capitulo 3-descripcin del equipo de una subestacin

subestaciones

Captulo 3

Descripcin del equipo de una

subestacin

3.1. transformador de potencia

Figura 3.1: Transformador de potencia, Termoguajira,Laguejira, Colombia

3.1.1. Definicin

Un transformador es una mquina electromagntica , cuya funcin principal es cambiar la magnitudde las tensiones elctricas. Es considerado uno de los elementos fundamentales en los sistemas detrasnmisin y distribucin de energa. En la figura 3.1 se muestra un transformador de potencia determoguajira.

1

CAPTULO 3. DESCRIPCIN DEL EQUIPO DE UNA SUBESTACIN 2

3.1.2. Partes de un transformador

El transformador, se puede considerar que est formado por tres partes:

Parte activa

Es formada por un conjunto de elementos separados del tanque principal y que agrupa los siguienteselementos:

Ncleo

ste constituye el circuito magntico que est fabricado en lminas de acero de silicio. Dependiendo dela norma que tenga el fabricante, sern las especificaciones de diseo y condiciones de fabricacin.

El ncleo puede ir unido a la tapa y levantarse con ella, o puede ir unido a la pared del tanque, locual produce mayor resistencia durante las maniobras mecnicas del trasnporte.

Bobinas

stas constituyen el circuito elctrico. Se fabrican utilizando alambre o solera de cobre o de aluminio.Los conductores se forran de material aislante, que puede tener diferentes caractersticas, de acuerdocon la tensin de servicio de la bobina, la temperatura y el medio en que va a estar sumergida. Lasnormas tampoco establecen condiciones especficas, quedando en mano de los diseadores el adoptarcriterios que vayan de acuerdo con la capacidad y la tensin y que incidan en la forma de las bobinas.En la industria, se fabrican diferentes tipos de bobinas, las ms conocidas se presentan en la tabla3.1:

Tipo de bobina Ncleo Potencia y Tensiones

Rectangular Se instala sobre un nucleo deseccion rectangular

Trifsicas, 5MVA y 69kV

Cilndrica Discos separados con, cartnsobre tubo material aislante

10MVA y 15 kV

Continuo tipodisco

Discos separados con cartn,sobre tubo de material aislante

40MVA y 15-69kV

galleta galletas rectangulares 230MVA y 400kV

Cuadro 3.1: Caracteristicas de las bobinas.

cambiador de derivacionesConstituye el mecanismo que permite regular la tensin de la energa que fluye en un transformador.

Puede ser de operacin automtica o manual, puede instalarse en el lado de alta o de baja tensin,dependiendo de la capacidad y tensin del aparato, aunque convieneinstalarlos en alta tensi, debido aque su costo disminuye en virtud de que la intensidad de corriente es menor.

Bastidor

Est formado por un conjunto de elementos estructurales que rodean el ncleo y las bobinas y cuyafuncin es soportar los esfuerzos mecnicos y electromagnticos que se desarrollan durante la operacindel transformador.


Parte pasiva

Consiste en el tanque donde se aloja la parte activa; se utiliza en los transformadores cuya parteactiva va sumergida en lquido.

El tanque debe ser hermtico, soportar el vaco absoluto sin presentar deformacin permanente,proteger elctrica y mecnicamente el transformador, ofrecer puntos de apoyo para el transporte y lacarga del mismo, soportar los enfriadores, bombas de aceite, ventiladores y los accesorios especiales.

La base del tanque debe ser lo suficientemente reforzada para soportar las maniobras de levan-tarniento durante la carga o descarga del mismo.

El tanque y los radiadores de un transformador deben tener un rea suficiente para disipar lasprdidas de energa desarrolladas dentro del transformador, sin que su elevacin de temperatura pasede 55C, o ms, dependiendo de la clase trmica de aislamiento especificado.

A medida que la potencia de disefio de un transformador se hace crecer, el tanque y los radiadores,por s solos, no alcanzan a disipar el calor generado, por lo que en diseos de unidades de alta potenciase hace necesario adicionar enfriadores, a travs de los cuales se hace circular aceite forzado por bombas,y se sopla aire sobre los enfriadores, por medio de ventiladores. A este tipo de eliminacin trmica se lellama enfriamiemo forzado.

El enfriamiento de los transformadores se clasifica en los siguientes grupos:

1. Tipo OA, sumergido en aceite con enfriamiento propio. El transformador OA es el tipo bsico ysirve como norma para capacidad y precio de otros.

2. Tipo OA/FA, sumergido en aceite con enfriamiento propio, por medio de aire forzado. Estebsicamente un transformador OA con adicin de ventiladores para aumentar la capacidad dedisipacin de calor.

3. Tipo OA/FA/FOA, sumergido en aceite con enfriamiento propio a base de aire forzado y aceiteforzado. Este transformador es bsicamente un OA, con adicin de ventiladores y bombas parala circulacin de aceite.

4. Tipo FOA, sumergido en aceite, enfriado con aceite forzado y con enfriador de aire forzado.Este tipo de transformadores se usa nicamente donde se desea que operen al mismo tiempo lasbombas de aceite y los ventiladores; tales condiciones absorben cualquier carga a pico a plenacapacidad.

5. Tipo OW, sumergido en aceite y enfriado con agua. En este tipo de transformadores el agua deenfriamiento es conducida por serpentines, los cuales estn en contacto con el aceite aislarte deltransformador. El aceite circula alrededor de los serpentines por conviccin natural.

6. Tipo AA, tipo seco, con enfriamiento propio, no contiene aceite ni otros lquidos para enfriamiento;son usados en voltajes nominales menores de 15 kV en pequeas capacidades.

7. Tipo AFA, tipo seco, enfriado por aire forzado. Estos transformadores tienen una capacidad simplebasada en la circulacin de aire forzado por ventiladores o sopladores.


3.1.3. Accesorios

Los accesorios de un transformador son un conjunto de partes y dispositivos que auxilian en laoperacin y facilitan las labores de mantenimiento. Entre estos elementos, se destacan los siguientes:

Tanque conservadorEs un tanque extra colocado sobre el tanque principal del transformador, cuya funcin es absorber

la expansin del aceite debido a los cambios de temperatura, provocados por los incrementos de carga.El tanque se mantiene lleno de aceite aproximadamente hasta la mitad. En caso de una elevacin detemperatura, el nivel de aceite se eleva comprimiendo el gas contenido en la mitad superior si el tanquees sellado, o expulsando el gas hacia la atmsfera si el tanque tiene respiracin. La tubera entre los dostanques debe permitir un flujo adecuado de aceite. En ella se instala el relevador de gas (Bucholz) quesirve para detectar fallas internas en el transformador. En el conservador no debe permanecer el aceiteen contacto con el aire. Por un lado, porque al estar variando el nivel del aceite el aire que penetra tienehumedad que se condensa en las paredes y escurre hacia adentrodel transformador, y por otro lado,porque el aceite en contacto con el aire se oxida y pierde tambien caractersticas dielctricas. Para evitarlo anterior, se utilizan diferentes mtodos de proteccin; uno es por medio de una lmina de neoprenoque se mueve simultaneamente con la variacin del nivel del aceite y evita el contacto aire-aceite, yotro es llenar la parte superior del conservador con nitrgeno seco y sellar el tanque conservador.

Boquillas. Son los aisladores terminales de las bobinas de alta y baja tensin que se utlizan paraatravesar el tanque o la tapa del transformador.

Tablero. Es un gabinete dentro del cual se encuentran los controles y protecciones de los motoresde las bombas de aceite, de los ventiladores, de la calefaccin, del tablero, etc.

Vlvulas. Es un conjunto de dispositivos que se utilizan para llenado, vaciado y mantenimientodel aceite del transformador.

Conectores de tierra:con piezas de cobre soldadas al tanque, donde se conecta el transformadora la red de tierra.

Placa de caractersticas: se instala en un lugar visible y en ella se graban los datos ms importantes.

3.1.4. Conexiones en los transformadores

Para seleccionar un transformador es necesario conocer las ventajas y desventajas de cada una delas conexiones ms utilizadas. Dichas conexiones son:

Conexin delta-delta: la conexin delta-delta en transformadores trifsicos se emplea normalmenteen lugares donde existen tensiones relativamente bajas.

Conexin delta-estrella: est conexin se emplea en aquellos sistemas de transmisin en que esnecesario elevar voltajes de generacin. En sistemas de distribucin es conveniente su uso debidoa que se pueden tener 2 voltajes diferentes (fase y neutro).

Conexin estrella-estrella: est conexin se emplea en tensiones muy elevadas, ya que se disminuyela cantidad de aislamiento. Tiene la desventaja de no presentar oposicin a las armnicas impares;en cambio puede conectarse a hilos de retorno.

Conexin estrella-delta: se utiliza est conexin en los sistemas de transmisin de las subestacionesreceptoras cuya funcin es reducir voltajes. En sistemas de distribucin es poco usual.

Conexin delta abierta-delta abierta: est puede considerarse como una conexin de emergencia entransformadores trifsicos, ya que si en un transformador se quema o sufre una avera cualquierade sus fases se puede seguir alimentando carga trifsica operando el transformador a dos fases,solo que su capacidad disminuye a un 58.8% aproximadamente.


Conexin zig zag: se utiliza en transformadores de tierra conectados a bancos con conexindelta, para tener en forma artificial una corriente de tierra que energice las protecciones de tierracorrespondientes.

Autotransformador: se utilizan cuando la relacin de transformacin es menor de dos. Son msbaratos que los transformadores equivalentes.

3.1.5. Pruebas

Las pruebas mnimas que deben efectuarse a los transformadores antes de la salida de la fabrica son:

1. Inspeccin del aparato: Se verifica el cumplimiento de las normas y las especificaciones.

2. Aceite aislante: Se debe verificar la rigidez dielctrica y la acidez.

3. Resistencia de aislamiento. Se mide con un megger de 1000 volts, durante un minuto, corrigiendola lectura a 20C. La medicin se efecta en tres pasos, primero se mide la resistencia de losdevanados entre alta y baja tensin, despus se mide entre alta tensin y tierra y finalmente entrebaja tensin y tierra.

4. Inspeccin del alambrado de control: Se comprueba la continuidad y la operacin de los circuitosde control, profeccin, medicin, serializacin, sistema de enfriamiento, cambiador de derivacionesy transformadores de instrumentos.

5. Relacin de transformacin: Esta prueba se efecta para determinar que las bobinas han sidofabricadas, de acuerdo con el diseo y con el nmero de vueltas exacto.

