Unidad i Elementos Primarios, Subestaciones

7/24/2019 Unidad i Elementos Primarios, Subestaciones

http://slidepdf.com/reader/full/unidad-i-elementos-primarios-subestaciones 1/23

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXIC

Instituto Tecnológico de Lázaro Cárden

Av. Melchor Ocampo # 2555, Col. Cuarto Sector, C.P. 60950, Cd. Lázaro Cárdea!,

M"choacá,

INSTITUTO TECNOLÓGICO

DE LÁZARO CÁRDENAS

INGENIEIA

ELECTOMECANICA MATEIA!

"#$%E#TACIONE# ELÉCTICA#&

IN'E#TIGACIÓN!

$NIDAD IE($I)O# )IMAIO# DE $NA#$%E#TACIÓN ELÉCTICA

DOCENTE!ING* M$NG$+A TA)IA ,O#É ENI($E

AL$MNO!%$ENA'ENT$A %-E. #EGIONO DE CONTOL! /0123455






M"choacá,

CI$DAD 6 )$ETO DE L-.AO

C-DENA#7 MIC8OAC-N7029:E%EO903/2

INDICE

1.1 DEFINICION, CLASIFICACION Y ELEMENTOS CONSTITUTIVOS

DE UNA SUBESTACION________________________________________________4

/*/*/ CLA#I:ICACIÓN )O #$ :$NCIÓN;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;4

/*/*/*/ ELE'ADOA#;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;4/*/*/*0 ED$CTOA#;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;4

/*/*/*< DE MANIO%A;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;1

/*/*0 CLA#I:ICACIÓN )O #$ CON#T$CCIÓN;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;1

/*/*0*/ TI)O INTEM)EIE;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;1

/*/*0*0 TI)O INTEIO;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;1

/*/*< ELEMENTO# CON#TIT$TI'O# DE $NA #$%E#TACIÓN;;;;;;;;;;;;;2

/*/*<*/ ELEMENTO# )INCI)ALE# =)IMAIO#>!;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;2

/*/*<*0 ELEMENTO# #EC$NDAIO#;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;2

1.2 TRANSFORMDORES DE POTENCIA_______________________________7

/*0*/ CLA#I:ICACION DE LO# TAN#:OMADOE#;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;5

/*0*0 TI)O# DE EN:IAMIENTO EN TAN#:OMADOE#;;;;;;;;;;;;;;;5

1.3 INTERRUPTORES DE POTENCIA________________________________10

/*<*/ DE:INICION 6 TI)O# DE INTE$)TOE#;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;/3

/*<*0 INTE$)TOE# DE GAN 'OL$MEN DE ACEITE;;;;;;;;;;;;;;;;//

/*<*< INTE$)TOE# EN AIE;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;///*<*4 INTE$)TOE# DE 'ACIO;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;//

/*<*1 INTE$)TOE# DE 8EXA:LO$O DE A.$:E;;;;;;;;;;;;;;;;//

/*<*2 E#)ECI:ICACION DE INTE$)TOE# DE )OTENCIA;;;;;;;;;;;;/0

/*<*? #ELECCIÓN DE INTE$)TOE# DE )OTENCIA;;;;;;;;;;;;;;;;;/0






M"choacá,

1.4 CUCHILLAS Y FUSIBLES_________________________________________13

/*4*/ DE:INICION DE C$C8ILLA# CONECTOA#;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;/</*4*0 :$#I%LE# DE )OTENCIA 6 #$# C$'A# DE O)EACIÓN;;;;;;;/1

/*4*< E#)ECI:ICACIONE# DE C$C8ILLA# 6 :$#I%LE#;;;;;;;;;;;;;;;;;/2

1.5 APARTARRAYOS________________________________________________16

/*1*/ NAT$ALE.A DE LA# #O%ETEN#IONE# 6 #$# E:ECTO# ENLO# #I#TEMA# ELECTICO# DE )OTENCIA;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;/2

/*1*0 DE:INICION 6 O)EACIÓN DE A)ATAA6O#;;;;;;;;;;;;;;;;;;/5

/*1*0*/ NI'EL %A#ICO AL IM)$L#O MANIO%A;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;0/

/*1*0*0 NI'EL %A#ICO AL IM)$L#O DE DE#CAGA#;;;;;;;;;;;;;;;;;;0/

/*1*0*4 COODINACION DE AI#LAMIENTO;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;00






M"choacá,

1.1 DEFINICION, CLASIFICACION Y ELEMENTOSCONSTITUTIVOS DE UNA SUBESTACION

Las subestaciones son las componentes de los sistemas de potencia en donde semodifican los parámetros de tensión y corriente, sirven además de punto de

interconexión para facilitar la transmisión y distribución de la energía eléctrica ypueden clasificarse de acuerdo a su función y construcción.

