tecnologÍa elÉctrica tema 9

1

1

TECNOLOGÍA ELÉCTRICA

TEMA 9

CENTROS DE TRANSFORMACION

2

CLASIFICACIÓN DE LOS CENTROS DE TRANSFORMACIÓN

?TIPO• INTEMPERIE• INTERIOR

?ALIMENTACIÓN• AEREA• SUBTERRANEA• MIXTA

?PROPIETARIO DE LA INSTALCIÓN

• ABONADO• ABONADO, MANTENIMIENTO COMPAÑÍA SUMINISTRADORA•COMPAÑÍA SUMINISTRADORA

2

3


?POSICIÓN EN LA RED DE M.T.

• DE PUNTA• DE PASO• DE ANILLO• ENTRONCADO A LINEA

AEREA• INDEPENDIENTE

L. RADIALL. ANILLO

E/S

132 kV/20 kV Ct. punta

Ct. paso

Ct.Subestaciónsecundaria

Ct.

Ct.

Subestaciónsecundaria132 kV/20 kV

P

Centros de Transformación en

anillo

Centros de Transformación: de punta y de paso

Centros de Transformación Independiente

4


?MEDIDA• M.T.• B.T.• M.T. Y B.T.

Esquema de Medida en media y baja tensión

Esquema de Medida en media tensión

Esquema de Medida en baja tensión

3

5

COMPOSICIÓN GENERAL DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN C.T DE INTERIOR

Celdas y esquema unifilar de centro de transformación simple

6

COMPOSICIÓN GENERAL DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN C.T DE INTERIOR

Simbolos de equipos de un centro de transformación

Interruptor

Seccionador

Seccionador de tierra

Interruptor-seccionador

Interruptor con cortacircuitofusible incorporado

Fusible

Contador

Transformador de potencia

Transformador de tensión

Transformador de intensidad

Enclavamiento mecánico

Tierra

Pararrayos

Botella terminal

4

7

TIPOS DE CELDAS Y ELEMENTOS QUE LA INTEGRANCELDAS DE LINEA:

Esquema de una celda de línea

Esquema unifilar de dos celdas de línea

Esquema unifilar de entrada aérea

8

CENTROS DE TRANSFORMACIÓN DE INTEMPERIE

5

9

CENTROS DE TRANSFORMACIÓN DE INTEMPERIE

10

CELDAS DE MEDIDA

Armario o móduloaislante de medida

Dispositivo deverificación nor-malizado

medidas A.T.Celdas de

Wh

S1

P1

S2

P2

1P

S1S2

P2

S1 2S

P1 P2

S1 2S

1P P2 A

B

C

CONTADORES

FUSIBLES

2 T.T

2 T.I.

Conexiones de los

aparatos de medida en

media tensión

6

11

MEDIDA Y PROTECCIÓN

A: Dispositivo de corte(interruptor-seccionador con fusibles o interruptor automático)B: Transformadores de intensidad de protección (2 ó 3 T.I.)C: (2 ó 3 T.I., 2 ó 3 T.T.)BD: Bobina de disparo del dispositivo de cortePI: Relé de protección indirectaM: Equipo de medida

Esquema unifilar de una protección indirecta

12

CELDAS DE PROTECCIÓN Y MEDIDA

Esquema unifilar de protecciones directa e indirecta

Protección directa con interruptor-seccionador y fusible

Protección indirecta con interruptor-seccionador y fusible

7

13

CELDAS DE PROTECCIÓN Y MEDIDA

Esquema unifilar de protecciones directa e indirecta

Protección directa con interruptor automático

Protección indirecta con interruptor automático

14

CELDAS DE TRANSFORMADOR

Celda de un transformador

con refrigeración

en aceite.

