INSTITUTO TECNOLGICO DE HERMOSILLODefiniciones de Subestacin Elctrica Conjunto de transformadores, convertidores, interruptores, etc., destinados a laalimentacin de una red de distribucin de energa elctrica. Edificio o ubicacin alexterior donde la energa elctrica de un sistema de potencia se transforma,convierte, controla, etc. Conjunto de aparatos y dispositivos de transformacin, conversin y distribucinde energa elctrica, instalados en un edificio o al aire libre y cuya misin esalimentar una red elctrica. Conjunto de mquinas, aparatos y circuitos que tienen la funcin de modificar losparmetros de la potencia elctrica (voltaje y corriente) y de proveer un medio deinterconexin y despacho entre las diferentes lneas de un sistema.

I.2 Reconocer los diferentes tipos de subestaciones y sus elementos constitutivosEntre las subestaciones elctricas, tenemos las siguientes clasificaciones: Por su operacin:De corriente alternaDe corriente continua Por su servicio:Primarias:ElevadorasReceptoras reductorasDe enlace o distribucinDe maniobraConvertidoras o rectificadoras Secundarias:Receptoras- Reductoras- ElevadorasDistribuidorasDe enlace

Convertidoras o rectificadoras Por su construccin:Tipo IntemperieTipo InteriorTipo Blindado Subestacin receptora y de enlace:Cuando se interconecta a una o varias subestaciones que permiten el respaldo desuministro elctrico Subestacin transformadora:.Destinada a modificar los parmetros elctricos de entrada y salida del sistema Subestacin convertidora:Destinada a convertir la corriente alterna en corriente continua, o viceversa. Subestacin distribuidora:Destinada a distribuir la energa elctrica sin modificar sus caractersticas elctricas

I.2 1.- Elementos que constituyen una subestacin.Se pueden clasificar en :Elementos Principales o Primarios: Transformador Interruptor de potencia Restaurador Cuchillas fusible Cuchillas desconectadoras y cuchillas de prueba Apartarrayos Tablero dplex de control Condensadores Transformadoras de instrumentoElementos Secundarios: Cables de potencia Cables de control Alumbrado Estructura Herrajes Equipo contra incendio Equipo de filtrado de aceite Sistema de tierra Carrier Intercomunicacin Trincheras, ductos, conducto, drenajes. Cercas.

SUBESTACION ELEVADORASEn este tipo de Subestaciones se modifican los parmetros principales en lageneracin de la energa elctrica por medio de los transformadores de potencia,elevando el voltaje y reduciendo la corriente para que la potencia pueda sertransportada a grandes distancias con el mnimo de prdidas. Son lassubestaciones que generalmente se encuentran en las Centrales Elctricas.Algunos niveles tpicos de voltaje usados en los sistemas elctricos de potencia,se dan en la tabla siguiente, agrupndolos en transmisin, subtransmision,distribucin y utilizacin. Niveles de voltaje usados preferentemente en Mxico.

Transmisin Subtransmision Distribucin Utilizacin 400 kV 115 kV 34.5 kV 400 V, 3 230 kV 69 kV 23.0 kV 220 V, 2 13.8 Kv 110 V, 1

SUBESTACION REDUCTORASEn este tipo de Subestaciones se modifican los parmetros de la transmisin de laenerga elctrica por medio de transformadores de potencia, reduciendo el voltajey aumentando la corriente para que la potencia pueda ser distribuida a distanciasmedias a travs de lneas de transmisin, subtransmisin y circuitos dedistribucin, los cuales operan a bajos voltajes para su comercializacin.SUBESTACION DE MANIOBRAEn este tipo de Subestaciones no se modifican los parmetros en la transmisinde la energa elctrica, nicamente son nodos de entrada y salida sin elementosde transformacin y son utilizadas como interconexin de lneas, derivaciones,conexin y desconexin de compensacin reactiva y capacitiva, entre otras.SUBESTACION TIPO INTERPERIESon las construidas para operar expuestas a las condiciones atmosfricas (lluvia,nieve, viento y contaminacin ambiental) y ocupan grandes extensiones deterreno.

SUBESTACION TIPO INTERIORSon Subestaciones que se encuentran con proteccin de obra civil, similares ensu forma a las de tipo intemperie, con el fin de protegerlas de los fenmenosambientales como son: la contaminacin salina, industrial y agrcola, as como delos vientos fuertes y descargas atmosfricas. Tambin existen, las Subestacionescompactas blindadas aisladas con gas Hexafloruro de Azufre (SF6), las cualesproporcionan grandes ventajas, ya que adems de poder ser diseadas paraoperar a la intemperie, estas pueden estar protegidas del medio ambiente concierta infraestructura civil, reduciendo los costos de mantenimiento; y se aplicangeneralmente en: Zonas urbanas y con poca disponibilidad de espacio. Zonas con alto costo de terreno. Zonas de alta contaminacin y ambiente corrosivo. Zonas con restricciones ecolgicas. Instalaciones subterrneas.

