONES ..................................................................................................... 202.6.1 Tipos de Esquemas...................................................................................................................... 20

2.6.1.1 Europea..............................................................................................................................................212.6.1.1.1 Barra sencilla ................................................................................................................................ 212.6.1.1.2 Barra principal ms barra de transferencia....................................................................................212.6.1.1.3 Doble barra ................................................................................................................................... 222.6.1.1.4 Doble barra ms seccionador de by-pass ......................................................................................222.6.1.1.5 Doble barra combinada con transferencia..................................................................................... 232.6.1.1.6 Doble barra con doble interruptor.................................................................................................242.6.1.1.7 Doble barra ms barra de transferencia.........................................................................................24


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2.6.1.2 Americana: ........................................................................................................................................252.6.1.2.1 Interruptor y medio .......................................................................................................................252.6.1.2.2 Anillo............................................................................................................................................26

3 EL TRANSFORMADOR......................................................................................................................27

3.1 CLASIFICACIN .................................................................................................................................... 273.1.1 Transformadores de Medida.......................................................................................................27

3.1.1.1 Transformador de Potencial PT...................................................................................................... 273.1.1.1.1 Caractersticas de los PT...............................................................................................................273.1.1.1.2 Errores en los PT...........................................................................................................................283.1.1.1.3 Conexiones de los PT ...................................................................................................................28

3.1.1.1.3.1 Conexin ............................................................................................................................ 283.1.1.1.3.2 Conexin Delta abierta o Tringulo .......................................................................................293.1.1.1.3.3 Conexin en V .......................................................................................................................29

3.1.1.1.4 Tipos de PT...................................................................................................................................303.1.1.1.4.1 PT Capacitivo.........................................................................................................................303.1.1.1.4.2 PT Inductivo...........................................................................................................................31

3.1.1.2 Transformador de Corriente CT.....................................................................................................313.1.1.2.1 Caractersticas de los CT...............................................................................................................313.1.1.2.2 Errores en los CT ..........................................................................................................................31

3.1.1.2.2.1 Error en la Relacin de Transformacin................................................................................. 313.1.1.2.2.2 Error en ngulo de fase...........................................................................................................31

3.1.1.2.3 CT de Clase X...............................................................................................................................313.1.1.2.4 Tipos de CT .................................................................................................................................. 32

3.1.1.2.4.1 De Arrollamiento Primario.....................................................................................................323.1.1.2.4.2 Tipo Barra o Buje...................................................................................................................323.1.1.2.4.3 Montaje Separado ..................................................................................................................32

3.1.2 Transformadores de Potencia.....................................................................................................333.1.3 Transformadores de Conexin a Tierra...................................................................................... 35

3.2 CONEXIN DE LOS TRANSFORMADORES DE POTENCIA...................................................... 363.2.1 Conexin en paralelo.................................................................................................................. 36

3.2.1.1 Condiciones para la puesta en paralelo de los transformadores .........................................................363.2.1.1.1 Igual frecuencia en las redes a acoplar..........................................................................................363.2.1.1.2 Igual sentido de rotacin...............................................................................................................363.2.1.1.3 Igual relacin de transformacin en vaco. ...................................................................................363.2.1.1.4 Iguales tensiones porcentuales de cortocircuito. ...........................................................................363.2.1.1.5 Relacin de potencias no mayor de 1 : 3....................................................................................... 383.2.1.1.6 Iguales desfases secundarios respecto al primario. ....................................................................... 383.2.1.1.7 Igual impedancia...........................................................................................................................39

3.3 CARACTERSTICAS NOMINALES ............................................................................................................393.3.1 Potencia Nominal (Pn) ................................................................................................................393.3.2 Tensin nominal de un devanado................................................................................................ 393.3.3 Tensin Primaria Nominal (Un1)................................................................................................. 393.3.4 Tensin Secundaria Nominal (Un2) .............................................................................................393.3.5 Relacin de Transformacin nominal (a) ...................................................................................40

3.3.6 Corriente Nominal (In) ................................................................................................................403.3.7 Corriente Nominal Secundaria (In2)............................................................................................ 403.3.8 Corriente Nominal Primaria (In1) ...............................................................................................403.3.9 Tensin Nominal de Corto Circuito o Tensin de Impedancia (Usn)..........................................403.3.10 Grupo de conexin .................................................................................................................413.3.11 Frecuencia Nominal (F) ......................................................................................................... 413.3.12 Refrigeracin..........................................................................................................................41

3.3.12.1 Refrigeracin Natural (Autorrefrigerado - M) ...................................................................................413.3.12.1.1 ONAN .........................................................................................................................................41


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3.3.12.1.2 OA ...............................................................................................................................................413.3.12.2 Refrigeracin Forzada (F)..................................................................................................................41

3.3.12.2.1 ODAF ..........................................................................................................................................41

3.3.12.2.2 FOA.............................................................................................................................................423.3.12.2.3 FA2..............................................................................................................................................42

3.3.12.3 Refrigeracin de circuito cerrado.......................................................................................................423.3.12.4 Combinaciones .................................................................................................................................. 42

3.3.12.4.1 ONAF ..........................................................................................................................................423.3.12.4.2 ONAF II ......................................................................................................................................423.3.12.4.3 FA................................................................................................................................................423.3.12.4.4 OB ...............................................................................................................................................42

3.3.13 Nivel de Aislamiento............................................................................................................... 423.4 CAMBIADOR DE TAP`S ................................................................................................................... 43

3.4.1 Cambiador de Tap s para operar en vaco.................................................................................433.4.2 Cambiador de Tap`s para operar con carga .............................................................................. 43

3.5 PROTECCIONES DE LOS TRANSFORMADORES........................................................................ 433.5.1 Protecciones Mecnicas .............................................................................................................43

3.5.1.1 Proteccin Rel Bucholz....................................................................................................................443.5.1.2 Proteccin Sobre Temperatura...........................................................................................................453.5.1.3 Proteccin Sobre Presin...................................................................................................................45

3.5.2 Protecciones Elctricas...............................................................................................................453.5.2.1 Proteccin Diferencial .......................................................................................................................463.5.2.2 Proteccin Sobre Corriente................................................................................................................46

3.6 EL AUTOTRANSFORMADOR.........................................................................................................473.6.1 POTENCIA APARENTE DE UN AUTOTRASFORMADOR ......................................................49

3.7 IMPORANCIA DEL NEUTRO EN LOS TRANSFORMADORES TRIFSICOS........................... 51

4 ARCO ELECTRICO.............................................................................................................................52

4.1 NATURALEZA ATMICA............................................................................................................... 524.2 IONIZACIN POR CAMPO ELCTRICO....................................................................................... 524.3 IONIZACIN TRMICA...................................................................................................................534.4 ARCO Y PLASMA............................................................................................................................. 54

5 EL INTERRUPTOR.............................................................................................................................. 56

5.1 DATOS GENERALES........................................................................................................................565.1.1 Voltaje.........................................................................................................................................565.1.2 Corriente.....................................................................................................................................575.1.3 Frecuencia .................................................................................................................................. 575.1.4 Capacidad de apertura Simtrica y Asimtrica .......................................................................... 57

