clasificacion de subestaciones electric as

CLASIFICACION DE SUBESTACIONES ELECTRICAS

CLASIFICACIÓN DE LAS SUBESTACIONES.

Las subestaciones se clasifican de acuerdo a su nivel de tensión, de acuerdo a su configuración y de acuerdo a su función.

De acuerdo al Nivel de Tensión:

De Ultra Alta tensión (Un>800 kV.), De Extra Alta Tensión (300 kV.<Un<550 kV.), De Alta Tensión (52 kV<Un<300 kV.), De Distribución (6.6 kV<Un<44 kV.) y De Baja Tensión.

De acuerdo a la configuración:

De Barra Sencilla, De Doble Barra, De doble Barra más By Pass, De Doble Barra más Seccionador de Transferencia, De doble Barra más Barra de Transferencia, Interruptor y Medio, En Anillo, Doble Anillo y Piramide.

De acuerdo a su función:

De Generación, De Transformación, Mixta (Generación y Transformación) y De Compensación (Capacitiva Serie y Capacitiva Paralelo.

También se pueden clasificar como sigue:

1.- Por su operación:

a) de corriente alterna.

b) de corriente directa.

2.- Por la función que desempeñan:

elevadores (elevan la tensión)

reductores (reducen la tensión)

de enlace para interconectar líneas.

Rectificadores (convertir CA a CD)

3.- Por su composición:

tipo intemperie (para operación en el exterior)

tipo interior (para operar bajo techo)

tipo blindada (para operación en interiores o exteriores)

COMPONETES Y EQUIPO QUE CONFORMAN UNA SUBESTACIÓN Eléctrica.

El equipo eléctrico en una subestación típica puede incluir lo siguiente.

Interruptor automático

Seccionadores

Conmutadores de puesta a tierra

Transformadores de corriente

Transformadores de potencial o transformadores de voltaje capacitor.

Capacitores de acoplamiento

Filtros de línea

Apartarrayos y/o espinterometros

Transformadores de potencia.

Reactores de derivación

Reactores limitadores de corriente

Barras y aisladores de estación

Sistemas de puesta a tierra

Capacitores en serie

Capacitores en derivación.

SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Partes Principales y protección

En toda instalación industrial o comercial es indispensable el uso de la energía, la continuidad de servicio y calidad de la energía consumida por los diferentes equipos, así como la requerida para la iluminación, es por esto que las subestaciones eléctricas son necesarias para lograr una mayor productividad.

Una subestación es un conjunto de máquinas, aparatos y circuitos, que tienen la función de modificar los parámetros de la potencia eléctrica, permitiendo el control del flujo de energía, brindando seguridad para el sistema eléctrico, para los mismos equipos y para el personal de operación y mantenimiento. Las subestaciones se pueden clasificar como sigue:

Subestaciones en las plantas generadoras o centrales eléctricas.

Subestaciones receptoras primarias.

Subestaciones receptoras secundarias.

Subestaciones en las plantas generadoras o centrales eléctricas.- Estas se encuentran en las centrales eléctricas o plantas generadoras de electricidad, para modificar los parámetros de la potencia suministrada por los generadores, permitiendo así la transmisión en alta tensión en las líneas de transmisión. Los generadores pueden suministrar la potencia entre 5 y 25 kV y la transmisión depende del volumen, la energía y la distancia.

Subestaciones receptoras primarias.- Se alimentan directamente de las líneas de transmisión, y reducen la tensión a valores menores para la alimentación de los sistemas de subtransmisión o redes de distribución, de manera que, dependiendo de la tensión de transmisión pueden tener en su secundario tensiones de 115, 69 y eventualmente 34.5, 13.2, 6.9 o 4.16 kV.

Subestaciones receptoras secundarias.- Generalmente estas están alimentadas por las redes de subtransmisión, y suministran la energía eléctrica a las redes de distribución a tensiones entre 34.5 y 6.9 kV.

Las subestaciones, también se pueden clasificar por el tipo de instalación, por ejemplo:

Subestaciones tipo intemperie.

Subestaciones de tipo interior.

Subestaciones tipo blindado.

Subestaciones tipo intemperie.- Generalmente se construyen en terrenos expuestos a la intemperie, y requiere de un diseño, aparatos y máquinas capaces de soportar el funcionamiento bajo condiciones atmosféricas adversas (lluvia, viento, nieve, etc.) por lo general se utilizan en los sistemas de alta tensión.

Subestaciones tipo interior.- En este tipo de subestaciones los aparatos y máquinas están diseñados para operar en interiores, son pocos los tipos de subestaciones tipo interior y generalmente son usados en las industrias.

Subestaciones tipo blindado.- En estas subestaciones los aparatos y las máquinas están bien protegidos, y el espacio necesario es muy reducido, generalmente se utilizan en fábricas, hospitales, auditorios, edificios y centros comerciales que requieran poco espacio para su instalación, generalmente se utilizan en tensiones de distribución y utilización.

Principales partes de una subestación eléctrica:

1. Cuchillas desconectadoras.

2. Interruptor.

3. TC.

4. TP.

5. Cuchillas desconectadoras para sistema de medición.

6. Cuchillas desconectadoras de los transformadores de potencia.

7. Transformadores de potencia.

8. Barras de conexión.

9. Aisladores soporte.

10. Conexión a tierra.

11. Tablero de control y medición.

12. Barras del tablero

13. Sujeción del tablero.

El transformador, es la parte más importante de una subestación eléctrica, consta de un embobinado de cable que se utiliza para unir a dos o más circuitos, aprovechando el efecto de inducción entre las bobinas.

La bobina conectada a la fuente de energía se llama bobina primaria, las demás bobinas reciben el nombre de bobinas secundarias. Un transformador cuyo voltaje secundario sea superior al primario se llama transformador elevador, si por el contrario, el voltaje secundario es inferior al primario este dispositivo recibe el nombre de transformador reductor.

El uso de las subestaciones eléctricas es de vital importancia en la industria, ya que nos permiten el control del flujo de la energía necesaria para llevar a cobo los procesos; las subestaciones se pueden clasificar en primarias, secundarias, y subestaciones en las plantas generadoras; el elemento principal de una subestación eléctrica es el transformador, que funciona con el principio de inducción, a través de una serie de bobinados, que permiten controlar el voltaje de salida

Características

Las características fundamentales de la subestación son las siguientes:

El sistema de barras en 220 kV empleado es la configuración de doble barra con celda de acoplamiento, correspondiendo a REDESUR cuatro

salidas de línea y celda de acoplamiento de barras y a ENERSUR dos salidas de línea y dos celdas de transformación.- Las celdas

correspondientes a REDESUR son las siguientes:

Cuatro celdas de salida de línea en 220KV que decepcionan los circuitos de salida a la subestación Socabaya (L-2025 y L-2026),

salida a la subestación Tacna (L-2029) y salida a la subestación Puno (L-2030), y cada una de ellas equipada con los siguientes elementos:

Un seccionador de línea

Dos seccionadores de barra

Un interruptor de accionamiento uni-tripolar

Tres transformadores de tensión capacitivos

Tres transformadores de corriente de cinco núcleos

Tres pararrayos de oxido de zinc clase 4

Dos bobinas de acoplamiento para comunicaciones por onda portadora.

Una celda de 220KV para acoplamiento

Dos seccionados de barra

Un interruptor de accionamiento uni-Tripolar

Seis transformadores de corriente de cinco núcleos

Dos transformadores de tensión para barras de 220KV (barras A y B)

Los servicios auxiliares, equipos de control y comunicaciones se describen a continuación:

Servicios Auxiliares de tipo redundante en corriente alterna y continua incluyendo grupo electrógeno de emergencia.

Ampliación de la sala de control existente

Sistema de comunicación mediante el empleo de cable de fibra óptica y onda portadora, este sistema también será para

transmisión de datos, telecontrol y comunicaciones.

Sistema de medición y con tecnología telecontrol, con el envío de señales al centro de control de ETESUR, mediante tecnología de fibra óptica.

Sistema de protección principal y respaldo de la siguiente configuración para cada línea de salida:

Protección Diferencial de línea, como protección principal, empleando canales de fibra óptica

Protecciones de Distancia de línea, como protección de respaldo, empleando canales de onda portadora

Equipos de apoyo, como refiere , sincronismo, oscilografia, etc.

Protección diferencial de barras

Aislamiento

El nivel de aislamiento seleccionado para el equipamiento de la subestación es la siguiente:

| Tensión Nominal del Equipo | : | 245 kV | |

| Tensión de Prueba de la Onda impulso normalizada | : | 1050 kVp | |

| Tensión de Prueba a Frecuencia Industrial | : | 460 kV | |

| Longitud de la línea de fuga | : | 25 mm/KV | |

| Norma empleada | : | IEC-71 | |

VOLTAJE O TENSIÓN | |

Es la energía necesaria para transportar una carga eléctrica de un punto a otro. Cuando se trata de una pila u otro generador se habla del voltaje generado, y es la energía que se le da a la carga que se recoge en el polo positivo, y así cuando esta carga se impulsa por el polo negativo tiene energía o voltaje.

Cuando un electrón atraviesa un material con resistencia eléctrica gasta la energía que contiene, y que se llama caída de tensión para diferenciar este concepto del voltaje:

Voltaje = Energía que se le da a los electrones en una pila

Caída de tensión = Energía que pierden los electrones al atravesar una resistencia

CORRIENTE ELÉCTRICA | |

Cuando en un metal se introducen electrones por un extremo y se extraen por el otro se establece un movimiento de electrones. A este movimiento ordenado de electrones se le denomina corriente eléctrica.

La cantidad de electrones que atraviesan el material durante un segundo se llama intensidad eléctrica. Para hablar de intensidad se utiliza la letra I y se mide en una unidad llamada amperio (A). Por un material circula un amperio cuando le atraviesan 6·1018electrones en un

segundo. Precisamente, a la carga eléctrica de esta cantidad de electrones se le llama culombio, en honor al científico francés Charles de Coulomb.

POTENCIA ELÉCTRICA

Recordando que la potencia es la velocidad con que se genera o se consume energía, Por tanto, la potencia eléctrica es el resultado de dividir la energía eléctrica entre el tiempo que haya estado conectado: P. ELÉCTRICA = V · I

LEY DE OHM

La cantidad de electrones que atraviesa un material es mayor cuanto mayor sea la energía que se le da a los electrones y cuanta menos resistencia tenga el material. Esto es lo que se llama ley de Ohm, y matemáticamente se expresa como: V = I · R

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Transformador

Se denomina transformador o transfor (abreviatura) o trafo (vulgaridad), a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, etc.

Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.

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Funcionamiento

Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, las variaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna crearán un campo magnético variable dependiendo de lafrecuencia de la corriente. Este campo magnético variable originará, por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario.

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Relación de Transformación

La relación de transformación nos indica el aumento ó decremento que sufre el valor de la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, por cada volt de entrada cuántos volts hay en la salida del transformador.

La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) .

La razón de la transformación (m) del voltaje entre el bobinado primario y el bobinado secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de tensión.

Donde: (Vp) es la tensión en el devanado primario ó tensión de entrada, (Vs) es la tensión en el devanado secundario ó tensión de salida, (Ip) es la corriente en el devanado primario ó corriente de entrada, e (Is) es la corriente en el devanado secundario ó corriente de salida.

Esta particularidad se utiliza en la red de transporte de energía eléctrica: al poder efectuar el transporte a altas tensiones y pequeñas intensidades, se disminuyen las pérdidas por elefecto Joule y se minimiza el costo de los conductores.

Así, si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del primario, al aplicar una tensión alterna de 230 voltios en el primario, se obtienen 23.000 voltios en el secundario (una relación 100 veces superior, como lo es la relación de espiras). A la relación entre el número de vueltas o espiras del primario y las del secundario se le llama relación de vueltas del transformador o relación de transformación.