Figura 1. Subestación eléctrica.

1.1.1 CLASIFICACIÓN POR SU FUNCIÓN

1.1.1.1 ELEVADORASn este tipo de Subestaciones se modifican los parámetros principales en lageneración de la energía eléctrica por medio de los transformadores de potencia,elevando el volta!e y reduciendo la corriente para "ue la potencia pueda ser transportada a grandes distancias con el mínimo de pérdidas. Son lassubestaciones "ue generalmente se encuentran en las #entrales léctricas.

$lgunos niveles típicos de volta!e usados en los sistemas eléctricos de potencia,se dan en la tabla siguiente, agrupándolos en transmisión, subtransmision,distribución y utili%ación.






M"choacá,

1.1.1.2 REDUCTORASn este tipo de Subestaciones se modifican los parámetros de la transmisión de la

energía eléctrica por medio de transformadores de potencia, reduciendo el volta!ey aumentando la corriente para "ue la potencia pueda ser distribuida a distanciasmedias a través de líneas de transmisión, subtransmisión y circuitos dedistribución, los cuales operan a ba!os volta!es para su comerciali%ación.

1.1.1.3 DE MANIOBRAn este tipo de Subestaciones no se modifican los parámetros en la transmisiónde la energía eléctrica, &nicamente son nodos de entrada y salida sin elementosde transformación y son utili%adas como interconexión de líneas, derivaciones,conexión y desconexión de compensación reactiva y capacitiva, entre otras.

1.1.2 CLASIFICACIÓN POR SU CONSTRUCCIÓN

1.1.2.1 TIPO INTEMPERIESon las construidas para operar expuestas a las condiciones atmosféricas 'lluvia,nieve, viento y contaminación ambiental( y ocupan grandes extensiones de

terreno.

Figura ). Subestacion tipo intemperie.

1.1.2.2 TIPO INTERIORSon Subestaciones "ue se encuentran con protección de obra civil, similares en suforma a las de tipo intemperie, con el fin de protegerlas de los fenómenosambientales como son* la contaminación salina, industrial y agrícola, así como delos vientos fuertes y descargas atmosféricas. +ambién existen, las Subestacionescompactas blindadas aisladas con gas exafloruro de $%ufre 'SF-(, las cualesproporcionan grandes venta!as, ya "ue además de poder ser diseadas para






M"choacá,

operar a la intemperie, estas pueden estar protegidas del medio ambiente concierta infraestructura civil, reduciendo los costos de mantenimiento/ y se aplican

generalmente en*

• 0onas urbanas y con poca disponibilidad de espacio.• 0onas con alto costo de terreno.• 0onas de alta contaminación y ambiente corrosivo.• 0onas con restricciones ecológicas.• nstalaciones subterráneas.

Figura 2. Subestación tipo interior.

1.1.3 ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UNA SUBESTACIÓNLos elementos "ue constituyen una subestación se pueden clasificar en elementosprincipales y elementos secundarios.

1.1.3.1 ELEMENTOS PRINCIPALES (PRIMARIOS):1. +ransformador.). nterruptor de potencia.2. 3estaurador.4. #uc5illas fusibles.6. #uc5illas desconectadoras y cuc5illas de prueba.

-. $partarrayos.7. +ableros d&plex de control.8. #ondensadores.9. +ransformadores de instrumento.

1.1.3.2 ELEMENTOS SECUNDARIOS1. #ables de potencia.). #ables de control.






M"choacá,

2. $lumbrado.4. structura.