5.1.4.1 Corriente de apertura simtrica:.........................................................................................................585.1.4.2 Corriente de apertura Asimtrica:...................................................................................................... 58

5.1.5 Capacidad de Cierre................................................................................................................... 585.1.6 Corriente de Corto Tiempo.........................................................................................................595.1.7 Ciclo de operacin de un Interruptor ......................................................................................... 59

5.1.8 Voltaje de Impulso ...................................................................................................................... 595.1.9 Voltaje de Tensin Aplicada ....................................................................................................... 595.1.10 Tiempo de Apertura................................................................................................................ 59

5.2 TIPOS DE INTERRUPTOR ...............................................................................................................605.2.1 Medio de Operacin ................................................................................................................... 60

5.2.1.1 Mecnicos..........................................................................................................................................605.2.1.2 Hidrulico..........................................................................................................................................605.2.1.3 Neumtico..........................................................................................................................................605.2.1.4 Combinacin......................................................................................................................................60


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5.2.2 Medio de Extincin del Arco Elctrico ....................................................................................... 605.2.2.1 Gas.....................................................................................................................................................605.2.2.2 Neumtico..........................................................................................................................................615.2.2.3 Hidrulico..........................................................................................................................................61

6 SECCIONADOR....................................................................................................................................62

6.1 CARACTERSTICAS DE LOS SECCIONADORES ........................................................................ 626.1.1 Tensin Nominal ......................................................................................................................... 626.1.2 Corriente Nominal ...................................................................................................................... 626.1.3 Sobre intensidad Admisible en Caso de Coto Circuito............................................................... 62

6.1.3.1 Corriente Eficaz de Corto Circuito ....................................................................................................626.1.3.2 Pico de Corto Circuito .......................................................................................................................63

6.1.4 Nivel de Aislamiento ................................................................................................................... 636.2 TIPOS DE SECCIONADORES.......................................................................................................... 63

6.2.1 Seccionadores de Cuchilla.......................................................................................................... 636.2.2 Seccionadores de Columna Giratoria......................................................................................... 64

6.2.3 Seccionador de Dos Columnas Giratorias o de Apertura Central .............................................646.2.4 Seccionador Tipo Pantgrafo..................................................................................................... 656.2.5 Seccionador de Puesta a Tierra..................................................................................................66

6.3 MECANISMO DE OPERACIN.......................................................................................................67

7 PARARRAYO........................................................................................................................................69

7.1 VALORES NOMINALES ..................................................................................................................707.1.1 Voltaje Nominal ..........................................................................................................................707.1.2 Voltaje de Operacin a Frecuencia Nominal ............................................................................. 707.1.3 Voltaje de Operacin de Impulso................................................................................................ 707.1.4 Corriente de Descarga................................................................................................................707.1.5 Voltaje Residual..........................................................................................................................707.1.6 Voltaje de Operacin al Frente de Onda.................................................................................... 70

7.2 PARARRAYOS DE OXIDO DE ZINC (ZN

O)...................................................................................707.3 SELECCIN DE PARARRAYOS ..................................................................................................... 72

8 RELES DE PROTECCIN.................................................................................................................. 74

8.1 OBJETIVO..........................................................................................................................................748.2 FUNCIN ........................................................................................................................................... 748.3 CLACIFICACIN DE LOS RELES DE PROTECCIN .................................................................. 75

8.3.1 Categora Funcional................................................................................................................... 758.3.1.1 De Proteccin ....................................................................................................................................758.3.1.2 De Monitoreo.....................................................................................................................................758.3.1.3 Programables. ....................................................................................................................................758.3.1.4 Reguladores. ......................................................................................................................................758.3.1.5 Auxiliares ..........................................................................................................................................76

8.3.2 Entrada o Cantidad Actuante .....................................................................................................76

8.3.3 Principio de Operacin............................................................................................................... 768.3.3.1 Desempeo ........................................................................................................................................778.4 CADENA DE ELEMENTOSPARA PROTECCIN ........................................................................ 778.5 PROTECCIN PRINCIPAL...............................................................................................................778.6 PROTECCIN DE RESPALDO ........................................................................................................79

8.6.1 Proteccin de Respaldo Remoto .................................................................................................798.6.2 Proteccin Duplicada ................................................................................................................. 808.6.3 Principio de Supervisin.............................................................................................................81

8.7 EXIGENCIAS A LOS ELEMENTOS DE PROTECCIN ................................................................81


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8.7.1 Selectividad.................................................................................................................................818.7.2 Seguridad.................................................................................................................................... 81

8.7.3 Confiabilidad ..............................................................................................................................818.7.4 Sensibilidad................................................................................................................................. 818.7.5 Velocidad .................................................................................................................................... 81

8.8 CORTO CIRCUITO............................................................................................................................828.8.1 Generalidades .............................................................................................................................828.8.2 Tipos de Corto circuito en Lneas de Transmisin .....................................................................82

8.8.2.1 Monofsico a Tierra...........................................................................................................................828.8.2.2 Bifsico..............................................................................................................................................838.8.2.3 Bifsico a Tierra ................................................................................................................................ 838.8.2.4 Trifsico.............................................................................................................................................83

8.9 OPERACIN DE LOS RELES DE PROTECCIN ..........................................................................838.9.1 Otro Tipo de Operacin.............................................................................................................. 84

8.9.1.1 Operacin Trmica ............................................................................................................................848.9.1.2 Operacin Mecnica ..........................................................................................................................84

8.9.1.3 Operacin por Frecuencia..................................................................................................................848.10 TIPOS DE RELES DE PROTECCIN..........................................................................................848.10.1 Rels de Baja Corriente, SobreCorriente, Baja Tensin y SobreTensin. .............................84

8.10.1.1 Tiempo de Operacin ........................................................................................................................858.10.2 Rel Direccional.....................................................................................................................86

8.10.2.1 Rel Direccional de Potencia.............................................................................................................868.10.2.2 Rel Direccional de SobreCorriente ..................................................................................................86

8.10.3 Rel de Equilibrio de Corriente..............................................................................................868.10.4 Rel Diferencial...................................................................................................................... 888.10.5 Rel Distancia ........................................................................................................................90

8.10.5.1 Consideraciones................................................................................................................................. 918.10.5.1.1 Sobrealcance (Overreach)............................................................................................................918.10.5.1.2 Accin Memoria.......................................................................................................................... 918.10.5.1.3 Arranque......................................................................................................................................91

8.10.5.1.3.1 Mtodos de arranque............................................................................................................ 928.10.6 Rel Piloto .............................................................................................................................. 92

8.10.6.1 Hilo Piloto .........................................................................................................................................928.10.6.1.1 Principio de Operacin ................................................................................................................92

8.10.6.1.1.1 Corriente Circulante.............................................................................................................928.10.6.1.1.2 Tensiones Opuestas..............................................................................................................93

8.10.6.2 Comparacin de Fases .......................................................................................................................948.10.6.2.1 Tipos............................................................................................................................................94

8.10.6.2.1.1 Segregado ............................................................................................................................948.10.6.2.1.2 No Segregado.......................................................................................................................94

