1
1
TECNOLOGÍA ELÉCTRICA
TEMA 9
CENTROS DE TRANSFORMACION
2
CLASIFICACIÓN DE LOS CENTROS DE TRANSFORMACIÓN
?TIPO• INTEMPERIE• INTERIOR
?ALIMENTACIÓN• AEREA• SUBTERRANEA• MIXTA
?PROPIETARIO DE LA INSTALCIÓN
• ABONADO• ABONADO, MANTENIMIENTO COMPAÑÍA SUMINISTRADORA•COMPAÑÍA SUMINISTRADORA
2
3
CLASIFICACIÓN DE LOS CENTROS DE TRANSFORMACIÓN
?POSICIÓN EN LA RED DE M.T.
• DE PUNTA• DE PASO• DE ANILLO• ENTRONCADO A LINEA
AEREA• INDEPENDIENTE
L. RADIALL. ANILLO
E/S
132 kV/20 kV Ct. punta
Ct. paso
Ct.Subestaciónsecundaria
Ct.
Ct.
Subestaciónsecundaria132 kV/20 kV
P
Centros de Transformación en
anillo
Centros de Transformación: de punta y de paso
Centros de Transformación Independiente
4
CLASIFICACIÓN DE LOS CENTROS DE TRANSFORMACIÓN
?MEDIDA• M.T.• B.T.• M.T. Y B.T.
Esquema de Medida en media y baja tensión
Esquema de Medida en media tensión
Esquema de Medida en baja tensión
3
5
COMPOSICIÓN GENERAL DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN C.T DE INTERIOR
Celdas y esquema unifilar de centro de transformación simple
6
COMPOSICIÓN GENERAL DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN C.T DE INTERIOR
Simbolos de equipos de un centro de transformación
Interruptor
Seccionador
Seccionador de tierra
Interruptor-seccionador
Interruptor con cortacircuitofusible incorporado
Fusible
Contador
Transformador de potencia
Transformador de tensión
Transformador de intensidad
Enclavamiento mecánico
Tierra
Pararrayos
Botella terminal
4
7
TIPOS DE CELDAS Y ELEMENTOS QUE LA INTEGRANCELDAS DE LINEA:
Esquema de una celda de línea
Esquema unifilar de dos celdas de línea
Esquema unifilar de entrada aérea
8
CENTROS DE TRANSFORMACIÓN DE INTEMPERIE
5
9
CENTROS DE TRANSFORMACIÓN DE INTEMPERIE
10
CELDAS DE MEDIDA
Armario o móduloaislante de medida
Dispositivo deverificación nor-malizado
medidas A.T.Celdas de
Wh
S1
P1
S2
P2
1P
S1S2
P2
S1 2S
P1 P2
S1 2S
1P P2 A
B
C
CONTADORES
FUSIBLES
2 T.T
2 T.I.
Conexiones de los
aparatos de medida en
media tensión
6
11
MEDIDA Y PROTECCIÓN
A: Dispositivo de corte(interruptor-seccionador con fusibles o interruptor automático)B: Transformadores de intensidad de protección (2 ó 3 T.I.)C: (2 ó 3 T.I., 2 ó 3 T.T.)BD: Bobina de disparo del dispositivo de cortePI: Relé de protección indirectaM: Equipo de medida
Esquema unifilar de una protección indirecta
12
CELDAS DE PROTECCIÓN Y MEDIDA
Esquema unifilar de protecciones directa e indirecta
Protección directa con interruptor-seccionador y fusible
Protección indirecta con interruptor-seccionador y fusible
7
13
CELDAS DE PROTECCIÓN Y MEDIDA
Esquema unifilar de protecciones directa e indirecta
Protección directa con interruptor automático
Protección indirecta con interruptor automático
14
CELDAS DE TRANSFORMADOR
Celda de un transformador
con refrigeración
en aceite.