SIMBOLOGA DE EQUIPO ELCTRICOPara la operacin correcta y segura de las subestaciones, la nomenclatura paraidentificar voltajes, estaciones y equipos, ser uniforme en toda la RepblicaMexicana. Deber adems, facilitar la representacin grfica por los mediostcnicos o tecnolgicos disponibles en la operacin.Cada uno de los dispositivos elctricos de que consta una subestacin depotencia se representa por medio de un smbolo simplificado como se muestra

TRANSFORMADOR DE POTENCIALos transformadores son dispositivos basados en el fenmeno de la induccinelectromagntica y estn constituidos, en su forma ms simple, por dos bobinasdevanadas sobre un ncleo cerrado de hierro al silicio. Las bobinas o devanadosse denominan primario y secundario segn correspondan a la tensin alta obaja, respectivamente. Tambin existen transformadores con ms devanados, eneste caso puede existir un devanado "terciario", de menor tensin que elsecundario.Se denomina transformador a una mquina electromagntica que permiteaumentar o disminuir el voltaje o tensin en un circuito elctrico de corrientealterna, manteniendo la frecuencia. La potencia que ingresa al equipo, en el casode un transformador ideal, esto es, sin prdidas, es igual a la que se obtiene a lasalida. Las mquinas reales presentan un pequeo porcentaje de prdidas,dependiendo de su diseo y tamao.

El Transformador es un dispositivo primario que, de acuerdo con su relacinmodifica los parmetros elctricos, (tensin y corriente) operando comoelevadores o reductores.Se pueden considerar formado por tres partes principales: Parte activa Parte pasiva Accesorios

Parte activaEst formada por un conjunto de elementos separados del tanque principal y queagrupa los siguientes elementos:1. Ncleo. Este constituye el circuito magntico, que est fabricado enlminas de acero al silicio. El ncleo puede ir unido a la tapa y levantarsecon ella, o puede ir unido a la pared del tanque, lo cual produce mayorresistencia durante las maniobras mecnicas del transporte.2. Bobinas. Estas constituyen el circuito elctrico, se fabrican utilizandoalambre o solero de cobre o de aluminio. Los conductores se forran dematerial aislante, que puede tener diferentes caractersticas, de acuerdocon la tensin del servicio de la bobina, la temperatura y el medio en queva a estar sumergida.Los devanados deben tener conductos de enfriamiento radiales y axiales quepermitan fluir el aceite y eliminar el calor generado en su interior. Adems, debentener apoyos y sujeciones suficientes para soportar los esfuerzos mecnicosdebidos a su propio peso, y sobre todo los de tipo electromecnico que seproducen durante cortocircuitos.

Parte pasivaConsiste en el tanque donde se aloja la parte activa; se utiliza en lostransformadores cuya parte activa va sumergida en lquidos.El tanque debe ser hermtico, soportar el vaco absoluto sin presentardeformacin permanente, proteger elctrica y mecnicamente el transformador,ofrecen puntos de apoyo para el transporte y la carga del mismo, soportar losenfriadores, bombas de aceite, ventiladores y los accesorios especiales.La base del tanque debe ser lo suficientemente reforzada para soportar lasmaniobras de levantamiento durante la carga o descarga del mismo.El tanque y los radiadores de un transformador deben tener un rea suficientepara disipar las prdidas de energa desarrolladas dentro del transformador.A medida que la potencia de diseo de un transformador se hace crecer, eltanque y los radiadores, por si solos, no alcanzan a disipar el calor generado, porlo que en diseos de unidades de alta potencia se hace necesario adicionarenfriadores, a travs de los cuales se hace circular aceite forzado por bombas, yse sopla aire sobre los enfriadores, por medio de ventiladores. A este tipo deeliminacin trmica se le llama enfriamiento forzado.

AccesoriosLos accesorios de un transformador son un conjunto de partes y dispositivos queauxilian en la operacin y facilitan en labores de mantenimiento.1. Tanque conservador. Es un tanque extra colocado sobre el tanque principaldel transformador, cuya funcin es absorber la expansin del aceite debidoa los cambios de temperatura, provocados por los incrementos de la carga.El tanque se mantiene lleno de aceite aproximadamente hasta la mitad. Encaso de una elevacin de temperatura, el nivel de aceite se elevacomprimiendo el gas contenido en la mitad superior si el tanque es sellado,o expulsando el gas hacia la atmosfera si el tanque tiene respiracin.2. Boquillas. Son los aisladores terminales de las bobinas de alta y bajatensin que se utilizan para atravesar el tanque o la tapa del transformador.3. Tablero. Es un gabinete dentro del cual se encuentran los controles yprotecciones de los motores de las bombas de aceite, de los ventiladores,del cambiador de derivaciones bajo carga, etc.4. Vlvulas. Conjunto de dispositivos que se utilizan para el llenado, vaciado,mantenimiento y muestreo del aceite del transformador.5. Conectores a tierra. Son unas piezas de cobre soldadas al tanque, dondese conecta el transformador a la red de tierra.