6. erra!es .-. "uipo contra incendio.7. "uipo de filtrado de aceite.8. Sistema de tierras.9. #arrier.1:.ntercomunicación.11. +rinc5eras, conducto, drena!es.1).#ercas.

1.2 TRANSFORMDORES DE POTENCIALos transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducciónelectromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinasdevanadas sobre un n&cleo cerrado de 5ierro al silicio. Las bobinas o devanadosse denominan ;primario y secundario< seg&n correspondan a la tensión alta o ba!a,respectivamente. +ambién existen transformadores con más devanados, en estecaso puede existir un devanado =terciario=, de menor tensión "ue el secundario.Se denomina transformador a una má"uina electromagnética "ue permiteaumentar o disminuir el volta!e o tensión en un circuito eléctrico de corriente

alterna, manteniendo la frecuencia. La potencia "ue ingresa al e"uipo, en el casode un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, es igual a la "ue se obtiene a lasalida. Las má"uinas reales presentan un pe"ueo porcenta!e de pérdidas,dependiendo de su diseo y tamao.






M"choacá,

Figura 4. +ransformador de potencia.

1.2.1 CLASIFICACION DE LOS TRANSFORMADORES

Los transformadores se pueden clasificar por*

a( La forma de su n&cleo.

1. +ipo columnas.). +ipo acora%ado.2. +ipo envolvente.4. +ipo radial.

b( >or el n&mero de fases.

1. ?onofásico.

). +rifásico.

c( >or el n&mero de devanados.

1. @os devanados.). +res devanados.

d( >or el medio refrigerante.

1. $ire.). $ceite.

2. Lí"uido inerte.e( >or la operación.

1. @e potencia.). @istribución2. @e instrumento4. @e 5orno eléctrico6. @e ferrocarril






M"choacá,

1.2.2 TIPOS DE ENFRIAMIENTO EN TRANSFORMADORES+>A A$

Sumergido en aceite con enfriamiento propio. >or lo general en transformadoresde más de 6: Bva se usan tubos radiadores o tan"ues corrugados para disminuir las pérdidas/ n capacidades mayores de 2:::Bva se usan radiadores del tipodesmontable. ste tipo de transformador con volta!es de 4-Bv o menores puedetener como medio de enfriamiento lí"uido inerte aislante en ve% de aceite.

l transformador A$ es el tipo básico y sirve como norma para capacidad y preciode otros.

+>A A$CF$Sumergido en aceite con enfriamiento propio, por medio de aire for%ado. stebásicamente un transformador A$ con adición de ventiladores para aumentar lacapacidad de disipación de calor.

+>A A$CF$CFA$

Sumergido en aceite con enfriamiento propio a base de aire for%ado y aceitefor%ado. ste transformador es básicamente un A$, con adición de ventiladores ybombas para la circulación de aceite

+>A FA$

Sumergido en aceite, enfriado con aceite for%ado y con enfriador de aire for%ado.ste tipo de transformadores se usa &nicamente donde se desea "ue operen almismo tiempo las bombas de aceite y los ventiladores/ tales condiciones absorbencual"uier carga a pico a plena capacidad.

+>A AD

Sumergido en aceite y enfriado con agua. n este tipo de transformadores el agua

de enfriamiento es conducida por serpentines, los cuales están en contacto con elaceite aislarte del transformador. l aceite circula alrededor de los serpentines por convicción natural.

+>A $$






M"choacá,

+ipo seco, con enfriamiento propio, no contiene aceite ni otros lí"uidos paraenfriamiento/ son usados en volta!es nominales menores de 16 Ev en pe"ueas

capacidades.

+>A $F$

+ipo seco, enfriado por aire for%ado. stos transformadores tienen una capacidadsimple basada en la circulación de aire for%ado por ventiladores o sopladores.

#A+3AL @L +3$SFA3?$@A3

1. +emperatura del transformador.

). >resión del transformador

2. ivel de aceite o lí"uido

4. 3igide% del aceite '@ieléctrica(

1.3 INTERRUPTORES DE POTENCIA1.3.1 DEFINICION Y TIPOS DE INTERRUPTORES

El in!""#$%" &! $%!n'i es el dispositivo encargado de desconectar una cargao una parte del sistema eléctrico, tanto en condiciones de operación normal

'máxima carga o en vacío( como en condición de cortocircuito. La operación de un

interruptor puede ser manual o accionada por la seal de un relé encargado de

vigilar la correcta operación del sistema eléctrico, donde está conectado.