8
15
CANALIZACIONES
Valores de las tensiones de ensayo
KV eficacesKV eficaces KV cresta
16
CANALIZACIONES
Distancias mínimas en función de la tensión tipo rayo
ensayos(C.T de obra)
9
17
SECCIÓN DE LOS CONDUCTORES
Cargas admisibles en amperios para pletinas de cobre Carga continua en A Valores estáticos para una barra
Ancho Corriente Corriente x Sección Peso alterna continua x x y y
espesor 10 a 60 Hz
1 pletina 1 pletina Wx cm3
Jx cm4
Wy cm3
Jy cm4
mm mm2
kg/m desnuda desnuda12 x 2 24 0,21 110 120 0,048 0,0288 0,008 0,0008 15 x 2 30 0,27 140 145 0,075 0,0562 0,010 0,0010 15 x 3 45 0,40 170 175 0,112 0,0840 0,022 0,0030
20 x 2 40 0,36 185 190 0,133 0,1330 0,013 0,0013 20 x 3 60 0,53 220 225 0,200 0,2000 0,030 0,0045 20 x 5 100 0,89 290 300 0,333 0,3330 0,083 0,0208
25 x 3 75 0,67 270 275 0,312 0,3900 0,037 0,0050 25 x 5 125 1,11 350 360 0,521 0,6510 0,104 0,0260
30 x 3 90 0,80 315 325 0,450 0,6750 0,045 0,0070 30 x 5 150 1,34 400 425 0,750 1,1250 0,175 0,0310
18
SECCIÓN DE LOS CONDUCTORES
Cargas admisibles en amperios para pletinas de cobre Carga continua en A Valores estáticos para una barra
Ancho Corriente Corriente x Sección Peso alterna continua x x y y
espesor 10 a 60 Hz
1 pletina 1 pletina Wx cm3
Jx cm4
Wy cm3
Jy cm4
mm mm2
kg/m desnuda desnuda12 x 2 24 0,21 110 120 0,048 0,0288 0,008 0,0008 40 x 3 120 1,07 420 425 0,800 1,6000 0,060 0,0090 40 x 5 200 1,78 520 550 1,333 2,6660 0,166 0,0420
40 x 10 400 3,56 750 800 2,666 5,3330 0,666 0,3330
50 x 5 250 2,23 630 660 2,080 5,2000 0,208 0,0520 50 x 10 500 4,45 920 1000 4,160 10,4000 0,833 0,4160
60 x 5 300 2,67 750 780 3,000 9,0000 0,250 0,0630 60 x 10 600 5,34 1100 1100 6,000 18,0000 1,000 0,5000
80 x 5 400 3,56 950 1000 5,333 21,3300 0,333 0,0833 80 x 10 800 7,12 1400 1450 10,660 42,6000 1,333 0,6660
100 x 5 500 4,45 1200 1250 8,333 41,6600 0,417 0,1040 100 x 101000 8,90 1700 1700 16,660 83,3000 1,666 0,8330
10
19
SECCIÓN DE LOS CONDUCTORES
Densidades admisibles en función de la sección
20
DETERMINACIÓN DE LA SECCIÓN DE LOS CONDUCTORES
250;)4.9,3.9(, mmStablasII adad ???? ??
• Criterio Térmico
• Criterio de Calentamiento en c.c
ad
ccp
tt
k
ImmS
??)( 2 K ? 11-13
t ? 1 seg? tad ? 150 ºC
11
21
DETERMINACIÓN DE LA SECCIÓN DE LOS CONDUCTORES
d
l(m)
(cm)
l
T máx.
? ? ? ? .32 100/ ad
y
maxmax
cmWT
cmkg ?? ???
.
100
ad
maxy
TWS
??
???ad (Cu) ? 1200 kg/cm2
?ad (Al) ? 1000 kg/cm2
• Criterio Electrodinámico
? ? ? ?cmd
KAImKgf
S )(04,2/
2
?
d
If ccp2,13?
)(81
)/( 2 mlfmkgTmax ?
22
DETERMINACIÓN DE LA SECCIÓN DE LOS CONDUCTORES
yb
yy
y
x D d
D
x x x
y
y
h
3y bh
121
I ??
2
61
2bh
b
IW y
y ???
)d(D64
II 44yy ?????
DdD
32W
44 ????
4yy D0491,0II ???
31,0 DW ??