6. Polaridad: Se requiere su comprobacin para efectuar la conexin adecuada de los bancos detransformadores.

7. Potencial aplicado: Sirve para comprobar el aislamiento de los devanados con respecto a tierra.Consiste en juntar por un lado todas las terminales del devanado que se va a probar y, por otrolado, se conectan entre si todas las terminales de los otros devanados y estas a su vez se conectana tierra. La prueba consiste en aplicar, entre el devanado que se prueba y los otros devanadosms tierra, durante un minuto, la tensin de prueba a la frecuencia nominal, sin que falle elaislamiento.

8. Potencial inducido: Sirve para comprobar el aislamiento entre espiras y entre secciones de losdevanados. Consiste en inducir entre las terminales de un devanado, una tensin doble de lanominal durante un minuto, y a una frecuencia doble de la nominal, para que no se sature elncleo. Esta prueba somete al aislamiento a gradientes de tension elevados. Si se miden lasdescargas parciales durante esta prueba, se pueden detectar los puntos dbiles en el aislamiento.

9. Prdidas en el hierro y por ciento de la corriente de excitacin: Estos valores se indican en las es-pecificaciones de acuerdo con sus valores mximos permitidos, que se llaman valores garantizados.Si las prdidas obtenidas son superiores a los valores garantizados se le cobra multa al fabricante,por un monto que concuerda con las frmulas indicadas en las normas correspondientes.

10. Prdidas de cargo y por ciento de impedancia: Como en el caso anterior, tambien se fijan losvalores garantizados y se cobran multas en caso de prdidas superiores a las garantizadas.

11. Temperatura: Estas pruebas por ser caras, se efectan a una unidad de cada lote; se desarrollanconectando el cambiador de derivaciones en posicin de prdidas mximas y trabajando el sistemade enfriamiento correspondiente a plena capacidad.

12. Impulso: Es una prueba de tipo opcional; Simula las condiciones producidas por la descarga de unrayo y consiste en aplicar sucesivamente al aislamiento de un transformador una onda de impulsocompleta a tensin reducida, dos ondas de impulso cortadas en la cola y una onda de impulsocompleta a tension plena. Dicha prueba sirve para mostrar las resistencias de un aislamiento a lasdescargas atmosfricas.


13. Ruido: es una prueba opcional, que muestra si el transformador cumple con los niveles de ruidoestablecidos.

14. Prueba de medida de tangente : esta prueba sirve para mirar las prdidas que ha sufrido elaceite.

15. Descargas parciales: es una prueba opcional, pero en la actualidad se est solicitando como pruebade rutina, ya que un transformador puede pasar todas las pruebas anteriores y sin embargo, en casode existir descargas parciales en su aislamiento, puede llegar a fallar en un periodo relativamentecorto.

16. Inspeccin previa al embarque: consiste en la comprobacin de la presin de nitrgeno, contenidode oxigeno, hermeticidad, megger de embarque y humedad residual.

3.2. Transformador de potencial

3.2.1. definicin

Es aquel dispositivo en el cual la tensin secundaria es prcticamente proporcional a la tensinprimaria y est desfasada de ella un ngulo cercano a 0.

Idealmente estos elementos no aportan carga al sistema, en la figura3.2 se muestra un PT de lasubestacin guatiguar.

Figura 3.2: Transformador de potencial. Subestacin guatiguar, Santander, Colombia


Es importante tener en cuenta que NUNCA se debe dejar en cortocircuito los terminales del secun-dario de un transformador de potencial ya que el secundario cortocircuitado causar que la unidad sesobrecaliene y falle en un perodo de tiempo muy pequeo.

3.2.2. Funciones

Este aparato desarrolla dos funciones principales: transformar la tensin y aislar los instrumentos deproteccin y medicin conectados a los circuitos de alta tensin.

3.2.3. Conexin

Los transformadores de potencial se conectan en paralelo con el circuito a controlar y el secundariose conecta en paralelo con las bobinas de tensin de los diferentes aparatos de medicin y de proteccinque se requiere energizar.

3.2.4. Fabricacin

Se fabrican con aislamientos de resinas sintticas para tensiones bajas o medias, mientras que paraaltas tensiones se utilizan aislamientos de papel, aceite y porcelana. Generalmente los transformadoresde potencial se construyen con un slo embobinado en el secundario.

3.2.5. Aislamiento y proteccin

cuanto menos igual a la tensin ms elevada del sistema de potencia al que va estar conectado.El transformador de potencial debe protegerse de una sobrecorriente con un fusible en el primario o

en el secundario.

3.2.6. Tensiones nominales

Son los valores establecidos en la placa de caractersticas como las tensiones primarias y secundariaspara las cuales ha sido diseado el transformador; estas tensiones deben estar normalizadas de acuerdocon cualquiera de las normas nacionales o internacionales en uso.

La tensin primaria de los transformadores de potencial para la conexin entre lneas en un sistematrifsico, debe ser igual a la tensin nominal del sistema al cual se conecta. La tensin nominal deltransformador de potencial (P.T.) para la conexin entre una lnea de un sistema trifsico y tierra entre el neutro del sistema y tierra debe ser 1

3veces el valor de la tensin nominal del sistema y se

debe seleccionar de acuerdo al valor normalizado inmediato superior al valor calculado de la tensinnominal de la instalacin. La tensin secundaria para los transformadores de potencial que se conectanentre lneas del sistema y para los trifsicos tiene los siguientes valores segn las normas IEC y ANSI:IEC = 100 V - 110 V ANSI = 120 V para transformadores de hasta 25 kV y 115 Vs para aquelloscon valores superiores a 34.5kV Para los transformadores que se conectan entre lnea y tierra entre elpunto neutro y tierra en un sistema trifsico, los valores normalizados son:

IEC = 1003[V ] o IEC = 110

3[V ]

ANSI = 1203[V ] oANSI = 115

3[V ]

3.2.7. Potencia nominal

Es la potencia aparente que suministra el transformador en el secundario, expresada en Volts-Amperes, que se desarrolla bajo la tensin nominal, de conformidad con los requerimientos de la clasede exactitud y que se indica en la placa de caractersticas del transformador. En un transformadorde potencial de varios devanados la potencia total es la suma de las potencias individuales de cadadevanado.


Los valores normalizados ms comunes son:IEC = 10 - 15 - 25 - 30 - 50 - 75 - 100 - 150 - 200 - 300 - 400 - 500 (VA)ANSI = 12.5 (W) - 25 (X) - 35 (M) - 75 (Y) - 200 (Z) - 400 (Z - Z) (VA)Siendo los valores que estn en negrita, los preferidos por la norma IEC.Para escoger la potencia nominal de un transformador, se suman las potencias que consumen las

bobinas de todos los aparatos conectados en paralelo con el devanado secundario, ms las prdidas porefecto de las cadas de tensin que se producen en los cables de alimentacin; sobre todo cuando lasdistancias entre los transformadores y los instrumentos que alimentan, son importantes y finalmente seselecciona el valor inmediato superior a la cifra obtenida, como se indica en la tabla3.2.

Cargas normales para transformadores de potencial segn normas ANSI C.57.13

Cargas normales Caracteristicas con base en 120 V y 60 HzDesignacin VA f.p. Resistencia() Inductancia(H) Impedancia()

W 12.5 0.10 115.2 3.042 1152X 25 0.70 403.2 1.092 576Y 75 0.85 163.2 0.268 192Z 200 0.85 61.2 0.101 72ZZ 400 0.85 30.6 0.554 36M 35 0.20 82.6 1.07 411

Cuadro 3.2: Cargas normales para transformadores de potencia segn normas ANSI C.57.13

Para secundarios de 120 Volts, la experiencia indica que no se debe utilizar conductores con calibresinferiores al No. 12 AWG. Este calibre reduce la carga del cable y proporciona alta resistencia mecnica,que disminuye la posibilidad de ruptura del circuit; con el desarrollo consiguiente de cortocircuitospeligrosos.

3.2.8. Simbologa y circuito equivalente

La simbologa empleada para representar los transformadores de potencial, en los diagramas unifi-lares es como la mostrada en la figura3.3:

Figura 3.3: Simbologa de los transformadores de potencial, segn ANSI e IEC

Y el circuito equivalente simplificado es el que se indica en la figura3.4:


Figura 3.4: Circuito equivalente del transformador de potencial

La impedancia ligada al primario Zhes modificada con n2para referirla al secundario, siendo n larelacin de transformacin. La impedancia del secundario es ZL;Rm yXm representan las prdidas en elncleo y los componentes de excitacin.

3.2.9. Carga

Es la impedancia que se conecta a las terminales del devanado del secundario.

3.2.10. Clase de precisin para la medicin

La clase de precisin se designa por el error mximo admisible en por ciento, que el transformadorde potencial puede introducir en la medicin de potencia operando con su tensin nominal primaria yla frecuencia nominal.

La precisin de un transformador se debe poder garantizar para valores entre 90 y 110% de la tensinnominal. Las normas ANSI definen la clase de precisin de acuerdo con los siguientes valores: 0.1 , 0.2, 0.3 , 0.5 , 0.6 , 1.2 , 3 y 5. Segn el uso que se d al transformador de potencial, se recomiendanlasmostradas en la tabla 3.3:

Clase Utilizacin

0.1 Aparatos para mediciones y calibraciones de laboratorio0.2 a 0.3 Mediciones de laboratorio y alimentacin para los wathorimetros de sistemas de

potencia y distribucin.0.5 a 0.6 Alimentacin para whatorimetros de facturacin en circuitos de distribucin e

industriales.1.2 Alimentacin a las bobinas de potencial de los aparatos de medicin, indicadores o

registradores.3 a 5 Alimentacin a las bobinas de relevadores de tensin, frecuencimetros y

sincronoscopio.

Cuadro 3.3: Precisiones para aparatos de medicin

En una subestacin se acostumbra especificar los transformadores de potencial con la siguientenomenclatura, de acuerdo con las normas ANSI: 0.3 W , 0.3 X , 0.3 Y , 0.6 Y , 1.2 Z; Dondeel primer factor, es el valor de la precisin y debe ir asociado con una o varias cargas nominales deprecisin indicadas por las letras o segundo factor que indican las potencias nominales en VA. Adems seacostumbra especificar los transformadores para que resistan durante un segundo los esfuerzos trmicosy mecnicos derivados de un cortocircuito en las terminales del secundario, a tensin plena sostenida enlas terminales del primario. A continuacin se muestra la tabla 3.4 en la que se incluyen las potenciasms comunes que consumen las bobinas de los diferentes aparatos de medicin y proteccin, conectadasa transformadores de corriente y de potencial.