8.10.6.3 Onda Viajera......................................................................................................................................948.11 PROTECCIN DE BARRAS ................................................................................................................. 96

8.11.1 Proteccin...............................................................................................................................968.12 PROTECCIN DE LNEAS ................................................................................................................... 96

8.12.1 Proteccin con Rels de Sobrecorriente.................................................................................96

8.12.2 Proteccin con Rels Direccionales....................................................................................... 978.12.3 Proteccin con Rels Instantneos......................................................................................... 978.12.4 Proteccin con Rels Distancia.............................................................................................. 97

8.12.4.1 Caractersticas.................................................................................................................................... 978.13 RECIERRE AUTOMTICO.......................................................................................................... 988.14 SINCRONIZACIN....................................................................................................................... 98

8.14.1 Funcin Chequeo de Sincronismo........................................................................................ 1008.14.2 Funcin de energizacin (chequeo de voltaje). ....................................................................100


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8.14.3 Uso de los Rels de Chequeo de Sincronismo ......................................................................1018.15 SISTEMAS DE COMUNICACIONES EN SISTEMAS DE PROTECIN ................................ 102

8.15.1 Sistema de Proteccin Anlogo............................................................................................ 1038.15.2 Sistema de Proteccin Comandos ........................................................................................ 1038.15.2.1 Comando para disparo (Permisivo o directo)...................................................................................1038.15.2.2 Comando para Bloqueo de Disparo .................................................................................................103

8.15.3 Sistema de Teleproteccin .................................................................................................... 1048.15.4 Sistemas de Telecomunicaciones.......................................................................................... 104

8.15.4.1 Sistemas de Comunicacin por Carrier............................................................................................1058.15.4.2 Sistemas de Comunicacin por Fibra ptica...................................................................................106

8.16 SIMBOLOGA DE LOS RELS DE PROTECCIN..................................................................................106

9 COMPENSACIN .............................................................................................................................. 110

9.1 POTENCIA REACTIVA ..................................................................................................................1109.2 PRODUCCIN Y ABSORCIN DE POTENCIA REACTIVA...................................................... 116

9.2.1 Generadores sincrnicos: ......................................................................................................... 117

9.2.2 Lneas areas:........................................................................................................................... 1179.2.3 Lneas subterrneas:.................................................................................................................1179.2.4 Transformadores: ..................................................................................................................... 1179.2.5 Las cargas: ...............................................................................................................................1189.2.6 Equipos de compensacin:........................................................................................................118

9.3 MTODOS DE CONTROL DE VOLTAJE ..................................................................................... 1189.3.1 REACTORES EN DERIVACIN..............................................................................................1199.3.2 CONDENSADORES EN DERIVACIN................................................................................... 122

9.3.2.1 APLICACIONES EN SISTEMAS DE DISTRIBUCIN...............................................................1229.3.2.2 APLICACIONES EN SISTEMAS DE TRANSMISIN................................................................124

9.3.3 CONDENSADORES EN SERIE................................................................................................ 1259.3.3.1 APLICACIONES EN DISTRIBUCIN ......................................................................................... 1259.3.3.2 APLICACIONES EN SISTEMAS DE TRANSMISIN................................................................125

9.3.4 CONDENSADORES SINCRNICOS.......................................................................................128

9.4 SISTEMA ESTATICO DE VOLTIO AMPERIOS REACTIVOS (SVS).........................................1299.4.1 TIPOS DE SVC ......................................................................................................................... 1299.4.2 FUNCIONAMIENTO DE UN SVS A FRECUENCIA FUNDAMENTAL..................................130

9.4.2.1 Caracterstica Ideal De Un SVS....................................................................................................... 1309.4.2.2 Caracterstica Real De Un SVS .......................................................................................................1319.4.2.3 Caracterstica del Sistema de Potencia.............................................................................................1349.4.2.4 Efecto De Utilizar Condensadores...................................................................................................137

9.4.3 COMPENSADOR DE REACTOR SATURADO (SR)................................................................ 1389.4.3.1 Reactor Saturado .............................................................................................................................1389.4.3.2 Eliminacin de Armnicos ..............................................................................................................1399.4.3.3 Componentes del Compensador de Reactor Saturado .....................................................................1399.4.3.4 Caractersticas del compensador de Reactor Saturado.....................................................................140

9.4.4 REACTOR CONTROLADO POR TIRISTORES (TCR)............................................................ 1409.4.4.1 Principio De Operacin ...................................................................................................................140

9.4.5 CONDENSADOR ENERGIZADO POR TIRISTORES (TSC)...................................................1439.4.6 CONDENSADOR ENERGIZADO MECANICAMENTE (MSC)...............................................1449.4.7 EL SVS EN LA PRACTICA....................................................................................................... 1459.4.8 APLICACIONES DEL SVS ....................................................................................................... 147


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1 HI STORI A DEL DESARROLLO DEL SECTORELTRI CO EN COLOMBI A

1.1 BREVE RESEA

La energa elctrica aparece en Colombia como el resultado de muchos factores, lanecesidad de encontrar un camino para el desarrollo. Es el resultado de un procesodonde se conjug la aventura, la preparacin, confianza, conciencia individual y colectivapero sobre todo un espritu emprendedor y tiempo.

En la segunda mitad del siglo pasado uno de los descubrimientos de mayor importanciafue la luz elctrica. Pero fue Tomas Alba Edison, en 1879, quien logra llevar a un buentrmino la bombilla elctrica, que consista de un filamento de alto punto de fusincolocado en un recinto sin aire o con un gas que impeda su combustin.

En 1892 se instala por primera vez en Colombia una pequea planta elctrica en la ciudad

de Barranquilla por empresarios privados.

En 1895 se constituye por primera vez una empresa con participacin del sector pblico yprivado para prestar el servicio pblico la cual se llamaba Compaa Antioquea deInstalaciones Elctricas.

Se enciende el 7 de julio de 1898 por primera vez el alumbrado pblico en Medelln, con100 focos de luz de arco y luego otros 50 para un gran total de 150 focos, que era loprevisto.

De esta manera nacen otras compaas de servicios pblicos:

1. En 1893 en la ciudad de Bogot se crea la sociedad colectiva de comercioSamper & Ca. . La cual en agosto de 1900 suministro energa a la capital delpas, en 1904 se transforma en la compaa de energa elctrica de Bogot.

2. En 1910 en la ciudad de Cali llega la luz elctrica por medio de la Compaa deluz y energa.


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3. De igual manera se crean otras empresas en las ciudades de Santa Marta,Cinaga, Honda, Girardot, Zipaquir, Palmira, Manizales, Buenaventura y otras.

Las empresas regionales de energa eran independientes y por ende sus actuacionestambin lo eran, estas empresas haban sabido responder al reto de brindar bienestar yprogreso a sus ciudades.

En 1940 se crean en Santander la primera entidad para la prestacin del servicio elctricoa las reas rurales con el nombre de Sociedad Hidroelctrica del Rio Lebrija.

En 1927 se fusionan varias pequeas empresas de energa en Bogot, crendose lasEmpresas Unidas de Energa Elctrica S. A . En 1954 se convierte en Empresa deEnerga Elctrica de Bogot . EEEB.

