UNIDAD 4: MANTENIMINTO A SUBESTACIONES ELECTRICAS DE BAJA TENSIN

4.1 Subestacin elctrica. 4.1.1 Elementos de subestacin. 4.2 Pruebas a transformadores. 4.2.1 Prueba de relacin de transformacin. 4.2.2 Prueba de rigidez dielctrica al aceite. 4.2.3 Prueba de aislamiento elctrico.

4.1 Subestacin elctrica.

Subestacin elctrica

Unasubestacin elctricaes una instalacin destinada a modificar y establecer los niveles detensinde una infraestructura elctrica, para facilitar eltransporteydistribucinde laenerga elctrica. Su equipo principal es eltransformador. Normalmente est dividida en secciones, por lo general 3 principales, y las dems son derivadas.Las secciones principales son las siguientes:1. Seccin de medicin.2. Seccin para las cuchillas de paso.3. Seccin para el interruptor.Las secciones derivadas normalmente llevan interruptores, depende de que tipo, hacia los transformadores.Como norma general, se puede hablar de subestaciones elctricaselevadoras, situadas en las inmediaciones de lascentrales generadoras de energa elctrica, cuya funcin es elevar el nivel de tensin, hasta 132, 220 o incluso 400kV, antes de entregar la energa a lared de transporte. Las subestaciones elctricasreductoras, reducen el nivel de tensin hasta valores que oscilan, habitualmente entre 13,2, 15, 20, 45 66 kV y entregan la energa a lared de distribucin. Posteriormente, loscentros de transformacinreducen los niveles de tensin hasta valores comerciales (baja tensin) aptos para el consumo domstico e industrial, tpicamente 400V.

Transformador de alta tensin usado en las subestaciones de electricidad.Existen dos razones tcnicas que explican por qu el transporte y la distribucin en energa elctrica se realizan a tensiones elevadas, y en consecuencia, por qu son necesarias las subestaciones elctricas: Las prdidas depotenciaque se producen en un conductor por el que circula unacorriente elctrica, debido alEfecto Joule, son directamente proporcionales al valor de esta (). La potencia elctrica transportada en una red es directamente proporcional al valor de su tensin y al de su intensidad ().Por tanto, cuanto mayor sea el valor de la tensin, menor deber ser el de intensidad para transmitir la misma potencia y, en consecuencia, menores sern las prdidas por efecto Joule.Adems detransformadores, las subestaciones elctricas estn dotadas de elementos de maniobra (interruptores,seccionadores, etc.) y proteccin (fusibles, interruptores automticos, etc.) que desempean un papel fundamental en los procesos de mantenimiento y operacin de las redes de distribucin y transporte.Avances en la maniobrabilidadUno de las maniobras ms habitual y a la vez, ms peligrosa, que se realiza en una subestacin elctrica es la apertura y cierre de interruptores, debido a que, el carcterinductivode los circuitos, presenta rechazo al corte en la circulacin de la intensidad elctrica que se produce en la apertura de un interruptor. Pueden aparecer incluso,arcos elctricosque liberan una gran cantidad de energa, y que pueden resultar peligrosos para las personas e instalaciones, por lo cual se debe usar equipo de proteccin personal especial, al realizar cualquier tipo de maniobra, como zapatos de seguridad y guantes, ambos de materialesdielectricos, que produzcan suficiente aislacin para la tensin de operacin y un traje contra destello de arco elctrico.Los avances tecnolgicos y las mejoras de diseo, han permitido sustituir los interruptores elctricos convencionales, con corte al aire, porinterruptores blindados, que realizan el corte de los circuitos en un depsito del gashexafloruro de azufre(SF6), que impide la formacin de arcos y la propagacin de la llama.Estos sistemas se han definido como avance tecnolgico, aunque realmente no es un sistema nuevo ya que los inicios de subestaciones aisladas en gas SF6 datan desde los 70's y se ha observado que efectivamente impiden la formacin del arco, pero se pueden convertir en una bomba ya que el gas SF6 esta contenido en un recipiente sellado.Adicionalmente estas subestaciones aisladas en gas SF6 requieren de mayor obra civil, ya que se debe de adecuar en el espacio confinado a la subestacin una serie de ductos para el escape de gases calientes, de otro modo el personal y las instalaciones corren el riesgo de ser gravemente daados.