Aparatos Consumo aproximado en VA

Transformadores de corriente Transformadores de potencialAmpermetro 2 - 6 Voltmetro indicador - 3.5 - 15Voltmetroregistrador

15 - 25

Wattmetro indicador 1.5 - 5 6 - 10Wattmetroregistrador

1.5 - 8 5 - 12

Medidor de faseindicador

6 - 16 7 - 20

Medidor de faseregistrador

6 - 16 15 - 20

Wathorimetro 0.5 - 1.5 3 - 15Frecuenciometroindicador

1 - 15

Frecuenciometroregistrador

7 - 15

Sincronoscopio 6 - 25Relevador de tensin 10 - 15Relevadordireccional

1.5 - 10 25 - 40

Relevador decorriente

3 - 10

Relevador diferencial 3 - 12 Relevador mnimaimpedancia

0.5 - 2

Relevador dedistancia

6 - 20

Cuadro 3.4: Consumo en VA de diferentes aparatos

3.3. Transformador de corriente

3.3.1. Definicin

Es un dispositivo, el cual transforma la corriente de la lnea a valores convenientes para los relsde proteccin y los aisla de la tensin de la lnea. Un transformador de corriente (C.T.) tiene dosdevanados, definidos como primario y secundario, los cuales se encuentran aislados el uno del otro.En la grfica1.5 se muestra un CT de la subestacin guatiguar. Es importante tener en cuenta queNUNCA se debe dejar en circuito abierto el secundario de un transformador de corriente mientras elprimario est energizado, la razn es que al faltar amperes vuelta antagonistas secundarios, toda lacorriente primaria actuar magnticamente provocando una alta induccin en el ncleo de hierro, quea su vez, producir peligrosas sobretensiones en los bornes secundarios, calentndose adems dichoncleo.

3.3.2. Funciones

Los transformadores de corriente, desarrollan dos tipos de funcin: transforman la corriente y aislanlos instrumentos de proteccin (aseguran una seal fiel en condiciones de falla) y medicin (asegurauna seal fiel en condiciones normales de operacin) conectados a los circuitos de alta tensin.


Figura 3.5: Transformador de corriente. Subestacion Guatiguar, Santander, Colombia.

3.3.3. Conexin

El devanado primario se conecta en serie con el circuito que transporta la corriente de lnea queva a ser medida y el devanado secundario se conecta con los dispositivos de proteccin, instrumentoscontadores o elementos de control. La corriente secundaria es prcticamente proporcional a la corrienteprimaria y est desfasada un ngulo cercano a 0. Los transformadores de corriente pueden tener uno varios devanados secundarios embobinados sobre uno varios circuitos magneticos.

Se debe evitar que el transformador de corriente, provoque flameos y daos a equipos adyacentes al.

3.3.4. Aislamiento y proteccin

El nivel de aislamiento que debe tener un transformador de potencial debe ser cuanto menos iguala la tensin ms elevada del sistema de potencia al que va estar conectado.

3.3.5. Corrientes nominales

Corrientes primarias nominalesSon los valores establecidos en las placas caractersticas, para los cuales est diseado el transfor-

mador. Los valores de corriente primario normalizados son los siguientes:Suponiendo una corriente secundaria de 5Aa) Relacin sencilla


100/5 200/5 300/5 400/5 500/5

600/5 800/5 900/5 1000/5 1200/5

Cuadro 3.5: Relaciones (Segn ANSI)

IEC = 10 - 12.5 - 15 - 20 - 25 - 30 - 40 - 50 - 60 - 75 -Amperes y sus mltiplos decimales. Losvalores preferidos se encuentran en negrita.

ANSI = 10 - 15 - 25 - 40 - 50 - 75 - 100 - 200 - 300 - 400 - 800 - 1200 - 1600 - 2000 - 3000 - 4000- 5000 - 6000 - 8000 - 12000 Amperes.

b)Relacin multiple Existen diferentes formas de obtener ms de una relacin de corriente en unmismo transformador, las cuales son:

Doble primario: Conectndolos ya sea en serie en paralel se obtienen 2 relaciones de transformacin,una el doble de la otra. La relacin menor siempre tiene uno de los valores estipulados arriba para larelacin sencilla.

Derivaciones en el devanado secundario: Se puede utilizar una sola derivacin en centro de devanadosecundario varias. En este ltimo caso los transformadores de corriente se denominan multi-relacin(Multiratio) y por lo general tiene hasta diez relaciones; as por ejemplo un transformador de estetipo, con una relacin nominal de 1200 A tiene las relaciones (segn ANSI) mostradas en la tabla 3.5:

Corrientes secundarias nominales

Los valores recomendados por la IEC para corriente nominal secundaria son 1 , 2 y 5 A, pero elpreferido es 5A debido a que es el valor normalizado por la ANSI.

3.3.6. Simbologa y circuito equivalente

La simbologa empleada para representar los transformadores de corriente en los diagramas unifilareses la mostrada en la figura3.6:

Figura 3.6: Simbologa de los transformadores de corriente, segn ANSI e IEC

Y el circuito equivalente simplificado es de la forma que se muestra en la figura3.7:

La impedancia ligada al primario Zhes modificada por n2para referirla al secundario, siendo n larelacin de transformacin. La impedancia del secundario es ZL;Rm y Xm representan las prdidas en elncleo y los componentes de excitacin.


Figura 3.7: Circuito equivalente del transformador de corriente

3.3.7. Potencia nominal

Es la potencia aparente secundaria bajo una corriente nominal determinada. Tambin se define comola impedancia en Ohms () de los elementos conectados al secundario, incluidos los cables de conexin,con los cuales no se rebasa el lmite de error en la clase correspondiente. Los valores normalizados mscomunes son:

IEC = 2.5 - 5.0 - 10 - 15 - 30 (VA ) El burden de los transformadores de corriente, segn las normasANSI, tambin se puede representar en funcin de la tensin secundaria que aparece en sus terminales.

La tabla 3.6 ilustra la forma de expresar la cargabilidad para medida de los transformadores decorriente segn las normas ANSI. (Cargas normalizadas para CTs con 5A en el secundario, esta normal-izacin de la carga solo tiene validez para la frecuencia de 60 Hz)

Designacion delburden

Impedancia Z() Volts-Amperes(VA) a 5A

Factor depotencia

B - 0.1 0.1 2.5 0.9B - 0.2 0.2 5.0 0.9B - 0.3 0.5 12.5 0.9B - 0.4 0.9 22.5 0.9B - 0.5 1.8 45.0 0.9

Cuadro 3.6: Cargabilidad por medida

La cargabilidad para proteccin de los transformadores de corriente segn las normas ANSI conburden normalizado en 5A, se presenta en la tabla3.7:

Designacin delburden

Impedancia Z() Vols-Amperes(VA) a 5A

Factor depotencia

B - 1 1.0 25 0.5B - 2 2.0 50 0.5B - 4 4.0 100 0.5B - 8 8.0 200 0.5

Cuadro 3.7: Cargabilidad para proteccin

3.3.8. Seleccin de la potencia nominal

Para escoger la potencia nominal del transformador, hay necesidad de establecer la suma de laspotencias de todos los aparatos que sean conectados en serie con su devanado secundario, teniendoen cuenta adems las prdidas que ocurren en los cables de alimentacin. Se toma entonces el valorcontiguo superior. Conociendo la curva de saturacin del transformador de corriente, la cual es de la


Figura 3.8: Curva de saturacin del transformador de corriente

forma ilustrada en la figura 3.8:

Se puede determinar su comportamiento con cualquier carga. El procedimiento se describe a con-tinuacin:

1. Se asume una corriente de carga IL

2. La tensin en los terminales del transformador de corriente es la ilustrada en la ecuacin:

Es = IL(ZL + Zcable + Zburden)

En donde:ES= Tensin en terminales del CT o tensin de excitacin del CTIL= Corriente de cargaZcable =Impedancia de los cables que conecta el CT con la cargaZburden =Impedancia de la carga (instrumentos y rels)De la curva de excitacin del transformador de corriente, conociendo ES se puede conocer la corri-

ente de excitacin Ie.

3. La corriente primari IH se determina como en la ecuacin:

IH = (IL + Ie)n

En donde:IH =corriente primariaIe =corriente de excitacinn =relacin de transformacinEn la prctica no es necesario dibujar la curva completa, sino que basta con tomar la corriente de

falla esperada y asumiendo que no hay saturacin se refiere al secundario, tomndose este valor comola IL inicial del proceso descrito.

El mtodo incurre en un error al calcular IHn mediante la suma aritmtica y no fasorial de Ie e IL loque implica no tener en cuenta el ngulo de la carga y de la rama de magntizacin. Sin embargo esteerror no es apreciable y la simplificacin agiliza los clculos.

4. Se asume nuevos valores de IL y se repite el proceso antes descrito para poder graficar y una curvade IL Vs. IH tal como se ilustra en la figura de la curva de saturacin del transformador de corriente.


Clase Utilizacin

0.1 Calibracin y medidas de laboratorio0.2 - 0.3 Medida de laboratorio, alimentacin de medidores de energa para sistemas de gran

potencia0.2 - 0.6 Alimentacin de medidores de energa para la factiracin en circuitos de distribucin.

Medidores de energa industriales1.2 Ampermetros inficadores y Registradores, faosmetros indicadores y regisradores,

medidores de energa industriales, medidores de energa para indicadores yregistradores, wattmetros, portecciones diferenciales, rels de impedancia y distancia

3 - 5 Proteccin general de sobrecorriente

Cuadro 3.8: Clase de exactitud para la proteccin

3.3.9. Clase de la exactitud para la medicin

Se define como el mximo error de intensidad admisible para la clase de exactitud especificada ala corriente nominal. Los valores normalizados para los transformadores de corriente que se utilizan enmedicin son:

IEC = 0.1 - 0.2 - 0.5 - 1 - 3 - 5ANSI = 0.3 - 0.6 - 1.2

3.3.10. Clase de exactitud para la proteccin

La clase de exactitud para proteccin est definida como, el mximo error compuesto admisible parala corriente primaria lmite prescrita, para la clase de exactitud concerniente. La tabla 3.8 muestra lasclases de exactitud recomendadas para transformadores de corriente segn el uso.

Adems la forma de expresar la exactitud vara segn sea la norma utilizada.

Segn IEC: El mximo error compuesto puede ser cinco diez porciento (5 10%)La especificacin completa de la exactitud se estipula de la siguiente forma:Porcentaje de exactitud - P - lmite de la corriente primaria

La letra P se incluye para indicar que es un ncleo para la proteccin. Adems es necesario especificarla capacidad del transformador. As por ejemplo:

10 P 20

30 V A

Significa un error mximo del diez porciento (10%) a 20 veces la corriente primaria cuando eltransformador est cargado con 30VA.