En Medelln en 1918 se paso a la Empresa de Energa Elctrica , mas tarde enEmpresas Pblicas Municipales y en 1955 el consejo de Medelln da origen a EmpresasPblicas de Medelln , EPM.

Ente los aos de 1950 y 1965 se conformaron las siguientes electrificadoras:

1. Caldas, 1950 Central Hidroelctrica de Caldas, CHEC.

2. Santander, 1950 Central Hidroelctrica del Rio Lebrija.

3. Ccuta, 1952 Centrales Elctricas de Ccuta.

4. Bolvar 1954, Elctrificadora de Bolvar.

5. Tolima, 1955, Elctrificadora del Tolima.

6. Boyac, 1955, Elctrificadora de Boyac.

7. Nario, 1955, Centrales Elctricas de Nario.

8. Cauca, 1955, Centrales Elctricas del Cauca.

9. Sincelejo, 1956, Empresa de Energa Elctrica de Sincelejo.

10. Atlntico. 1956, Elctrificadora del Atlntico.

11. Magdalena, 1958, Elctrificadora del Magdalena.

12. Crdoba, 1958, Elctrificadora de Crdoba.

13. Cundinamarca, 1958, Elctrificadora de Cundinamarca.


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14. Choc, 1958, Elctrificadora de Choc.

15. Antioquia, 1958, Elctrificadora de Antioquia.

En 1955, se realiza en la ciudad de Manizales un congreso nacional de electrificacin. Endonde se toca varios puntos de inters; pero el principal tema es el de integrar el sistemaelctrico nacional, en el cual se propone un plan esquemtico para la interconexin entrelas diferentes empresas. Ya en 1963 se renen las gerencias de EPM, EEEB y CVC,acordando realizar una evaluacin conjunta sobre la factibilidad de la interconexin de sussistemas.

Se conforma el consorcio INTEGRAL e INGETEC, empresas consultoras principalmentede EPM y EEEB respectivamente, las cuales presentan en mayo de 1964 sus

conclusiones y les permiti declarar factible tanto tcnica como econmicamente lainterconexin a doscientos veinte mil voltios (220 kV.) , con dos posibles configuraciones:

! Tipo radial, con centro en rea del Quindo y ramificaciones a los demsterminales.

! Tipo anillo, que conectara las reas de Bogot, Chec y Medelln con unaramificacin abierta al sistema de la CVC.

El gobierno entra al grupo por medio de Electraguas (ICEL), y de esta forma se forma ungrupo de cuatro socios; con iguales derechos y deberes. Contratan un estudio masconcienzudo que arroj lo siguiente:

1. La posibilidad de construir mas grandes y econmicas plantas generadoras. Aspoder operar de una forma mas satisfactoria el sistema integrado.

2. La posibilidad de poder utilizar menor capacidad de reservas conjuntas en losembalses.

3. Operar mas econmicamente las generadoras trmicas e hidrulicas.

4. Mejor regulacin de voltaje.

5. Aprovechar por el efecto de la diversidad, la diferencia en tiempo de las horas

pico, para cubrir, con una mejor capacidad instalada, la potencia requerida.Despus de varias reuniones, el ingreso de otras entidades, se logro formar una empresade carcter estatal, paralelo a la sociedad annima.

El 14 de septiembre de1967 se crea INTERCONEXIN ELCTRICA S.A. (ISA) deacuerdo a la escritura pblica nmero 3057, que tendra como socios a:


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1. La corporacin autnoma regional del Cauca, CVC.

2. La central Hidroelctrica del Ro Anchicay, CHIDRAL.

3. Las empresas pblicas de Medelln, EEPPM.

4. Electraguas, ICEL.

5. La empresa de Energa Elctrica de Bogot, EEEB.

6. La Central Hidroelctrica de Caldas, CHEC.

Dicha sociedad ha ido creciendo y atendiendo las demandas que se han presentado. Esas cono en 1982 se interconecta con la Costa Atlntica, con una lnea de quinientos milvoltios (500 kV.); esto permite el intercambio con el sistema de CORELCA.

A principios de los 90, anlisis efectuados entre el Gobierno Nacional y empresas deenerga elctrica, concluyeron que el sector elctrico deba reestructurarse para permitir lacompetencia e incentivar la eficiencia empresarial y la participacin privada.

En el ao de 1992 se inicio las grandes reformas del sector elctrico; el gobierno nacionalpresent al congreso de la repblica dos proyectos de ley:

! La ley elctrica.

! La ley de servicios pblicos.

En los proyectos de ley se propona la creacin de un mercado libre de generacin, lalibertad de acceso a las redes de transmisin y distribucin mediante el pago de peajes yla separacin contable de las actividades.

Para ISA se plantea la redefinicin de su objeto social.

La ley elctrica y la ley de servicios pblicos domiciliarios, sancionadas el once de julio de1994, establecieron el rgimen para la generacin, interconexin, transmisin, distribucin

y comercializacin de electricidad en el territorio nacional y el rgimen de serviciospblicos domiciliarios.

La escisin de ISA se inici en febrero de 1994, y finaliz en abril de 1995.

Interconexin Elctrica S. A. E.S.P. ISA Conservo su naturaleza jurdica desociedad comercial annima, del orden nacional; que tiene por objeto:


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1. Operacin y mantenimiento de su propia red de transmisin.

2. Expansin de la red nacional de interconexin.

3. Planeacin y coordinacin de la operacin de los recursos del sistemainterconectado nacional.

4. Administracin del sistema de intercambios y comercializacin de energa en elmercado mayorista.

5. Prestacin de servicios tcnicos en actividades relacionadas con su objetivo.

ISAGEN S.A. E.S.P.: es una empresa de servicios pblicos mixta constituida como

sociedad annima que tiene por objeto:

1. Producir, vender y comercializar energa elctrica.

2. Construir o adquirir las centrales que requiera su plan de desarrollo y crecimiento.

3. Participar en otras sociedades y en otras empresas de servicios pblicos; o en lasque tenga como objeto principal la prestacin de un servicio pblico o la provisinde un bien indispensable para cumplir su objeto social.

1.2 SI STEMA DE POTENCI A

El sistema de potencia comprende todo lo relacionado con la generacin, transmisin ydistribucin de la energa elctrica.

1.2.1Generacin

Comprende el como se genera energa elctrica. Esta puede ser generada por centraleselctricas de tipo hidrulica, trmica, elica, termo nuclear, etc.

Dentro de este campo se debe de tener en cuenta los generadores, transformadores deelevacin y dems instalaciones.


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La generacin se realiza por lo general a tensiones entre seis mil ochocientos voltios (6.8kV.) y diez y seis mil voltios (16 kV.).

1.2.2Transmisin

Comprende todos los elementos que se necesitan para transmitir la potencia, desde lospuntos de generacin hasta los centros de carga; a una tensin superior o igual adoscientos treinta mil voltios ( 230 kV.). Comprende las subestaciones, lneas detransmisin, transformadores, etc. Se debe de tener presente que se debe de involucrarlos diferentes sistemas de interconexin.