6. Placa de caractersticas. Esta placa se instala en un lugar visible deltransformador y en ella se graban los datos ms importantes como sonpotencia, tensin, por ciento de impedancia, nmero de serie, diagramavectorial y de conexiones, numero de fases, frecuencia, elevacin detemperatura, altura de operacin sobre el nivel del mar, tipo deenfriamiento, por ciento de variacin de tensin en los diferentes pasos delcambiador de derivaciones, peso y aos de fabricacin

Operacin del Transformador:

a. Potencia, la potencia del transformador est determinada por la magnitud de la carga que se alimentar y la perspectiva de aumentos futuros de consumos.b. Cantidad, cuantos transformadores se requierenc. Taps. cantidad y valores de las derivaciones en el primario y secundario para disponer de una mayor flexibilidad para optimizar los niveles de la tensin secundaria.d. Tensin del Primario y Secundario, corresponden a la tensin primaria existente y la necesidad de tensin secundaria.e. Aspectos constructivos. La disponibilidad de taps, La instalacin (intemperie, bajo techo), Protecciones (incorporadas): temperatura, presin, Refrigeracin: Ventilacin forzada; Circulacin del aceite forzada, Componentes de montaje, Cambiador de taps bajo carga.f. Mantenimiento del Transformador, adems de chequear peridicamente las condiciones generales del transformador y de su funcionamiento, se debe analizar el estado del aceite, limpieza de aisladores. En general estos elementos requieren de poco mantenimiento.

CONEXIONES TIPICASConexin estrella-estrella. Esta conexin da un servicio satisfactorio si la cargatrifsica es balanceada; si la carga es desbalanceada, el neutro elctrico tiende aser desplazado del punto central, haciendo diferentes los voltajes de lnea aneutro; esta desventaja puede ser eliminada conectando a tierra el neutro. Laventaja de este sistema de conexiones es que el aislamiento soporta nicamenteel voltaje de lnea a tierra.Conexin delta-delta. Este arreglo es usado generalmente en sistemas donde losvoltajes no son altos y cuando la continuidad del servicio debe ser mantenida aunsi unos de los transformadores fallan; si esto sucede, los transformadores puedencontinuar operando en la conexin delta-abierta, tambin llamada conexin Vcon esta conexin no se presentan problemas con cargas desbalanceadas, puesprcticamente los voltajes permanecen iguales, independientemente del grado dedesbalance de la carga.Conexin delta-estrella. Esta conexin se emplea usualmente para elevar elvoltaje, como por ejemplo al principio de un sistema de transmisin de altatensin. Otra de sus ventajas es que el punto de neutro es estable y no flotacuando la carga es desbalanceada. Esta conexin tambin es muy usada cuandolos transformadores deben suministrar carga trifsica y carga monofsica; enestos casos, la conexin proporciona un cuarto hilo conectado al neutro.

PruebasLas pruebas mnimas que deben efectuarse a los transformadores antes de lainstalacin:1. Inspeccin del aparato. Se verifica el cumplimiento de las normas yespecificaciones.2. Aceite aislante. Se debe verificar la rigidez dielctrica y la acidez.3. Resistencia de aislamiento. Se mide con un megger, la medicin se efectaen tres pasos, primero se mide la resistencia de los devanados entre alta ybaja tensin, despus se mide alta tensin y tierra y finalmente en baja tensin y tierra.4. Inspeccin del alambrado de control. Se comprueba la continuidad y laoperacin de los circuitos de control, proteccin, medicin, sealizacin, sistema de enfriamiento, cambiador de derivaciones y transformadores de instrumentos.5. Relacin de transformacin. Esta prueba se efecta para determinar quelas bobinas han sido fabricadas, de acuerdo con el diseo y con el nmero de vueltas exacto.6. Polaridad. Se requiere su comprobacin para efectuar la conexin adecuada de los bancos de transformadores.7. Potencial aplicado. Sirve para comprobar el aislamiento de los devanados con respecto a tierra. Consiste en juntar por un lado todas la terminales del devanado que se va aprobar y, por otro lado, se conectan entre si todas las terminales de los otros devanados y estas a su vez se conectan a tierra.8. Potencial inducido. Sirve para comprobar el aislamiento entre espiras y entre secciones de los devanados. Consiste en inducir entre las terminales de un devanado, en una tensin doble de la nominal durante un minuto, y una frecuencia al doble de la nominal, para que no se sature el ncleo.9. Perdidas en el hierro y por ciento de la corriente de excitacin. Estosvalores se indican en las especificaciones de acuerdo con sus valoresmximos permitidos, que se llaman valores garantizados.10. Perdidas de carga y por ciento de impedancia. Tambin se fijan valoresgarantizados y se cobran multas en caso de prdidas superiores a las