Segn ANSI: El mximo errror compuesto de diez porciento (10%) para todos los transformadoresde proteccin. La exactitud es descrita por dos smbolos que describen la capacidad de los transfor-madores de corriente como sigue:

La letra C T

C: Indica que la relacin de transformacin puede ser calculada. Esta clase no tiene en cuenta ladispersin y su forma fsica es la de un toroide.

T: Indica que la relacin de transformacin debe ser determinada por pruebas. Esta clase tine encuenta la dispersin y su forma es tipo ventana.

As por ejemplo, un transformador con una designacin C100 significa que la relacin puede sercalculada, que el error no sobrepasa el 10% para cualquier corriente entre 1 y 20 veces la nominal si lacarga o burden no sobrepasa 1 25 VA


3.3.11. Corriente trmica nominal

Es la corriente que puede circular continuamente en el primario, teniendo devanado secundario sucapacidad nominal conectada, sin que los aumentos de temperatura excedan los valores especificados.La relacin entre la corriente dinmica y la trmica de cortocircuito es de 2.5. En caso de tener un valordiferente se debe indicar en la placa de las caractersticas.

3.4. Dispositivos de potencial

Son elementos equivalentes a los transformadores de potencial, pero en lugar de ser de tipo inductivoson de tipo capacitivo; se utilizan para alimentar con tensin los aparatos de medicin y proteccin deun sistema de alta tensin. Se definen como un transformador de potencial, compuesto por un divisorcapacitivo y una unidad electromagntica.

Figura 3.9: Dispositivo de potencial

En la figura 3.5 se observa en el lado de alta tensin una capacitancia C1 llamada capacitanciaprincipal, en serie con una capacitancia muy grande C2, llamada capacitancia auxiliar, en baja tensiny ambas conectadas entre la tierra. Ambos grupos capacitivos se relacionan con la expresin:

V 2 = V1C1C2

Se usan frecuentemente en reemplazo de los transformadores de potencial (especialmente paratensiones superiores a 115kV).

3.5. Capacitores

Son unos dispositivos elctricos formados por dos lminas conductoras, separadas por una lminadielctrica y que al aplicar una diferencia de tensin almacenan carga elctrica. Los capacitores de altatensin estn sumergidos por lo general, en lquidos dielctricos y todo el conjunto est dentro de untanque pequeo, hermticamente cerrado. Sus dos terminales salen al exterior a travs de dos boquil-las de porcelana, cuyo tamao depender del nivel de tensin del sistema al que se conectarn. En lainstalacin de los bancos de capacitores de alta tensin hay que tomar en cuenta ciertas consideraciones:

- Ventilacin- Frecuencia- Tensin- Corriente


3.5.1. Pruebas de campo

Para cerciorarse del estado en que se encuentran los capacitores cuando han operado bajo condicionesadversas, o han estado desconectados durante un cierto tiempo, conviene efectuar las siguientes pruebas:

Rigidez dielctrica, aplicar en las terminales del capacitor una tensin que no sobrepase el 75%de la tensin nominal y durante un tiempo menor a 10 segundos.

Capacitancia, esta medicin se puede efectuar con un puente de capacitancias.

Resistencia entre terminales, se obtiene al aplicar una tensin de corriente directa a sus terminalesy al medir el valor de la corriente resultante.

Resistencia del aislamiento, esta magnitud se mide con un megger, que se conecta entre una delas terminales y el tanque.

- Hermeticidad del tanque.

Factor de disipacin, es difcil de efectuar en el campo, ya que se requiere un equipo especial. Dauna idea del grado de deterioro del dielctrico de un capacitor.

Recomendaciones:

1. Esperar la descarga o descargar a travs de resistencia.

2. Hay que tener cuidado con la energizacin a bajas temperaturas.

3. Desde un punto de vista econmico, los capacitores deben instalarse en el lado de alta.

4. Cuando se instalen capacitores para corregir el factor de potencia, stos se deben conectar despusdel equipo de medicin.

3.5.2. Banco de condensadores

Figura 3.10: Banco de condensadores

En las instalaciones industriales y de potencia, los capacitores se instalan en grupos llamados bancos,como se muestra en la figura 3.10 Los bancos de capacitores de alta tension generalmente se conectan


en estrella, con neutro flotante y rara vez con neutro conectado a tierra. El que se utilice uno u otrotipo de neutro, depende de las consideraciones siguientes:

Conexin del sistema a tierraEn sistemas elctricos con neutro aislado, o conectado a tierra a travs de una impedancia, como

es el caso del sistema central mexicano, los bancos de capacitores deben conectarse con el neutroflotante. En esta forma se evita la circulacin, a travs del banco de capacitores, de armnicas decorriente que producen magnitudes de corriente superiores al valor nominal y que pueden daar loscapacitores. An en el caso de que los bancos de transformadores de la subestacin tengan su neutroconectado directamente a tierra, se recomienda instalar el banco de capacitores con su neutro flotante.La principal ventaja de los bancos de capacitores con el neutro flotante es permitir el uso de fusibles debaja capacidad de ruptura.

Los bancos de capacitores con neutro flotante se pueden agrupar formando tres tipos diferentes deconexiones, utilizando en todos los casos fusibles individuales en cada capacitor.

1. Simple estrella, un grupo

2. Doble estrella, un grupo

3. Simple estrella, dos grupos en serie

4. Dispositivos de conexin y desconexin

Las tensiones de recuperacin que se presentan entre contactos de los dispositivos de apertura sonmayores cuando se deja neutro flotante, que cuando se deja el neutro a tierra.

Para tensiones menores de 46kV las tensiones de recuperacin no presentan mucha diferencia. Parabancos de gran potencia reactiva y tensiones superiores a 46kV conviene operar el banco con el neutroflotante, aunque esto origina que el costo del interruptor sea ms elevado. Para tensiones superiores a100kV, la conexin del neutro a tierra es imprescindible por razones de costo del interruptor.

ArmnicosLa conexin del neutro a tierra es un paso para la tercera armnica y sus mltiplos, que tienen la

propiedad de causar interferencia en las lneas telefnicas adyascentes.

3.6. Pararrayos

3.6.1. Definicin

Se denominan, en general, pararrayos a los dispositivos elctricos formados por una serie de elementosresistivos no lineales y explosores, destinados a descargar las sobretensiones producidas por descargasatmosfricas, por maniobras o por otras causas que, en otro caso, se descargaran sobre los aisladoreso perforando el aislamiento, ocasionando interrupciones en el sistema elctrico y, en muchos casos,desperfectos en los generadores, transformadores, etc.

Para que su funcionamiento sea eficaz, los pararrayos deben estar permanentemente conectados alas lneas pero solamente deben entrar en funcionamiento cuando la tensin alcance un valor prede-terminado, naturalmente, superior a la tensin de servicio. Es decir, que el pararrayos acta como unavlvula de seguridad.

Como en las primeras instalaciones en que se emplearon estos dispositivos, su misin fundamentalera limitar las sobretensiones de origen atmosfrico, recibieron el nombre de pararrayos. Posteriormenteampli su misin, utilizndose tambin para proteger las instalaciones contra las sobretensiones deorigen interno.

3.6.2. Funciones

Los pararrayos cumplen con las siguientes funciones:

1. Descargar las sobretensiones cuando su magnitud lleva al valor de la tensin disruptiva de diseo.


2. Conducir a tierra las corrientes de descarga producidas por las sobretensiones.

3. Deben desaparecer la corriente de descarga al desaparecer las sobretensiones.

4. No deben operar con sobretensiones temporales, de baja frecuencia.

5. La tensin residual debe ser menor que la tensin que resisten los aparatos que protegen.

3.6.3. Sobretensiones

Las sobretensiones se pueden agrupar en las categoras siguientes:Sobretensiones de impulso por rayo : Son generadas por las descargas elctricas en la atmsferas

(rayos); tienen una duracin del orden de decenas de microsegundos.Sobretensiones de impulso por maniobra: Son originadas por la operacin de los interruptores.

Producen ondas con frecuencias del orden de los 10kHz y se amortiguan rpidamente. Tienen unaduracin del orden de milisegundos.

Sobretensiones de baja frecuencia: (60Hz), se originan durante los rechazos de carga en un sistema,por desequilibrios en una red, o cortocircuito de fase a tierra. Tienen una duracin de algunos ciclos.

3.6.4. Clases de pararrayos

Los pararrayos se pueden considerar divididos en tres grupos:1. Cuernos de arqueoSon los ms primitivos y pueden estar formados por un slo explosor, caso ms sencillo, o varios

explosores en serie, conectados por un lado al circuito vivo que se va a proteger y por el otro lado a lared de tierra. el inconveniente que tiene es que una vez originado el arco en el explosor se ioniza el airey la corriente de descarga se transforma en una corriente de cortocircuito a tierra que slo se puedeeliminar mediante la apertura del interruptor.

Figura 3.11: Esquema de pararrayos primitivo

2. Pararrayos tipo vlvula

Un pararrayos tipo vlvula est constituido por un explosor o espintermetro y una resistencia enserie, no lineales de carburo de silicio, como se ilustra en la figura 3.12. El explosor est ajustado paraque salte la descarga entre sus electrodos a cierta tensin denominada tensin de cebado del pararrayos,lo que establece la conexin con tierra a travs de la resistencia. Despus de la disminucin del valor dela sobretensin, el explosor suprime, a su prximo paso por cero, la corriente de la red, que se restablecea la tensin de servicio pero cuya intensidad est limitada por la resistencia; por lo tanto, la lnea queda


Figura 3.12: Elemento de SiC

nuevamente separada de tierra. La resistencia est constituida por un material aglomerado que tienela propiedad de variar su resistencia con rapidez, disminuyendo cuanto mayor es la tensin aplicada yadquiriendo un valor elevado cuando esta tensin es reducida, o sea que tiene una caracterstica deresistencia elctrica muy adecuada para el funcionamiento del pararrayos, ya que a la tensin de servicioopone mucha resistencia al paso de la corriente mientras que, en caso de sobretensin, su resistenciaelctrica disminuye, permitiendo as la fcil descarga a tierra con la consiguiente eliminacin de lasobretensin.