4.1.1 Elementos de subestacin.

Elementos constitutivos de una subestacinLos elementos primarios que constituyen una subestacin, segn Enrquez, Harper (2005), son los siguientes:1. Transformador.2. Interruptor depotencia.3. Restaurador.4. Cuchillas fusibles.5. Cuchillas desconectadoras y cuchillas de prueba.6. Apartarrayos.7. Tableros duplex decontrol.8.Condensadores.9. Transformadores de instrumento.Sus respectivas definiciones, clasificaciones y (en algunos casos) elementos se exponen a continuacin:Transformadores de potenciaUn transformador es un aparato elctrico que porinduccinelectromagntica transfiere energa elctrica de uno o mscircuitos, a uno o ms circuitos a la misma frecuencia, usualmente aumentando o disminuyendolos valoresde tensin ycorriente elctrica.Figura 1: Partes internas de un transformador.

Los elementos bsicos de un transformador de potencia son los siguientes:1. Ncleo de circuito magntico.2. Devanados.3. Aislamiento.4. Aislantes.5. Tanque o recipiente.6. Boquillas.7. Ganchos de sujecin.8. Vlvula de carga deaceite.9. Vlvula de drenaje.10. Tanque conservador.11. Tubos radiadores.12. Base para rolar.13. Placa detierra.14. Placa de caractersticas.15.Termmetro.16. Manmetro.17. Cambiador de derivaciones o taps.Cabe mencionar que, debido aldiseodel transformador, puede tener ms elementos o menos de los mencionados.

4.2 Pruebas a transformadores.

Los transformadores de potencia son el eje central del sector de la distribucin y transmisin de energa. Como tales, su estado es crtico para un funcionamiento fiable y libre de fallas. Cualquier falla puede tener consecuencias graves. Las sobrecargas resultantes de secciones de la red pueden producir cortes de gran alcance en el suministro y la produccin. Una falla total del aislamiento puede provocar lesiones personales, as como inmensos daos materiales.La sustitucin preventiva despus de un determinado nmero de aos de servicio a menudo no es una alternativa econmicamente viable, ya que los costos asociados a la sustitucin de este activo pueden ser enormes y el envejecimiento depende de las condiciones en las cuales funciona el transformador. Este es el motivo por el cual se han establecido como la mejor opcin las pruebas y diagnstico de activos basados en el estado o en el tiempo. Los sistemas de monitoreo tambin pueden representar una solucin eficaz si se sospecha la existencia de problemas o se ubican los transformadores en lugares de importancia estratgica (por ejemplo, en una central elctrica).

4.2.1 Prueba de relacin de transformacin.

Relacion de Transformacin (TTR/DTR)

El significado de la prueba de Relacin de Transformacin es la razn del numero de espiras del devanado de alta tensin contra las de baja tensin. Por lo tanto en un transformador el cual posee derivaciones de tensin (TAPs) se deber comprobar la relacin terica segn la placa de datos del mismo contra lo que se obtenga de lo ensayado en campo, de esta manera se podr tener un pequeo panorama acerca de las condiciones de ambos devanados (Baja tensin y Alta tensin) as como del sistema magntico del ncleo.

Conceptos:La relacin 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 nmero de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) , segn la ecuacin:

La relacin de transformacin (m) de la tensin entre el bobinado primario y el bobinado secundario depende de los nmeros de vueltas que tenga cada uno. Si el nmero de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habr el triple de tensin.

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

Ahora bien, como la potencia elctrica aplicada en el primario, en caso de un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario:

El producto de la diferencia de potencial por la intensidad (potencia) debe ser constante.

Aplicaciones:Para la medicin con el TTR, se debe seguir el circuito bsico de la figura 1: cuando el detector DET est en balance, la relacin de transformacin es igual a R/R1.