8. Potencial inducido. Sirve para comprobar el aislamiento entre espiras y entre secciones de los devanados. Consiste en inducir entre las terminales de un devanado, en una tensin doble de la nominal durante un minuto, y una frecuencia al doble de la nominal, para que no se sature el ncleo.9. Perdidas en el hierro y por ciento de la corriente de excitacin. Estos valores se indican en las especificaciones de acuerdo con sus valores mximos permitidos, que se llaman valores garantizados.10. Perdidas de carga y por ciento de impedancia. Tambin se fijan valores garantizados y se cobran multas en caso de prdidas superiores a las garantizadas11. Temperatura. Estas pruebas se efectan a una unidad de cada lote; sedesarrollan conectando el cambiador de derivaciones en posicin de perdidas mximas y trabajando el sistema de enfriamiento correspondiente a plena capacidad12. Impulso. Es una prueba de tipo opcional; simula las condiciones producidaspor la descarga de un rayo y consiste en aplicar sucesivamente al aislamiento de un transformador una onda de impulso completa a tensin reducida, dos ondas de impulso cortadas en la cola y una onda de impulso completa a tensin plena.

TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTOSSon dispositivos electromagnticos cuya funcin principal es reducir a escala, lasmagnitudes de tensin y corriente que se utilizan para la proteccin y medicin delos diferentes circuitos de una subestacin, o sistema elctrico en general.Los aparatos de medicin y proteccin que se montan sobre los tableros de unasubestacin no estn constituidos para soportar ni grandes tensiones, ni grandescorrientes.Con el objeto de disminuir el costo y los peligros de las altas tensiones dentro delos tableros de control y proteccin, se dispone de los aparatos llamadostransformadores de corriente y potencial que representan, a escalas muyreducidas, las grandes magnitudes de corriente o de tensin respectivamente.Normalmente estos transformadores se construyen con sus secundarios, paracorrientes de 5 amperes o tensiones de 120 volts.Los transformadores de corriente se conectan en serie con la lnea, mientras quelos de potencial se conectan en paralelo, entre dos fases o entre fase o neutro.Esto en s, representa un concepto de dualidad entre los transformadores decorriente y los de potencial que se puede generalizar en la siguiente tabla:

Equivalencias de funciones en los transformadores de instrumentos

Concepto Transformadores Potencial Corriente Tensin Constante Variable Corriente Variable Constante La carga se denomina por: Corriente Tensin Causa de error: Cada de tensin en serie Corriente derivada en paraleloConexin de transformador a la lnea: En paralelo En serieConexin de los aparatos al secundario: En paralelo En serie

TRANSFORMADORES DE POTENCIALSon aparatos en que la tensin secundaria, dentro de las condiciones normalesde operacin, es prcticamente proporcional a la tensin primaria, aunqueligeramente desfasada. Desarrollan dos funciones: transformar la tensin y aislarlos instrumentos de proteccin y medicin conectados a los circuitos de alta tensin.El primario se conecta en paralelo con el circuito por controlar y el secundario seconecta en paralelo con las bobinas de tensin de los diferentes aparatos demedicin y proteccin que se requieren energizar.Estos transformadores se fabrican para servicio interior y exterior, y al igual que los de corriente, se fabrican con aislamientos de resinas sintticas para tensiones bajas o medias, mientras que para altas tensiones se utilizan aislamientos de papel, aceite y porcelana.A diferencia de los aparatos de corriente, los de potencial se construyen de un solo embobinado secundario.

PARMETROS DE LOS TRANSFORMADORES DE POTENCIALTensin. Las tensiones primaria y secundaria de un transformador de potencialdeben estar normalizadas de acuerdo con cualquiera de las normas nacionales ointernacionales en uso.Tensin primaria. Se debe seleccionar el valor normalizado inmediato superior alvalor calculado de la tensin nominal de la instalacin.Tensin secundaria. Los valores normalizados, segn la ANSI son de 120 volts para aparatos de 25 kv y de 115 volts para aquellos con valores superiores de 34.5 kv.Potencia nominal. Es la potencia secundaria expresada en volt-amperes, que sedesarrollan bajo la tensin nominal y que se indica en la placa de caractersticasdel aparato.Carga. Es la impedancia que se conecta a las terminales del devanado secundario.Clase de precisin para medicin. La clase de precisin se designa por el errormximo admisible en por ciento, que el transformador de potencia puede introducir en la medicin de potencia operando con su tensin nominal primaria y la frecuencia nominal. La precisin de un transformador se debe poder garantizar para los valores entre 90 y 110% de la tensin nominal.