Los principales tipos de interruptores son*

• nterruptores de gran volumen de aceite•

nterruptores en aire• nterruptores en vacío• nterruptores de 5exafloruro de a%ufre.






M"choacá,

Figura 6. nterruptor de potencia.

1.3.2 INTERRUPTORES DE RAN VOLUMEN DE ACEITESe caracteri%an principalmente por "ue el n&cleo ferromagnético se encuentratotalmente sumergido en aceite, consta de un tan"ue con tapa, intercambiadoresde calor, bombas y cubículo para el aceite.

1.3.3 INTERRUPTORES EN AIRE#on el desarrollo de este interruptor se eliminó el riesgo de explosión de losinterruptores de aceite. Los interruptores de aire para tensiones entre 7),6 EG y8:: EG son del tipo tan"ue vivo. l apagado del arco se efect&a por la acción deun c5orro de aire comprimido "ue barre el aire ioni%ado del arco. Las desventa!as"ue presentan los interruptores de aire, básicamente son el alto costo de lasinstalaciones neumáticas y el mantenimiento frecuente "ue re"uieren debido algran n&mero de válvulas y e"uipos de compresión, además del fuerte ruido "ue seproduce en la operación del e"uipo debido a las altas presiones a las "ue se

encuentra sometido el aire.1.3.* INTERRUPTORES DE VACIO Los interruptores de vacío cortan las corrientes eléctricas en caso decortocircuitos y otras fallas eléctricas, y permiten la desconexión manual delos circuitos para situaciones de reparaciones y mantenimiento. stos dispositivoscontienen un espacio evacuado "ue cumple una importante función. La alta rigide%dieléctrica "ue presenta el vacío 'es el aislante perfecto( ofrece una excelentealternativa para apagar en forma efectiva el arco. n efecto, cuando un circuito encorriente alterna se des energi%a separando un !uego de contactos ubicados en

una cámara en vacío, la corriente se corta al primer cruce por cero o antes.1.3.+ INTERRUPTORES DE E-AFLORURO DE AUFREl SF - se usa como material aislante y también para apagar el arco. l SF - esun gas muy pesado '6 veces la densidad del aire(, altamente estable, inerte,inodoro e inflamable. n presencia del SF - la tensión del arco se mantiene en unvalor ba!o, ra%ón por la cual la energía disipada no alcan%a valores muy elevados.La rigide% dieléctrica del gas es ).6 veces superior a la del aire 'a presión






M"choacá,

atmosférica(. La rigide% dieléctrica depende de la forma del campo eléctrico entrelos contactos, el "ue a su ve% depende de la forma y composición de los

electrodos. Si logra establecerse un campo magnético no uniforme entre loscontactos, la rigide% dieléctrica del SF - puede alcan%ar valores cercanos a 6veces la rigide% del aire. Son unidades selladas, trifásicas y pueden operar durantelargos aos sin mantenimiento, debido a "ue prácticamente no se descompone, yno es abrasivo.

1.3./ ESPECIFICACION DE INTERRUPTORES DE POTENCIAl interruptor de potencia es el dispositivo encargado de desconectar una carga ouna parte del sistema eléctrico, tanto en condiciones de operación normal 'máximacarga o en vacío( como en condición de cortocircuito. La operación de un

interruptor puede ser manual o accionada por la seal de un relé encargado devigilar la correcta operación del sistema eléctrico, donde está conectado.

xisten diferentes formas de energi%ar los circuitos de control. >ara obtener unamayor confiabilidad, estos circuitos se conectan a bancos de baterías. ste tipo deenergi%ación, sí bien aumenta los índices de confiabilidad, también aumenta elcosto y los re"uerimientos de mantención exigidos por las baterías. Las tensionesmás empleadas por estos circuitos son de 48 y 1)6 G. +ambién es com&nenergi%ar estos circuitos de control, a través de transformadores de serviciosauxiliares, conectados desde las barras de la central generadora o subestación,

con un volta!e secundario en estrella de 4::C)21 Golts.