La tolerancia para la relacin de transformacin, medida cuando el transformador est sin carga, debe ser de 0,5% en todas sus derivaciones.Para poder realizar la medicin de este parmetro se utilizan equipos denominados medidores TTR (Transformer Turns Ratio) o DTR (Digital Transformer Ratiometer), estos equipos nos proporcionaran datos numricos acerca de la relacin de espiras en el equipo sometido a prueba.Tipos de TTR:En la actualidad, los TTR se dividen en dos grupos: monofsicos y trifsicos. Algunos fabricantes ofrecen TTR monofsicos que son capaces de medir por fase la relacin de vueltas, corriente de excitacin, desviacin de fase, resistencia de los enrollamientos "X" & "H" y polaridad de la conexin de los enrollamientos "X" & "H" de transformadores de distribucin y corriente, as como tambin de reguladores de tensin.

Asimismo, los TTR trifsicos automticos estn diseados para medir la relacin entre el nmero de espiras del secundario y del primario en forma simultnea en las tres fases de transformadores de potencia, instrumentacin y distribucin en subestaciones o fbricas.

Ya que conocemos los conceptos fundamentales de esta prueba as como caractersticas simples de los equipos de medicin usados en la determinacin de la misma, solo nos falta una cosa mas, saber las conexiones adecuadas para una medicin. Para ello necesitamos saber tres puntos importantes: Tipo de equipo demedicina emplear (monofsico / Trifsico) Tipo de Transformador a determinar estamedicin(Conexiones Alta y Bajatensin) Manufactura del transformador (Americanos / Europeos)Los transformadores manufacturados en amrica principalmente usan una simbologia para determinar el lado de alta tensin (H) y baja tensin (X); por otra parte la manufactura europea nos presenta una diferencia simple la cual es que en alta tensin se encontrara como U,V y W; y por el lado de baja tensin como u, v y w.

Americano Europeo Alto Voltaje H1, H2 y H3 U, V y W Bajo Voltaje X0, X1, X2 y X3 N, u, v y w

Ahora que ya sabemos lo que podemos encontrar en el transformador para indicarnos alta y baja tensin, es importante saber el tipo de conexin que se maneja dentro del equipo elctrico, lo primero que podemos encontrar es una conexin tipo Delta-Estrella, algunas otras pueden ser Estrella-Estrella, Delta-Delta.Por que Estrella y Delta, esto se refiere a la manera en la cual esta configurada tanto la alta como la baja tensin; como ejemplo en la siguiente imagen:

El equipo usado nos dar pauta a ver el tipo de conexiones a realizar, por ejemplo en el caso de equipos TTR trifsicos, dependiendo del fabricante y prestaciones del equipo podemos encontrar Tres cables para alta tensin y cuatro para la baja tensin, o en su caso cuatro cables para cada lado del transformador, haciendo un tanto mas sencilla la manera de conectar los cables para realizar las mediciones.

4.2.2 Prueba de rigidez dielctrica al aceite.

Explicacin:Esta prueba al aceite es una de las ms frecuentes, ya que al conocer la tensin de ruptura que un aceite soporta es mucho ms valioso, adems, esta prueba revela cualitativamente la resistencia momentnea de la muestra del aceite al paso de la corriente y el grado de humedad, suciedad y slidos conductores en suspensin.Como es sabido en los transformadores sumergidos en aceite, ste hace dos funciones: de refrigerante y de aislante.En cuanto a la funcin de aislante, es necesario determinar la rigidez dielctrica del aceite, para lo cual se emplea un equipo probador que se le conoce como probeta y que en cuyo interior tiene dos electrodos calibrados, a los cuales se les aplica un potencial variable que provoca que al llegar a cierto valor dicho potencial se rompa el dielctrico del aceite y se registre dicho valor de tensin aplicada.La prueba se puede realizar con electrodos planos o semiesfricos y cuyo dimetro y separacin esta normalizado de acuerdo al tipo de prueba.Para electrodos semiesfricos la separacin es de 1.016 mm y para planos de 2.54 mmLos electrodos y la probeta deben limpiarse perfectamente de preferencia enjuagndolos con gasolina, bencina o algn solvente adecuado, libre de toda humedad. Hasta que se encuentren libres de fibras o bien deber lavarse la copa previamente con el mismo aceite que se va a probar. El aceite se debe tomar de la parte inferior del transformador (ya que es la parte donde posiblemente tenga mayor nmero de impurezas el mismo). La evaporacin de la gasolina de los electrodos puede enfriarlos lo suficiente para que haya una condensacin de humedad en la superficie. Por esta razn despus del enjuague final con gasolina, la copa debe llenarse inmediatamente con el aceite a probar.La temperatura de la copa de prueba y del aceite cuando se est probando debe ser igual a la del ambiente, a fin de reducir al mnimo la absorcin de humedad.La temperatura ambiente no debe ser menor de 20C.La mayora de los equipos que se tienen son de electrodos planos, por lo que la descripcin se har tomando de base este tipo de electrodos.