1.2.2.1Subtransmisin

Es la transmisin que se realiza a una tensin de ciento quince mil voltios (115 kV.).involucra subestaciones, lneas de transmisin, transformadores, etc.

1.2.3Distribucin

Es la que se realiza a una tensin inferior de ciento quince mil voltios (< 115 kV.).Comprende subestaciones de reduccin, transformadores, lneas, etc.

A nivel de la industria, por lo general, se utiliza tensiones de sesenta y seis mil voltios (66kV.), cuarenta y cuatro mil voltios (44 kV.)

A nivel comercial y residencial se utiliza tensiones de trece mil doscientos voltios (13.2kV.), siete mil seiscientos voltios (7.6 kV.), cuatrocientos ochenta voltios (480 V),doscientos veinte voltios (220 V) y ciento quince voltios (115 V.).

CARGA

Generacin Transmisin Subtransmisin Distribucin

CARGA

Generacin Transmisin Subtransmisin Distribucin

Figura 1. Sistema de Potencia


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2 SUBESTACI ONES

2.1 Obj eto de una subestacin en el Sistema de Potencia

Debido a que la tensin de generacin es relativamente baja y la ubicacin de donde segenera es alejada de los centros de consumo, el transporte de energa a estos niveles esdemasiado costoso. Para que el costo del transporte sea razonable es necesario elevar elnivel de tensin; pero esto depende de:

! La potencia a transmitir.! La longitud de la lnea.! Las perdidas.! Y otras muchas mas.

En nuestro medio, estos niveles suelen ser de 115, 230 kV. Esta operacin se realiza enun lugar conocido como estacin de transformacin primaria o Subestacin Primaria. Unavez hecha la conduccin por las lneas de transmisin que puede ser de 115, 230 500kV, en los centros de consumo se procede a su distribucin; requiriendo as de lassubestaciones de distribucin, que reducen la tensin a niveles de 44, 13.2 kV. Algunasveces se enlazan sistemas por medio de subestaciones de interconexin. Finalmente sereduce la tensin a un valor adecuado para los centros de consumo en unos lugares ocasetas de transformacin, cuyo elemento principal es el transformador de distribucin.

2.2 Subestacin

Es un punto dentro del sistema de potencia en el cual se cambian los niveles de tensin ycorriente con el fin de que las perdidas sean menores y realizar una distribucin masoptima.


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Adems es el centro donde se recibe y reporta la energa que se produce en las centralesde generacin, maniobrando y operando su destino final a los diferentes lugares de

consumo, a la vez que realiza un ajuste a la calidad de la misma.

2.3 Caractersticas de operacin de una subestacin

Las subestaciones deben de ofrecer las siguientes caractersticas:

1. Flexibilidad: Es la propiedad de la instalacin para acomodarse a diferentes

condiciones que se puede presentar, bien sea por:! Mantenimiento.! Cambios en el sistema.! Fallas.

2. Confiabilidad: Propiedad de suministrar energa durante un periodo de tiempo dado,bajo la condicin que al menos un componente de la subestacin pueda repararsedurante la operacin.

3. Seguridad: Propiedad de la instalacin para continuidad del servicio sin interrupcinalguna durante fallas de los equipos de potencia, especialmente interruptores. Laseguridad implica confiabilidad.

4. Modularidad: Facilidad de cambiar de configuracin cuando sus necesidades o elsistema lo requieran.

2.4 Clasif icacin de las subestaciones

Esta clasificacin se realiza bajo unos criterios que cubren los tipos existentes en nuestro

medio.

2.4.1Funcin dent ro del sist ema:

2.4.1.1De Generacin:


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Estacin primara de la energa producida por las centrales de generacin. Su principalobjetivo es al de elevar los niveles de tensin para reducir la corriente y lograr as

economa.

2.4.1.2De Transm isin:

Interconectan los diferentes lneas de transmisin de 115, 230 500 kV. Algunas veceslas de 115 230 kV alimentan barrajes de 34.5 y / 13.2 kV.

2.4.1.3De Subt ransmisin.

Interconectan lneas de transmisin de 44 34.5 kV, para ser transportada a cargas nomuy elevadas y a distancias moderadas.

2.4.1.4De Distribucin.

Reduce la tensin a niveles de distribucin de 13.2 kV. Se enva a centros de cargaindustrial o residencial, donde se encuentran transformadores de distribucin; que son losencargados de reducirla a 440, 220 120 V. Para alimentar los usuarios.

2.4.2Tipo de Operacin.

2.4.2.1De Transformacin.

Donde se transforma la tensin a valores adecuados para su transporte. Puede serelevadora, donde la tensin de salida es mayor que la de entrada o reductora, en donde latensin de salida es menor que la de entrada. Para este fin utilizan transformadores.

2.4.2.2De maniobr aEs donde se unen algunas lneas de transmisin con otras, con el fin de ofrecer unamayor confiabilidad y continuidad al servicio. El nivel de tensin es uno.

2.4.3Forma constructiva

2.4.3.1Por Montaje:

2.4.3.1.1 Subestacin I nt eriores:


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Donde sus elementos se instalan en el interior de edificios.

2.4.3.1.2 Subestaciones Ext eriores o a la int emperie:Sus elementos se instalan en el exterior, en condiciones ambientales.

2.4.3.2Tipo de equipo

2.4.3.2.1 Subestacin Convencional:Es del tipo exterior, la instalacin de sus equipos es abierta sin que nada la proteja. Elaislamiento es el medio ambiente.

2.4.3.2.2 Subestacin encapsulada:

Las partes vivas o energizadas se encuentran confinadas por un medio metlico y suaislamiento es un gas.

2.4.3.2.3 Subestacin Mvil:Su conjunto de equipos esta instalado en un remolque. Su principal objetivo es la de serutilizada para emergencias, en cualquier punto del sistema.

2.5 Elementos principales de las subestaciones

La disposicin, caractersticas y cantidad de equipo para cada subestacin, depende de laconfiguracin escogida.

En Colombia, las mas usadas son las de tipo convencional por lo cual sern tomadascomo referencia. En esta clase de subestaciones, aparte de encontrar estructuras ysoportes que facilitan la llegada y salida de lneas, un conjunto que se denominaElementos principales; los cuales se clasifican en:

2.5.1Equipos de Pat io

Elementos constitutivos del sistema de potencia que se encuentran instalados en el patiode conexiones. Se ubican en la intemperie, por lo general, los cuales son:

1. Transformador de Corriente: CT.2. Transformador de Potencia: PT.3. Transformador de Potencial: T


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4. Autotransformador: A (En algunas subestaciones).5. Interruptor: I.

6. Seccionador: S.7. Pararrayos: PQ.8. Trampa de Ondas: TO9. Barrajes y Estructuras.

El espacio ocupado por el conjunto de equipos pertenecientes a una misma salida de lasubestacin se conoce o denomina como Campo o Baha. que se utilizan para conectaruna lnea de transmisin, o un transformador, o un Autotransformador, al barraje de unasubestacin, al igual que los equipos que se utilizan para seccionar o acoplar Barrajes opara transferir la carga de un barra a otro.