Sección de conductores rígidos más usuales en centros de transformación
Pletinas Conductores HuecosRedondos
12
23
EJEMPLO DE CÁLCULO DE UN EMBARRADO
Se quiere dimensionar el embarrado de una instalación de 20 kV, con una potencia de cortocircuito en 20 kV de 350 MVA y con unas distancias entre fases y entre apoyos tal y como los indicados en la figura 9.22, siendo la corriente nominal de 100 A.
Ejemplo de embarrado de un C.T. convencional.
Se realiza el embarrado con pletinas de cobre de disposición vertical y pintadas.
Teniendo en cuenta que la corriente nominal es de 100 A entrando en el cuadro 9.4 se observa que con una pletina de 12×2 sería suficiente, pero teniendo en cuenta que su resistencia debe ser igual o menor a la de la varilla de 8 mm de diámetro (50,26 mm2 de sección), se adopta desde el punto de vista de calentamiento una pletina de (20×3) mm.
24
EJEMPLO DE CÁLCULO DE UN EMBARRADO
Para dimensionar la pletina desde el punto de vista de esfuerzoselectrodinámicos se parte de la potencia de cortocircuito y se calcula la Icc,p.
kA1010203
10350=U3
S=I=I3
6cc
pcc,k ???
??
y con ello se tendr á una fuerza por unidad de longitud:
mkg
33=40102,13=
(cm) d(kA) I2,13=f
22pcc, ??
lo que supone un momento máximo de
mkg 28,9=)5,(13381=lf
81=T
22máx ????
13
25
EJEMPLO DE CÁLCULO DE UN EMBARRADO
para tener una ? menor a la admitida por el cobre se requiere un módulo resistente de la barra de:
cm77,0=cm100200.128,9
=
cmkg200.1
mkg28,9=TW 33
2adm
máx ??
??
Entrando en el cuadro 9.3 supone una pletina de 50×10 mm2 y por tanto comparando las dos soluciones encontradas (calentamiento y esfuerzo electrodinámico) se adapta una pletina de 50x10 mm2 en posición vertical.
26
EJEMPLO DE CÁLCULO DE UN EMBARRADO
Obsérvese que la pletina de 20×3 mm, no hubiese soportado el esfuerzo electrodinámico:
cmkg200.1>
cmkg000.31
03,0928=
WT=
cm03,0=)3,(0261=ba
61=W
22y
máxmáx
322y
???
???
El procedimiento explicado es válido para cualquier nivel de tensión (B.T, M.T y A.T) y de instalación (embarrado en cuadro, subestaciones al aire, etc.), pero cada una tendr á especificidades propias (valores altos de I, de la Icc, forma de la sección de los conductores, número de conductores por fase, etc.). Para estudiar más detalladamente cada caso se recomienda acudir a bibliografía más especializada.
14
27
TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN EN ACEITE Y SILICONA DE LLENADO INTEGRAL
-- DE 100 kVA A 2.500 kVA y hasta 36 kV --
28
TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN EN ACEITE Y SILICONA CON RADIADORES Y DEPOSITO DE EXPANSIÓN
-- HASTA 2.500 kVA y 36 kV --
15
29
TRANSFORMADOR EN ACEITE Y SILICONA DE
POTENCIA Y ESPECIALES
-- HASTA 10 MVA y 72’5 kV --
30
TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN EN ACEITE Y SILICONA CON RADIADORES Y DEPOSITO DE EXPANSIÓN
-- HASTA 2.500 kVA y 36 kV --
16
31
TRANSFORMADOR INTEGRAL
Necesariamente deben estar construidos con aletas de refrigeración, carecen de cámara de aire en su interior, el aceite llega interiormente hasta el final de los pasatapas, la dilatación del aceite por temperatura, es absorbida por la dilatación de las aletas que permiten el aumento del volumen interior con su expansión.