Descripcin de la prueba

A. Cercirese que el control gradual de potencial est en cero.B. Calibre los electrodos del probador a 2.5 mm. (0.1 pulg.).C. Conecte el probador a una fuente de alimentacin de C.A. de 127 Volts.D. Limpie perfectamente la probeta y electrodos como se menciona anteriormente.E. Tome una muestra de aceite de la parte inferior del transformador y djela en la probeta tres minutos hasta que est en completo reposo y sin burbujas (debe tenerse cuidado que el aceite cubra los electrodos).F. Tape la probeta con el cristal protector para mayor seguridad.G. Mediante el control gradual de voltaje aplique tensin a razn de 3 kV por segundo, aproximadamente hasta lograr la ruptura del dielctrico, registre la lectura correspondiente a la cual se rompi el dielctrico.H. Deje reposar mnimo durante un minuto el aceite y aplique nuevamente potencial, repitiendo la operacin anterior, registre nuevamente la lectura a que se rompi el dielctrico.I. Repita una vez la operacin del punto h).J. Registre la temperatura ambiente del lugar donde se est haciendo la prueba.K. Vaci sus resultados obtenidos en el formato correspondiente.L. Calcule el valor promedio de tensin a que rompi el dielctrico (ese promedio ser representativo para esa primera muestra).M. Repita para otras dos muestras ms el proceso de los puntos e, f, g, h, i, j, k, l.N. El promedio de cada muestra es vlido siempre que ninguna prueba sea diferente en ms de 5 kV., si existe una variacin mayor debern efectuarse ms pruebas con nuevas muestras.O. Calcule el promedio total con la base del promedio de cada una de las tres muestras (ese promedio ser el representativo de todo el aceite sujeto a prueba) y si el valor es 25 kV (mnimo), nos indicar que es de aceptarse su condicin y por lo tanto se usar.Copa nm. Temp C Pruebas de--- Ruptura en -- kv Promedio1-2-3

4.2.3 Prueba de aislamiento elctrico. OBJETIVO.Verificar que los aislamientos del transformador bajo prueba cumplen con la resistencia mnima soportable bajo la operacin a la que sern sometidos, as como de comprobar la no inadecuada conexin entre sus devanados y tierra para avalar un buen diseo del producto y que no exista defectos en el mismo.Instrumentos de medicionlos instrumentos de medicin que se emplearn en esta prueba dependen del grado de exactitud de la lectura de la resistencia de aislamiento que se quiera conocer.

normas de referencia.

las presentes especificaciones estn referidas a lo estipulado en las normas: ieee c57.12.90-1993 "ieee standard test code for liquid - inmersed distribucin, power, and regulating transformers and ieee guide for short - circuit testing of distribution and power transformers". ieee 43-1974

metodo de prueba.

El mtodo de prueba de la resistencia de aislamiento de un transformador es el de medicin directa con el instrumento de medicin (Megger).PROCEDIMIENTO.