El explosor de un pararrayos tiene una doble misin: debe cebarse en caso deaparicin de la sobreten-sin y, despus, debe suprimir la corriente de fuga a su paso por cero, despus del amortiguamientbde la onda de sobretensin. En los pararrayos ms modernos esta doble misin est encomendada ados explosores conectados en serie y denominados, respectivamente, explosor de cebado y explosor deextincin. En los modelos ms antiguos, el explosor de cebado estaba constituido por dos semiesferas,cuya distancia disruptiva era ajustable y dependa de la tensin de cebado; en estos modelos comoelementos de extincin se utilizaban electrodos planos, con interposicin de discos aislantes. El graninconveniente de este sistema era el valor relativamente pequeo de la capacidad entre las dos semies-feras, con relacin a la de los electrodos planos, de lo que resulta un defectuoso reparto de tensin,ya que el explosor de cebado reciba la mayor parte de la tensin. Por esta razn, esta disposicin fueabandonada y sustituida por el sistema de electrodos planos apilados sin dispositivo de cebado separado.Casi todos los pararrayos modernos adoptan esta disposicin.

3.Pararrayos de oxido metlico

Figura 3.13: Elemento de ZnO

Los pararrayos de oxido de zinc (ZnO) constan de una serie de pastillas de este material, comose muestra en la figura 1.12, con una caracterstica natural de resistencia altamente no lineal; el cualal estar energizado al voltaje de lnea - tierra, permite slo el paso de una pequea corriente de fuga(miliamperios). La operacin del pararrayos es la tpica de los varistores de xidos metlicos. Bajo condi-ciones de estado estable el voltaje nominal lnea - tierra est completamente aplicado a sus terminales.Cuando una sobretensin ocurre, el pararrayos limita el sobrevoltaje a los niveles requeridos de protec-


cin conduciendo la corriente resultante a tierra. Una vez la condicin de sobretensin haya pasado,ste recobra su caracterstica de alta resistencia no lineal conduciendo una pequea corriente de fuga.La caracterstica de proteccin del pararrayos provee una excelente proteccin para transformadores dedistribucin cuya resistencia al impulso sea baja.

La operacin del pararrayos de oxido de zinc es la tpica de los varistores de xidos metlicos.Bajo condiciones de estado estable el voltaje nominal lnea - tierra est completamente aplicado asus terminales (MCOV). Cuando una sobretensin ocurre, el pararrayos limita el sobrevoltaje a losniveles requeridos de proteccin conduciendo la corriente resultante a tierra. Una vez la condicin desobretensin haya pasado, ste recobra su caracterstica de alta resistencia no lineal conduciendo unapequea corriente de fuga. La caracterstica de proteccin del pararrayos provee una excelente proteccinpara transformadores de distribucin cuya resistencia al impulso sea baja.

3.6.5. Parmetros de los pararrayos

Tensin nominal, se define como la tensin mxima continua a valor eficaz y a frecuencia industrial,la que soporta un pararrayos entre sus terminales y que permite la terminacin de ionizacindespus de que han estado descargando energa en los explosores.

Capacidad de sobretensin, depende de la marca, del diseo del pararrayo y del tiempo de duracinde la sobretensin.

Corriente de descarga, se define as el valor pico de un impulso de corriente normalizado con unaonda de 8 x 20 microsegundos que se utiliza para la clasificacin de los pararrayos. Estos impulsossuelen ser del orden 10 kA de acuerdo con la norma CEI-99-1 o ANSI-C62-1.

Descarga mxima, designa la onda de corriente de reve duracin y de mxima amplitud que elpararrayos puede dejar pasar cierto nmero de veces a intervalos de tiempos determinados, sinque se produzcan fallas.

Descarga nominal, se define como la amplitud de la corriente de choque que al circular por elpararrayos produce tensin residual que no sobrepasa al valor mximo fijado por la coordinacinde aislamiento

3.7. Disyuntor o interruptor

El interruptor es un dispositivo destinado al cierre y apertura de la continuidad de un circuito elctricobajo carga, en condiciones normales, as como (su funcin principal) bajo condiciones de cortocircuito.Sirve para insertar o retirar cualquier circuito energizado, mquinas, aparatos, lneas areas o cables.

El interruptor es, junto al transformador, el dispositivo ms importante de una subestacin. Sucomportamiento determina el nivel de confiabilidad que se puede tener en un sistema elctrico depotencia.

El interruptor debe ser capaz de interrumpir corrientes elctricas de intensidades y de factoresdiferentes, pasando desde las corrientes capacitivas de varios cientos de amperes a las inductivas devarias decenas de kiloamperes (cortocircuito).

3.7.1. Partes del interruptor

Parte activa

Constituida por cmaras de extincin que soportan los contactos fijos y el mecanismo de operacinque soportan los contactos mviles.


Parte pasiva

Formada por una estructura que soporta uno o tres depsitos de aceite, si el interruptor es de aceite,en los que se aloja la parte activa. En s, la parte pasiva desarrolla las siguientes funciones:

a) Protege elctrica y mecnicamente el intrruptorb)Ofrece puntos para el levantamiento y transporte del interruptor, as como espacio para la insta-

lacin de los accesorios.c) Soporta los recipientes de aceite, si los hay y el gabinete de control.

3.7.2. Accesorios de los interruptores

En esta parte se consideran incluidas las siguientes partes:a) Boquillas terminales que a veces incluyen transformadores de corriente.b) Vlvulas de llenado, descarga y muestreo del fluido aislantec) Conectores a tierrad) Placa de datose) Gabinete que contiene los dispositivos de control, proteccin, medicin, accesorios como: com-

presora, resorte, bobinas de cierre o de disparo, calefaccin, etc.El accionamiento de los dispositivos de control pueden ser de tipo neumtico electrohidrulico y de

resorte, segn el nivel de tensin utilizado en la subestacin.

3.7.3. Parmetros de los interruptores

A continuacin se van a definir algunas de las magnitudes caractersticas que hay que considerar enun interruptor:

Tensin nominal Es el valor eficaz de la tensin entre fases del sistema en que se instala elinterruptor.

Tensin mxima Es el valor mximo de la tensin para la cual est diseado el interruptor yrepresenta el lmite superior de la tensin, al cual debe operar segn las normas.

Corriente nominal Es el valor eficaz de la corriente normal mxima que puede circular continua-mente a travs del interruptor sin exceder los lmites recomendados de elevacin de temperatura.

Corriente de cortocircuito inicial Es el valor pico de la primera semionda de corriente, comprendidaen ella la componente transitoria.

Corriente de cortocircuito Es el valor eficaz de la corriente mxima de cortocircuito que puedenabrir las cmaras de extincin del arco. Las unidades son kiloamperes aunque comunmente se danen megavolt-amperes (MVA) de cortocircuito.

Tensin de reestablecimiento Es el valor eficaz de la tensin mxima de la primera semionda dela componente alterna, que aparece entre los contactos del interruptor despus de la extincin dela corriente. Tiene una influencia muy importante en la capacidad de apertura del interruptor ypresenta una frecuencia que es del orden de los miles de Hertz, de acuerdo con los parmetroselctricos del sistema en la zona de operacin.Esta tensin tiene dos componentes, una a la frecuencia nominal del sistema y la otra superpuestaque oscila a la frecuencia natural del sistema.

Resistencia de contactoCuando una cmara de arqueo se cierra, se produce un contacto metlico en un rea muy pequeaformada por tres puntos, que es lo que en geometra determina un plano. Este contacto o mspuntos es lo que fija el concepto de resistencia de contacto y que provoca el calentamiento delcontacto, al pasar la corriente nominal a traavs de l. La resitencia de contacto vara de acuerdoa la frmula mostrada en :


R = K DFen donde:R=Resistencia de contacto en Ohms ()K= Constante dada por el fabricante del interruptor=Resistividad del metal de contactoD=Dureza del metal de contactoF=Fuerza que mantiene cerrado el contacto

Cmaras de extincin de arcoEs la parte primordial de cualquier interruptor elctrico, en donde al abrir los contactos se trans-forma en calor la energa que se circula por el circuito que se trate.Dichas cmaras deben soportar los esfuerzos electrodinmicos de las corrientes de cortocircuito,as como los esfuerzos dielctricos que aparecen al producirse la desconexin de bancos de reac-tores, capacitores y transformadores.El fenmeno de interrupcin aparece al iniciarse la separacin de los contactos, apareciendo unarco a travs de un fluido, que lo transforma en plasma y que provoca esfuerzos en las cmaras,debido a las altas presiones y temperaturas. Al interrumpirse la corriente, durante el paso de laonda por cero, aparece entre los contactos la llamada tensin transitoria de restablecimiento.Durante la interrupcin del arco aparecen los siguientes fenmenos:a) Altas temperaturas debido al plasma creado por el arcob)Altas presiones debido a la alta temperatura del plasmac)Flujos turbulentos del gas que adquieren velocidades variables entre 100 y 1000 metros entresegundo y que producen el soplado del arco, su alargamiento y por tanto su extincin.d) Masas metlicas en movimiento (contacto mvil) que se aceleran en pocos milsimos de se-gundo hasta adquirir velocidades del orden de 10 metros entre segundo.e)Esfuerzos mecnicos debidos a la corriente de cortocircuito. f)Esfuerzos dielctricos debidos ala tensin de restablecimiento.

3.7.4. Tipos de interruptores

De acuerdo con los elementos que intervienen en la apertura del arco de las cmaras de extincin,los interruptores se pueden dividir en los siguientes grupos:

1. Gran volmen de aceite En este tipo de extincin el arco producido calienta el aceite dando lugara una formacin de gas muy intensa, que aprovechando el diseo de la cmara empuja un chorrode aceite a travs del arco, provocando su alargamiento y enfriamiento hasta llegar a la extincindel mismo, al pasar la onda de corriente por cero.Para la revisin por mantenimiento primero se vaca el aceite y a continuacin se abren las tapasde hombre en cada uno de los tres tanques. En este tipo de interruptores, el mando puede serelctrico, con resortes o con compresora unitaria segn la capacidad interruptiva del interruptor.

2. Pequeo volmen de aceite Este interruptor tiene forma de columna. Por el pequeo consumode aceite son muy utilizados en Europa hasta tensiones de 230kV y de 2500MVA de capacidadinterruptiva. En general se usan en tensiones y potencias medias. Este interruptor utiliza aproxi-madamente el 5% del volmen de aceite del interruptor de gran volmen de aceite.La cmara de extincin tiene la propiedad de que el efecto de extincin aumenta a medida quela corriente que va a interrumpir crece. Por eso al extinguir las corrientes de baja intensidad, lassobretensiones generadas son pequeas.La potencia de apertura es limitada slo por la presin de los gases desarrollados por el arco,presin que debe ser soportada por la resistencia mecnica de la cmara.Los interruptores de este tipo usan un mando que se energiza por medio de resortes. El tiempode extincin del arco es del orden de seis ciclos.