32
TRANSFORMADOR HERMÉTICOS
Construidos con aletas o radiadores, en la parte superior queda una cámara de aire que se comprime y reduce su tamaño cuando aumenta el volumen de aceite debido al calentamiento, siempre la parte activa permanece sumergida en aceite para asegurar su aislamiento
17
33
TRANSFORMADOR CON DEPOSITO DE EXPANSIÓN
Constructivamente son similares a los herméticos, pero llevan un deposito llamado de expansión por encima de la tapa, que obliga a que los interiores de las bornas en AT queden totalmente sumergidas en aceite.
34
18
35
CURVAS DE FUSION
36
CURVAS DE FUSION
19
37
ESQUEMAS DE CENTROS DE TRANSFORMACIÓN CON TECNOLOGIA DIFERENTE
Centro de aparellaje convencional en celdas
de mamposteria
Centro de aparellaje convencional bajo envolvente metalica
Centro con celda compacta de SF6
38
COMPARACIÓN DE TAMAÑOS DE CENTROS DE TRANSFORMACIÓN
VOLUMEN OCUPADO POR LAS CELDAS PARA UN MISMO ESQUEMA
Esquema eléctrico: 2 celdas de línea y 1 de
protección(24kV)
20
39
ASPECTO DE UNA CELDA COMPACTA EN SF6
40
CENTRO PREFABRICADO DE HORMIGÓN
21
41
CÁLCULO DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN
EJEMPLO: Se va a calcular un C.T de 1.000 kVA, 20 kV/380V, con entrada y salida subterráneas y 350 MVA de potencia de cortocircuito (Scc). Relación de cortocircuito del transformador, ecc=5%.
29A9A,28=203
000.1=U3
S=I
1
cc1 ?
??
1. Intensidad de Alta Tensión: 2. Intensidad de Baja Tensión:
A520.1380,03
000.1=U3
S=I
2
cc2 ?
??
3. Corrientes de cortocircuito:
Primario:
Corriente de cortocircuito permanente:
Corriente de cortocircuito máxima instantánea:
kA 10kA 1,10=203
350=U3
S=I=I1
cc''1,kp,1cc, ?
??
kA5,25=I8,12=lI=I pcc,smáx,1cc, ???
Secundario :
kA30400.30=05,0
520.1=I=I=Icc
2p,2cc,
''2,k ?
?
kA75=I55,2I=I p,2cc,máx,2cc,s ??
42
CÁLCULO DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN
EJEMPLO: Se va a calcular un C.T de 1.000 kVA, 20 kV/380V, con entrada y salida subterráneas y 350 MVA de potencia de cortocircuito (Scc). Relación de cortocircuito del transformador, ecc=5%.
4. Dimensiones del embarrado de M.T:
1) Cálculo térmico, por densidad de corriente :
2) Cálculo electrodinámico :
A la intensidad nominal de 29 A, le corresponde una sección mínima según el MIE-RAT de 50 mm2.
mkg 53=
2552504,2=
d(cm)(kA)I04,2=f
22s ???
Suponiendo una separación entre apoyos de 1m y distancia entre fases de 25 cm.
El cálculo del momento máximo se hace para los dos casos extremos:
mkg 41,4=lf121
=T ; mkg 625,6=lf81
=T 2máx
2máx ??????
22
43
CÁLCULO DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN
EJEMPLO: Se va a calcular un C.T de 1.000 kVA, 20 kV/380V, con entrada y salida subterráneas y 350 MVA de potencia de cortocircuito (Scc). Relación de cortocircuito del transformador, ecc=5%.
Requiriéndose en cada caso un módulo resistente:
cm 37,0=002.1
441=
100T=W ; cm 55,0=002.1
5,662=
100T=W 3
adm
máxy
3
adm
máxy
??
??
En el cuadro se observa que pletinas de 40×10 mm, con Wy=0,666 cm3; o de 50×10 con Wy=0,833 cm3, serían suficientes.Hay que tener en cuenta que para C.T.s de paso, o de anillo, el cálculo por densidad de corriente no se hace con la intensidad nominal del primario del transformador, sino para la corriente de paso por las celdas de línea que indica la compañía distribuidora y que suele ser de 400 A o 630 A. No obstante, las pletinas escogidas admitirían esa corriente sin problema.Las compañías distribuidoras suelen indicar unas secciones mínimas para los conductores de las celdas de línea.