1.3.0 SELECCIÓN DE INTERRUPTORES DE POTENCIALa selección de un interruptor de potencia para una determinada aplicaciónconsiste en definir un con!unto de valores "ue limitan las condiciones de operaciónmáximas del interruptor. Los parámetros a indicar son algunos de los cuales debentenerse presente*

T!nin N%inl

s el máximo valor efectivo de tensión al cual el interruptor puede operar en formapermanente. n general esta tensión es mayor al volta!e nominal del sistema.

F"!'#!n'i n%inl

s la frecuencia a la cual el interruptor está diseado para operar. ste valor tieneincidencia en los tiempos de apertura y cierre de los contactos además del tiempode apagado del arco.






M"choacá,

C%""i!n! n%inl

s el máximo valor efectivo de corriente "ue puede circular a través del interruptor en forma permanente, a frecuencia nominal, sin exceder los límites máximos detemperatura de operación indicados para los contactos. La temperatura en loscontactos depende del material "ue están 5ec5os 'cobre, plata o e"uivalente(, delmedio en "ue están sumergidos, y de la temperatura ambiente. n interruptorescon contactos de cobre, las máximas temperaturas de operación, están referidas auna temperatura ambiente máxima de 4: H# y en caso de contactos de plata de 66H#.

Ri4i&!5 &i!l6'"i'

@efine la máxima tensión "ue soporta el interruptor sin daar su aislación. Larigide% dieléctrica debe medirse entre todas las partes aisladas y partesenergi%adas y también entre los contactos cuando están abiertos. stas pruebasse reali%an entre contactos y tierra 'contacto cerrado(, a través de los contactos,entre fases 'con contactos cerrados(.

Ci'l% &! "78%

l ciclo de traba!o normal de un interruptor de potencia se define como dosoperaciones =cerrarIabrir= con 16 segundos de intervalo. >ara este ciclo de

traba!o, el interruptor debe ser capa% de cortar la corriente de cortocircuitoespecificada en sus características de placa.

C%""i!n! &! '%"%'i"'#i% &! %!n9n!

s el valor máximo efectivo "ue debe soportar el interruptor sin "ue sufra undeterioro, debe ser capa% de soportar el paso de esta corriente en los primerosciclos cuando se produce la falla '1 a 2 ciclos(. ntre estas corrientes debenespecificarse los valores simétricos y asimétricos.

C%""i!n! &! '%"%'i"'#i% &! in!""#$'in.

s el máximo valor efectivo medido en el instante en "ue los contactos comien%ana separarse. sta corriente corresponde a un cortocircuito trifásico o entre líneascon tensión y ciclo de traba!o nominal. ntre estas corrientes deben especificarselos valores simétricos y asimétricos de interrupción.






M"choacá,

1.* CUCILLAS Y FUSIBLES1.*.1 DEFINICION DE CUCILLAS CONECTORASSon dispositivos "ue sirven para conectar y desconectar diversas partes de unainstalación eléctrica, para efectuar maniobras de operación o bien para darlesmantenimiento.

Las cuc5illas pueden abrir circuitos ba!o la tensión nominal pero nunca cuando

están fluyendo corriente a través de ellas. $ntes de abrir un !uego de cuc5illas

siempre deberá abrirse primero el interruptor correspondiente.

La diferencia entre un !uego de cuc5illas y un interruptor, considerando "ue los dos

abren y cierran los circuitos es "ue las cuc5illas no pueden abrir un circuito concorriente y el interruptor si puede abrir cual"uier tipo de corriente, desde el valor

nominal 5asta el valor de corto circuito.

Figura -. #omponentes de una cuc5illa.

#A?>A+

Las cuc5illas están formadas por una base metálica de lámina galvani%ada con un

conector para puesta a tierra/ dos o tres columnas de aisladores "ue fi!an el nivel

básico de impulso, y encima de estos, la cuc5illa. La cuc5illa está formada por una

nava!a o parte móvil y la parte fi!a, "ue es una morda%a "ue recibe y presiona la

parte móvil.

xisten cuc5illas individuales, es decir, una cuc5illa para cada fase, y cuc5illas de

operación en grupo.