Ahora bien, como la potencia eléctrica aplicada en el primario, en caso de un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario, el producto de la fuerza electromotriz por la intensidad (potencia) debe ser constante, con lo que en el caso del ejemplo, si la intensidad circulante por el primario es de 10 amperios, la del secundario será de solo 0,1 amperios (una centésima parte).

FORMULAS

APLICACIÓN | FORMULA | NOTAS | UNIDADES |

MOVIMIENTO UNIFORME | E = V·T | | METROS |

MOV. UNI. ACELERADO | E = Vi·T+1/2AT2 | | METROS |

MOVIMIENTO DE CAIDA LIBRE | Vf2 = Vi2+2AE| G = 9´8 M/S2 | METROS/ SEGUNDO |

POTENCIAL ELÉCTRICO | V = Ep/q0 =K·q/D (JULIO/CULOMBIO) | Es la energía necesaria para traer una carga del " | VOLTIOS |

INTENSIDAD | q/t (CULOMBIO/SEGUNDO) | Cantidad de carga por unidad de tiempo| AMPERIOS |

LEY DE OHM | R = (Va-Vb)/I (VOLTIO/AMPERIO) | Diferencia de potencial/ Intensidad = Constante | OHMNIOS |

RESISTENCIAS | R = ·LONGITUD/SECCIÓN | = CONSTANTE DE LA SUSTANCIA (·M) | OHMNIOS (V/A) |

RESISTENCIAS EN SERIE | Rt = Ri; LEY DE OHM=(Va-Vb)=R·I | I=SE MANTIENE; (Va-Vb)=(Vx-Vy) | OHMNIOS |

RESISTENCIAS EN PARALELO | 1/Rt=1/R1+1/R2 | (Va-Vb)=IGUAL ; I=SE REPARTE=(Va-Vb)/RX | OHMNIOS |

TRABAJO | W = I2·R·T (A2··S) | W = I·T·(Va-Vb) | JULIOS |

POTENCIA | P = I2·R (A2·) | P = W/T | WATIOS |

CONTROL DEL TRANSFORMADOR

1. Temperatura del transformador.

2. Presión del transformador

3. Nivel de aceite o liquido

4. Rigidez del aceite (Dieléctrica)

CONTROL DE TEMPERATURA DEL TRANSFORMADOR

La temperatura de un transformador se lee por medio de termómetros de mercurio y, en algunos casos, por medio de termopares colocados en los devanados que alimentan a milivóltmetros calibrados en °C.

Existen varios métodos para controlar la temperatura; los mas modernos son el control de temperatura por medio del dispositivo de imagen térmica, y la protección por relevador Buchholz.

El método de IMAGEN TERMICA se basa en que cualquier sobrecarga o corto circuito dentro del transformador se manifiesta como una variación de corriente. El dispositivo está constituido por un a resistencia de calefacción o caldeo; alrededor se encuentra una bobina cuya función es recibir la corriente de falla en los devanados, que se detecta por medio de un transformador de corriente.

La corriente que circula por la bobina, al variar, crea una cierta temperatura en la resistencia, y esto se indica en un milivóltmetro graduado en °C.

El milivóltmetro se conecta por medio de un puntero o un relevador T.R.O. que consiste de 3 micro-switch: el primero opera a una temperatura de terminada y acciona una alarma, el segundo lo hace a una temperatura límite y acciona a la bobina de disparo del interruptor, quedando e transformador fuera de servicio.

También el relevador Bochholz nos sirve para controlar la temperatura del transformador. Se usa en los transformadores que usan tanque conservador; su principio de operación se basa en que toda falla interna del transformador va acompañada de una producción de gases.

El relevador Buchholz se conecta en el tubo que va del transformador al tanque conservador, de manera que los gases producidos en aquel hagan que el aceite del tubo suba de nivel,: Al variar el nivel se mueven y los flotadores que tienen en su interior el relevador. Los flotadores, a moverse, accionan un circuito de alarma, y si la falla es mayor accionan el disparo.

La presión en los transformadores se controla normalmente por medio de manómetros que pueden tener accionamiento automático.

El nivel de aceite se controla mediante indicadores de nivel que así mismo pueden tener accionamiento automático. La rigidez dieléctrica del aceite se controla tomando muestras periódicamente del aceite del transformador por medio de la válvula de muestra que se encuentra colocada por lo general en la parte inferior del transformador.

CONEXIÓN DE TRANSFORMADORES

CONEXIÓN DELTA-DELTA

La conexión delta-delta en transformadores trifásicos se emplea normalmente en lugares donde existen tensiones relativamente bajas; en sistemas de distribución se utiliza para alimentar cargas trifásicas a 3 hilos.

CONEXIÓN DELTA-ESTRELLA

Esta conexión se emplea en aquellos sistemas de transmisión en que es necesario elevar voltajes de generación. En sistemas de distribución es conveniente su uso debido a que se pueden tener 2 voltajes diferentes (fase y neutro).

CONEXIÓN DE TRANSFORMADORES MONOFÁSICO EN BANCOS TRIFÁSICOS

Los transformadores monofásicos se conectan en bancos trifásicos principalmente en dos tipos de circuitos:

CONEXIÓN DE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS EN BANCOS TRIFÁSICOS

Los transformadores monofásicos se conectan en bancos trifásicos principalmente en dos tipos de circuitos:

a) En circuitos de muy alto voltaje.

b) En circuitos donde se requiera continuidad en el servicio. Normalmente se dispone de cuatro transformadores monofásicos, tres en operación y uno de reserva.

Las conexiones se hacen en transformadores monofásicos para formar bancos trifásicos son en general las mismas que se llevan a cabo en los transformadores trifásicos.

CONEXIÓN ESTRELLA-ESTRELLA

Esta conexión se emplea en tensiones muy elevadas, ya que se disminuye la cantidad de aislamiento. Tiene la desventaja de no presentar oposición a las armónicas impares; en cambio puede conectarse a hilos de retorno.

CONEXIÓN ESTRELLA-DELTA

Se utiliza esta conexión en los sistemas de transmisión de las subestaciones receptoras cuya función es reducir voltajes. En sistemas de distribución es poco usual; se emplea en algunas ocasiones para distribución rural a 20 Kv.

CONEXIÓN DELTA ABIERTA-DELTA ABIERTA

Esta puede considerarse como una conexión de emergencia en transformadores trifásicos, ya que si en un transformador se quema o sufre una avería cualquiera de sus fases se puede seguir alimentando carga trifásica operando el transformador a dos fases, solo que su capacidad disminuye a un 58.8% aproximadamente.

Los transformadores en V-V se emplean en sistemas de baja capacidad y usualmente operan como auto- transformadores.

Auto-transformador

Es un dispositivo eléctrico estático que:

1. Transfiere energía de ciertas características de un circuito a otro con características diferentes, por conducción eléctrica e inducción electromagnética

2. Lo hace manteniendo la frecuencia constante.

3. Tiene un circuito magnético y, a diferencia del transformador sus circuitos eléctricos están unidos entre sí.

Por el número de fases los auto-transformadores se fabrican:

1. monofásicos

2. Trifásicos.

Auto-transformador monofásico.

Conexiones de auto-transformadores trifásicos.

a) Conexión delta.

b) Conexión estrella

APLICACIÓN DEL AUTO-TRANSFORMADOR

1. Arranque de motores de inducción a voltaje reducido.

2. Interconexiones de líneas de transmisión con relaciones de voltajes no mayores de 2 a 1.

3. Como regulador de voltaje limitado.

4. En bancos de tierra.

INTERRUPTORES DE POTENCIA

Los interruptores de potencia, como ya se mencionó, interrumpen y restablecen la continuidad de un circuito eléctrico. La interrupción la deben efectuar con carga o corriente de corto circuito.

Se construyen en dos tipos generales:

a) Interruptores de aceite.

b) Interruptores neumáticos.

Para comprender el proceso de interrupción de cualquier tipo de interruptor de potencia, consideremos que se pone un generador G en corto circuito al cerrar un interruptor D, como se ilustra. Al hacer esto circula una corriente muy grande que hace que opere automático el interruptor D.

En el instante de cerrar el interruptor se produce una corriente de corto circuito cuyo valor está limitado por la resistencia del circuito inducido y la reactancia de dispersión.

Pero, como se sabe, la resistencia del inducido es despreciable en comparación con la reactancia de dispersión.

Entonces la corriente de corto circuito inicial está limitada únicamente por la reactancia de dispersión. Debido al efecto electromagnético de la corriente, su valor disminuye y, en consecuencia, disminuye el valor de F.e.m., a que ésta da lugar, de tal manera que la corriente adquiere un valor permanente que depende del campo inducido y que está limitado por la reactancia síncrona.

Si en el instante de cerrar el interruptor D el voltaje es máximo, la corriente de corto circuito recibe el nombre de corriente de corto circuito simétrica y su oscilograma es semejante a la siguiente figura.

Si el interruptor se cierra en cualquier otro instante, entonces la corriente de corto circuito recibe el nombre de asimétrica.

Como hemos considerado que al cerrar el interruptor D y producirse la corriente de corto circuito este interruptor D se desconecta automáticamente, entonces las magnitudes características a considerar durante el proceso de cierre-apertura son las siguientes:

1. Voltaje nominal.

2. Corriente inicial de C.C.

3. Corriente de ruptura

4. Capacidad interruptiva P.

5. Voltaje de restablecimiento.

VOLTAJE NOMINAL

SE DEBE CONSIDERAR porque es el voltaje normal de operación del interruptor.

Corriente inicial de corto circuito

Es el valor instantáneo de la corriente de falla

Corriente de ruptura

Es el valor permanente de la corriente de C.C.

Capacidad interruptiva

Es la potencia de interrupción a una corriente Iv de ruptura para trifásico P.

VOLTAJE DE RESTABLECIMIENTO

Es el voltaje que se presenta en el interruptor después de la desconexión.

CICLO DE TRABAJO DE LOS INTERRUPTORES

El ciclo de trabajo de un interruptor consiste en una serie de operaciones (interrupciones) de apertura y cierre, o ambas a la vez, con el objeto de revisar su funcionamiento y someterlo a las condiciones de operación. El ciclo de trabajo normalmente lo proporcionan los fabricantes con una designación; Por ejemplo: Se designa con A a la apertura C y al cierre. Una designación de tipo A-3CA significa que el interruptor después de una apertura A permanece tres minutos abierto y cierra de

nuevo para abrirse inmediatamente. El numero que se indica significa tiempo en minutos. En las designaciones estadounidenses se emplea la letra O para indicar apertura y C para cierre; así, la anterior designación se expresaría como O-3-CO

PRESTACIONES DE LOS INTERRUPTORES

Se denominan prestaciones de los interruptores a las condiciones de operación que puede darnos un interruptor y que se deben proporcionar como datos al fabricante para que bajo estas condiciones diseñen el dispositivo. Desde luego la más importante es la corriente de corto circuito, ya que es la que se somete al interruptor a las más exigentes condiciones de operación, y con esta corriente se debe de mencionar el interruptor. Sin embargo, existen otras que someten al interruptor a fuertes condiciones de operación, tales como el cierre de un interruptor sobre una falla existente, lo que provocan que se forme un arco antes de cerrarse los contactos; la fuerza electromagnética que se originan hace que los contactos no lleguen a cerrarse por el esfuerzo que se ha producido.

Otra condición que afecta la operación y que hay que tomar en cuenta para el dimensionado del interruptor la constituyen los reenganches a que se ven sometidos y que también originan arcos.

De lo anterior podemos deducir que los factores que afectan las prestaciones de los interruptores son las siguientes:

1. Interrupción de líneas por las que circulan corrientes inductivas con transformadores o bobinas en vació.

2. Interrupción de circuitos capacitivos (líneas con cargas capacitivas o líneas de muy alta tensión operando al vacío).

3. Interrupción de circuitos en la oposición de fases.

Interrupción de circuitos en líneas inductivas

Entre los factores que afectan las prestaciones de los interruptores se menciono la interrupción de circuitos por los que circulan corrientes inductivas, como son transformadores o bobinas en vacío. Desde luego que este se refiere a la alimentación por medio de líneas de transmisión, que es un caso interesante. Para entender el funcionamiento o fenómeno que se representa, consideremos el siguiente circuito.