4. Dimensiones del embarrado de M.T:
44
CÁLCULO DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN
EJEMPLO: Se va a calcular un C.T de 1.000 kVA, 20 kV/380V, con entrada y salida subterráneas y 350 MVA de potencia de cortocircuito (Scc). Relación de cortocircuito del transformador, ecc=5%.
3) Comprobación por solicitación térmica en cortocircuito :
Se comprueba que el calentamiento durante un cortocircuito, es decir, el incremento de temperatura, es inferior al admisible.
Se aplica la expresión:21
pcc,
Tt
kI
=S ???
???
?
Donde S (mm2 ) es la sección del conductor; ? T (ºC) el incremento de temperatura admisible, se suele tomar 150 ºC; t (s) el tiempo de disipación de la falta, se tomaráen el ejemplo 1 segundo; k es una constante que depende de la capacidad térmica del conductor y de su resistividad media en el intervalo de temp eraturas considerado, los valores normales de k para el cobre y las unidades indicadas están entre 11 y 13. Así pues:
mm500ó400»mm68=1501
12000.10
=S 22?
23
45
CÁLCULO DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN
EJEMPLO: Se va a calcular un C.T de 1.000 kVA, 20 kV/380V, con entrada y salida subterráneas y 350 MVA de potencia de cortocircuito (Scc). Relación de cortocircuito del transformador, ecc=5%.
Por tanto, las secciones propuestas son adecuadas.
Este cálculo es aproximado; pero en general es suficiente. Para cálculos más precisos y justificación de [25], ver referencia (Ras, 1975: 7). .
5. Cálculo de las instalaciones de puesta a tierra.
Se expondrán escuetamente los cálculos, siguiendo lo explicado en el tema de tierras. Primero se calculará la puesta a tierra de las masas del C.T.
1) Naturaleza del terreno:
Se tomará una resistividad, ? =100 Ohm·m.
2) Corrientes máximas de puesta a tierra (defecto fase-masa) y tiempo máximo de eliminación del defecto.
Se considera: XT ? 72/3 ? , Id=500 A, td=0,7 seg.
46
CÁLCULO DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN
EJEMPLO: Se va a calcular un C.T de 1.000 kVA, 20 kV/380V, con entrada y salida subterráneas y 350 MVA de potencia de cortocircuito (Scc). Relación de cortocircuito del transformador, ecc=5%.
3) Diseño preliminar de la instalación de tierra:
Se considera inicialmente, un electrodo en forma de anillo de 4×3 m con 4 picas, de L=2m, enterrados a una profundidad de 0,5 m, según el cuadro 3.4 del capítulo 3.
Para esta disposición, se tiene:Kr=0,1; Kp=0,0231; Kc=0,0506.
Obteniéndose los valores de la resistencia de tierra (RT) y de las tensiones de paso (Vp,m) y contacto (Vc,m) máximas:
V530.2=IK=V
V155.1=IK=V 10=K=R
dcmc,
dpmp,
rT
?
???
24
47
CÁLCULO DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN
EJEMPLO: Se va a calcular un C.T de 1.000 kVA, 20 kV/380V, con entrada y salida subterráneas y 350 MVA de potencia de cortocircuito (Scc). Relación de cortocircuito del transformador, ecc=5%.
3) Diseño preliminar de la instalación de tierra:
Con esa resistencia de tierra, la tensión de defecto (Vd) será, como mucho:
V000.5=50010=IRV dTd ??
Recuérdese, que en el caso de que en el C.T. se disponga de tierra común para masas de M.T y neutro de baja, la tensión de defecto debe ser menor que 1.000 V.Los valores de Vp,m y Vc,m han de ser inferiores a los valores máximos admisibles (Vp,ad , Vc,ad) calculados a continuación, con k=72 y n=1:
V566=V m000.3= Si V118=V m100= Si
000.15,1
+1t
k=V
V645.1=000.1
6+1
tk10
=V
adc,
adc,
nd
adc,
nd
adp,
????????
???
??? ??
???
??? ???