3. Neumticos (aire comprimido) Su uso se origina ante la necesidad de eliminar el peligro de infla-macin y explosin del aceite. En este tipo de interruptores el apagado del arco se efecta por la


accin violenta de un chorro de aire que barre el aire ionizado por efecto del arco. El poder deruptura aumenta casi proporcionalmente a la presin del aire inyectado. La extincin del arco seefectua en un tiempo muy corto, del orden de tres ciclos, lo cual genera grandes sobretensiones.Las cmaras de extincin de estos interruptores son de forma modular y de acuerdo con la ca-pacidad y tensin de la instalacin. Se utilizan desde dos cmaras en adelante.

# Cmaras Tensin mxima(kV)

2 804 1506 22010 380

Cuadro 3.9: Cmaras de extincin

Una de las ventajas de utilizar varias cmaras en serie, es la de repartir la tensin entre el nmerode ellas, disminuyendo la tensin de reencendido entre los contactos de cada una de ellas.Resumiendo las caractersticas de estos interruptores, se puede decir lo siguiente:Los tiempos de maniobra son muy cortos, lo que limita la duracin de los siguientes esfuerzostrmicos que originan los cortocircuitos y por lo tanto se reduce el desgaste de los contactos.Son aparatos de construccin muy sencilla; se emplean los mismos elementosinterruptivos paratodas las tensiones, lo cual reduce el almacenaje y el costo de las piezas de repuesto.Pueden efectuar recierres con tiempo mnimos y potencias de cortocircuito elevadas.El mantenimiento es sencillo y rpido. No tienen peligro de incendio.

4. Hexafluoruro de azufre (SF6)Son aparatos cuyas cmaras de extincin operan dentro de un gas llamado hexafluoruro de azufre(SF6) que tiene una capacidad dielctrica superior a otros fluidos dielctricos conocidos. Esto hacems compactos y ms durables los interruptores desde el punto de vista del mantenimiento.Los interruptores pueden ser de polos separados, cada fase en su tanque, o trifsicos en que lastres fases utilizan una misma envolvente. Se fabrican para tensiones desde 115 hasta 800 kV ylas capacidades de interrupcin varan de acuerdo con el fabricante, llegando hasta magnitudesde 80kA, que es un caso muy especial.Este tipo de aparatos pueden librar las fallas hasta en dos ciclos y para limitar las sobretensionesaltas producidas por esta velocidad, los contactos vienen con resistencias limitadoras. Las princi-pales averas de este tipo de interruptores son las fugas de gas, que requieren aparatos especialespara detectar el punto de fuga. En un aparato bien instalado, las prdidas de gas deben ser infe-riores al 2% anual del volmen total de gas encerrado dentro del aparato.En los interruptores trifsicos, la apertura de los contactos es simultnea aunque conviene quehaya dispersin de un milisegundo entre los tres polos; entendindose dispersin como la diferenciaen tiempo qu existe entre el instante de cierre del primero y el instante de cierre del ltimo polodel interruptor. El uso de la dispersin es importante, pues sirve para reducir las sobretensionesdebidas a impulsos por maniobra.

5. VacoSon aparatos que tericamente abren en un ciclo debido a la pequea inercia de los contactos ya su pequea distancia. Los contactos estan dentro de botellas especiales en las que se ha hechovaco casi absoluto. El contacto fijo est sellado con la cmara de vaco y por el otro lado entra elcontacto mvil, que tambien est sellado al otro extremo de la cmara y que en lugar de deslizarsese mueve junto con la contraccin de un fuelle de un material que parece ser una aleacin deltipo del latn. Al abrir los contactos dentro de la cmara de vaco, no se produce ionizacin ypor tanto no es necesario el soplado del arco ya que este se extingue prcticamente al paso porcero despus del primer ciclo.Este tipo se utiliza en instalaciones de hasta 34.5kV dentro de los tableros blindados.


Los dos inconvenientes principales son:-Que por algn defecto o accidente, se pueda perder el vaco de la cmara y al entrar aire yproducirse el arco, pueda reventar la cmara.-Debido a su rapidez producen grandes sobretensiones entre sus contactos y estos emiten ligerasradiaciones de rayos X.

3.7.5. Mtodos para incrementar la resistencia del arco

En las cmaras de extincin se puede incrementar la resistencia del arco de acuerdo con los siguietnesconceptos:

1. Alargamiento (figura3.14)En este caso la resistencia es proporcional a la longitude del arco.

Figura 3.14: Alargamiento

2. Enfriamiento (figura3.15)Un enfriamiento del gas ionizado aumenta la resistencia del arco,debido a que la tensin requeridapara mantener la ionizacin aumenta cuando la temperatura del plasma disminuye.

Figura 3.15: Enfriamiento


3. Divisin (figura3.16)La cmara de arqueo est formada por varias lminas paralelas aisladas entre s; esto hace que elarco se divida en un gran nmero de pequeos arcos en serie; cada uno de estos pequeos arcosse enfra por alargamiento mientras ascienden entre dos lminas contiguas.

Figura 3.16: Divisin

4. Construccin (3.17) A medida que a un gas ionizado se le va forzando a paasar por un ducto quese va estrechando, se requiere un incremento en la tensin para mantener el arco.

Figura 3.17: Construccin


3.7.6. Fenmenos producidos por el cierre y disparo de los interruptores

Condiciones de cortocircuito

En un circuito bajo condiciones normales, la tensin aplicada produce una corriente limitada porlas impedancias de los elementos que forman parte del mismo, como son generadores, lneas de trans-misin, aparatos y cargas, producindose un factor de potencia que puede ser elevado. La corriente decortocircuito en un sistema puede ser de dos tipos:

SimtricaEs el valor eficaz de la componente de corriente alterna en el momento de separacin de loscontactos del interruptor. sta se origina cuando al pasar la onda de tensin por su valor mximose inicia el cortocircuito. Como la onda de corriente, por ser un circuito eminentemente inductivo,se atrasa prcticamente 90o, pate de cero y no se produce ningn estado transitorio que desplazarael eje de la onda de corriente.

AsimtricaEs el valor total de la corriente de cortocircuito, que ocurre en el instante en que se separanlos contactos del interruptor y que comprende en cada instante, la suma de dos trminos: elde corriente directa, que decrece exponencialmente y el de corriente alterna que se mantieneconstante respecto al tiempo.

A continucin, en la figura 3.18 se muestra la forma de onda de la corriente de cortocircuito.

Figura 3.18: Corriente de cortocircuito


3.7.7. Tipo de fallas en el interruptor

Falla en las terminales, son aquellas fallas pegadas al interruptor.

Falla en una lnea corta (falla kilomtrica) este tipo de falla hace muy critico el comportamientode los interruptores, principalmente cuando ocurre entre los 3 y 5 km de distancia del interruptor.

Apertura en oposicin de fases, se produce en el caso en que por una conexin de fase equivocada,al cerrar el interruptor, ste cierra contra un cortocircuito directo, lo que provoca una aperturaviolenta, llegando a producirse una sobretensin

Apertura de pequeas corrientes inductivas, es el caso tpico de la apertura de un transformadorexcitado o de un banco de reactores.

Falla evolutiva, se produce cuando al abrir un circuito inductivo aparece la sobretensin que puedeprovocar el arqueo de los aisladores exteriores, lo que pone en cortocircuito la inductancia deltransformador.

3.8. Cuchillas

Son dispositivos que sirven para conectar y desconectar diversas partes de una instalacin elctrica,para efectuar maniobras de operacin o bien para darles mantenimiento. Las cuchillas estn formadas poruna base metlica galvanizada con un conector para puesta a tierra; dos o tres columnas de aisladoresque fijan el nivel bsico de impulso y encima de stos, la cuchilla.

3.9. Fusibles

Son dispositivos de proteccin elctrica de una red, que hacen las veces de un interruptor, siendomas baratos que stos. Se emplean en aquellas partes de una instalacin elctrica en que los relevadoresy los interruptores no se justifican econmicamente. Su funcin es la de interrumpir circuitos cuandose produce en ellos una sobrecorriente y soportar la tensin transitoria de recuperacin que se produceposteriormente.

3.9.1. Tipos de fusibles

De acuerdo a su capacidad de ruptura, lugar de instalacin y costo, se pueden utilizar diferentestipos de fusibles, entre los ms conocidos se pueden indicar los siguientes:

Expulsin, estos aprovechan la generacin y expulsin de un gas a alta presin que, al ser inyectadoa travs del arco producido a continuacin de la fusin del elemento fusible.

Limitador de corriente, este fusible tiene doble accin, por un lado reduce la corriente de falladebido a las caractersticas de introducir una resistencia elevada en el circuito y por otro, debidoal incremento de la resistencia pasa de un circuito de bajo factor de potencia a otro circuito dealto factor de potencia.

Vaco, en este tipo de interrupcin se produce al separarse los contactos dentro de un recipientehermtico en el que se ha hecho el vaco, de tal manera que a medida que se separan los contactos,la corriente se concentra en los puntos mas salientes de la superficie del contacto y cesa cuandose evapora el ultimo puente entre los dos contactos.


Figura 3.19: Circuito LC ajustados para atenuar los armnicos en un sistema

3.10. Reactores

3.10.1. Definicin

Son bobinas que se utilizan para limitar una corriente de cortocircuito y poder disminuir en estaforma la capacidad interruptiva de un interruptor y por lo tanto su costo.

3.10.2. Funciones

Una funcin de los reactores es la correccin del factor de potencia en lneas muy largas, cuandocirculan corrientes de carga muy bajas, en este caso los reactores se conectan en derivacin.

En el caso particular de las subestaciones, los reactores se utilizan principalmente en los neutros delos bancos de transformadores, para limitar la corriente de cortocircuito a tierra. En algunas ocasiones seutilizan tambien en serie con cada una de las tres fases de algn transformador, para limitar la corrientede cortocircuito trifsica.

Adems los reactores sirven como filtro para atenuar armnicos y disminuyen tambien las corrientesde arranque.

Cuando el sistema est en estado estable y se desea compensar el factor de potencia con unacapacitancia, es necesario colocar un reactor para disminuir la posibilidad de un cortocircuito ocasionadopor el cierre del circuito que contiene el capacitor.

Se deja como ejercicio prctico al lector, definir los elementos y especificaciones, del sistema parael circuito de la figura 3.19.

3.10.3. Funcionamiento

El funcionamiento de los reactores limitadores de corriente se basa en el incremento de la impedanciaen el sistema. Basado en la ley de Ohm, ya que al incrementarse la impedancia en el circuito la corrientedisminuye.