TRANSFORMADORES DE CORRIENTESon aparatos en que la corriente secundaria, dentro de las condiciones normalesde operacin, es prcticamente proporcional a la corriente primaria, aunqueligeramente desfasada. Desarrollan dos tipos de funcin; transformar la corrientey aislar los instrumentos de proteccin y medicin conectados a los circuitos dealta tensin.El primario del transformador se conecta en serie con el circuito por controlar y elsecundario se conecta en serie con las bobinas de corriente de los aparatos demedicin y de proteccin que requieran ser energizados.

Un transformador de corriente puede tener uno o varios secundarios,embobinados a su vez sobre uno o varios circuitos magnticos. Si el aparato tienevarios circuitos magnticos, se comporta como si fueran varios transformadoresdiferentes. Un circuito se puede utilizar para mediciones que requieran mayorprecisin, y los dems se pueden utilizar para proteccin. Por lo tanto, convieneque las protecciones diferenciales y de distancia se conectan a transformadoresindependientes.La tensin del aislamiento de un transformador de corriente debe ser, cuandomenos, al igual a la tensin ms elevada del sistema al que va a estar conectado.Para el caso de los transformadores utilizados en protecciones con relevadoresestticos se requieren ncleos que provoquen menos saturaciones que en el casode los relevadores de tipo electromagntico, ya que las velocidades de respuestade las protecciones electrnicas son mayores.

Los transformadores de corriente pueden ser de medicin, de proteccin o mixtos:

Transformadores de medicin. Los transformadores cuya funcin es medir,requieren reproducir fielmente la magnitud y el ngulo de fase de la corriente. Suprecisin debe garantizarse desde una pequea fraccin de corriente nominal delorden del 10%, hasta un exceso de corriente del orden del 20% sobre su valornominal.Transformadores de proteccin. Los transformadores cuya funcin es proteger elcircuito, requieren conservar su fidelidad hasta un valor de 20 veces la magnitudde la corriente nominal.En el caso de los relevadores de sobrecorriente, solo importa la relacin de latransformacin, pero en otro tipo de relevadores, como pueden ser los de impedancias, se requiere adems de la relacin de transformacin, mantener el error del ngulo de fase dentro de los valores predeterminados.Transformadores mixtos. En este caso, los transformadores se disean para unacombinacin de los dos casos anteriores, un circuito con el ncleo de alta precisin para los circuitos de medicin y uno o dos circuitos ms, con sus ncleos adecuados, para los circuitos de proteccin.

PARMETROS DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTECorriente. Las corrientes primaria y secundaria de un transformador de corrientedeben estar normalizadas de acuerdo con cualquiera de las normas nacionales ointernacionales.Corriente primaria. Para esta magnitud se selecciona el valor normalizadoinmediato superior de la corriente calculada para la instalacin.Para subestaciones de potencial, los valores normalizados son: 300, 400, 600,800, 1200, 1500, 2000, y 4000 amperes.Carga secundaria. Es el valor de la impedancia en ohms, reflejada en elsecundario de los transformadores de corriente, y que est constituida por lasuma de las impedancias del conjunto de todos los medidores, relevadores,cables, y conexiones conectados en serie con el secundario y que corresponde a la llamada potencia de precisin a la corriente nominal secundaria.Limite trmico. Un transformador debe soportar en forma permanente, hasta un20% sobre el valor nominal de corriente, sin exceder el nivel de temperaturaespecificado.

Lmite de corto circuito. Es la corriente de cortocircuito mxima que soporta un transformador durante un tiempo que vara entre 1 y 5 segundos. Esta corrientepuede llegar a significar una fuerza del orden de varias toneladas.Tensin secundaria nominal. Es la tensin que se levanta en las terminalessecundarias del transformador al alimentar este una carga de veinte veces la corriente secundaria nominal.Potencia nominal. Es la potencia aparente secundaria que a veces se expresa envolt-amperes (VA) y a veces en ohm, bajo una corriente nominal determinada y que se indica en la placa de caractersticas del aparatoClase de precisin para medicin. La clase de precisin se designa por el error mximo admisible, en porciento, que el transformador puede introducir en la medicin, operando con su corriente nominal primaria y la frecuencia nominal.Clase de precisin para proteccin. Los transformadores con ncleos para proteccin, se disean para que la corriente secundaria sea proporcional a la primaria, para corrientes con valores de 20 veces el valor de la corriente nominal.