2.5.2Equipos de Tablero

Son todos los elementos de control, medicin y proteccin, indicadores luminosos yalarmas, instalados en la caseta de control. Su funcin es la de facilitar la supervisin ycontrol de la subestacin.

2.5.3Servicios Auxi liares

Conjunto de instalaciones formadas por las fuentes de alimentacin de corriente continuay alterna, de baja tensin que se utilizan para alimentar los sistemas de control,

proteccin, sealizacin, alarmas, alumbrado, contra incendio.

2.6 Esquemas de las subestaciones

La conexin entre los diferentes elementos que integran la subestacin en un diagramaesquemtico, que conecta en forma simblica y a travs de un hilo todo el equipo mayorde la instalacin de la instalacin (Diagrama Unifilar) simple permite observar su forma de

operacin y la de cada uno de los circuitos.

2.6.1Tipos de Esquem as

Existen dos tendencias generales:


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2.6.1.1Europea

Se basa en conexin de barras. Cada circuito tiene un interruptor, con la posibilidad deconectarse a una o mas barras por medio de seccionadores. Se utilizan con frecuenciapara niveles inferiores de 245 kV.

2.6.1.1.1 Barr a sencilla

Subestacin con una sola barra y un solo interruptor por circuito.

BARRA 1

Figura 1. Barra Sencilla

2.6.1.1.2 Barra principal m s barra de t ransferencia

Subestaciones constituidas por una sola barra principal (B1). Adicionalmente se instala

una barra auxiliar que sirve para transferir cualquier circuito por medio de un interruptorque puede reemplazar el del circuito transferido.La barra auxiliar se llama barra de transferencia (B3). El interruptor que une la barraprincipal con la barra de transferencia se llama interruptor de transferencia. El seccionadorde transferencia es el que une el circuito a la barra de transferencia.

INTERRUPTOR DETRANSFERENCIA

SECCIONADOR DETRANSFERENCIA

BARRA 1

BARRA 3

Figura2. Barra Principal mas Barra de Transferencia


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2.6.1.1.3 Doble barr a

Subestacin donde las dos barras son igualmente importantes. Se puede operar lasubestacin con una cualquiera o ambas barras energizadas.El interruptor que une las dos barras se llama interruptor de acople o acoplamiento debarras.Este tipo de subestacin puede ser operado considerando una barra principal (B1) y laotra como barra de reserva (B2), o sea, todos los circuitos en una barra y slo durante unmantenimiento se pasan a la otra.

BARRA 1

BARRA 2

INTERRUPTORDE ACOPLE

Figura 3. Doble Barra

2.6.1.1.4 Doble barr a ms seccionador de by-pass

Subestaciones con dos barras principales que pueden operar como doble barra.Adicionalmente durante mantenimiento, un seccionador de by-pass puede transferir uncircuito de una barra a otra, con el uso de un interruptor.Este ltimo interruptor hace las veces (no simultneamente) de acople de barras o deinterruptor de transferencia.En algunos casos se secciona una de las barras con un interruptor.


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SECCIONADORDE BY-PASS

INTERRUPTORDE ACOPLE Y

TRANSFERENCIA

BARRA 1

BARRA 2

Figura 4. Doble Barra mas seccionador de By Pass

2.6.1.1.5 Doble barra combinada con tr ansferencia

Tiene el mismo funcionamiento de la anterior, pero con un menor nmero deseccionadores.En este caso a la barra 2 se le llama tambin barra de By-pass o de transferencia.

INTERRUPTORDE ACOPLE Y

TRANSFERENCIA

SECCIONADORDE

TRANSFERENCIA

BARRA 1

BARRA 2

Figura 5. Doble Barra Con tran sferencia.


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2.6.1.1.6 Doble barra con doble interr uptor

Subestaciones con dos barras principales y dos interruptores por salida. Se operanormalmente con todos los interruptores cerrados y las dos barras energizadas.

BARRA 1

BARRA 2

Figura 6. Doble Barra con doble Interruptor

2.6.1.1.7 Doble barra ms barra de transferencia

Subestacin con dos barras principales y una barra de transferencia(Tres barras).Se independizan las funciones de acople y transferencia.

El interruptor que une las dos barras principales se llama interruptor de acople.El interruptor que une la barra de transferencia con una de las barras principales se llamainterruptor de transferencia.

INTERRUPTORDE ACOPLE

INTERRUPTOR DETRANSFERENCIA

BARRA 1

BARRA 2

BARRA 3SECCIONADOR DETRANSFERENCIA

Figura 7. Doble Barra mas Barra de Transferencia


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Como una alternativa se puede utilizar un solo interruptor para las operaciones de acople

y transferencia, as:

BARRA 1

BARRA 2

BARRA 3

INTERRUPTOR DEACOPLE Y

TRANSFERENCIA

Figura 8: Otra alternativa

2.6.1.2Americana:

Se basa en la conexin de interruptores. Los circuitos se conectan a las barras o entreellos por medio de uno o mas interruptores.

2.6.1.2.1 I nterruptor y medio

Debe su nombre a que requieren tres interruptores por dos salidas. Cada grupo de tresinterruptores (dimetro) interconectan las dos barras principales. Se opera normalmentecon todos los interruptores cerrados y las dos barras energizadas.

BARRA 1 BARRA 2

Figura 9. Interruptor y Medio


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2.6.1.2.2 Anillo

En esta configuracin no existe una barra colectora propiamente dicha, los circuitos seconectan alternadamente a un anillo formado por interruptores.Se opera normalmente con todos los interruptores cerrados.

Figura 10. Anillo


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3 EL TRANSFORMADOR

3.1 Clasificacin

3.1.1Transformador es de Medida

Son aquellos que por su diseo sirven para bajar los niveles altos de tensin y / ocorriente a niveles admisibles para que los equipos de medida y proteccin puedanfuncionar. Son una imagen proporcional de la magnitud elctrica del sistema a medir.

Los transformadores de medida de tensin, en su devanado secundario, un devanadosirve tanto para medida como para proteccin.

Los transformadores de corriente, los que se utilizan para medida son diferentes a los

utilizados para proteccin. La diferencia radica en que los de medida deben de trabajar lomas posible bajo condiciones normales de operacin; mientras que los de proteccindeben de operar correctamente entre mrgenes muy amplios de carga, desde corrientesmnimas hasta valores muy altos.

3.1.1.1Transformador de Potencial PT

Su conexin se realiza en paralelo con el sistema. Por lo general son monofsicos. Sufuncin es la de bajar la tensin de niveles del orden de Kilo Voltios (kV) a niveles devoltios (120, 115 110 Voltios). La tensin que entregan en su secundario es proporcional

al voltaje del primario y a una potencia mxima en Voltio Amperios (VA) especificada ydentro de ciertos errores limites.

3.1.1.1.1 Caractersticas de los PT


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1. Margen muy amplio de variacin de la carga secundaria (Burden), el voltajesecundario debe permanecer constante o muy cerca de su valor nominal.

2. El devanado secundario NUNCA se cortocircuita cuando se encuentre energizado; yaque esto hace que los fusibles se calienten o los alambres se sobrecalientan daandoel aislamiento.