R´ y L´ son la resistencia y la reactancia inductiva del circuito de alimentación, L y C son las capacitancias conductancias del circuito alimentado. La inductancia del circuito y la capacitancia de la línea, un instante antes de abrirse el interruptor debido a una falla en las inductancias del circuito en donde circulaba corriente, de tal manera que al abrirse almacenan cierta cantidad de energía magnética, la cual se descarga sobre la capacitancia del circuito, lo que hace que se presente un potencial debido a la energía almacenada por dicha capacitancia. Si la diferencia de potencial entre la capacitancia y el circuito de alimentación es grande, se produce un reencabado del arco entre los contactos.

Si la energía almacenada por la capacitancia es grande, este fenómeno se repite varias veces hasta que la energía disminuya a un valor tal que la diferencia de potencial sea pequeña.

INTERRUPCION DE CIRCUITOS CAPACITIVOS

Los circuitos capacitivos están representados por cargas capacitivas o líneas de alta tensión operando en vacío. Consideremos el segundo caso por ser e de mas importancia. En líneas de muy alta tensión y gran longitud se presenta un cierto valor de capacitancia; en estos circuitos la corriente y el voltaje están desfasados 90°, de tal forma que el voltaje al final de la línea es mayor que al principio, con lo que se tiene una diferencia de potencial “NATURAL” por las características del circuito. veamos este circuito:

Al producirse un corto circuito se abre el interruptor D quedando la línea en vació (por que no circula corriente). Entonces existe una diferencia de potencial entre los contactos del interruptor debido al potencial de la capacitancia; esté ase que se produzca al reencebado del arco, dando origen a un fenómeno semejante al del caso anterior al formarce un circuito oscilatorio LC entre la capacitancia y la inductancia de la línea.

INTERRUPCION DE CIRCUITOS EN OPOSICIÓN DE FASES

Inicialmente, cuando las centrales operaban aisladas el voltaje que se presentaba entre sus contactos después de una interrupción es el que se conoce como voltaje de reestablecimiento, y de los interruptores se construían de tal manera que el arco no se presentaba nuevamente entre los contactos, ya que la separación no lo permitía.

Este es clásico en sistemas de control-carga independientes.

Con el crecimiento de la demanda de energía eléctrica se presenta la necesidad de interconectar varios sistemas, de tal forma que en la actualidad son pocos los que trabajan en forma aislada.

Al interconectar varias centrales generadoras, la falla que ocurra en algún punto es alimentada desde varios lugares, por lo que al abrir el interruptor correspondiente se puede presentar el caso de de que las ondas de voltaje de dos centrales se encuentren en sus valores máximos opuestos. Entonces la tensión de restablecimiento en los contactos es el doble de la normal, lo que hace que se vuelva a formar el arco entre contactos, y se someta al interruptor a esfuerzos adicionales.

REENGANCHE RAPIDO

Se le conoce como un reenganche rápido a la operación de cierre de un interruptor después de una falla. El tiempo entre apertura y cierre de un interruptor después falla. El tiempo entre apertura y cierre debe ser lo más corto posible con objeto que no se pierda el sincronismo en los sistemas operando generadores en paralelo.

El lapso que permanece el interruptor abierto después de una falla se conoce como tiempo muerto y siempre es recomendable que su duración sea corta.

Por ejemplo, si el interruptor se abre por una falla transitoria, puede volver a cerrarse automáticamente después de un corto período y quedar el sistema operando normalmente; pero si la falla es permanente, al tratar de cerrarse se forma el arco nuevamente y los contactos se rechazan quedando el interruptor abierto en forma definitiva.

INTERRUPTOR DE ACEITE

Los interruptores de aceite se pueden clasificar en tres grupos:

1. Interruptores de gran volumen de aceite.

2. Interruptores de gran volumen

3. . Interruptores de pequeño volumen de aceite.

INTERRUPTORES DE GRAN VOLUMEN DE ACEITE

Estos interruptores reciben ese nombre debido a la gran cantidad de aceite que contienen: Generalmente se constituyen de tanques cilíndricos y pueden ser monofásicos. Los trifásicos son para operar a voltajes relativamente pequeños y sus contactos se encuentran contenidos en un recipiente común, separados entre sí por separadores (aislante).

Por razones de seguridad, en tensiones elevadas se emplean interruptores monofásicos (uno por base de circuitos trifásicos. Las partes fundamentales en estos interruptores son:

Tanques o recipientes …………………………1

Boquillas y contactos físicos………………….. 2–5

Conectores y elementos de conexión al circuito3

Vástago y contactos móviles………………….4–6

Aceite de refrigeración…. …………………….7

En general el tanque se construye cilíndrico, debido a las fuentes presiones internas que se presenten durante la interrupción. También el fondo del tanque lleva “costillas” de refuerzo para soportar estas presiones.

PROCESO DE INTERRUPCION

Cuando opera el interruptor debido a una falla, los contactos móviles se desplazan hacia abajo, separándose de los contactos móviles se desplazan hacia abajo, separándose de los conectadores fijos.

Al alejarse los contactos móviles de los fijos se va creando una cierta distancia entre ellos, y en función se estas distancias está la longitud del arc.

El arco de lugar a la formación de gases, de tal manera que se crea una burbuja de gas alrededor de los contactos que se desplaza una determinada cantidad de aceite. En la figura se ilustra el proceso inicial de interrupción.

Conforme aumenta la separación entre los contactos, el arco crece y la burbuja se hace mayor, de tal manera que al quedar los contactos en su separación total la presión ejercida por el aceites considerable, por lo que en la parte superior del recipiente se instala un tubo de fuga de gases.

INTERRUPTORES EN GRAN VOLUMEN DE ACEITE CON CAMARA DE EXTINCIÓN.

Los interruptores de grandes capacidades con gran volumen de aceite originan fuertes presiones internas que en algunas ocasiones pueden dar explosiones. Para disminuir estos riesgos se idearon dispositivos donde se forman las burbujas donde se forman las burbujas de gas, reduciendo las presiones a un volumen menor. Estos dispositivos reciben el nombre de “cámaras de extracción” y dentro de estas cámaras se extingue el arco. El procedimiento de extinción es el siguiente:

1. al ocurrir una falla se separan los contactos que se encuentran dentro de la cámara de extinción.

2. Los gases que se producen tienden a escapar, pero como se hallan dentro de la cámara que contiene aceite, originan una violenta circulación de aceite que extingue el arco.

3. Cuando los arcos se han extinguido, se cierran los elementos de admisión de la cámara.

En la figura se ilustra el diagrama de un interruptor de gran volumen de aceite con “cámara de extinción”

Los elementos principales de la cámara de extinción son el siguiente

El elemento de desconexión en los interruptores de gran volumen de aceite lo constituyen los contactos móviles. Estos contactos se pueden accionar en general de tres maneras distintas:

1. Mecánicamente, por medio de sistemas volante-bielas o engrane-bielas.

2. Magnéticamente, por medio de una electroimán conocido como bobina de disparo que acciona el trinquete de retención de los contactos móviles al ser energizado; se puede energizar manualmente (por medio de botón), o automáticamente (por medio de relevador).

3. La acción de conexión o desconexión se puede efectuar substituyendo el volante o los engranes con un motor eléctrico que puede operarse a control remoto.

Interruptores de pequeño volumen de aceite

Los interruptores de reducido volumen de aceite reciben este nombre debido a que su cantidad de aceite es pequeña en comparación con los de gran volumen. (Su contenido varía entre 1.5 y 2.5% del que contiene los de gran volumen.)

Se constituyen para diferentes capacidades y voltajes de operación y su construcción es básicamente una cámara de extinción modificada que permite mayor flexibilidad de operación.

En este tipo de interruptores la camara de exitacion del arco consiste fundamentalmente de las siguientes partes.

El funcionamiento de este interruptor es el siguiente:

4. al ocurrir una falla se desconecta el contacto móvil 3 originándose un arco eléctrico S.

5. A medida que sale el contacto se va creando una circulación de aceite entre las diferentes cámaras que constituyen el cuerpo.

6. Al alcanzar el contacto móvil si máxima carrera al aceite que circula violentamente extingue el arco por completo.

7. Los gases que producen escapan por la parte superior del interruptor.

Estos interruptores se fabrican por lo general de tipo columna.

Interruptores de aire

Debido al peligro de explosión e incendio que representan los interruptores en aceite, se fabrican los interruptores neumáticos, en los cuales la extinción del arco se efectúa por medio de un chorro de aire a presión.

INTERRUPTOR NEUMÁTICO

El aire a presión se obtiene por un sistema de aire comprimido que incluye una o varias impresoras, un tanque principal, un tanque de reserva y un sistema de distribución en caso de que sean varios interruptores. 1.Se fabrican monofásicos y trifásicos, para el uso interior o uso exterior. El proceso general se puede comprender con ayuda de la figura siguiente.

Cuando ocurre una falla la detecta el dispositivo de control, de tal manera que una válvula de solenoide acciona a la válvula principal (2),ésta se abre, permitiendo el acceso de aire a los aisladores huecos (1).

2.El aire a presión que entra en los aisladores huecos presiona por medio de un embolo a los contactos (5).

3.Los contactos (5) accionan a los contactos (6) que operan simultáneamente abriendo el circuito.

4.Como los aisladores huecos (1) se encuentran conectados directamente a las cámaras de extinción (3), al bajar los contactos (5) para accionar a los contactos (6) el aire a presión que se encuentra en los aisladores (1) entra violentamente a la cámara de extinción (3) extinguiéndose el arco.

VENTAJAS DEL INTERRUPTOR NEUMÁTICO SOBRE LOS INTERRUPTORES DE ACEITE.

1.Ofrecemos mejores condiciones de seguridad, ya que evita explosiones e incendios.

2.Interrumpe las corrientes de falla en menos ciclos (3 a 5).

3.Disminuye la posibilidad de ensebados de arco.

4.Es mas barato.

INTERRUPTOR DE EXPANSION

Los interruptores de expansión, al igual que los neumáticos, evita las explosiones e incendios. En este tipo de interruptores los contactos se encuentran dentro de una cámara de expansión semejante a la mostrada en la figura anterior. El proceso de interrupción se puede describir brevemente como sigue:

1.Cuando ocurre una falla, se acciona la pieza de contacto móvil que se encuentra dentro de la cámara de expansión.

2.al caer el contacto se establece el arco (6) en presencia del agua contenida en la cámara.

3.La temperatura a que da lugar el arco produce vapor de agua dentro de la cámara de condensación

4.el vapor producido en la cámara de condensación provoca una fuerte circulación de agua que extingue parcialmente el arco.

5.El vapor condensado en la cámara acabada de extinguir el arco al circular el H2O fría.

Los interruptores de expansión se utilizan para tensiones medianas (15–30Kv)

FORMAS DE OPERACIÓN PARA APERTURA Y CIERRE EN INTERRUPTORES DE ACEITE DE MEDIANA Y ALTA CAPACIDAD

Forma de operación: manual y automática.

Condición fundamental: que su mecanismo se encuentre en buenas condiciones (transformador de corriente, bobinas de disparo y elementos mecánicos.)

TIPOS DE CONEXIÓN

OPERACIÓN:

1El transformador de corriente detecta la falla y envia la señal a la bobina de disparo.

2.la bobina de disparo actúa el trinquete del dispositivo mecánico.

OPERACIÓN:

3.la flecha hexagonal es accionada por el volante o sistema de palanca (operación manual) o por la bobina de disparo (automática)

4.Los restos que se encuentran a presión en la parte superior del vástago lo accionan violentamente hacia abajo, desconectan el circuito.

5.La operación de cierre sé efectúa en forma semejante, pero en sentido inverso.

6.Los amortiguadores sirven para evitar que el contacto móvil sea rechazado al efectuarse el cierre.