48
CÁLCULO DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN
EJEMPLO: Se va a calcular un C.T de 1.000 kVA, 20 kV/380V, con entrada y salida subterráneas y 350 MVA de potencia de cortocircuito (Scc). Relación de cortocircuito del transformador, ecc=5%.
Se observa que con la tensión de paso, no hay problema; pero sí lo hay con la tensión de contacto, puesto que aun admitiendo una resistividad alta (suelo de hormigón) laVc,ad=566 V es mucho menor que la que se puede presentar, Vc,m = 2.530 V. Si se quiere rebajar el valor de Vd y el de Vc ,m hasta valores admisibles, habrá que buscar otra disposición de los electrodos de tierra; para ello se pueden utilizar las tablas de la referencia (UNESA, 1989: 13). Si resultase muy difícil o excesivamente costoso el conseguirlo, se puede recurrir a tomar medidas alternativas (ver MIE RAT 13, apartado 2.2).Los conductores de tierra se pondrán de acero (50 mm2 ) o cobre (25 mm2 ) que son las secciones mínimas admisibles; y que dan lugar a densidades de corriente de defecto inferiores a las admisibles:
160<mm
A20=
25500
=SI=
60<mm
A10=
50500
=SI=
2Cu
dCu
2ac
dac
?
?
25
49
CÁLCULO DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN
EJEMPLO: Se va a calcular un C.T de 1.000 kVA, 20 kV/380V, con entrada y salida subterráneas y 350 MVA de potencia de cortocircuito (Scc). Relación de cortocircuito del transformador, ecc=5%.
también se puede calcular la tensión de paso máxima admisible en el acceso del C.T.:
V 600.10=000.1
000.33+1003+17,072,10=
000.1'3+3+1
t
k10=V np(acc) ????
?? ??
????
?? ?????
donde ? y ? ’ son las resistividades en el exterior (? ) y en el interior (? ’) del C.T.Como sale un valor alto, en general no será preciso calcular la tensión de contacto exterior si se adopta la precaución de que las puertas y tierras metálicas que dan al exterior del centro no estén conectados eléctricamente con masas conductoras del interior de la instalación.
50
CÁLCULO DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN
EJEMPLO: Se va a calcular un C.T de 1.000 kVA, 20 kV/380V, con entrada y salida subterráneas y 350 MVA de potencia de cortocircuito (Scc). Relación de cortocircuito del transformador, ecc=5%.
Un cálculo aproximado puede realizarse, siguiendo el libro de Transformadores de Ras (Ras, 1991: 8), apéndice 14.Se considera que el transformador tiene un rendimiento del 98% a plena carga, lo que equivale a unas pérdidas de 20 KW a plena carga. Se considera un incremento de temperatura del aire, ? T = 15 ºC.
6. Cálculo de la ventilación del C.T.
sm15,1=
1516,120=
T16,1P=Q
3pérd
???
El caudal de aire necesario, es:
26
51
CÁLCULO DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN
EJEMPLO: Se va a calcular un C.T de 1.000 kVA, 20 kV/380V, con entrada y salida subterráneas y 350 MVA de potencia de cortocircuito (Scc). Relación de cortocircuito del transformador, ecc=5%.
Considerando una diferencia de altura entre la rejilla de entrada y de salida, de 2 metros (h=2 m), y con una velocidad de salida de aire de 0,7 m/s, obtenida según tablas. La sección mínima de las rejillas será de:
6. Cálculo de la ventilación del C.T.
En el proyecto de un C.T. se incluirán el cálculo del dimensionamiento del foso apagafuegos, en caso de que el tipo de transformador lo requiera, y los cálculos necesarios para justificar la selección de la aparamenta requerida
m64,1=7,0
15,1=
vQ
=S 2
salrej
52
EJEMPLO 2: ESQUEMA UNIFILAR Y DISTRIBUCIÓN EN CELDAS DE UN C.T.
ESQUEMA UNIFILAR DE UN C.T. CON TRES TRANSFORMADORES.
27
53
EJEMPLO 2: ESQUEMA UNIFILAR Y DISTRIBUCIÓN EN CELDAS DE UN C.T.
PLANTA DEL C.T. ANTERIOR
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