3.1.1.1.2 Errores en l os PT

1. Error en la relacin de transformacin, la cual se define as:

100*)(p

psn

VVVK

Kn: Relacin de Transformacin nominal.Vp: Voltaje Primario Real.Vs: Voltaje Secundario Real.

2. Error de ngulo de Fase: Diferencia angular entre los vectores de Voltaje Secundario

en direccin contraria y Voltaje Primario

3.1.1.1.3 Conex ion es de los PT

3.1.1.1.3.1 Conexin

Las tres fases del secundario se conectan en con el neutro puesto a tierra. Es utilizadopara los equipos que necesitan las tensiones Fase Tierra del sistema; por ejemploVatmetros, Rels de distancia, Contadores de energa activa.


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A

B

C

a cbV o l t a j e S e c u n d a r i o

V o l t a j e P r i m a r i o

T i e r r a

T i e r r a

P T F a s e A P T F a s e CP T F a s e B

Figura 1. Conexin

3.1.1.1.3.2 Conexin Delt a abierta o Tringulo

Los secundarios de las tres fases se conectan en delta, pero uno de sus vrtices no secierra. Es utilizado para la polarizacin de los rels direccionales de falla a tierra, ya queen condiciones de falla se desarrolla una tensin igual a tres veces (3) la tensin desecuencia cero. En condiciones normales, aparece una tensin aproximadamente igual acero.

A

B

C

V o l t a j e S e c u n d a r i o

V o l t a j e P r im a r i o

T i e r r a

P T F a s e A P T F a s e CP T F a s e B

V o l t a j e R e s i d u a l

Figura 2. Conexin Delta abierto

3.1.1.1.3.3 Conexi n en V


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Es utilizado cuando por razones de economa, se tiene solamente 2 PT en un sistematrifsico y donde la tensin Fase Neutro no se necesita. Un ejemplo, en sistemasaislados de tierra como de un barraje de generador que solamente necesita la tensinFase - Fase.

A

B

C

V o l t a j e S e c u n d a r i o

V o l t a j e P r i m a r i o

Figura 3. Conexin en V

3.1.1.1.4 Tipos de PT

El diseo de un PT, su forma constructiva, depende de:1. Problemas de aislamiento.2. Enfriamiento.3. Esfuerzos mecnicos.4. Nivel de Tensin.

Por tal motivo se han desarrollado los siguientes tipos:

3.1.1.1.4.1 PT Capacit ivo

Es un divisor capacitivo. Es utilizado por que la impedancia de la fuente es capacitiva y

puede ser compensada con un reactor o una inductancia. Si se utilizara un divisor detensin resistivo la tensin de salida se vera afectada por la resistencia de carga(BURDEN).

! Se disean por lo general para altas y extra alta tensin.! Su aislamiento por lo general es el aceite.! Se construyen monofsicos.! Se construccin es a base de condensadores.


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3.1.1.1.4.2 PT I nductivo

Su construccin es basada en inductancias. Su relacin de transformacin se basa en lainduccin magntica.

! Se utilizan bobinas.! Por su forma constructiva son mas costosos.

3.1.1.2Transformador de Corriente CT

Su conexin es en serie con el sistema. La impedancia de su devanado es despreciablecon respecto al sistema de potencia.

3.1.1.2.1 Caractersticas de los CT

1. En un margen muy amplio de variacin de la carga secundaria (Burden), la corrientesecundaria no se ve afectada.

2. Si el primario se encuentra energizado, el secundario no PUEDE estar abierto; ya quese desarrollaran voltajes demasiado altos limitados por la impedancia de la rama de

magnetizacin.3. Los errores que se pueden presentar de relacin y de ngulo de fase, son fcilmente

calculados si se conoce la caracterstica de magnetizacin e impedancia de carga(Burden).

3.1.1.2.2 Err ores en los CT

3.1.1.2.2.1 Err or en la Relacin de TransformacinDiferencia entre la magnitud de relaciones de Corriente Primaria Ip y Corriente SecundariaIs nominales.

3.1.1.2.2.2 Error en ngu lo de faseDiferencia en el ngulo de fase entre las corrientes primaria y secundaria.

3.1.1.2.3 CT de Clase X


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Para algunas aplicaciones practicas, es mas fcil expresar el comportamiento de los CTde acuerdo a su caracterstica de saturacin, que indica la mxima fuerza electromotrizque puede ofrecer el CT. De esto se deduce la definicin de KNEE POINT, Punto de]Inflexin o Cambio, es el punto en el cual un incremento del 10 % de la fuerzaelectromotriz secundaria, significa un incremento del 50 % en la corriente de excitacin.

+ 5 0 % I e K

+ 1 0 % V K

V

o

lta

je

d

e

E

xK

C o r r i e n t e d e E x c i t a c i n I e KFigura 4. Caracterstica de Excitacin

3.1.1.2.4 Tipos de CT

3.1.1.2.4.1 De Arrollamiento PrimarioEl conductor primario es de una gran seccin, con esta caracterstica puede conducir lascorrientes de corto circuito. Tiene en general Arrollamiento para poder ofrecer una mayorrelacin de transformacin, con menos vueltas en ele secundario.

3.1.1.2.4.2 Tipo Barra o BujeEl primario no posee arrollamiento, ya que la barra o el conductor del sistema cumpledicha funcin. El secundario se arrolla sobre un ncleo toroidal, con los suficientesespacios para el aislamiento. Usados comnmente en los bujes de los transformadores ointerruptores.

3.1.1.2.4.3 Montaje SeparadoSon utilizados cuando no se pueden montar dentro de los bujes del transformador ointerruptor. Su construccin consiste en un conductor primario en forma de U, el cual esintroducido en un aislador de porcelana lleno de aceite donde se sita el secundario.


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3.1.2Transformadores de Pot encia

Es el elemento mas costoso dentro de una subestacin de transformacin.

Este equipo cambia la energa elctrica de corriente alterna de un nivel de voltaje a otronivel, ya sea inferior o superior, mediante la accin de un campo magntico.

Los transformadores de potencia varia la tensin y corriente de entrada a una tensin ycorriente de salida diferente. Segn donde se ubiquen pueden ser:

1. Transformador de Generacin: Se localiza en las centrales de generacin. Esterecibe una tensin menor y una corriente muy grande para poder transformar latensin a unos altos niveles y reducir la corriente. Por lo general se genera entre6.8 kV hasta 18 kV y el transformador eleva dicha tensin hasta 115 kV o mas.

2. Transformador de Subestacin: Este recibe un nivel de tensin y la eleva parapoder transmitir. En el extremo opuesto se encuentra otro transformador parareducir dicha tensin.

3. Transformador de distribucin: Este es que entrega la tensin a nivelesadmisibles para la industria, comercio, etc.

N p N sV p (t)

Ip ( t )

V s (t)

+

-

I s ( t )

N p N sV p (t)

Ip ( t )

V s (t)

+

-

I s ( t )

Figura 5. Esquema de un Transformador

La figura 5 nos muestra el esquema de un transformador, con los siguientescomponentes:

1. Np: Bobinado Primario.2. Vp: voltaje Primario.3. Ip: Corriente Primaria.4. Ns: Bobinado Secundario.


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5. Vs: Voltaje Secundario.6. Is: Corriente secundaria.