En la figura 10. muestra un diagrama simplificado de un sistema donde un reactor limitador decorriente ha sido instalado

El modelo del reactor consiste en una inductancia (LR), en serie con una resistencia (RR) de muybajo valor y capacitores conectados en los extremos del reactor a tierra (C ,C ) que representan lacapacitancia de la lnea y del interruptor respectivamente y un capacitor entre los terminales del reactor(CR) que representa la capacitancia existente en el reactor debido a la fibra de vidrio.


Figura 3.20: Circuito equivalente con reactor limitador de corriente. Fuente: bieec.epn.edu.ec

3.10.4. Tipos de reactores

Los reactores segn su capacidad, pueden ser de tipo seco para potencias reactivas pequeas, odel tipo sumergido en aceite para potencias elevadas, en cuyo caso tienen ncleo y necesitan estarencerrados en un tanque de lmina, estos ltimos pueden llegar a semejarse a un transformador tantopor la forma como por su tamao.

3.10.4.1. Caractersticas del diseo de los reactores tipo seco

Construccin encapsulada de fibra de vidrio, impregnada con epoxy.

Construccin de aluminio y soldada en todas las conexiones de corriente

Alta capacidad de soportar corrientes de cortocircuito elevadas y esfuerzos mecnicos.

Bajos niveles de ruido.

Construccin a prueba de inclemencias climatolgicas, con requerimientos de mantenimiento mni-mos.

Vida til esperada, superior a 30 aos.

3.11. Seccionadores

3.11.1. Definicin

Son dispositivos que sirven para conectar y desconectar diversas partes de una instalacin elctrica,para efectuar maniobras de operacin o bien para darles mantenimiento, fsicamente es como se muestraen la figura 3.21.

Los seccionadores pueden abrir circuitos bajo la tensin nominal pero nunca cuando est fluyendocorriente a travs de ellas. Antes de abrir un juego de seccionadores siempre deber abrirse primero elinterruptor correspondiente.

La diferencia entre un seccionador y un interruptor, considerando que los dos abren o cierran cir-cuitos, es que los seccionadores no pueden actuar bajo carga. Algunos fabricantes de seccionadores,


Figura 3.21: Seccionador de la subestacin Guatiguar, Santander, Colombia.

aaden una pequea cmara de SF6 que le permite abrir solamente los valores nominales de la corrientede cortocircuito.

3.11.2. Componentes

Los seccionadores estn formados por una base metlica de lmina galvanizada con un conectorpara puesta a tierra; dos o tres columnas de aisladores que fijan el nivel bsico de impulso y encima deestos el seccionador. El seccionador est formado por una navaja o parte mvil y la parte fija, que esuna mordaza que recibe y presiona la parte mvil.

3.11.3. Tipos de seccionadores

3.11.3.1. Seccionadores de cuchillas giratorias

Se utilizan sobre todo para media tensin. Son dos aislantes de soporte, con un muelle de contactoy una cuchilla que gira alrededor de un eje. Es preferible que sean tripolares, aunque resulten ms caros,debido a que, al ir unidos por un eje comn, permite el accionamiento conjunto. Segn si trabajan a laintemperie o en el interior, varan las dimensiones generales y los aisladores.

3.11.3.2. Seccionadores de columnas giratorias

Su uso es en general en distribuciones a la intemperie de ms de 30 kV. Estn compuestos por trescolumnas, dos exteriores fijas y una en la parte media giratoria. Esta ltima, al girar cierra o abre elcircuito mediante una barra instalada en la parte superior, haciendo de contacto mvil. Este seccionadorpuede montarse con cuchillas de puesta a tierra, impidiendo as cualquier falsa maniobra. El aisladorcentral de los seccionadores de una columna giratoria, puede ahorrarse si las dos columnas se hacengiratorias, en cuyo caso, los brazos de contacto giran hasta conectarse.

3.11.3.3. Seccionadores de cuchillas deslizantes

La capacidad de conexin es menor que en los seccionadores de cuchillas giratorias. Se empleancuando el deslizamiento lateral de las cuchillas no es posible, siendo este un desplazamiento longitudinal.


Figura 3.22: Banco de bateras

3.12. Banco de bateras

Se denomina batera a un conjunto de celdas conectadas en serie. Se usan para hacer funcionarlos elementos bsicos de la subestacin durante una falla como iluminacin comunicaciones y algunoselementos como disyuntores e interruptores.

Los banco de bateras deben ser sistemas no inflamables, transparentes para poder realizar unainspeccin visual y se deben ubicar en bloques y en ligares ventilados.

La tensin nominal de la batera viene dada por la suma de las tensiones de cada una de las celdas.Las bateras segn el tipo de electrolito puede ser acidas o alcalinas.

La rapidez de la carga y descarga de una batera de ciclo profundo se rige por la temperatura yla corriente de carga/descarga. A menores temperaturas, la reaccin qumica es ms lenta y a mayortemperatura, ms rpida la reaccin. As, una batera a helada temperatura liberar menos corriente encualquier situacin comparada con una batera a clida temperatura. Eso lo sabemos porque tpicamenteen las maanas arrancar un auto es ms difcil por la baja temperatura.

Comparacin a corto plazo de la energa disponible de una batera de ciclo profundo a plena cargacon varias temperaturas.

La temperatura ptima de operacin de las bateras es a 25C aunque un rango de 15C a 26Ces aceptable. Por esta razn es conveniente guarecer las bateras en un clido y ventilado espacio paramantener ese rango de temperatura. Lamentablemente, si las condiciones no son idneas, por ejemploen climas no clidos, el banco de bateras debe disearse de mayor tamao para compensar la reduccin.

Por otro lado, altas temperaturas, por encima de los 43C pueden drsticamente acortar la vida delas bateras y no deben ser expuestas en estas condiciones.

3.12.1. Parmetros de la batera

La tensin o potencial

La corriente

La capacidad elctrica

La energa almacenada

La resistencia de los acumuladores


3.12.2. Tipos de bateras

3.12.2.1. Bateria de tipo cido

Cada celda esta compuesta por las siguientes partes:

Recipiente: es un envase que puede ser de poliestireno transparente, de vidrio, que ofrece laventaja de una inspeccin visual de los elementos interiores. Dentro del recipiente se encuentranlas placas activas, el electrolito y los separadores.

Placas: las placas positivas estn formadas por dixido de plomo y pueden ser fabricadas de dosformas: Placa plana empastada de una masa de dixido de plomo o placa multitubular. Las placasnegativas son planas en ambos casos, y estn formadas por plomo puro.

Separadores: son elementos aislantes que mantienen separadas las placas positivas y negativas.Son lminas ranuras, fabricadas en hule microporoso para permitir la circulacin del electrolitosin que se afecte qumicamente.

Electrlito: esta formado por cido sulfrico diluido en agua. Cuando la batera esta completa-mente cargada, en la placa positiva hay dixido de plomo y en la negativa solamente plomo.Ambas placas estn baadas por el electrlito. Llega a tener una duracin hasta de 20 aos.

3.12.2.2. Batera de tipo alcalino

Esta compuesta por los mismos elementos que la tipo cido, sin embargo tiene algunas diferencias:

Recipiente: son de plstico opaco y tiene el inconveniente de no permitir la inspeccin visual.

Placa positiva: esta formada por una hilera de tubos de malla de acero, que contienen oxido denquel.

Placa negativa: es igual a la positiva, pero llena de oxido de cadmio, el cual se reduce a cadmiometlico durante el proceso de carga.

Separadores: se usan barras de hule o de polietileno.

Electrlito: es una solucin de hidrxido de potasio.

Este tipo de bateras alcanza una duracin de aproximadamente 25 aos, pero en este tiempo es nece-sario cambiar el electrlito unas tres veces, debido al envejecimiento que se produce por el dixido decarbono de la atmsfera.

En la tabla 3.10 se muestran algunos valores caractersticos de las bateras:

Tipo Celdas Flotacin I/Ah Igualacin Descarga

Vpc Vt Vpc Vt Vpcf Vtfcido 60 2.15 129 50-100 2.33 140 1.75 105Alcalino 92 1.4 129 50-100 1.52 140 1.14 105

Cuadro 3.10: Valores caracteristicos de las bateras

Valores caractersticosValores caractersticosVpc, Tensin por celda.Vt, Tensin en terminales.Vf, Tensin en flotacin.I/Ah, Corriente en miliampers por cada 100Ah/8h de capacidad.Vpcf, Tensin por celdas finales.Vtf, Tensin en terminales finales.


3.12.2.3. Eficiencias

La talba 3.11, muestra las eficiencias entre los diferentes tipos de baterias

Eficiencia en% cida Alcalina

Eficiencia en A-h 91 71Eficiencia en tensin 85 80

Eficiencia en watts hora 77 57

Cuadro 3.11: Eficiencias entre lso diferentes tipos de baterias

En donde:Eficiencia en A-h: es la relacin de los ampers-hora de salida enter los ampers-hora de salida.Eficiencia en watts hora: Es la relacin de la energa de salida entre la energa de entrada.

3.12.3. Cargadores de bateras

Son dispositivos electricos o electronicos que se utlizan para cargar y mantener en flotacion, concarga permanete permanente. El cargador se conecta en paralelo con la baterioa.

La capacidad de los cargadores va a depender de la eficiencia de las baterias. Para una mismademanda impuesta a la bateria, se requiere un cargador de mayor capacidad si es alcalina por tenerujna eficiencia menor.

Para fijar un cargador es necesario fijar su capacidad de salida en amperes. Para ambos tipos debateria, la capacidad se determina segn la expresin:

IC =AHD

AHTr+ IDN

En dondeIc,Corriente del cargador en amperes.AHD, Amperes-hora que se necesita devolver a la bateria.NAH, Eficiencia de la bateria en amper-hora.Tr, Tiempo de recarga en horas.IDN, Corriente de demanda normal en amperes.

El cargador de bateras debe ser diseado para uso industrial y las funciones deben ser controladaspor microprocesador, fabricado con componentes de estado slido. La fuente de energa elctrica alcargador debe ser de corriente alterna y salida en corriente continua.

La capacidad del cargador de bateras debe ser de 6 a 30 A para cargadores monofsicos, y de 35a 600 A para cargadores trifsicos. El cargador de bateras se debe instalar en el cuarto de control deinstrumentos o cuarto de control elctrico.

El cargador de bateras debe tener las siguientes funciones:

Alimentar el consumo constante de ampers en corriente continua.

Recargar la batera (carga de igualacin).

Mantener cargada la batera (carga de flotacin).