OPERACIÓN: a) Desenergizar la bobina de disparo abriendo el contacto (2) que a su vez abre el contacto (1)

DIAGRAMA DE OPERACIÓN DE RECIENTE.

b) Si la falla persiste (bobina de corriente energizada) abrir el contacto (1) volviendo a operar el contacto (2). Esta operación se efectúa tres veces, al cabo de las cuales se acciona un dispositivo que impide que vuelva a accionarse.

En el mercado se encuentran del tipo 2-AC-15 seg.

C) El dispositivo que se traba el revelador también trabaja cuando el interruptor se abre manualmente.

SISTEMA DE OPERACIÓN DE LOS INTERRUPTORES NEUMÁTICOS.

OPERACIÓN DE APERTURA

1.Al detectar la falla, la señal se transmite a la bobina de apertura (neumática de solenoide) que abra la válvula de salida (2). El aire entra a la válvula principal y hace descender el émbolo.

2. En la operación central del embolo se encuentran la barra (acoplada) que acciona el dispositivo mecánico. 3. La operación de cierre se efectúa energizando la bobina de cierre, y por tanto el proceso es contrario.

SISTEMA DE RESIRTES COMPRIMIDOS

PRUEBAS DE INTERRUPTORES

Las pruebas que generalmente se efectúan a los interruptores o antes de poner en servicio un sistema son los siguientes:

1. Prueba de prestación.

Sirve para determinar el valor de la corriente de apertura o de la corriente de cierra en algunos casos (corriente de falla).

a.

2. Prueba de sobrecargo

Sirve para comprobar si el interruptor soporta la corriente de sobrecarga fijada.

3.Prueba de temperatura.

Sirve para verificar el comportamiento del interruptor a la tensión nominal y comprobar la calidad de los aislantes empleados

4.Prueba de presión.

Nos permite comprobar la resistencia del tanque a las presiones internas originadas en una falla.

7.Prueba de funcionamiento.

Es la ultima prueba que nos permite comprobar el funcionamiento correcto de los dispositivos de control y mecánico, fundamentalmente la operación simultánea de los polos de desconexión.

ESPECIFICACIONES PARA INTERRUPTORES DE POTENCIA

Veamos las especificaciones que se deben dar para la compra o fabricación de un interruptor de potencia. De todos los tipos estudiados hay gran diversidad y al igual que en las transformadores se deben especificar generalidades, función del interruptor en la subestación, si la subestación es de tipo interior o intemperie, si es de accionamiento manual o automático.

Entre los datos técnicos que se deben proporcionar se pueden mencionar como funcionamiento los siguientes:

a) Tensión normal de operación.

b) Corriente nominal.

c) Corriente de ruptura en KA.

d) Capacidad de ruptura en MVA.

e) CAPACIDAD de ruptura para S SRG, de duración de falla.

ALGUNAS CAPACIDADES COMERCIALES DE INTERRUPTORES

Tipo “GC” Un solo tanque.

Características. 14.4 KV 100, 250, 500 MVA.

TIPO “G” Tres tanques.

Características. 14.4 hasta 69 KV, −500 hasta 2500 MVA. Usado en transmisiones de potencia.

TIPO “GM” Montado sobre el piso.

Características. 69 hasta 1614 KV, −1500 hasta 1500 MVA. Empleando en sistemas de trasmisión.

TIPO “GW” 230 KV a 345 KV 1200 a 1600 Amp.

Este interruptor se emplea para circuitos de líneas de alto voltaje en que se requiere una capacidad de interrupción muy rápida, y con características de reenganche rápido efectivo.

RESTAURADORES

En los sistemas de distribución, además del problema de la protección de los equipos eléctricos, se representan el de la “continuidad” del servicio, es decir la protección que se planea en las redes de distribución se hace pensando en los dos factores mencionados anteriormente.

Para satisfacer esta necesidad se ideo un interruptor de operaciones automáticamente que no necesita de accionamiento manual para sus operaciones de cierre o apertura (la operación manual se refiere al mando por control remoto), es decir, construido de tal manera que un disparo o un cierre está calibrando de antemano y opera bajo bajo una secuencia lógica predeterminada y constituye un interruptor desacuerdo con las necesidades de la red de distribución que se va a proteger.

Este interruptor recibe por tales condiciones el nombre de restaurador.

Un restaurador no es mas que un interruptor de aceite con sus tres contactos dentro de un mismo tanque y que opera en capacidades interruptivas relativamente bajas y tensiones no muy elevada.

Los restauradores normalmente esta construidos para funcionar con tres operaciones de recierre y cuatro aperturas con un intervalo entre una y otra calibrada entre mano en la ultima apertura el cierre debe ser manual ya que indica que la falla es permanente.

OPERACIÓN DE UN RESTAURADOR

El restaurador opera en forma semejante a un interruptor trifásico, ya que sus contactos móviles son accionados por un vástago común, conectados y desconectados en forma simultanea.

El proceso de apertura y recierre se puede describir brevemente como sigue:

1. cuando ocurre una falla la bobina de disparo se energiza y actúa sobre un trinquete mecánico que hace caer a los contactos móviles

2. los contactos móviles disponen de resortes tensionados de tal forma que la apertura es rápida al caer los contactos móviles energizan la bobina de recierre que se encuentran calibrada para operar con un cierto intervalo.

3. la bobina de recierre acciona un dispositivo mecánico que opera los contactos móviles, conectándose nuevamente con los contactos fijos.

4. si la falla es transitoria, el restaurador queda conectado y preparado para otra falla; si la falla es permanente repetira todo el proceso anterior hasta quedar fuera según sea el numero de resierres para el cual se ha calibrado.

La interrupción del arco tiene lugar en una cámara de excitación que contiene los contactos.

Los restauradores que más se emplean son los de tipo R y W.

Restaurador tipo R

El restaurador tipo R es semejante en su construcción al tipo W, pero se emplea para capacidades menores. A continuación se dan algunos datos de este tipo de restaurador.

Voltaje nominal 2.4----−14.4 KV

Corriente nominal 25---−400 Amp.

Voltaje de diseño 15.5 KV

Restaurador tipo W

Se construye, en forma parecida al tipo R, pero es un poco más robusto.

Voltaje nominal 2.4-----−14.4 KV

Corriente nominal 100----−560 Amp.

Voltaje de diseño 15.5 KV

En las siguientes tablas se encuentran especificadas las capacidades comerciales de ambos tipos de restauradores.

CUCHILLA FUSIBLE

La cuchilla fusible es un elemento de conexión y desconexión de circuitos eléctricos. Tiene dos funciones: como cuchilla desconectadora, para lo cual se conecta y desconecta, y como elemento de protección.

El elemento de protección lo constituye el dispositivo fusible, que se encuentra dentro del cartucho de conexión y desconexión. El dispositivo fusible se selecciona deacuerdo con el valor de corriente nominal que va a circular por él, pero los fabricantes tienen el correspondiente valor de corriente de ruptura para cualquier valor de corriente nominal.

Los elementos fusibles se construyen fundamentalmente de plata (en casos especiales), cobre electrolítico con aleación de plata, o cobre aleado con estaño.

Existen diferentes tipos de cuchillas fusibles, de acuerdo con el empleo que se les dé. Entre los principales tipos y características tenemos los siguientes:

CUCHILLAS DESCONECTADORAS

(SECCIONADORES)

la cuchilla desconectadora es un elemento que sirve para desconectar físicamente un circuito eléctrico.

Por lo general se operan sin carga, pero con algunos aditamentos se puede operar con carga, hasta ciertos límites.

Clasificación de cuchillas desconectadoras

Por su operación:

a) con carga (con tensión nominal)

b) Sin carga (con tensión nominal)

Por su tipo de accionamiento:

a) Manualb) Automático

Por su forma de desconexión:

a) Con tres aisladores, dos fijos y un giratorio al centro (horizontal), llamado también de doble arco.

b) Con dos aisladores (accionados con pértiga), operación vertical.

Por la forma en que se instala, la cuchilla recibe el nombre de:

Vertical LCO.

Horizontal standard

c) Con dos aisladores, uno fijo y otro giratorio en el plano horizontal.

d) Pantógrafo o separador de tijera.

e) Cuchilla tipo “AV”

f) Cuchilla de tres aisladores, el de centro movible por cremallera

g) Cuchillas desconectadoras con cuernos de arqueo

h) Cuchilla tripolar de doble aislador giratorio

Algunas capacidades comerciales de cuchillas desconectadoras

Cuchillas de operación vertical en grupo, para montaje a la intemperie (dos aisladores).

Voltaje nominal 7.5, 15, 23, 34.5, 46, 69 KV

Corriente continuada 600, 600, 600, 600, 600, 600 AMPS.

Frecuencia 50–60 Hz.

Apertura de cuchillas 90°

Cuchillas de operación vertical, para montaje a la anterior (dos aisladores). Desconexión con pértiga

Voltaje nominal 6, 7.5, 15, 23, 30 KV

Corriente continuada 600, 600, 600, 600, 600 Amps.


Apertura de cuchillas 90°

Se recomienda usarlas para operación en grupo hasta 15KV.

Cuchillas de operación vertical (una por fase) para instalación a la intemperie.

Cuchillas de operación horizontal con un aislador giratorio al centro, tipo intemperie, para operación en grupo.

Voltaje nominal 7.5, 15, 34.5, 46, 69, 84 KV

Corriente continuada 600, 600, 600, 600, 600, 600, 600 Amp.Frecuencia 50.60 Hz.

Apertura 90°

También se fabrican, para los mismos voltajes y corrientes, de 1200 amperes.

Cuchillas de operación horizontal con dos aisladores giratorios, tipo intemperie, para operación en grupo por barra de mando.

Cuchillas de operación vertical de doble arco tipo “AV” para intemperie, operación individual.

Voltaje nominal 7.5, 14.4, 23, 34.5 KV

Corriente continuada 600, 600, 600, 600 Amp. 1200, 1200, 1200, 1200 Amp.


Las cuchillas que con voltajes mayores de 161 KV son de manufactura especial y el fabricante proporciona los datos de diseño.

Para tensiones elevadas se emplean cuchillas con cuernos de arqueo y puesta a tierra. Estas cuchillas son semejantes a los de cuerno de arqueo y conexión de puesta a tierra.

APARTARRAYOS

Las sobretensiones que se presentan en las instalaciones de un sistema pueden ser de dos tipos:

1. sobretensiones de tipo atmosférico.

2. sobretensiones por fallas en el sistema.

En el estudio que ahora trataremos nos ocuparemos de las sobretensiones de tipo atmosférico.

Apartarrayos. El apartarrayos es un dispositivo que nos permite proteger las instalaciones contra sobretensiónes de tipo atmosférico.

Las ondas que presentan durante una descarga atmosférica viajan a la velocidad de la luz y dañan al equipo si no se tiene protegido correctamente; para la protección del mismo se deben tomar en cuenta los siguientes aspectos:

1. descargas directas sobre la instalación

2. descargas indirectas

De los casos anteriores el mas interesante, por presentarse con mayor frecuencia, es el de las descargas indirectas.

El apartarrayos, dispositivo que se encuentra conectado permanentemente en el sistema, opera cuando se presenta una sobretensión de determinada magnitud, descargando la corriente a tierra.

Su principio general de operación se basa en la formación de un arco eléctrico entre dos explosores cuya operación esta determinada de antemano deacuerdo a la tensión a la que va a operar.

Se fabrican diferentes tipos de apartarayos, basados en el principio general de operación; por ejemplo: los más empleados son los conocidos como “apartarrayos tipo autovalvular” y “apartarrayos de resistencia variable”.

El apartarrayos tipo autovalvular consiste de varias chapas de explosores conectados en serie por medio de resistencias variable cuya función es dar una operación más sensible y precisa. se emplea en los sistemas que operan a grandes tensiones, ya que representa una gran seguridad de operación.