CAPACITORESSon unos dispositivos elctricos formados por dos lminas conductoras,separadas por una lmina dielctrica y que al aplicar una diferencia de tensinalmacenan carga elctrica.Los capacitores de alta tensin estn sumergidos, por lo general, en lquidos dielctricos y todo el conjunto est dentro de un tanque pequeo, hermticamente cerrado. Sus dos terminales salen al exterior a travs de dos boquillas de porcelana, cuyo tamao depender del nivel de tensin del sistema al que se conectaran.Una de las aplicaciones ms importantes del capacitor es la de corregir el factor de potencia en lneas de distribucin y en instalaciones industriales, aumentando la capacidad de transformacin de las lneas, el aprovechamiento de la capacidad de los transformadores y la regulacin del voltaje en los lugares de consumo.En la instalacin de los bancos de capacitores de alta tensin hay que tomar en cuenta ciertas consideraciones:Ventilacin. Se debe cuidar que los capacitores estn bien ventilados para que su

temperatura de operacin no exceda a la de diseo. La operacin a 10C arribade la temperatura nominal disminuye la vida medida del capacitor en ms de un70%, debidos a los dielctricos son muy sensibles, y en forma marcadamenteexponencial, a las temperaturas de operacin.Frecuencia. Los capacitores deben operar a la frecuencia nominal; si la frecuenciade alimentacin baja, se reduce la potencia reactiva suministrada de acuerdo conla relacin siguiente: Qs = ( Fo / Fn ) Qn Dnde:Qs= potencia reactiva suministrada en kVAR.Qn= potencia reactiva nominal en kVAR.fo= frecuencia aplicada en Hz.fn= frecuencia nominal en Hz.Tensin. Si los capacitores se alimentan con una tensin inferior al valor nominal,la potencia reactiva suministrada se reduce proporcionalmente al cuadrado de larelacin de las tensiones, como se muestra en la relacin siguiente: Qs= ( Vr / Vn ) /*2 =Qn

Donde Qs y Qn ya fueron indicados en la expresin anterior.Vr = tensin aplicada en volts.Vn = tensin nominal en volts.

Los capacitores de alta tensin pueden operar a tensiones de hasta 110% delvalor nominal; sin embargo, conviene evitar que esto suceda, pues la operacin a una sobre tensin permanece de un 10%, disminuye la vida media de uncapacitor en un 50%.

Corriente. La corriente nominal en un capacitor viene dada por las relaciones:In = Q / V si es monofsicoIn = Q / V si es trifsico

Dnde:In = corriente nominal en amperesV =tensin en kV (entre terminales si es monofsico o entre fases si es trifsico).Q =potencia reactiva nominal en kVAR.La corriente de un capacitor es directamente proporcional a la frecuencia, lacapacitancia y la tensin entre terminales, o sea: I = 2f C VUn capacitor no debe soportar corrientes de ms de 180% del valor nominal, yuna combinacin de sobretensin y sobrecorriente simultaneas no deben sobrepasar un incremento de 35% que es el valor del incremento mximo permitido en la potencia reactiva nominal, pues de lo contrario se producen temperaturas elevadas que aumentan la presin en el interior y abomban los tanques de los capacitores.

Bancos de capacitoresEn las instalaciones industriales y de potencia, los capacitores se instalan engrupos llamados bancos.Los bancos de capacitores de alta tensin generalmente se conectan en estrella,con neutro flotante y rara vez con neutro conectado a tierra. El que se utilice uno uotro tipo de neutro, depende de las consideraciones siguientes: Conexin del sistema a tierra Fusibles de capacitores Dispositivos de conexin y desconexin Armnicas

Conexiones a tierra. En sistemas elctricos con neutro aislado, o conectado atierra a travs de una impedancia, como en el caso del sistema central mexicano,los bancos de capacitores deben conectase a tierra.Para obtener el beneficio ptimo de la aplicacin de capacitores en el sistema dela distribucin, los capacitores deben localizarse donde produzcan la mxima reduccin de prdidas, mejores niveles de voltaje y estn tan cercanos a la carga como sea posible. esto

Cuando esto no sea prctico, las siguientes reglas de dedo se aplican para la localizacin de los capacitores:a) Para las cargas uniformemente distribuidas, el capacitor debe ubicarse ados terceras partes de la subestacin.b) Para carga que disminuye uniformemente, el capacitor debe ubicarse en medio de la longitud del alimentador.c) Para elevar el voltaje al mximo, el capacitor debe ubicarse al final delalimentador. Ms especficamente, se requieren capacitores donde se presentan bajos voltajes o donde se tengan problemas de bajo factor de potencia.