M"choacá,

ste tipo de cuc5illas se encuentran sostenidas mecanicamente y pueden

operarse ya sea automática o manualmente. >ara reestablecer basta con volverlas

a conectar automáticamente o bien, con ayuda de una pértiga.

1.*.2 FUSIBLES DE POTENCIA Y SUS CURVAS DE OPERACIÓNSon dispositivos de protección eléctrica de una red "ue 5acen las veces de uninterruptor, siendo más baratos "ue estos. Se emplean en a"uellas partes de unainstalación eléctrica en "ue los relevadores y los interruptores no se !ustificaneconómicamente.

Su función es la de interrumpir circuitos cuando se producen en ellos una sobre

corriente, y soportar la tensión transitoria de recuperación "ue se produce

posteriormente.

>ara los elementos fusibles se utili%a como material un alambre de aleación abase a plomo, para el caso de ba!a tenciones y corrientes, y una cinta de aislación

a base de cobre y aluminio, para el caso de mayores corrientes.

Figura 7. Fusible de potencia.

+>AS @ FJSKLS

@e acuerdo con su capacidad de ruptura, lugar de instalación y costo, se pueden

utili%ar diferentes tipos de fusibles, entre los más conocidos se pueden identificar los siguientes*

1. >JLSA.I stos aprovec5an la generación y expulsión de un gas a alta

presión "ue, al ser inyectado a través del arco producido provoca la

extinción del mismo.






M"choacá,

). L?+$@A3 @ #A33+.I ste tipo de fusible tiene doble acción, por

un lado reduce la corriente de falla debido a la característica de introducir

una resistencia elevada en el circuito y por otro, debido al incremento de laresistencia pasa de un circuito de ba!o factor de potencia, desfasando el

cero normal de la onda de corriente a un punto cercano normal de la onda

de tención.

2. G$#A.I n este tipo de interrupción se produce al separarse los contactos

dentro de un recipiente 5ermético en el "ue se 5a 5ec5o el vacío, de tal

manera "ue a medida "ue se separan los contactos, la corriente se

concentra en los puntos mas salientes de la superficie del contacto y cesa

cuando se evapora el ultimo puente entre dos contactos.

1.*.3 ESPECIFICACIONES DE CUCILLAS Y FUSIBLESste tipo de cuc5illas abren al presentarse una sobre corriente. ste tipo decuc5illas tienen internamente un elemento fusible calibrado para "ue condeterminada corriente alcance su punto de fusión e interrumpa el paso de lacorriente eléctrica a través de él. >ara reestablecer es necesario reponer elelemento fusible a la cuc5illa y volver a conectar. Las cuc5illas fusibles son por logeneral de operación unipolar, en caso de fundirse &nicamente una fase,&nicamente ésta es repuesta y no necesariamente se tienen "ue abrir las demás

fases.

1.+ APARTARRAYOS1.+.1 NATURALEA DE LAS SOBRETENSIONES Y SUS EFECTOS EN LOSSISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIALas sobretensiones "ue se presentan en las instalaciones de un sistema puedenser de dos tipos*

1. Sobretensiones de tipo atmosférico.

). Sobretensiones por fallas en el sistema.

n el estudio "ue a5ora trataremos nos ocuparemos de las sobretensiones de tipo

atmosférico.






M"choacá,

l apartarrayos es un dispositivo "ue nos permite proteger las instalaciones contra

sobretensiónes de tipo atmosférico.

Las ondas "ue presentan durante una descarga atmosférica via!an a la velocidad

de la lu% y daan al e"uipo si no se tiene protegido correctamente/ para la

protección del mismo se deben tomar en cuenta los siguientes aspectos*

1. @escargas directas sobre la instalación

). @escargas indirectas

@e los casos anteriores el más interesante, por presentarse con mayor frecuencia,

es el de las descargas indirectas.

Las sobretensiones son volta!es transitorios mayores a los máximos volta!es deoperación del sistema. @e acuerdo al tipo de sobretensión estos pueden ser limitados por distintos medios de protección. La amplitud de las sobretensiones sepuede limitar mediante pararrayos u otros medios de protección. xisten tres tiposde sobretensiones* las temporales, las de maniobra y las atmosféricas.