El significado de la resistencia de aislamiento generalmente requiere de cierta interpretacin y depende bsicamente del diseo, sequedad y limpieza de los aislantes que envuelven al transformador. El procedimiento de prueba para la medicin de la resistencia de aislamiento de un transformador est descrito en la norma IEEE C57.12.90 y contiene bsicamente los siguientes puntos claves : La temperatura de los devanados y del lquido aislante deben estar cercanos a 20 C. Todos los devanados deben estar inmersos en el mismo liquido aislante. Todos los devanados deben de estar cortocircuitados. Todas las boquillas del transformador deben estar en su lugar. Todas las terminales que no se consideran en la prueba as como la carcaza y el tanque debern conectarse a tierra mientras se aplique el voltaje de prueba. Deben seguirse las indicaciones de cada instrumento de medicin dependiendo del que se trate tenindose como mnimas las siguientes: Megger analgico. Primeramente se debe seleccionar el voltaje de prueba de acuerdo a la tabla 1 que son las recomendaciones del fabricante ya que no se cuenta con normas publicadas que contengan una especificacin ms detallada:Tabla 1. Voltaje de prueba para diferentes voltajes de referencia.Voltaje nominal de referencia (V)Voltaje de prueba (V)

Menos de 115250

115250 o500

230500

460500 o 1000

Como una regla general, el voltaje de prueba debe ser aplicado hasta que se registre una lectura que no cambie en un margen de 15 segundos o la lectura final que observa en el transcurso de 60 segundos. En circuitos capacitivos se deber ejercer la tensin de prueba por un minuto o ms si es necesario completar la carga de la muestra. La norma IEEE 43-1974 marca que es imposible de especificar el valor de la resistencia de aislamiento que debe ser medida para la cual un devanado fallar elctricamente, pero en motores las lecturas mnimas generalmente figuran en 2 MW para tensiones nominales de hasta 460 V.Lafigura 1muestra el diagrama elemental de conexiones del Megger analgico, donde el devanado bajo prueba puede ser cualquiera de los ya mencionados antes. Una vez terminadas las conexiones se debe girar la palanca a una velocidad tal que la aguja del instrumento se estabilice y se encienda el led de color verde y tomar la lectura. Si el led de color rojo se enciende significa que el valor medido se deber multiplicar por 10.El voltaje aplicado para la medicin de la resistencia de aislamiento a tierra deber ser incrementado en un tiempo no mayor a 15 segundos y despus de ser retenido en su valor de prueba durante un minuto y se deber reducir gradualmente en no ms de 5 segundos a un valor de un cuarto o menos del valor mximo que se haya registrado.Las pruebas de resistencia de aislamiento debern realizarse con los circuitos de igual voltaje conectados entre s y los circuitos de diferente voltaje debern ser probados por separado, por ejemplo: Alta tensin vs. Baja tensin Alta tensin vs. Tierra Baja tensin vs. Tierra Neutro vs. Tierra (En el caso de que el neutro no est conectado directamente a tierra)Esta prueba se realiza con la finalidad de incrementar la exactitud del estado de prueba de los aislamientos de un transformador, y en el caso de que no sea suficiente con la prueba de resistencia de aislamiento, se recomienda laPRUEBA DE INDICE DE POLARIZACIONyPRUEBA DE INDICE DE ABSORCIONLa prueba debe ser interrumpida inmediatamente si la lectura de la corriente comienza a incrementarse sin estabilizarse.Podran presentarse descargas parciales durante las pruebas de resistencia de aislamiento que puedan causar al transformador bajo prueba y tambin arrojar resultados errneos en los valores de las lecturas de medicin, para este caso se deber hacer una pausa y continuar posteriormente con la prueba.

Figura 1 Conexiones del Megger analgico para la medicin de laresistencia de aislamiento de un transformador.

UNIDAD 5 : MANTENIMIENTO A SISTEMAS DE CONTROL ELECTRNICO.

5.1 Tipos de circuitos de control electrnicos. 5.2 Diagnsticos de fallas a circuitos de control electrnicos. 5.3 Mantenimiento preventivo y correctivo a circuitos de control electrnico. 5.4 Tipos de sensores electrnicos y actuadores. 5.5 Diagnstico de fallas comunes a sensores y actuadores. 5.6 Mantenimiento preventivo a sensores y actuadores.