APARTARRAYOSSon unos dispositivos elctricos formados por una serie de elementos resistivosno lineales y explosores que limitan la amplitud de las sobretensiones originadaspor descargas atmosfricas, operacin de interruptores o desbalanceo de sistemas.Un dispositivo de proteccin efectivo debe tener tres caractersticas principales:

Comportarse como un aislador mientras la tensin aplicada no excedacierto valor determinado. Convertirse en conductor al alcanzar la tensin de ese valor. Conducir a tierra la onda de corriente producida por la onda de sobretensin.

Una vez desaparecida la sobretensin y restablecida la tensin normal. Eldispositivo de proteccin debe de interrumpir la corriente. Estas caractersticas selogran con el aparato llamado apartarrayos (pararrayos).Los apartarrayos cumplen con las siguientes funciones:a) Descargar las sobretensiones cuando su magnitud llega al valor de la tensin disruptiva del diseo.b) Conducir a tierra las corrientes de descarga producidas por las sobretensiones.c) Debe desaparecer la corriente de descarga al desaparecer las sobretensiones.d) No deben operar con sobretensiones temporales, de baja frecuencia.e) La tensin residual debe ser menor que la tensin que resisten los aparatos que protegen.La funcin del apartarrayos no es eliminar las ondas de sobre tensin, sino limitarsu magnitud a valores que no sean perjudiciales al aislamiento del equipo.Cuando se origina una sobretensin, se produce el arqueo de los entrehierros y lacorriente resultante es limitada por las resistencias a pequeos valores, hasta queen una de las paradas por cero de la onda de corriente, los explosoresinterrumpen definitivamente la corriente.

Los apartarrayos deben de quedar conectados permanentemente a los circuitosque protegen y entran en operacin en el instante en que la sobretensin alcanzaun valor convenido, superior a la tensin mxima del sistema.Los apartarrayos se pueden considerar divididos en tres grupos:

Cuernos de arqueo Apartarrayos autovalvulares Pararrayos de xidos metlicos.

Cuernos de arqueoEs el caso de los apartarrayos ms primitivos y pueden estar formados por unsolo expulsor, caso ms sencillo, o varios expulsores en serie, conectados por unlado al circuito vivo que se va a proteger, y por el otro lado, a la red de tierra.Apartarrayos autovalvularesEste grupo de apartarrayos tambin de tipo convencional, est formado por unaserie de resistencias no lineales de carburo de silicio, prcticamente sininductancia, presentadas como pequeos cilindros de material prensado. Las resistencias se conectan en serie con un conjunto de explosores intercaladosentre los cilindros.Las resistencias evitan que, una vez iniciada la descarga en los explosores, seproduzca una corriente permanente. A su vez permiten disminuir las distanciasentre los electrodos, proporcionando mayor sensibilidad al apartarrayos, aun en el caso de sobretensiones reducidas.

Apartarrayos de xido metlicosTienen su base en las investigaciones que se han venido efectuando sobre laspropiedades semiconductoras de los xidos metlicos. Este tipo est basadotambin en que la curva de tensin corriente de las resistencias es menos linealque la del caso de carburo de silicio: conduce cuando la tensin es superior a latensin mxima de referencia y cierra la conduccin, prcticamente a un valorcero, cuando la tensin regresa a su valor normal.Los apartarrayos estn constituidos por varias piezas de resistencia no lineal, dexido de zinc, aplicadas dentro de una columna hueca de porcelana, sin entrehierros. En la parte superior de la porcelana tienen una placa relevadora de presin que, en caso de una sobretensin interna, se rompe y permite escapar los gases hacia arriba sin producir daos laterales.Las resistencias no lineales son tambin unos pequeos cilindros formados porpartculas de xido de zinc de menor tamao que en el caso de los convencionales.Consideraciones generales de los apartarrayos.

Ventajas de los xidos de zinc sobre los de tipo convencionalI. Como no tienen entrehierro, su proteccin es constante.II. Por su caracterstica de tensin-corriente menos lineal que los de tipoconvencional, no permite el flujo de corriente posterior, causada por unasobretensin.III. Debido a que absorben menos energa que los convencionales, pueden

soportar mayor cantidad de rayos y operaciones de interruptores.IV. El volumen de las partes activas se reducen respecto al tipo convencional,lo que los hace ms compactos. Tensin nominal. Se define como la tensin mxima continua a valor eficazy a frecuencia industrial, al que soporta un apartarrayo entre sus terminales, y que permite la terminacin de la ionizacin despus de que han estado descargando energa en los explosores. Capacidad de sobretensin. Cuando a un apartarrayos de zinc se le aplica una tensin que excede continuamente el valor nominal y durante un tiempo largo, se incrementan las perdidas en watts de las resistencias y aumenta su temperatura. Corriente de descarga. Se define as el valor pico de un impulso de corriente normalizado con una onda de 8 x 20 microsegundos que se utiliza para la clasificacin de los apartarrayos.