8

15

CANALIZACIONES

Valores de las tensiones de ensayo

KV eficacesKV eficaces KV cresta

16

CANALIZACIONES

Distancias mínimas en función de la tensión tipo rayo

ensayos(C.T de obra)

9

17

SECCIÓN DE LOS CONDUCTORES

Cargas admisibles en amperios para pletinas de cobre Carga continua en A Valores estáticos para una barra

Ancho Corriente Corriente x Sección Peso alterna continua x x y y

espesor 10 a 60 Hz

1 pletina 1 pletina Wx cm3

Jx cm4

Wy cm3

Jy cm4

mm mm2

kg/m desnuda desnuda12 x 2 24 0,21 110 120 0,048 0,0288 0,008 0,0008 15 x 2 30 0,27 140 145 0,075 0,0562 0,010 0,0010 15 x 3 45 0,40 170 175 0,112 0,0840 0,022 0,0030

20 x 2 40 0,36 185 190 0,133 0,1330 0,013 0,0013 20 x 3 60 0,53 220 225 0,200 0,2000 0,030 0,0045 20 x 5 100 0,89 290 300 0,333 0,3330 0,083 0,0208

25 x 3 75 0,67 270 275 0,312 0,3900 0,037 0,0050 25 x 5 125 1,11 350 360 0,521 0,6510 0,104 0,0260

30 x 3 90 0,80 315 325 0,450 0,6750 0,045 0,0070 30 x 5 150 1,34 400 425 0,750 1,1250 0,175 0,0310

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Cargas admisibles en amperios para pletinas de cobre Carga continua en A Valores estáticos para una barra

Ancho Corriente Corriente x Sección Peso alterna continua x x y y

espesor 10 a 60 Hz

1 pletina 1 pletina Wx cm3

Jx cm4

Wy cm3

Jy cm4

mm mm2

kg/m desnuda desnuda12 x 2 24 0,21 110 120 0,048 0,0288 0,008 0,0008 40 x 3 120 1,07 420 425 0,800 1,6000 0,060 0,0090 40 x 5 200 1,78 520 550 1,333 2,6660 0,166 0,0420

40 x 10 400 3,56 750 800 2,666 5,3330 0,666 0,3330

50 x 5 250 2,23 630 660 2,080 5,2000 0,208 0,0520 50 x 10 500 4,45 920 1000 4,160 10,4000 0,833 0,4160

60 x 5 300 2,67 750 780 3,000 9,0000 0,250 0,0630 60 x 10 600 5,34 1100 1100 6,000 18,0000 1,000 0,5000

80 x 5 400 3,56 950 1000 5,333 21,3300 0,333 0,0833 80 x 10 800 7,12 1400 1450 10,660 42,6000 1,333 0,6660

100 x 5 500 4,45 1200 1250 8,333 41,6600 0,417 0,1040 100 x 101000 8,90 1700 1700 16,660 83,3000 1,666 0,8330

10

19


Densidades admisibles en función de la sección

20

DETERMINACIÓN DE LA SECCIÓN DE LOS CONDUCTORES

250;)4.9,3.9(, mmStablasII adad ???? ??

• Criterio Térmico

• Criterio de Calentamiento en c.c

ad

ccp

tt

k

ImmS

??)( 2 K ? 11-13

t ? 1 seg? tad ? 150 ºC

11

21


d

l(m)

(cm)

l

T máx.

? ? ? ? .32 100/ ad

y

maxmax

cmWT

cmkg ?? ???

.

100

ad

maxy

TWS

??

???ad (Cu) ? 1200 kg/cm2

?ad (Al) ? 1000 kg/cm2

• Criterio Electrodinámico

? ? ? ?cmd

KAImKgf

S )(04,2/

2

?

d

If ccp2,13?

)(81

)/( 2 mlfmkgTmax ?

22


yb

yy

y

x D d

D

x x x

y

y

h

3y bh

121

I ??

2

61

2bh

b

IW y

y ???

)d(D64

II 44yy ?????

DdD

32W

44 ????

4yy D0491,0II ???

31,0 DW ??

Sección de conductores rígidos más usuales en centros de transformación

Pletinas Conductores HuecosRedondos

12

23

EJEMPLO DE CÁLCULO DE UN EMBARRADO

Se quiere dimensionar el embarrado de una instalación de 20 kV, con una potencia de cortocircuito en 20 kV de 350 MVA y con unas distancias entre fases y entre apoyos tal y como los indicados en la figura 9.22, siendo la corriente nominal de 100 A.

Ejemplo de embarrado de un C.T. convencional.

Se realiza el embarrado con pletinas de cobre de disposición vertical y pintadas.