El bobinado primario (Np) posee n espiras y el bobinado secundario (Ns) posee otro tantode espiras. La relacin de voltaje primario (Vp) y el voltaje secundario (Vs) inducido es:

aNs

Np

tVs

tVp==

)(

)(

Donde a se define como RELACIN DE TRANSFORMACIN

NsNp

a =

La relacin de la corriente del primario (Ip) y la corriente del secundario (Is) esta dada por:

)(*)(* tIsNstIpNp =

atIs tIp 1)( )( =

En trminos generales, podemos decir:

aNs

Np

tIp

tIs

tVs

tVp===

)(

)(

)(

)(

La potencia en un transformador ideal se encuentra dada por:

pCosIpVpPent **=

Esto es en la entrada. El ngulo p es el desfasamiento entre la tensin y la corriente deentrada.


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sCosIsVsPsal **=Esto es en salida. El ngulo s es el desfasamiento entre la tensin y la corriente desalida.

Teniendo encuenta, que los ngulos de la corriente y la tensin no se ven afectados en untransformador ideal, entonces los ngulos p y s son el mismo ngulo . Las bobinasde un transformador tienen el mismo factor de potencia.

Si se aplica la relacin existente entre el voltaje primario y el voltaje secundario y de igual

manera a las corrientes primarias y secundarias, podemos decir

entsal PCosIpVpP == **

La potencia en el lado primario o de entrada es igual a la potencia en el lado secundario ode salida.

Este mismo concepto se puede aplicar a la potencia reactiva y aparente.

entsal QSenIpVpSenIsVsQ === ****

entsal SIpVpIsVsS === **

3.1.3Transformador es de Conexin a Tierra

Tambin conocido como transformador Zig Zag, ya que su conexin interna es Delta Ye ( - ). Su funcin es la de dar camino a tierra a todas las corrientes de secuenciacero en sistemas no aterrizados. Para protegerlos se utiliza rels de sobrecorriente detiempo inverso (51).

La conexin de sus Transformadores de Corriente (CT) se realiza en delta para atraparlas corrientes de secuencia cero que circulan en condiciones normales.


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3.2 CONEXI N DE LOS TRANSFORMADORES DE POTENCI A

3.2.1Conexin en paralelo

El objetivo es la de aumentar la potencia disponible para alimentar la carga .

Los transformadores o auto transformadores se pueden conectar en paralelo, bajo ciertas

condiciones.La conexin en paralelo se puede realizar:

1. Conectando sus primarios.

2. Conectar sus secundarios.

3. Conectar primarios y secundarios (Es lo mas comn).

3.2.1.1Condiciones para la puesta en paralelo de los t ransform adores

Los condiciones son:

3.2.1.1.1 I gual f recuencia en las redes a acoplar.Las frecuencias deben de ser exactamente iguales en todos los transformadoresconectados en paralelo, ya que de lo contrario se presentara diferente tensin fasorial.

3.2.1.1.2 I gual sentido de rotacin.Si es diferente se produce un desfasamiento entre primario y secundario que impedira elacoplamiento.

3.2.1.1.3 I gual relacin de transform acin en vaco.En caso contrario por los transformadores circulara una corriente de compensacindesde los puntos de mayor potencial a los de menor potencial con las consiguientesperdidas por efecto Joule y la reduccin del rendimiento del conjunto.

3.2.1.1.4 I guales tensiones porcent uales de cort ocircuito.


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Esta condicin debe satisfacerse para que los transformadores acoplados se carguen enigual proporcin a sus potencias nominales, es decir que sus ndices de carga seaniguales hasta donde sea posible (K1 = K2).El ndice de carga K se define como:

nI

IK =

Z c c 1 Z c c 2I 2I 1

Figura 6. Transformador sin carga conectado en paralelo

Segn la figura 6, se tiene:

Zcc1I1 = Zcc2I2

Si afectamos ambos miembros por los valores de corriente y tensin nominal

Ln

n

Ln

n

UIIZI

UIIZI cccc

2

222

1

111 =

Como

nIIK =


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ccL

ncc UU

IZ x =100

Donde Ucc es la Tensin Porcentual de cortocircuito.

Entonces la ecuacin se puede expresar as

2211 cccc UKUK =

1

2

2

1

cc

cc

UU

KK =

De esta ecuacin podemos concluir:

1. Para que los ndices de carga sean iguales, las tensiones porcentuales tambin debende serlo.

2. El transformador con menor Ucc se cargara mas.

Se considera que el funcionamiento en paralelo de transformadores se realiza encondiciones satisfactorias cuando las Ucc no difieren en mas del 10 %.

3.2.1.1.5 Relacin de potencias no mayor de 1 : 3.Para que cada transformador tome una carga proporcional a su propia potencia, larelacin de estas no debe de pasar de 1 a 3, esto se debe a que el valor de Ucc depende

del tipo de construccin y de la potencia nominal.

3.2.1.1.6 I guales desfases secundarios respecto al pr imario.Se requiere que sean exactas los mismos para evitar deferencias de potencial de unmismo punto.Esta condicin se satisface siempre que los transformadores tengan el mismo ndice deconexin.


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3.2.1.1.7 I gual im pedancia.De igual manera que las tensiones porcentuales de corto circuito. El que tenga menorimpedancia se carga mas y su diferencia no debe de ser mayor al 10 %.

3.3 Caracter st icas nominales

Todo equipo posee unas caractersticas que son propias, dichas caractersticas seconocen como caractersticas nominales o de placa.

3.3.1Potencia Nominal (Pn)

Valor convencional de la potencia aparente dada en unidades de KVA o MVA, destinada aservir de base para el diseo del transformador. La garanta del fabricante y los ensayosque determinan un valor bien definido de la corriente nominal admisible cuando la tensinnominal es aplicada, bajo condiciones especificas en las normas IEEE (Por lo General),sobre ensayos a transformadores de potencia.

Los devanados de un transformador de dos devanados tienen la misma potencia nominal,la cual es por definicin la potencia nominal del transformador. En caso de tener mas dedos devanados, se debe de definir la potencia de cada uno de ellos.

3.3.2Tensin nominal de un devanado

La especificada para aplicarse en funcionamiento sin carga, entre los terminales de lneade un transformador polifsico o entre los terminales de un devanado de un transformadormonofsico.

3.3.3Tensin Primaria Nominal ( Un1)La aplicada, bajo condiciones de rgimen nominal a la totalidad del devanado primario,sino tiene derivaciones o en la derivacin principal.

3.3.4Tensin Secundaria Nom inal ( Un2 )


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La desarrollada en la totalidad del devanado secundario si no tiene derivaciones o en laderivacin principal, si las tiene, cuan do el transformador funciona sin carga y se aplica latensin y la frecuencia nominales en el devanado primario.

3.3.5Relacin de Transformacin nom inal ( a)

La existente entre las tensiones nominales de dos devanados. Este valor puedeexpresarse por la relacin entre el valor de la tensin aplicada a un devanado, menor oigual a la tensin

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