El apartarreyos de resistencia variable funda su principio de operación en el principio general, es decir, con dos explosores, y se conecta en serie a una resistencia variable. Se emplea en tensiones medianas y tiene mucha aceptación en el sistema de distribución.

La función del aparterrayos no es eliminar las ondas de sobretensión

Presentadas durante las descargas atmosféricas, sino limitar su magnitud a valores que no sean perjudiciales para las máquinas del sistema.

Las ondas que normalmente se presentan son de 1.5 a 1 microseg. (Tiempo de frente de onda). La función del apartarrayos es cortar su valor máximo de onda (aplanar la onda).

Las sobretensiones originadas por descargas indirectas se deben a que se almacenan sobre las líneas cargas electrostáticas que al ocurrir la descarga se parten en dos y viajan en ambos sentidos de la línea a la velocidad de la luz.

Los apartarrayos protegen también a las instalaciones contra descargas directas, para lo cual tiene un cierto radio de protección. Para mayor seguridad a las instalaciones contra las cargas directas se instalan unas varillas conocidas como bayonetas e hilos de guarda semejantes a los que se colocan en las líneas de transmisión.

La tensión a que operan los apartarrayos se conoce técnicamente como tensión de cebado del apartarrayos.

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

EQUIPO CARIER DE COMUNICACIÓN

Algunas líneas largas llevan equipo carrier para comunicación, que es más confiable, más económico que el alambre piloto de comunicación, aun cuando el equipo terminal es mas complicado que el requerido para intercomunicación con alambre piloto.

Hay instalaciones en que el costo del equipo carrier es elevado, por lo que a veces se reduce al uso del canal carrier regular o telefónico de emergencia para el control del supervisor.

En las mismas instalaciones, la ayuda de los capacitores de acoplamiento requeridos para el canal carrier pueden ser usados también como capacitores de potencial, tomando su poder expansivo de los transformadores (potencial expansivo), los cuales pueden ser otra vez utilizados para muestras de voltaje a través de los relevadores de protección.

Contrariamente a la practica común, el alambre piloto de comunicación toma una comparación cuantitativa de las corrientes en las dos terminales, lo cual no sucede en la comunicación por equipo carrier, existiendo la simple posibilidad de la señal transmitida, esto es, el carrier puede estar en una de las dos posiciones: apagado o encendido.

En la siguiente figura muestra el equipo requerido para un sistema de comunicación común y corriente. En cada terminal de la línea de transmisión protegida con relevadores se protege a un sistema carrier, ósea una unidad protector-transmisor y a su capacitor de acoplamiento, además de la trampa de línea. Los relevadores son de tipo de alta velocidad y pueden ser para cada fase y para cada tierra.

La unidad transmisora- receptora se asemeja a un simple radiotelegrafio transmisor y receptor. El transmisor consiste en un oscilador maestro y un amplificador de potencia, tiene una potencia de salida de 5 a 40 watts y opera a una frecuencia que puede ser ajustada a cualquier valor entre 50 y 150 Hz.

El receptor tiene un detector y algunas veces un bulbo relevador, su potencia de salida está dada por el relevador de protección; cada receptor está conectado a una de las dos terminales de la línea y está en concordancia con la frecuencia del transmisor en la otra terminal.

Cualquiera de los dos puede ser utilizado para transmisión en ambas direcciones y puede usarse para transmitir a diferentes frecuencias si así se desea.

Sobre una línea multiterminal todos los transmisores-receptores deberán ser sintonizados a la misma frecuencia, de tal manera que cada receptor responda al transmisor del otro extremo o al transmisor de la misma terminal.

Un sintonizador está para igualar el receptor y el transmisor a la misma línea de transmisión. La unidad transmisor-receptor se instala algunas veces afuera de la casa de tableros y cerca del capacitor de acoplamiento a través de un cable coaxial.

La batería de reserva de la instalación es utilizada como fuente de potencia.

La unidad receptor-transmisor se conecta al conductor de la línea de transmisión de alto voltaje por medio de un capacitor de acoplamiento. Este consta de un banco de capacitores sumergidos en aceite en un recipiente de porcelana y conectados en serie para aumentar la resistencia de la línea de alto voltaje. Se pone a tierra a través de una bobina de choque (del orden de 100 mili henrys).

El banco de capacitores sumergidos en aceite tiene una capacitancia de 1/1000 de micro farad, dando una impedancia de un poco menor de 1000000 de ohms a la corriente de la línea: la inductancia de la línea del otro lado, ofrece una baja impedancia a la corriente de 60 Hz. La reactancia del capacitor de acoplamiento a la corriente del carrier es compensada por la inductancia ajustable en el sintonizador de la línea operada.

Una trampa de línea consiste en una combinación de inductancias y capacitancias en paralelo ajustadas a la frecuencia del carrier; se conecta en serie con el conductor de línea en cada extremo de la línea de transmisión protegida.

El propósito de la trampa es confiar la potencia del carrier a la selección protegida: así se asegura una amplia resistencia de la señal, que no es afectada por la operación de interruptores o por fallas de línea a tierra o sobre otro circuito.

El circuito carrier puede consistir de dos o tres alambres de línea o de un alambre con retorno a tierra. El circuito con retorna a tierra tiene una atenuación más grande de interferencias más altas que el circuito metálico de dos o tres alambres; por otro lado se requiere solo la mitad de capacitores de acoplamiento y trampas de onda. Sin embargo, para enviar el problema de las interferencias se prefiere para la comunicación el circuito de dos a tres alambres.

TRANSFORMADORES PARA INSTRUMENTO

Se denominan transformadores para instrumento los que se emplean para alimentación de equipo de medición, control o protección. Los transformadores para instrumento se dividen en dos clases:

1. Transformadores de corriente

2. Transformadores de potencial

Transformadores de corriente

Se conoce como transformador de corriente a aquél cuya función principal es cambiar el valor de la corriente de uno más o menos elevado a otro con el cual se pueda alimentar a instrumentos de medición. Control o protección, como amperímetros, wátmetros, instrumentos registradores, relevadores de sobrecorriente, etc.

Su construcción es semejante a la de cualquier tipo de transformador, ya que fundamentalmente consiste de un devanado primario y un devanado secundario. La capacidad de estos transformadores es muy baja, se determina sumando las capacidades de los instrumentos que se van a alimentar, y puede ser 15, 30, 50, 60, y 70 VA.

Estos transformadores son generalmente de tamaño reducido y el aislamiento que se emplea en su construcción tiene que ser de muy buena calidad. Pudiendo ser en algunos casos resinas sintéticas (compound), aceite o líquidos no inflamables (Pyranol, clorextol, etc.).

Como estos transformadores normalmente van a estar conectados en sistemas trifásicos, las conexiones que se pueden hacer con ellos son las conexiones normales trifásicas entre transformadores (delta estrella, delta, etc.). Es muy importante en cualquier conexión trifásica que se haga conectar correctamente sus devanados de acuerdo con sus marcas de polaridad, y siempre conectar el lado secundario a tierra.

Hay transformadores de corriente que operan con relativamente bajas; estos transformadores pueden construirse sin devanado primario, ya que el primario lo constituye la línea a la que van a conectarse. En este caso a los transformadores se les denomina tipo dona.

La representación de un transformador de corriente en un diagrama unifilar es la siguiente:

Las relaciones de transformación son de diferentes valores, pero la corriente en el devanado secundario normalmente es de 5 amperes.

Transformadores de potencial

Se denomina transformador de potencial a aquél cuya función principal es transformar los valores de voltaje sin tomar en cuenta la corriente. Estos transformadores sirven para alimentar instrumentos de medición, control o protección que requieran señal de voltaje.

Los transformadores de potencial se construyen con un devanado primario y otro secundario; su capacidad es baja, ya que se determina sumando las capacidades de los instrumentos de medición, control o protección que se van a alimentar, y varían de 15 a 60 VA. Los aislamientos empleados son de muy buena calidad y son en general los mismos que se usan en la fabricación de los transformadores de corriente.

Se construyen de diferentes relaciones de transformación, pero el voltaje en el devanado secundario es normalmente de 115 volts. Para sistemas trifásicos se conectan en cualquiera de las conexiones trifásicas conocidas, según las necesidades. Debe tenerse cuidado de que sus devanados estén conectados correctamente de acuerdo con sus marcas de polaridad.

Representación de un transformador de potencial en un diagrama unifilar:

Los transformadores de instrumento tienen diferente precisión de acuerdo con el empleo que se les dé. A esta precisión se le denomina clase de precisión y se selecciona dé acuerdo con la siguiente lista:

Clase de precisión

0.1. Los pertenecientes a esta clase son generalmente transformadores patrones empleados en laboratorios para calibración por contratación.

0.2. Los de esta clase pueden emplearse como transformadores patrones o para alimentar instrumentos que requieran mucha precisión, como son instrumentos registradores, controladores, aparatos integrados, etc.

0.5 Los transformadores pertenecientes a esta clase se emplean comúnmente para alimentar instrumentos de medición normal, como son amperímetros, voltímetros, wátmetros, barómetros, etc.

3. Los transformadores para instrumento que pertenecen a esta clase son empleados normalmente para alimentar instrumentos de protección como son relevadores; la tolerancia permitida en esta clase es de 2.5 al 10%.

Especificaciones para transformadores de instrumento

a) Transformador de corriente

1. función a desempeñar

2. Relación de transformación (corriente primaria)

3. Tensión de operación

4. Clase de precisión y tolerancia

b) Transformador depotencial

8. Función a desempeñar

9. Relación de transformación (voltaje primario)

10. Colocación de las boquillas (en caso de subestación a la intemperie)

11. Clase de precisión y tolerancia.

TIPOS Y CONSTRUCCION DE TRANFORMADORES

Funcionamiento

Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, circulará por éste una corriente alterna que creará a su vez un campo magnético variable. Este campo magnético variable originará, por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario.

Representación esquemática del transformador.

Relación de Transformación

La relación de transformación nos indica el aumento ó decremento que sufre el valor de la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, por cada volt de entrada cuántos volts hay en la salida del transformador.

La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) .

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Transformador.png

La razón de la transformación (m) de la tensión entre el bobinado primario y el bobinado secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de tensión.

Donde: (Vp) es la tensión en el devanado primario ó tensión de entrada, (Vs) es la tensión en el devanado secundario ó tensión de salida, (Ip) es la corriente en el devanado primario ó corriente de entrada, e (Is) es la corriente en el devanado secundario ó corriente de salida.

Esta particularidad se utiliza en la red de transporte de energía eléctrica: al poder efectuar el transporte a altas tensiones y pequeñas intensidades, se disminuyen las pérdidas por el efecto Joule y se minimiza el costo de los conductores.

Así, si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del primario, al aplicar una tensión alterna de 230 voltios en el primario, se obtienen 23.000 voltios en el secundario (una relación 100 veces superior, como lo es la relación de espiras). A la relación entre el número de vueltas o espiras del primario y las del secundario se le llama relación de vueltas del transformador o relación de transformación.

Ahora bien, como la potencia eléctrica aplicada en el primario, en caso de un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario, el producto de la fuerza electromotriz por la intensidad (potencia) debe ser constante, con lo que en el caso del ejemplo, si la intensidad circulante por el primario es de 10 amperios, la del secundario será de solo 0,1 amperios (una centésima parte).

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Transformer_under_load.svg

Transformadores De Medida.

Hay dos transformadores especiales que se usan con los sistemas de potencia para mediciones. Uno es el transformador de potencia y el otro, es el de corriente.

Transformador De Potencia.

Es un transformador devanado especialmente, con un primario de alto voltaje y un secundario de baja tensión. Tiene una potencia nominal muy baja y su único objetivo es suministrar una muestra del voltaje del sistema de potencia, para que se mida con los instrumentos incorporados. Puesto que el objetivo principal es el muestreo del voltaje, deberá ser particularmente preciso como para no distorsionar los valores verdaderos. Se pueden conseguir transformadores potenciales de varios niveles de precisión, dependiendo de que tan precisa deban ser sus lecturas, para cada aplicación especial.