Las sobretensiones temporales y las de maniobra son consideradas de origeninterno del sistema, como resultado de un fenómeno transitorio, mientras "ue lasatmosféricas se consideran de origen externo.

SAK3+SM @ ?$AK3$

Las sobretensiones de maniobra están asociadas a todas las operaciones demaniobra y fallas en un sistema. Sus altas amplitudes están generalmente en elrango de ) a 4 p.u., dependiendo muc5o de los valores reales del diseo delsistema y de los medios para limitarlos.

SAK3+SAS $+?ASFN3#$S

Las sobretensiones atmosféricas de amplitudes grandes pueden entrar a una

subestación como resultado de descargas atmosféricas directas sobre una línea ocomo flameos inversos en una torre. La subestación debe estar protegida contradescargas directas mediante un apantallamiento eficiente.

>ara tensiones de )):BG su valor esta entre 4 y - p.u. es decir, entre 88:BG y16):BG.






M"choacá,

Se fabrican diferentes tipos de apartarayos, basados en el principio general de

operación/ por e!emplo* los más empleados son los conocidos como ;apartarrayos

tipo autovalvular< y ;apartarrayos de resistencia variable<.

l apartarrayos tipo autovalvular consiste de varias c5apas de explosores

conectados en serie por medio de resistencias variable cuya función es dar una

operación más sensible y precisa. Se emplea en los sistemas "ue operan a

grandes tensiones, ya "ue representa una gran seguridad de operación.

Figura 9. $partarrayos.

l apartarrayos de resistencia variable funda su principio de operación en el

principio general, es decir, con dos explosores, y se conecta en serie a una

resistencia variable. Se emplea en tensiones medianas y tiene muc5a aceptación

en el sistema de distribución.

La función del aparterrayos no es eliminar las ondas de sobretensión >resentadas

durante las descargas atmosféricas, sino limitar su magnitud a valores "ue no

sean per!udiciales para las má"uinas del sistema.

Las ondas "ue normalmente se presentan son de 1.6 a 1 Os. '+iempo de frente de

onda(. La función del apartarrayos es cortar su valor máximo de onda 'aplanar la

onda(.






M"choacá,

Las sobretensiones originadas por descargas indirectas se deben a "ue se

almacenan sobre las líneas cargas electrostáticas "ue al ocurrir la descarga se

parten en dos y via!an en ambos sentidos de la línea a la velocidad de la lu%.

Los apartarrayos protegen también a las instalaciones contra descargas directas,

para lo cual tiene un cierto radio de protección. >ara mayor seguridad a las

instalaciones contra las cargas directas se instalan unas varillas conocidas como

bayonetas e 5ilos de guarda seme!antes a los "ue se colocan en las líneas de

transmisión.

La tensión a "ue operan los apartarrayos se conoce técnicamente como tensión

de cebado del apartarrayos.

l condensador se emplea como filtro con los apartarrayos de los generadores.

Los partarrayos se emplean para limitar las sobretensiones "ue se producen por

acción tanto de efectos transitorios 'sobretensión debida a operación de

interruptores( como de descargas atmosféricas a niveles en los "ue los

aislamientos del e"uipo no sufran deterioro, así como para asegurar la continuidad

del servicio al presentarse dic5as sobretensiones.

#ada apartarrayos se encuentra normalmente abierto y se encuentra calibrado

para "ue a partir de cierta tensión entre línea y tierra se cierre automáticamente y

filtre los frentes de onda. sto de 5ace con un circuito de resistencia variable, con

tensión, de los elementos dependiendo de la naturale%a de éstos. $l desaparecer

la sobretensión el apartarrayos vuelve a la posición de abierto.

@eben instalarse apartarrayos en plantas industriales, especialmente en lugares

donde las tormentas son frecuentes y de gran intensidad. Su instalación, tanto

para proteger al e"uipo de la subestación como al e"uipo de utili%ación, puede5acerse tanto en el exterior como en el interior del local "ue contiene al e"uipo

"ue se va a proteger, tan cerca de éste como sea factible, tomando en cuenta "ue

deben estar fuera de pasillos y ale!ados de otro e"uipo, así como de partes

combustibles del edificio. $demás, deben resguardarse, ya sea por su elevación o

por su locali%ación, en sitios inaccesibles a personas no idóneas, o bien,

protegidos por defensas o barandales adecuados.