Teniendo en cuenta que la corriente nominal es de 100 A entrando en el cuadro 9.4 se observa que con una pletina de 12×2 sería suficiente, pero teniendo en cuenta que su resistencia debe ser igual o menor a la de la varilla de 8 mm de diámetro (50,26 mm2 de sección), se adopta desde el punto de vista de calentamiento una pletina de (20×3) mm.

24


Para dimensionar la pletina desde el punto de vista de esfuerzoselectrodinámicos se parte de la potencia de cortocircuito y se calcula la Icc,p.

kA1010203

10350=U3

S=I=I3

6cc

pcc,k ???

??

y con ello se tendr á una fuerza por unidad de longitud:

mkg

33=40102,13=

(cm) d(kA) I2,13=f

22pcc, ??

lo que supone un momento máximo de

mkg 28,9=)5,(13381=lf

81=T

22máx ????

13

25


para tener una ? menor a la admitida por el cobre se requiere un módulo resistente de la barra de:

cm77,0=cm100200.128,9

=

cmkg200.1

mkg28,9=TW 33

2adm

máx ??

??

Entrando en el cuadro 9.3 supone una pletina de 50×10 mm2 y por tanto comparando las dos soluciones encontradas (calentamiento y esfuerzo electrodinámico) se adapta una pletina de 50x10 mm2 en posición vertical.

26


Obsérvese que la pletina de 20×3 mm, no hubiese soportado el esfuerzo electrodinámico:

cmkg200.1>

cmkg000.31

03,0928=

WT=

cm03,0=)3,(0261=ba

61=W

22y

máxmáx

322y

???

???

El procedimiento explicado es válido para cualquier nivel de tensión (B.T, M.T y A.T) y de instalación (embarrado en cuadro, subestaciones al aire, etc.), pero cada una tendr á especificidades propias (valores altos de I, de la Icc, forma de la sección de los conductores, número de conductores por fase, etc.). Para estudiar más detalladamente cada caso se recomienda acudir a bibliografía más especializada.

14

27

TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN EN ACEITE Y SILICONA DE LLENADO INTEGRAL

-- DE 100 kVA A 2.500 kVA y hasta 36 kV --

28

TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN EN ACEITE Y SILICONA CON RADIADORES Y DEPOSITO DE EXPANSIÓN

-- HASTA 2.500 kVA y 36 kV --

15

29

TRANSFORMADOR EN ACEITE Y SILICONA DE

POTENCIA Y ESPECIALES

-- HASTA 10 MVA y 72’5 kV --

30

TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN EN ACEITE Y SILICONA CON RADIADORES Y DEPOSITO DE EXPANSIÓN

-- HASTA 2.500 kVA y 36 kV --

16

31

TRANSFORMADOR INTEGRAL

Necesariamente deben estar construidos con aletas de refrigeración, carecen de cámara de aire en su interior, el aceite llega interiormente hasta el final de los pasatapas, la dilatación del aceite por temperatura, es absorbida por la dilatación de las aletas que permiten el aumento del volumen interior con su expansión.

32

TRANSFORMADOR HERMÉTICOS

Construidos con aletas o radiadores, en la parte superior queda una cámara de aire que se comprime y reduce su tamaño cuando aumenta el volumen de aceite debido al calentamiento, siempre la parte activa permanece sumergida en aceite para asegurar su aislamiento

17

33

TRANSFORMADOR CON DEPOSITO DE EXPANSIÓN

Constructivamente son similares a los herméticos, pero llevan un deposito llamado de expansión por encima de la tapa, que obliga a que los interiores de las bornas en AT queden totalmente sumergidas en aceite.

34

18

35

CURVAS DE FUSION

36

CURVAS DE FUSION

19

37

ESQUEMAS DE CENTROS DE TRANSFORMACIÓN CON TECNOLOGIA DIFERENTE

Centro de aparellaje convencional en celdas

de mamposteria

Centro de aparellaje convencional bajo envolvente metalica

Centro con celda compacta de SF6

38

COMPARACIÓN DE TAMAÑOS DE CENTROS DE TRANSFORMACIÓN

VOLUMEN OCUPADO POR LAS CELDAS PARA UN MISMO ESQUEMA

Esquema eléctrico: 2 celdas de línea y 1 de

protección(24kV)

20

39

ASPECTO DE UNA CELDA COMPACTA EN SF6

40

CENTRO PREFABRICADO DE HORMIGÓN

21

41

CÁLCULO DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN

EJEMPLO: Se va a calcular un C.T de 1.000 kVA, 20 kV/380V, con entrada y salida subterráneas y 350 MVA de potencia de cortocircuito (Scc). Relación de cortocircuito del transformador, ecc=5%.