Transformador De Corriente.

Los transformadores de corriente se utilizan para tomar muestras de corriente de la línea y reducirla a un nivel seguro y medible, para las gamas normalizadas de instrumentos, aparatos de medida, u otros dispositivos de medida y control.

Los valores nominales de los transformadores de corriente se definen como relaciones de corriente primaria a corriente secundaria. Unas relaciones típicas de un transformador de corriente podrían ser 600 / 5, 800 / 5, 1000 / 5. Los valores nominales de los transformadores de corriente son de 5 A y 1 A.

El primario de estos transformadores se conecta en serie con la carga, y la carga de este transformador esta constituida solamente por la impedancia del circuito que se conecta a él.

Tipos De Construcción:Los tipos de transformadores de corriente son:a. Tipo primario devanado: Consta de dos devanados primarios y

secundarios totalmente aislados y montados permanentemente sobre el circuito magnético.

b. Tipo barra: Es similar al tipo primario devanado, excepto en que el primario es un solo conductor recto de tipo barra.

c. Tipo toroidal(ventana): Tiene un devanado secundario totalmente aislado y montado permanentemente sobre el circuito magnético y una ventana a través de la cual puede hacerse pasar un conductor que proporciona el devanado primario.

d. Tipo para bornes: Es un tipo especial toroidal proyectado para colocarse en los bornes aislados de los aparatos, actuando el conductor del borne como devanado primario.

Los transformadores de corriente se clasifican de acuerdo con el aislamiento principal usado, como de tipo seco, rellenos de compuestos, moldeados o en baño de líquido.

Circuito equivalente.El circuito equivalente de un transformador de corriente es el siguiente:

Donde: Yo: admitancia de excitación. Z2: Impedancia de carga. Zeq: Impedancia equivalente referida al secundario.

Auto-Transformadores.En algunas ocasiones es recomendable cambiar los niveles de voltaje en

una mínima cantidad.Por ejemplo puede ser necesario incrementar un voltaje de 110 a 120v o

de 13.2 a 13.8 kv. Estos pequeños aumentos pueden ser necesarios por caídas de voltaje que suelen ocurrir en los sistemas de potencia, a mucha distancia de los generadores. En tales circunstancias sería un desperdicio y sumamente costoso usar un transformador convencional con dos bobinados completos, cada uno con tensión nominal de mas o menos el mismo voltaje. En lugar de esto se suele utilizar un transformador especial llamado autotransformador.

La figura siguiente nos muestra un esquema del autotransformador. Consta de un bobinado de extremos A y D, al cual se le ha hecho una derivación en el punto intermedio B. Por ahora llamaremos primario a la sección completa A D y secundario a la porción B D, pero en la práctica puede ser a la inversa, cuando se desea elevar la tensión primaria.

En el autotransformador elevador , la primera bobina se ilustra conectada en forma aditiva a la segunad bobina. Ahora, la relación entre los voltajes de la primera y la segunda bobina se establece por la relación de vueltas del transformador. Sin embargo, el voltaje a la salida de todo el transformador es la suma de los voltajes de la primera y la segunda bobina. Aquí la primera bobina se denomina común, por que su voltaje aparece en ambosn lados del transformador. La bobina mas pequeña se denomina bobina serie, porque está conectada en serie con la bobina común.

En el transformador reductor el voltaje de alimentación es la suma de los voltajes en las bobinas series y común, mientras que el voltaje de salida es solamente el voltaje en la bobina común.

Puesto que las bobinas del transformador están físicamente conectadas, para el autotransformador se usa una terminología diferente de la que se utiliza para otro tipos de transformadores.

El primario del autotransformador (el lado que recibe la corriente) puede ser cualquiera de sus lados, dependiendo de si el autotransformador actúa como reductor o como elevador.

Transformadores Trifásicos.

Construcción.Casi todos los sistemas importantes de generación y distribución de

potencia del mundo son, hoy en día, sistemas de ca trifásicos. Puesto que los sistemas trifásicos desempeñan un papel tan importante en la vida

moderna, es necesario entender la forma como los transformadores se utilizan en ella.

Los transformadores para circuitos trifásicos pueden construirse de dos maneras. Estas son:

Tomando tres transformadores monofásicos y conectándolos en un grupo trifásico.

Haciendo un transformador trifásico que consiste en tres juegos de devanados enrollados sobre un núcleo común.

Conexiones De Transformador Trifásico.

Un transformador trifásico consta de tres transformadores monofásicos, bien separados o combinados sobre un núcleo. Los primarios y secundarios de cualquier transformador trifásico pueden conectarse independientemente en estrella o en delta( ). Esto da lugar a cuatro conexiones posibles para un transformador trifásico. Conexión Estrella( )- Estrella )

En una conexión , el voltaje primario de cada fase se expresa por VFP=VLP /Ö3. El voltaje de la primera fase se enlaza con el voltaje de la segunda fase por la relación de espiras del transformador. El voltaje de fase secundario se relaciona, entonces, con el voltaje de la línea en el secundario por VLS =Ö3 * VFS. Por tanto, la relación de voltaje en el transformador es

VLP / VLS = (Ö3 * VFP) / (Ö3 * VFS) = a

Se emplea en sistemas con tensiones muy elevadas, ya que disminuye la capacidad de aislamiento. Esta conexión tiene dos serias desventajas.

Si las cargas en el circuito del transformador estan desbalanceadas, entonces los voltajes en las fases del transformador se desbalancearan seriamente.

No presenta oposición a los armónicos impares(especialmente el tercero). Debido a esto la tensión del tercer armónico puede ser mayor que el mismo voltaje fundamental.

Ambos problemas del desbalance y el problema del tercer armónico, pueden resolverse usando alguna de las dos técnicas que se esbozan a continuación.

Conectar sólidamente a tierra el neutro primario de los transformadores. Esto permite que los componentes adicionales del tercer armónico, causen un flujo de corriente en el neutro, en lugar de causar gran aumento en los voltajes. El neutro también proporciona un recorrido de retorno a cualquier corriente desbalanceada en la carga.

Agregar un tercer embobinado(terciario) conectado en delta al grupo de transformadores. Esto permite que se origine un flujo de corriente circulatoria dentro del embobinado, permitiendo que se eliminen los componentes del tercer armónico del voltaje, en la misma forma que lo hace la conexión a tierra de los neutros. De estas técnicas de corrección, una u otra deben usarse siempre que un transformador se instale. En la practica muy pocos transformadores de estos se usan pues el mismo trabajo puede hacerlo cualquier otro tipo de transformador trifásico.

Conexión Estrella DeltaEn esta conexión el voltaje primario de línea se relaciona con el voltaje

primario de fase mediante VLP =Ö3 * VFP, y el voltaje de línea secundario es igual al voltaje de fase secundario VLS = VFS. La relación de voltaje de cada fase es VFP / VFS = a

De tal manera que la relación total entre el voltaje de línea en el lado primario del grupo y el voltaje de línea en el lado secundario del grupo es VLP / VLS = (Ö3 * VFP) / VFS

VLP / VLS = (Ö3 * a)

La conexión no tiene problema con los componentes del tercer armónico en sus voltajes, ya que ellos se consumen en la corriente circulatoria del lado delta(). Está conexión también es más estable con relación a las cargas desbalanceadas, puesto que la delta() redistribuye parcialmente cualquier desbalance que se presente.

Esta disposición tiene, sin embargo, un problema. En razón de la conexión delta( el voltaje secundario se desplaza 30º con relación al voltaje primario del transformador. El hecho de que un desplazamiento de la fase haya ocurrido puede causar problemas al conectar en paralelo los secundarios de dos grupos de transformadores. Los ángulos de fase de los transformadores secundarios deben ser iguales si se supone que se van a conectar en paralelo, lo que significa que se debe poner mucha atención a la dirección de desplazamiento de 30º de la fase, que sucede en cada banco de transformadores que van a ser puestos en paralelo.

En estados unidos se acostumbra hacer que el voltaje secundario atrase al primario en 30º. Aunque esto es lo reglamentario, no siempre se ha cumplido y las instalaciones más antiguas deben revisarse muy cuidadosamente antes de poner en paralelo con ellos un nuevo transformador, para asegurarse que los ángulos de fase coincidan.

La conexión que se muestra en la figura hará que el voltaje secundario se atrase, si la secuencia es abc. Si la secuencia del sistema fase es acb, entonces la conexión que se ve en la figura hará que el voltaje secundario se adelante al voltaje primario en 30º .

Se usa en los sistemas de transmisión de las subestaciones receptoras cuya función es reducir el voltaje. En sistemas de distribución es poco usual (no tiene neutro) se emplea en algunos ocasiones para distribución rural a 20 KV

Conexión Delta( )- Estrella )En una conexión , el voltaje de línea primario es igual al voltaje de

fase primario, VLP=VFP, en tanto que los voltajes secundarios se relacionan por VLS =Ö3 *VFS, por tanto la relación de voltaje línea a línea de esta conexión es

VLP / VLS = VFP / (Ö3 * VFS) VLP / VLS = a /Ö3

Esta conexión tiene las mismas ventajas y el mismo desplazamiento de fase que el transformador La conexión que se ilustra en la figura, hace que el voltaje secundario atrase el primario en 30º,tal como sucedió antes.

Se usa en los sistemas de transmisión en los que es necesario elevar tensiones de generación. En sistemas de distribución industrial, su uso es conveniente debido a que se tiene acceso a dos tensiones distintas, de fase y línea.

Conexión Delta( )- Delta( )En una conexión de estas, VLP = VFP VLS = VFS

Así que la relación entre los voltajes de línea primario y secundario esVLP / VLS = VFP / VFS = a

Esta conexión se utiliza frecuentemente para alimentar sistemas de alumbrado monofásicos y carga de potencia trifásica simultáneamente, presenta la ventaja de poder conectar los devanados primario y secundario sin desfasamiento, y no tiene problemas de cargas desbalanceadas o armónicas. Sin embargo, circulan altas corrientes a menos que todos los transformadores sean conectados con el mismo tap de regulación y tengan la misma razón de tensión.

Conexión En Paralelo. Los transformadores se pueden conectar en paralelo por distintas

razones, las principales están relacionadas con problemas de confiabilidad

y de incremento en la demanda. Cuando se excede o se está a punto de exceder la capacidad de un transformador ya en operación.

Para conectar los transformadores en paralelo y garantizar su correcta operación, se deben cumplir ciertas condiciones como son:

a) Deben tener los mismos voltajes primarios y secundarios.b) Deben tener los mismo valor de impedancia expresado en

porciento o en por unidad.c) Se debe verificar que la polaridad de los transformadores sea

la misma.

CONTROL ELÉCTRICO DE MOTORES.

Los controles de motor combinan las funciones de arranque del motor y control de velocidad en un solo dispositivo. Hasta este punto, se han considerado solamente los arrancadores.

En las descripciones del arrancador de contacto cuádruple se explicó cómo se usan los reóstatos de campo para controlar la velocidad de un motor.

En ese caso, el reóstato de campo era independiente de la caja de arranque. Ahora se estudiarán los dispositivos control en los que se combinan las funciones de arranque y de control.

En general, los controles se usan exclusivamente en motores de derivación y compound acumulativo. Para mayor sencillez, la descripción se referirá a un motor de derivación. Actualmente se usan dos tipos de dispositivos de control: el control para velocidad mayor que la normal y el control para velocidades superior e inferior a la normal.

Ejemplo de Controles Electricos

* Arranque a velocidad mayor que la normal.

El control para velocidad mayor que la normal combina las funciones del arrancador y el reóstato de campo en una sola caja de cara abierta. En el circuito de armadura del motor de derivación o del compound, la resistencia de arranque se usa sólo durante el periodo de arranque, Io cual limita la corriente de armadura en tanto el motor cobra su velocidad normal de funcionamiento. El circuito de resistencia de campo sólo interviene hasta que el motor alcanza su velocidad de funcionamiento.