El cargador de bateras debe constar de:

Un transformador de aislamiento tipo seco, impregnado al vaco con barniz para alta temperatura,trifsico o monofsico, para aislar elctricamente de la fuente de alimentacin y para reducir latensin a niveles propios para el rectificador, con bobinas de cobre, aislamiento de 220C, conelevacin de temperatura de 150C, operando a plena carga del valor nominal sobre temperaturaambiente promedio de 30C y mxima de 40C, con descargadores de sobre tensin transitoria enel arrollamiento secundario. No se permite utilizar autotransformador.


Un rectificador del tipo estado slido, potencia constante, fase controlada, rectificacin de ondacompleta, a seis pulsos como mnimo para rectificador trifsico a base de tiristores (SCRs),salida de tensin regulada, rectificador con dispositivo de carga automtica con dos regmenesde operacin, carga rpida y flotacin, con temporizador programable de 0-100 h. Con lmitede corriente ajustable mnimo entre el 90 y 110 por ciento de la corriente nominal. Cuando lacorriente exceda el valor de ajuste, el equipo debe regular automticamente la tensin de salida(en esta situacin el equipo debe enviar seal de alarma).

Filtros de salida tipo telefnico para mantener el voltaje de rizo a 0,1 V RMS (valor cuadrticomedio) mximo, con batera conectada.

Sistema de alarmas y protecciones.

3.12.4. Componentes del banco de baterias

el banco de baterias consta de:

Placas, todas las placas deben reforzarse y soportarse para prevenir distorsin de placas bajo todaslas condiciones de operacin, incluyendo corto circuito en las terminales de las celdas.

Separador entre placas, deben suministrarse separadores, espacios entre placas, aislamiento entrelas placas y deben ser impermeables a la accin qumica con la celda.

Terminales de interconexin, los conectores entre celdas y entre filas deben ser de cobre estaadocon la capacidad para resistir los esfuerzos mecnicos y conducir la corriente mxima y debenestar completos.

Toda la tornillera, roldadas planas y de presin o roldanas cnicas que se utilicen debe ser deacero. Los polos terminales deben ser marcados POS/NEG o con smbolos +/-.

Electrlito, las bateras deben suministrarse con electrolito en cantidad suficiente para no requerirrelleno de agua durante 20 aos en condiciones normales de operacin. El electrlito debe seruna solucin acuosa de Hidrxido de Potasio (KOH) a una densidad que oscila entre 1,16 a 1,21a 25C, Hidrxido de Litio (LiOH) y agua destilada o desionizada.

Vaso y cubierta.

3.13. Equipos y elementos de proteccin

La proteccin en una subestacin son un conjunto de sistemas que mantienen vigilancia permanentey cuya funcin es eliminar o disminuir los daos que puede recibir un equipo elctrico cuando se presentauna falla. La parte importante de estos sistemas son los relevadores que sirven para detectar la falla y que,a su vez, efectan la desconexin automtica de los interruptores cuando se producen sobrecorrientesdebidas a cortocircuitos, aislando las partes del sistema que ha fallado.

3.13.1. Partes de una proteccin

Los diferentes elementos que forman parte de un sistema de proteccin elctrica, son los siguientes:

Batera de la subestacin

Cables de control

Interruptores de potencia

Transformadores de corriente y de potencial


Relevadores, son dispositivos electromagnticos o electrnicos que protegen los equipos de unainstalacin elctrica de los efectos destructivos de una falla y reducen sus efectos y daos. Al decirque protegen se hace referencia a que al actuar en combinacin con otros equipos, se encargande reducir el dao, debido a la rpida desconexin del equipo que ha fallado.

3.13.2. Relevadores ms utilizados en subestaciones

Las protecciones ms utilizadas en las subestaciones estn basadas en los siguientes relevadores:

1. Relevadores de sobrecorrienteSon los ms utilizados en subestaciones y en instalaciones industriales, suelen tener disparo in-stantneo y disparo temporizado. Se calibran para que operen con seales de corriente del valormximo de la corriente nominal del circuito protegido, en condiciones de cortocircuito mximodeben proporcionar una buena coordinacin de la secuencia de disparo de los interruptores quecontrolan los diferentes tramos de una lnea de distribucin.

2. Relevadores diferencialesEstn formados por tres bobinas, dos de restriccin y una de operacin, trabajan por diferenciade las corrientes entrantes con las salientes del rea protegida. La operacin se produce cuandoexiste una diferencia entre estas corrientes, lo cual indica que dentro del equipo protegido existeuna fuga.

3. Relevadores de distanciaSe basan en la comparacin de la corriente de falla, vista por el relevador, contra la tensinproporcionada por un transformador de potencial, con lo cual se hace posible medir la impedanciade la lnea al punto de falla.

4. Relevador direccionalEs un relevador que se energiza por medio de dos fuentes independientes. Tiene la habilidad decomparar magnitudes o ngulos de fase y distinguir el sentido de los flujos de la corriente. Segnlas caractersticas se reconocen tres tipos: relevador corriente corriente; relevador corriente tensin y relevador tensin tensin.

5. Relevador de hilopilotoEs, en s, un relevador de proteccin diferencial, adaptado para el caso en que los transformadoresextremos de corriente se encuentren muy alejados. En estos relevadores se comparan las corrientesentrantes y salientes de una lnea de transmisin y cuando la diferencia es apreciable, la proteccinenva orden de apertura a los dos interruptores extremos de la lnea.

3.13.3. Proteccin con relevadores

La subestacin emplea muchos sistemas de proteccin con relevadores para proteger el equipoasociado con la estacin, los ms importantes son:

Lneas de transmisin que emanan de la estacin.

Trasformadores elevados y reductores.

Barras de estacin.

Falla del interruptor automtico.

Reactores en paralelo.

Capacitores en paralelo y en serie.


Las subestaciones que prestan servicio en sistemas de transmisin de electricidad en circuitos de altovoltaje, deben contar con un alto orden de confiabilidad y seguridad, para continuidad del servicio alsistema elctrico. Se est dando cada vez ms importancia a sistemas altamente perfeccionados deproteccin con relevadores, que deben funcionar de modo confiable a altas velocidades para normalizarfallas en lneas y estaciones, con mxima seguridad y sin desconexiones falsas.

Las terminales de relevo de las lneas de transmisin estn ubicadas en la subestacin, y comprendenmuchos tipos diferentes de esquemas de reveladores a saber:

Sub alcance directo

Sub alcance permisible

Sobre alcance permisible

Comparacin direccional

Comparacin de fase

Alambre piloto.

Estos esquemas comprenden sistemas piloto de proteccin con relevadores, aplicables para la proteccinde lneas de transmisin para grandes corrientes.

3.13.3.1. Relevadores de falla de sub alcance directo.

Estos relevadores en cada terminal de la lnea protegida captan una corriente de falla que entraen la lnea. Sus zonas de operacin deben traslaparse pero no sobrealcanzar ninguna de las terminalesremotas. La operacin de los relevadores de cualquier terminal inicia tanto la temperatura del interruptorautomtico local como la transmisin de una seal remota y continua de desconexin con objeto deefectuar la operacin instantnea de todos los interruptores automticos remotos.

3.13.3.2. Relevadores de sub alcance permisible

La operacin y equipo para este subsistema son los mismos que los del sistema de sub alcancedirecto con la excepcin de que cuentan adems con unidades detectores de falla en cada terminal losdetectores de falla deben sobre alcanzar todas las terminales remotas; se utilizan para proporcionar msseguridad para supervisar una desconexin remota.

3.13.3.3. Relevadores de sobre alcance permisible

Los relevadores de falla de cada terminal de la lnea protegida captan la circulacin de falla en lalnea con sus zonas de operacin que sobre alcanzan todas las terminales remotas se quiere que tantola operacin de los relevadores de falla local como la seal de transferencia de desconexin de todas lasterminales remotas abran cualquier interruptor automtico.

3.13.3.4. Relevadores de comparacion direccional

La seal de canal en estos sistemas se utiliza para bloquear la desconexin en contraste a su usopara iniciar la desconexin en los tres sistemas previos. Los relevadores de falla de cada terminal dela seccin de lnea protegida captan la corriente de falla en la lnea. Sus zonas de operacin debende alcanzar todas las terminales remotas. Se quiere unidades detectoras de falla adicionales en cadaterminal para iniciar la seal de bloqueo de canal. Sus zonas de operacin deben de extenderse mslejos o deben ser ajustadas en forma ms sensible que los relevadores de falla de las terminales lejanas.


3.13.3.5. Relevadores de comparacion de fase

Las corrientes trifsicas de cada extremo de la lnea protegida se convierten en un voltaje monofsicoproporcional. Los ngulos de fase de los voltajes se comparan si se permiten con el semiciclo positivodel voltaje trasmitan un bloque de seal de media onda sobre el canal piloto. Para fallas externas estosbloques estn fuera de fase de modo que en forma alternada, la seal local y luego remota produzcaen esencia una seal continua para bloquear o evitar la desconexin.

3.13.4. Principales protecciones en subestaciones

En una subestacin, los principales elementos que necesitan ser protegidos son los siguientes:

Lneas o cables de alimentacin

Bancos de transformadores de potencia

Barras colectoras o buses

Respaldo local contra falla de interruptores

Alimentadores

Bancos de capacitores

3.13.4.1. Lneas o cables de alimentacin

Las lneas de transmisin que rematan en una subestacin se pueden proteger, dependiendo de suscaractersticas, mediante cualquiera de las protecciones siguientes:

Sobrecorriente:es la proteccin mas sencilla y por lo tanto mas barata; se utiliza en instalacionescon diagramas unificares sencillos, se emplean dos relevadores de fase y uno de tierra. Distancia,esta proteccin se usa como primaria en transmisin. Los relevadores son preferibles a los desobrecorriente porque no les afectan los cambios en la magnitud de la corriente. Su selectividadse basa ms en la impedancia que en la corriente.

Hilopiloto: es una proteccin de lata velocidad para proteccin de lneas. Se usa en lneas cortasde menos de 20 km, en que la proteccin de onda portadora no es econmicamente justificable.Tambin se usa en la proteccin de cables de potencia.

Onda portadora: es la proteccin ms confiable para lneas de alta tensin. Se puede instalar apartir de 34 kV, y slo se utiliza equipo terminal en los extremos de las lneas, por lo cual necesitamenos vigilancia, aunque es ms caro que el caso de hilopiloto. En este caso se utilizan tresmtodos: comparacin de fase, comparacin direccional y sistema mixto.

3.13.4.2. Bancos de transformadores de po

capitulo 3-descripcin del equipo de una subestacin

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