5.1 Tipos de circuitos de control electrnicosEn los comienzos de la industrializacin las mquinas fueron gobernadas esencialmente a mano e impulzadas desde un eje comn de transmisin o de lnea. Dicho eje de transmisin era impulsado por un gran motor de uso contnuo el cual accinaba mediante una correa tales mquinas en el momento que fuese necesario, una de las desventajas principales que este sistema de transmisin de potencia fue que no era conveniente para una produccin de nivel elevada.El funcionamiento automtico de una mquina se obtiene exclusivamente por la accin desl motor y del control de la mquina. Este control algunas veces es totalmente elctrico y otras veces suele combinarse al control mecnico, pero los principios bsicos aplicados son los mismos.Una mquina moderna se compone de tres partes principales que son las siguientes: La misma, destinada para realizar un tipo de trabajo. El motor, el cual es seleccionado considerando los requisitos de la mquina en cuanto a la carga, tipo de trabajo y _________de servicio que se requiere. El sistema de control, que est estrechamente relacionado a las condiciones de funcionamiento tanto del motor como de la mquina.TIPOS DE CONTROLES ELECTRICOS.Estos pueden ser del tipo:MANUAL: Este tipo de control se ejecuta manualmente en el mismo lugar en que est colocada la mquina. Este control es el ms sencillo y conocido y es generalmente el utilizado para el arranque de motores pequeos a tensin nominal. Este tipo de control se utilizan frecuentemente con el propsito de la puesta en marcha y parada del motor. El costo de este sistema es aproximadamente la mitad del de un arrancador electromagntico equivalente. E arrancador manual proporciona genegalmente proteccin contra sobrecarga y desenganche de tensin mnima, pero no proteccin contra baja tensin.Este tipo de control abunda en talleres pequeos de metalisteria y carpintera, en que se utilizan mquinas pequeas que pueden arrancar a plena tensin sin causar perturbaciones en las lneas de alimentacin o en la mquina. Una aplicacin de este tipo de control es una mquina de soldar del tipo motor generador .El control manual se aracteriza por el hecho de que el operador debe mover un interruptor o pulsar un botn para que se efecte cualquier cambio en las condiciones de funcionamiento de la mquina o del equipo en cuestin.SEMI-AUTOMATICO: Los controladores que pertenecen a esta clasificacin utilizan un arrancador electromagntico y uno o ms dispositivos pilotos manuales tales como pulsadores, interruptores de maniobra, combinadores de tambor o dispositivos anlogos. Quizas los mandos ms utilizados son las combinaciones de pulsadores a causa de que constituyen una unidad compacta y relativamente econmica. El control semi-automtico se usa principalmente para facilitar las maniobras de mano y control en aquellas instalaciones donde el control manual no es posible.La clave de la clasificacin como en un sistema de control semiautomtico es el hecho de que los dispositivos pilotos son accionados manualmente y de que el arrancador del motor es de tipo electromagntico.CONTROL AUTOMATICO: Un control automtico est formado por un arrancador electromagntico o contactor controlado por uno o ms dispositivos pilotos automticos. La orden inicial de marcha puede ser automtica, pero generalmente es una operacin manual, realizada en un panel de pulsadores e interruptores.En algunos casos el control puede tener combinacin de dispositivos manuales y automticos. Si el circuito contiene uno o ms dispositivos automticos, debe ser clasificado como control automtico.Los contactores son dispositivos electromagnticos, en el sentido de que en ellos se producen fuerzas magnticas cuando pasan corrientes elctricas por las bobinas del hilo conductor que estos poseen y que respondiendo a aquellas fuerzas se cierran o abren determinados contactos por un movimiento de ncleos de succin o de armaduras mviles.

5.2 Diagnsticos de fallas a circuitos de control electrnicos.

5.3 Mantenimiento preventivo y correctivo a circuitos de control electrnico. 5.4 Tipos de sensores electrnicos y actuadores. 5.5 Diagnstico de fallas comunes a sensores y actuadores. 5.6 Mantenimiento preventivo a sensores y actuadores.