29A9A,28=203

000.1=U3

S=I

1

cc1 ?

??

1. Intensidad de Alta Tensión: 2. Intensidad de Baja Tensión:

A520.1380,03

000.1=U3

S=I

2

cc2 ?

??

3. Corrientes de cortocircuito:

Primario:

Corriente de cortocircuito permanente:

Corriente de cortocircuito máxima instantánea:

kA 10kA 1,10=203

350=U3

S=I=I1

cc''1,kp,1cc, ?

??

kA5,25=I8,12=lI=I pcc,smáx,1cc, ???

Secundario :

kA30400.30=05,0

520.1=I=I=Icc

2p,2cc,

''2,k ?

?

kA75=I55,2I=I p,2cc,máx,2cc,s ??

42



4. Dimensiones del embarrado de M.T:

1) Cálculo térmico, por densidad de corriente :

2) Cálculo electrodinámico :

A la intensidad nominal de 29 A, le corresponde una sección mínima según el MIE-RAT de 50 mm2.

mkg 53=

2552504,2=

d(cm)(kA)I04,2=f

22s ???

Suponiendo una separación entre apoyos de 1m y distancia entre fases de 25 cm.

El cálculo del momento máximo se hace para los dos casos extremos:

mkg 41,4=lf121

=T ; mkg 625,6=lf81

=T 2máx

2máx ??????

22

43



Requiriéndose en cada caso un módulo resistente:

cm 37,0=002.1

441=

100T=W ; cm 55,0=002.1

5,662=

100T=W 3

adm

máxy

3

adm

máxy

??

??

En el cuadro se observa que pletinas de 40×10 mm, con Wy=0,666 cm3; o de 50×10 con Wy=0,833 cm3, serían suficientes.Hay que tener en cuenta que para C.T.s de paso, o de anillo, el cálculo por densidad de corriente no se hace con la intensidad nominal del primario del transformador, sino para la corriente de paso por las celdas de línea que indica la compañía distribuidora y que suele ser de 400 A o 630 A. No obstante, las pletinas escogidas admitirían esa corriente sin problema.Las compañías distribuidoras suelen indicar unas secciones mínimas para los conductores de las celdas de línea.

4. Dimensiones del embarrado de M.T:

44



3) Comprobación por solicitación térmica en cortocircuito :

Se comprueba que el calentamiento durante un cortocircuito, es decir, el incremento de temperatura, es inferior al admisible.

Se aplica la expresión:21

pcc,

Tt

kI

=S ???

???

?

Donde S (mm2 ) es la sección del conductor; ? T (ºC) el incremento de temperatura admisible, se suele tomar 150 ºC; t (s) el tiempo de disipación de la falta, se tomaráen el ejemplo 1 segundo; k es una constante que depende de la capacidad térmica del conductor y de su resistividad media en el intervalo de temp eraturas considerado, los valores normales de k para el cobre y las unidades indicadas están entre 11 y 13. Así pues:

mm500ó400»mm68=1501

12000.10

=S 22?

23

45



Por tanto, las secciones propuestas son adecuadas.

Este cálculo es aproximado; pero en general es suficiente. Para cálculos más precisos y justificación de [25], ver referencia (Ras, 1975: 7). .

5. Cálculo de las instalaciones de puesta a tierra.

Se expondrán escuetamente los cálculos, siguiendo lo explicado en el tema de tierras. Primero se calculará la puesta a tierra de las masas del C.T.

1) Naturaleza del terreno:

Se tomará una resistividad, ? =100 Ohm·m.

2) Corrientes máximas de puesta a tierra (defecto fase-masa) y tiempo máximo de eliminación del defecto.

Se considera: XT ? 72/3 ? , Id=500 A, td=0,7 seg.

46



3) Diseño preliminar de la instalación de tierra:

Se considera inicialmente, un electrodo en forma de anillo de 4×3 m con 4 picas, de L=2m, enterrados a una profundidad de 0,5 m, según el cuadro 3.4 del capítulo 3.