M"choacá,

1.+.2.1 NIVEL BASICO AL IMPULSO MANIOBRAl >? para un pararrayos de 0nA se obtiene así*

• Sistema con tensión máxima menor de 146BG, máximo volta!e residual conimpulso de corriente de maniobra '2:C-:m s( de :.6 B$.

• Sistema con tensiones entre 146BG y 2-)BG el impulso de corriente demaniobra debe ser de 1B$.

• Sistemas con tensiones superiores, el impulso de corriente de maniobradebe ser de )B$.

@e acuerdo a la tabla 4, la tensión nominal del pararrayo R, "ueda normali%adaasí*

Vl%" N%"li5&% R 1;2 <V.

>? 'S>L( P 274 BG.

>3 'L>L( P 44) BG.

@ebido a "ue las características de altura de la subestación no son de importanciacomo se menciono en la etapa de planeación, entonces no se 5arán correccionespor altura al nivel de protección para impulso tipo atmosférico '>3(. @e igualmanera se consideró "ue el nivel ceraunico no era representativo, por lo cual sedecidirá "ue la corriente de c5o"ue "ue soportara los pararrayos será de 1:B$,debido al nivel de tensión a mane!ar 'Q2:BG(.

1.+.2.2 NIVEL BASICO AL IMPULSO DE DESCARAS@e las ondas debidas a rayos, solo llegan a la subestación a"uellas cuya magnitudes inferior al nivel de aislamiento de línea y "ue, por lo tanto, no alcan%an acontornear los aisladores de la instalación. stán ondas pueden ser de polaridad

positiva o negativa, predominando estas &ltimas.

Los rayos "ue nos interesan por su efecto, son los de nube a tierra, y en éstos sepueden encontrar 4 tipos* ) iniciados en las nubes, y ) iniciados en tierra, ya "uepueden ser positivos o negativos. Los más comunes, siendo el 9: R de los rayosdetectados, son de una nube negativa 5acia tierra.






M"choacá,

1.+.2.* COORDINACION DE AISLAMIENTOSe pueden distinguir dos métodos de coordinación de aislamiento* determinista y

estadístico.

La aplicación de uno u otro método dependerá de la información disponible sobreel sistema y las tensiones representativas.

l método estadístico se puede aplicar cuando es posible obtener la función dedensidad de probabilidad de las sobretensiones representativas.

La distribución estadística de sobretensiones y la función de probabilidad de fallodel aislamiento permiten obtener el riesgo de fallo de un e"uipo.

SAK3+#AS $ #AS@3$3

+ensiones permanentes T +ensión más alta del sistema en régimen permanente

Sobretensiones temporales T Faltas a tierra T >érdida de carga T 3esonancia y ferro resonancia

Sobretensiones de frente lento

T #onexión y reenganc5e de líneas T Faltas y su eliminación T ?aniobras de corrientes inductivas y capacitivas

Sobretensiones de frente rápido T #aída de rayos sobre líneas

Sobretensiones de frente muy rápido T ?aniobras de seccionadores T @efectos en US

>rocedimiento para coordinación de aislamiento

1. stimación de la tensión representativa en los e"uipos o en la instalación adisear, teniendo en cuenta los niveles de protección proporcionados por losdispositivosde protección instalados y el valor máximo de la tensión de operación*





T para instalaciones de gama se anali%an las sobretensiones temporales y las deorigen atmosférico,

T para instalaciones de gama se anali%an las sobretensionesde frente lento y las de origen atmosférico

). Se determina la tensión soportada de coordinación, "ue es la tensión soportada"ue cumple los criterios de diseo en las condiciones de servicio en "uefuncionaránlos e"uipos o la instalación.

T sta tensión se basa en el riesgo de fallo aceptado, y su cálculo se reali%arámultiplicando la tensión representativa por el factor de coordinación, Kc , "uedepende del tipo de aislamiento y del método de coordinación de aislamiento

'determinista, estadístico( "ue es posible aplicar.

Unidad i Elementos Primarios, Subestaciones

Documents

Transcript of Unidad i Elementos Primarios, Subestaciones