* Control para velocidad mayor que la normal

En la figura se ilustra el control para velocidad mayor que la normal en posición de trabajo. Note que el brazo auxiliar B ha sido desconectado del circuito de campo, de manera que ya no está en corto con la resistencia de campo. Ahora el brazo B puentea la resistencia de arranque, y así proporciona una trayectoria para el voltaje de la fuente a la armadura.

Cuando el brazo B esté en la posición indicada, el brazo K podrá moverse sin que tenga efecto alguno sobre la corriente de armadura, pero sí influirá en la resistencia del circuito de campo. Si el brazo K se mueve hacia la izquierda, se agrega resistencia en serie con el devanado de campo y la velocidad del motor aumenta a algún valor mayor que el de la velocidad normal de funcionamiento. El brazo K se puede ajustar a cualquier posición para obtener una velocidad de funcionamiento mayor que la normal y que cumpla los requisitos para que trabaje el motor.

Tara parar el motor, se abre el interruptor de línea, con lo cual el imán de sujeción libera el brazo B que, por la acción del resorte de retroceso, regresa a su posición, listo para arrancar de nuevo. Entonces, se libera el perno C; esto permite que el resorte de retroceso haga que el brazo K regrese a su posición original de apagado. Cuando ambos brazos han regresado a su posición original, el control está nuevamente listo para poner en marcha al motor.

Fig. Controles

* Control de velocidades superior e inferior a la normal

Este tipo de control se utiliza para regular el funcionamiento de motores que deben trabajar con un amplio rango de velocidades, incluyendo aquellas que sean mayores o menores que la velocidad normal. Como puede apreciarse, el control de velocidades superior e inferior a la normal está ajustado para velocidades menores que la de funcionamiento. El brazo móvil está conectado a dos hileras de contactos: la inferior, conectada a la resistencia de arranque y la superior conectada a la resistencia del campo en serie.

Cuando el interruptor de línea está cerrado y el brazo móvil se mueve hacia la derecha, el motor arranca y se acelera gradualmente, primero, porque se quita la resistencia del circuito de armadura y segundo porque se agrega resistencia al circuito de campo. La velocidad normal se obtiene cuando el brazo hace contacto simultáneamente con los conductores circulares A y D, o sea, cuando está en el extremo superior de la resistencia de arranque y el punto B y el voltaje total de la línea llega tanto a los circuitos de armadura como a los de campo.

Antes de llegar a esa posición, la resistencia aún está en serie con la armadura y todo el voltaje de la línea llega al campo; en este caso el brazo está en contacto con el conductor circular D y la velocidad del motor será inferior a la normal.

El sistema de engrane en trinquete, accionado por la bobina de sujeción, fijará el brazo móvil en cualquier punto de contacto, permitiendo escoger distintas velocidades menores que la normal. En los otros arrancadores, un resorte de retroceso haría que el brazo regresara a la

posición de apagado cuando éste se encontrara entre las posiciones de apagado y de funcionamiento.

El control de velocidad superior e inferior a la normal también se puede graduar para obtener el funcionamiento deseado a velocidades mayores que la normal, según se indica en la figura.

Téngase presente que a la velocidad normal, todo el voltaje de la línea llega tanto a los circuitos de armadura como a los de campo. Esto sucede cuando el brazo móvil hace contacto simultáneamente con los conductores circulares A y D, en la posición B.

Para el funcionamiento a velocidad menor que la normal, se conecta la resistencia al circuito de armadura, lo cual se logra moviendo el brazo hacia la posición en que queda sobre la resistencia interior o de arranque.

Para el funcionamiento a velocidad superior a la normal, se hace lo opuesto. Se mueve el brazo para establecer contacto con algún punto del conductor circular A, de manera que haga contacto simultáneamente con una derivación en la resistencia de campo. En estas condiciones todo el voltaje de la línea llega a la armadura al mismo tiempo que la resistencia queda conectada en serie con el devanado de campo. El campo más débil hace que el motor se acelere.

Como en el caso anterior, el brazo puede sujetarse sobre cualquiera de las derivaciones para obtener diferentes velocidades superiores a la normal. Cuando el brazo está en el punto C, se obtiene la máxima velocidad.

Cuando el interruptor de línea se abre para parar el motor, la bobina de sujeción libera el trinquete y el resorte de retroceso hace que el brazo regrese a la posición de apagado. Así, el control estará en posición de arranque del motor, para la siguiente vez que se aplique potencia.

Fig. Operación de Motor Arriba de lo Normal

* Controles de tambor

Los dispositivos de control que se han estudiado hasta este punto no suelen emplearse en motores cuyas aplicaciones requieren de frecuentes arranques, paradas y cambios de velocidad. Sin embargo, muchos de los motores que el lector probablemente conozca, como los que se usan en elevadores, grúas, máquinas-herramientas, etcétera, requieren la constante atención de un operador que ponga en marcha, acelere, reduzca la marcha, pare e invierta la operación según se necesite. Para este trabajo, se emplea un control manual que es suficientemente sólido para resistir el rudo manejo y el uso constante y continuo. A este tipo de dispositivo se le llama control de tambor.

El control de tambor facilita la operación de un dispositivo impulsado por motor que necesite ser cambiado constantemente en dirección y velocidad

Contactos estacionarios

anija de operación operación

Fig. Controlador

Los controles ordinarios del tipo frontal se diseñan para ajustarse una vez, y dejarlos solos. El control de tambor está construido en forma robusta para resistir el desgaste y manejo del uso continuo.

Fig. Resistencia de Arranque

El control de tambor generalmente está dentro de una caja de forma cilindrica, que tiene una manija montada en uno de sus extremos. Dentro de la caja hay contactos de interruptor para servicio pesado, los cuales están montados sobre un cilindro de tambor móvil y un juego de laminillas estacionarias, cada una de las cuales corresponde a un contacto. El cilindro de tambor está montado en un eje impulsor central y aislado de él; este eje termina en el exterior y está unido a la manija.

Rodillo de detención

Resorte de /detención

Contactos móviles b

Contactos móviles

La "manija se puede mover hacia la derecha o hacia la izquierda y permite tener control sobre un rango de velocidad en cualquier sentido de rotación.

Fig. Manija de Motor

* Control de tambor accionado mecánicamente

La acción de detención del control de tambor libera al operador del control constante. Para tener velocidad y dirección constantes, el operador coloca la manija según lo requiera y la acción de detención mantiene la operación en esa posición hasta que el operador decide cambiarla

La operación de los contactos en un control de tambor como el mostrado en este diagrama simplificado se estudiará para operación de avance y reversa en las páginas siguientes. Los contactos estacionarios son de hecho dedos que se deslizan contra los contactos móviles para conectar los circuitos.

En el control de tambor el cilindro del tambor está aislado tanto del eje sobre el cual está montado como de la manija del eje. Los contactos están montados sobre el tambor móvil y los contactos estacionarios o laminillas están dispuestos de manera que tocan los contactos móviles del tambor según el operador haga girar la manija. Aunque estas laminillas estacionarias están aisladas entre sí, están conectadas a resistencias de arranque, interruptores inversos y otros elementos de los circuitos de arranque y control.

El control de tambor está dispuesto de manera que, una vez que la manija se ajusta en una posición, se mantiene ahí hasta que el operador la mueve nuevamente. Esto se logra por medio de un conjunto de rodillos y rueda muescada llamado detent que está montada sobre el eje central. Cuando se hace girar la manija, un resorte empuja el rodillo hasta una de las muescas de la rueda para mantener al tambor en la posición elegida.

* Control de tambor accionado eléctricamente.

Fig. Diagrama de la Forma en que se Conecta un Control de Tambor en un Motor

El diagrama muestra la forma en que se conecta un control de tambor a un motor compound. Cuando el operador coloca la manija en la posición de avance, el juego de contactos del tambor "móvil mostrado a la derecha toca los contactos estacionarios que están en el centro. Este control proporciona tres velocidades de avance y tres de reversa.

En la primera posición de avance, toda la resistencia externa de armadura está en serie con ésta. Los contactos móviles A, B, C y D tocan los contactos estacionarios, 1, 3, 4 y 5. La corriente fluye de la fuente a 1, de 1 a A, de A a B, de B a 3 y de 3 a la armadura.

Después de pasar a través del devanado de armadura, la corriente pasa al contacto estacionario 2, de ahí al 4, luego ál C; de C pasa a D, de D a 5 y de 5 al resistor, después al campo en serie y, finalmente regresa a la fuente.

En la segunda posición de avance se elimina parte de la resistencia por la conexión entre D, E y 6. En la tercera posición de avance, toda la resistencia es puenteada por la conexión entre E, F y 7 y la armadura está conectada directamente a la línea.

* Operación en reversa del control de tambor

Si el operador regresa la manija de control hacia neutro y luego la hace girar en la dirección opuesta, se pasa a la primera posición de reversa en la cual toda la resistencia está nuevamente conectada en serie con la armadura. La corriente fluye de la fuente a 1, de 1 a G, de G a H, de H a 2, de 2 al devanado de armadura, de ésta a 3, de 3 a I, de I a J. de J a 5, de 5 al resistor, luego al campo en serie y nuevamente regresa a la fuente.

Note que la corriente fluye a través de la armadura en dirección opuesta a como lo hacía en las posiciones de avance. Sin embargo, en los campos en derivación y en serie, la corriente fluye en la misma dirección que antes.

Resistencia de armadura

REVERSA

(Los contactos móviles de la derecha no se muestran por sencillez)

Fuente de O

CUARTO DE CONTROL ELÉCTRICO DE MOTORES

El cuarto de control eléctrico es el lugar donde se concentra la distribución de la energía a las diferentes cargas de la plataforma. Sus elementos principales son: los tableros de distribución y los centros de control de motores.

Físicamente debe estar localizado lo más cerca posible de la carga eléctrica, en un área no peligrosa.

Los cuartos de control de motores (C.C.M.) deben contar con sistema de presurización de aire, con la toma de succión de este último ubicada en un sitio libre de productos peligrosos, que incluya un detector de productos peligrosos.

* Consideraciones sobre el cuarto de control eléctrico.

El cuarto de control eléctrico es el lugar donde se concentra la distribución de la energía a las diferentes cargas de la plataforma. Sus elementos principales son: los tableros de distribución y los centros de control de motores.

Físicamente debe estar localizado lo más cerca posible de la carga eléctrica, en un área no peligrosa.

La distribución del equipo en el cuarto de control eléctrico debe realizarse permitiendo espacios de acceso y trabajo suficiente, un mantenimiento rápido y seguro alrededor del equipo eléctrico. Los espacios mínimos permitidos se indican en la NEC, Sección 110, artículo 110-34.

“a) A menos que se permita o se exija otra cosa en este código, el mínimo espacio libre de trabajo en dirección del acceso a las partes energizadas de un equipo eléctrico no debe ser inferior al especificado en la Tabla 110-34. Las distancias se deben medir desde las partes energizadas, si están expuestas, o desde el frente o abertura del cerramiento si están encerradas”.

Voltaje Nominal(V) | Distancia mínima en (m) según condición |

| 1 | 2 | 3 |

601 – 2500 | 0,90 | 1,20 | 1,50 |

2501 – 9000 | 1,20 | 1,50 | 1,80 |

9001 – 25000 | 1,50 | 1,80 | 2,40 |

25001 – 75000 | 1,80 | 2,40 | 3,00 |

Mas de 75000 | 2,40 | 3,00 | 3,70 |

Tabla 1. Espacios mínimos de trabajo en un cuarto eléctrico.

* Tablero eléctrico.

Los tableros son equipos que concentran dispositivos de protección y de maniobra o comando, desde los cuales se puede proteger y operar toda la instalación o parte de ella.

La cantidad de tableros que sea necesario se determina con la finalidad de salvaguardar la seguridad, y tratando de obtener la mejor funcionalidad en la operación de la plataforma.

* Centro de control de motores.

Un centro de control de motores es un tablero que alimenta, controla y protege circuitos cuya carga esencialmente consiste en motores y que usa contactores o arrancadores como principales componentes de control.