Para esta disposición, se tiene:Kr=0,1; Kp=0,0231; Kc=0,0506.

Obteniéndose los valores de la resistencia de tierra (RT) y de las tensiones de paso (Vp,m) y contacto (Vc,m) máximas:

V530.2=IK=V

V155.1=IK=V 10=K=R

dcmc,

dpmp,

rT

?

???

24

47



3) Diseño preliminar de la instalación de tierra:

Con esa resistencia de tierra, la tensión de defecto (Vd) será, como mucho:

V000.5=50010=IRV dTd ??

Recuérdese, que en el caso de que en el C.T. se disponga de tierra común para masas de M.T y neutro de baja, la tensión de defecto debe ser menor que 1.000 V.Los valores de Vp,m y Vc,m han de ser inferiores a los valores máximos admisibles (Vp,ad , Vc,ad) calculados a continuación, con k=72 y n=1:

V566=V m000.3= Si V118=V m100= Si

000.15,1

+1t

k=V

V645.1=000.1

6+1

tk10

=V

adc,

adc,

nd

adc,

nd

adp,

????????

???

??? ??

???

??? ???

48



Se observa que con la tensión de paso, no hay problema; pero sí lo hay con la tensión de contacto, puesto que aun admitiendo una resistividad alta (suelo de hormigón) laVc,ad=566 V es mucho menor que la que se puede presentar, Vc,m = 2.530 V. Si se quiere rebajar el valor de Vd y el de Vc ,m hasta valores admisibles, habrá que buscar otra disposición de los electrodos de tierra; para ello se pueden utilizar las tablas de la referencia (UNESA, 1989: 13). Si resultase muy difícil o excesivamente costoso el conseguirlo, se puede recurrir a tomar medidas alternativas (ver MIE RAT 13, apartado 2.2).Los conductores de tierra se pondrán de acero (50 mm2 ) o cobre (25 mm2 ) que son las secciones mínimas admisibles; y que dan lugar a densidades de corriente de defecto inferiores a las admisibles:

160<mm

A20=

25500

=SI=

60<mm

A10=

50500

=SI=

2Cu

dCu

2ac

dac

?

?

25

49



también se puede calcular la tensión de paso máxima admisible en el acceso del C.T.:

V 600.10=000.1

000.33+1003+17,072,10=

000.1'3+3+1

t

k10=V np(acc) ????

?? ??

????

?? ?????

donde ? y ? ’ son las resistividades en el exterior (? ) y en el interior (? ’) del C.T.Como sale un valor alto, en general no será preciso calcular la tensión de contacto exterior si se adopta la precaución de que las puertas y tierras metálicas que dan al exterior del centro no estén conectados eléctricamente con masas conductoras del interior de la instalación.

50



Un cálculo aproximado puede realizarse, siguiendo el libro de Transformadores de Ras (Ras, 1991: 8), apéndice 14.Se considera que el transformador tiene un rendimiento del 98% a plena carga, lo que equivale a unas pérdidas de 20 KW a plena carga. Se considera un incremento de temperatura del aire, ? T = 15 ºC.

6. Cálculo de la ventilación del C.T.

sm15,1=

1516,120=

T16,1P=Q

3pérd

???

El caudal de aire necesario, es:

26

51



Considerando una diferencia de altura entre la rejilla de entrada y de salida, de 2 metros (h=2 m), y con una velocidad de salida de aire de 0,7 m/s, obtenida según tablas. La sección mínima de las rejillas será de:

6. Cálculo de la ventilación del C.T.

En el proyecto de un C.T. se incluirán el cálculo del dimensionamiento del foso apagafuegos, en caso de que el tipo de transformador lo requiera, y los cálculos necesarios para justificar la selección de la aparamenta requerida

m64,1=7,0

15,1=

vQ

=S 2

salrej

52

EJEMPLO 2: ESQUEMA UNIFILAR Y DISTRIBUCIÓN EN CELDAS DE UN C.T.

ESQUEMA UNIFILAR DE UN C.T. CON TRES TRANSFORMADORES.

27

53

EJEMPLO 2: ESQUEMA UNIFILAR Y DISTRIBUCIÓN EN CELDAS DE UN C.T.

PLANTA DEL C.T. ANTERIOR

tecnologÍa elÉctrica tema 9

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