Un centro de control de motores es esencialmente es un tablero que se usa en primer término para montar los componentes del alimentador de los motores y de sus circuitos derivados. Desde luego que no necesariamente todos los componentes se deben incluir en el centro de control; por ejemplo la protección del alimentador se puede instalar en el tablero principal, o bien otro ejemplo, la estación de botones se puede localizar en algún lugar más conveniente.

El número de secciones en un centro de control de motores depende del espacio que tome cada uno de sus componentes, de manera que si el diseñador sabe que componentes se incluirán, se puede diseñar el centro de control de motores.

El centro de control de motores ofrece las siguientes ventajas:

* Permite que los aparatos de control se alejen de lugares peligrosos.

* Permite centralizar al equipo en el lugar más adecuado.

* Facilita el mantenimiento y el costo de la instalación es menor.

Para diseñar el centro el centro de control de motores se debe tomar en consideración la siguiente información:

1. Elaborar una lista de los motores que estarán contenidos en el centro de control de motores indicando para cada motor:

* Potencia en HP o kW

* Voltaje de operación

* Corriente nominal a plena carga

* Forma de arranque (tensión plena o tensión reducida).

* Si tiene movimiento reversible

* Lámparas de control e indicadoras.

2. Elaborar un diagrama unifilar simplificado de las conexiones de los motores, indicando la información principal referente a cada uno.

3. Tomando como referencia los tamaños normalizados para centros de control de motores, se puede hacer un arreglo preliminar de la disposición de sus componentes, de acuerdo con el diagrama unifilar, y considerando ampliaciones futuras.

4. Las especificaciones principales para un centro de control de motores son las siguientes:

* Características del gabinete y funciones principales.

Generalmente son del tipo auto soportado de frente muerto para montaje en piso con puertas al frente para permitir el acceso al equipo.

* Arrancadores.

Normalmente son del tipo magnético, con control remoto y/o local por medio de botones y elementos térmicos para protección de los motores.

* Interruptores.

Por lo general son del tipo termo magnético en caja moldeada de plástico con operación manual y disparo automático y que pueden ser accionados exteriormente por medio de palancas.

Frecuentemente se instala para cada motor una combinación de interruptor y arrancador.

* Barras y conexiones.

Cada centro de control de motores tiene sus barras alimentadoras que son normalmente de cobre electrolítico. Estas barras se encuentran en la parte superior y las conexiones se hacen en la parte inferior.

Fig. Ejemplos de circuitos derivados para motores monofásicos

Arreglo del cuarto de control

8.3.2 TIPOS DE ARRANCADORES

Los arrancadores son dispositivos especiales que sirven para acelerar con seguridad el motor a su velocidad normal de funcionamiento.

Fig. Arrancador

Tanto los arrancadores como los controladores tienen un mecanismo para desconectar automáticamente el motor de la línea de potencia en caso de que falle el voltaje de alimentación. Los arrancadores y controles se han diseñado para satisfacer las necesidades de las numerosas clases de motores de c-c. Por ejemplo, para arrancar los motores de c-c pequeños pueden disponer de un interruptor de línea relativamente sencillo en tanto que los motores de c-c grandes requieren instalaciones más complicadas.

Son necesarios los arrancadores para limitar la corriente de armadura que fluye cuando el motor se conecta. El arrancador se usa para llevar al motor a su velocidad normal y luego se retira del circuito. El aparato de control ajusta entonces la velocidad del motor según sea necesario.

Fig. Arrancadores y Controladores

Se encontrara que los arrancadores y controles se clasifican por:

1) La forma en que funcionan: manual o automática.

2) La forma en que están construidos: de placa o de tambor.

3) El tipo de cubierta: abierta o protegida (a prueba de goteo, a prueba de agua, etc)

Además, los arrancadores y controladores se clasifican según el número de terminales con que se conectan al motor: arrancadores de contacto doble, triple y cuádruple.

Fig. Clasificación de Arrancadores y Controladores según su forma de construcción

Clasificación de arrancadores:

* Arrancadores de Contacto Triple para Motores de Derivación y Compound.

Fig. Arrancador de Contacto triple para motores de derivación y compud.

El arrancador es visible y se opera manualmente. El elemento resistor del reóstato se conecta en derivación por medio de seis botones de contacto. El brazo móvil del reóstato regresa a su primera posición mediante un resorte, y está dispuesto de manera que se pueda mover un botón de contacto a otro para puentear secciones del resistor en derivación.

Después de cerrar el interruptor de línea, el operador coloca manualmente y mueve el brazo del reóstato de la posición de apagado al primer botón de contacto A. Este transmite todo el voltaje de la línea de alimentación al campo de derivación, energiza el imán de sujeción y conecta toda la resistencia de arranque en serie con la armadura. En la práctica el valor de esta

resistencia se selecciona de manera que limite la corriente de arranque a un 150% de la corriente nominal de la armadura a plena carga.

Cuando el motor comienza a ganar velocidad, el operador mueve gradualmente el brazo del reóstato hacia el contacto B, venciendo de la armadura y queda conectada en serie con el circuito de campo, donde prácticamente no tiene efecto, ya que su resistencia es mucho menor que la del campo y, así, no influye en la velocidad del motor ni en la intensidad del campo.

* Arrancadores de Contacto Triple para Motores de Derivación (Cont).

Cuando el brazo del arrancador de triple contacto esta en B, la armadura queda conectada directamente a la línea de alimentación y se considera que el motor funciona a su velocidad normal. Entonces, el imán de sujeción M, fija al brazo en la posición B, oponiéndose a la tensión del resorte y no permite que el brazo del reóstato regrese a la posición de apagado. Como el imán de sujeción esta en serie con el campo en derivación, detecta cualesquiera variaciones que ocurran en el devanado de campo.

En el motor de derivación, al disminuir la intensidad del campo, la armadura tiende a acelerarse. Como es posible alcanzar un punto de desboque cuando la intensidad de campo se reduce demasiado el imán de sujeción está diseñado para desnegizarse hasta determinado valor de automáticamente a la posición de apagado. Esta misma disposición hace que el brazo también regrese a la posición de apagado cuando el voltaje de alimentación se interrumpe por alguna razón; en este caso será necesario que el operador repita el ciclo de arranque para hacer que el motor funcione otra vez, al restaurarse la energía en la línea.

El mismo arrancador de contacto triple que tiene el motor de derivación se puede usar en un motor compound.

Fig. Arrancador de Contacto triple para motores de derivación (cont.) y para motores en serie.

* Arrancadores de contacto triple para motores en serie.

El arrancador de contacto triple para motores de serie sirve para el mismo objetivo que los arrancadores que se usan en motores de derivación y compound.

Una característica del arrancador de contacto triple para motores de serie es que tiene protección contra bajo voltaje, lo cual significa que si el voltaje de la fuente desciende hasta un valor muy bajo o a cero, el motor quedara desconectado del circuito.

En este arrancador de contacto triple, la bobina del imán de sujeción está conectada al voltaje de la fuente. Para poner en marcha al motor, el operador mueve gradualmente el brazo del reóstato de la posición de apagado a la de funcionamiento, deteniéndose en cada botón de contacto durante uno o dos segundos, hasta que se alcanza la velocidad de sujeción mantiene

el brazo del arrancador, en la posición de funcionamiento, venciendo la tensión del resorte de retroceso.

Si la tensión de la fuente baja, el imán de sujeción se desenergiza y suelta al brazo móvil, que rápidamente regresa a la posición de apagado, protegiendo así al motor de un posible daño.

* Arrancador de contacto doble para motores de serie.

Este tipo de arrancador ofrece protección al motor, cuando este funciona sin carga, lo cual significa que si se quita súbitamente la carga cuando el motor esta andando, el arrancador desconectara el motor de la fuente de energía para evitar que este se desboque.

Note que el arrancador de contacto doble, la bobina de sujeción está conectada en serie con la fuente de alimentación, la armadura del motor y el devanado de campo. Para poner en marcha el motor, el operador mueve gradualmente el brazo del arrancador, de la posición de apagado a la de funcionamiento, deteniéndose durante uno o dos segundos en cada botón de contacto del reóstato. Finalmente el brazo se mantiene en la posición de funcionamiento, venciendo la tensión del resorte de retroceso, debido a la atracción del imán de sujeción

SELECCIÓN DE VOLTAJE DE MOTORES SEGÚN SU POTENCIA

Una de las partes más importantes del motor eléctrico es su mecanismo de arranque. Para los motores monofásicos se usa un tipo especial a base de un switch centrifugo, para desconectar el devanado de arranque cuando el motor ha alcanzado de un 75% a un 80% de su velocidad de operación, de manera que a velocidad nominal el motor funciona solo con su devanado de operación. En el circuito de arranque, el switch centrífugo está conectado en serie con el devanado de arranque. Este switch esta normalmente cerrado cuando el motor esta en reposo, al arrancar permanece cerrado hasta que se alcanza del 75% al 80% de su velocidad de operación. A esta velocidad un mecanismo a base de resorte, debido a la fuerza centrifuga del rotor, vence la fuerza que hace que el switch permanezca cerrado, y, se abre.

El motor continúa operando a consecuencia de las corrientes inducidas en el devanado del rotor, debido a su movimiento. Si el switch centrifugo no está cerrado cuando el motor es energizado, este no arrancara. Puede hacer un fuerte ruido y demandar una corriente excesiva. Debido a que el rotor no gira, su impedancia es aproximadamente igual a la resistencia de las barras del rotor y actúa como el secundario de un transformador en corto; esto hace que el primario (devanado de trabajo) demande mucha corriente, y si esta condición permanece por mucho tiempo, entonces el devanado de trabajo sufre un calentamiento excesivo.

Motores de arranque con capacitor.

Estos motores son monofásicos de C.A., cuyo rango de potencia va desde fracciones de HP hasta un valor tan grande como 15 HP. Se usan ampliamente en muchas aplicaciones de tipo monofásico, tales como:

* Accionamiento de maquinas herramientas. (taladros, pulidoras, etc)

* Compresores de aire.

* Refrigeradores, etc.

Este tipo de motor es similar en su construcción al motor de fase partida, excepto que se conecta un capacitor en serie con el devanado de arranque, como se muestra en la figura:

Los motores de arranque con capacitor también están equipados como los motores de fase partida, con devanados de trabajo y de arranque; así mismo, el motor tiene un condensador (capacitor) que permite tener un mayor par de arranque. Como se muestra en la figura anterior, el capacitor se conecta en serie con el devanado de arranque y el switch centrifugo.

La corriente en el devanado de arranque que es liberada por el capacitor se adelanta al voltaje en el devanado de trabajo, obteniendo de esta manera un desplazamiento angular mayor entre los devanados de arranque y de trabajo, esto proporciona un incremento en el par de arranque para el motor. Para dar una idea de orden de magnitud, un motor de fase partida con capacitor tiene un par dos veces mayor que el motor de fase partida sin capacitor.

Los motores de arranque con capacitor se encuentran disponibles en las versiones de par de arranque normal, para accionar cargas como: ventiladores, sopladores, bombas centrifugas y aplicaciones similares. Los diseños de alto par de arranque se usan en equipos como: compresores recíprocos, bombas, transportadores de carga, etc.

Los motores de fase partida de arranque con capacitor son los que requieres el menor mantenimiento de todos los tipos de motores monofásicos, pero tienen un par de arranque muy bajo, lo que hace que no sean deseables para ciertas aplicaciones.

El par de arranque en un motor de arranque con capacitor esta producido por un campo magnético rotario que se establece dentro del motor. Este campo relocalizar el devanado de arranque 90º eléctricos desfasados con respecto al devanado de trabajo, produciendo que la corriente en el devanado de arranque se adelante a la del devanado de trabajo. Esta condición produce un campo magnético giratorio en el estator, el cual a su vez induce una corriente en el devanado del rotor, produciendo así la rotación del motor.

clasificacion de subestaciones electric as

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