Caractersticas principales que debe tener el apartarrayo instalado:a) Presentar una impedancia alta o infinita a tensin nominal para minimizarlas prdidas en condiciones normales.b) Presentar una impedancia baja durante la ocurrencia de los transitorios (sobretensin) para limitar la tensin y proteger el sistema o equipos instalados (aislamiento, transformadores, etc.).c) Drenar la corriente de la descarga y extinguir el arco de potencia durante eltransitorio en 60 Hz sin presentar dao alguno.d) Regresar a las condiciones de circuito abierto (alta impedancia) despus del transitorio.

INTERRUPTORES DE POTENCIAEl interruptor es un dispositivo destinado al cierre y apertura de la continuidad delcircuito elctrico bajo carga, en condiciones normales, y esta es su funcinprincipal, bajo condiciones de corto circuito.Sirve para insertar o retirar de cualquier circuito energizado, mquinas, aparatos,lneas areas o cables.El interruptor es, junto con el transformador, el dispositivo ms importante de unasubestacin, su comportamiento determina el nivel de confiablidad que se puedetener en un sistema elctrico de potencia.El interruptor debe ser capaz de interrumpir corriente elctrica de intensidades yfactores de potencia diferentes, pasando desde la corriente capacitiva de varioscientos de amperes y las inductivas de varias decenas de kilo amperes (cortocircuito).El interruptor se puede considerar por:Parte activa:Constituida por las cmaras de extincin que soporta los contactos fijos y elmecanismo de operacin que soporta los contactos mviles.

Parte pasiva:Formado por una estructura que soporta uno o tres dispositivos de aceite, si elinterruptor es de aceite, en los que se aloja la parte activa.En s, la parte pasiva desarrolla las funciones siguientes:a) Protege elctrica y mecnicamente el interruptor.b) Ofrece puntos para el levantamiento y transporte del interruptor, as comoespacio para la instalacin de los accesorios.c) Soporta los recipientes de aceite, s los hay, y el gabinete de control.

Parmetros de los interruptoresA continuacin algunas de la magnitudes caractersticas que hay que consideraren un interruptor.Tensin nominal: Es el valor eficaz de la tensin entre fases de sistema en que se instala el interruptor.Tensin mxima: Es el valor mximo de la tensin para la cual est diseada elinterruptor y representa el lmite superior de la tensin, al cual debe operar, segn norma.Corriente nominal: Es el valor eficaz de la corriente normal mxima que puedecircular continuamente a travs del interruptor sin exceder los lmitesrecomendables de elevacin de temperatura.Corriente de corto circuito inicial: Es el valor pico de la primera semionda decorriente, comprendida en ella la componente transitoria.Corriente de corto circuito: El valor eficaz de la corriente mxima de corto circuito que puede abrir las cmaras de extincin de arco. Las unidades son kiloamperes aun que comnmente se dan en megavolt-amperes (MVA) de cortocircuito.Tensin de restablecimiento: Es el valor eficaz de la tensin mxima de la primera semionda de la componente alterna, que aparecen entre los contactos de interruptor despus de la extincin de la corriente. Tiene una influencia muy importante en la capacidad de apertura de interruptor y presenta una frecuencia que es el de orden de miles de Hertz, de acuerdo con los parmetros elctricos del sistema en la zona de operacin.Esta tencin tiene dos componentes, una frecuencia nominal del sistema y la otra superpuesta que oscila a la frecuencia natural del sistema.

Resistencia de contactos: Cuando una cmara de arqueo se cierra, se produce uncontacto metlico en un rea muy pequea formada por tres puntos, que es lo que en geometra determina un plano. Este contacto formado por tres o ms puntos es lo que fija el concepto de resistencia de contacto y que provoca el calentamiento del contacto, al pasar la corriente nominal a travs de l.Cmara de extincin de arco: Es la parte principal de cualquier interruptor elctrico, en donde al abrir los contactos se transforma en calor la energa que circula por el circuito de que se trate.Los interruptores se pueden clasificar:Interruptores de gran volumen de aceite (GVA). Interruptores de pequeo volumen de aceite (PVA). Interruptores de hexafloruro de azufre (sf6). Interruptores neumticos. Interruptores en vaco.

CUCHILLASSon dispositivos que sirven para conectar y desconectar diversas partes de unainstalacin elctrica, para efectuar maniobras de operacin o bien para darlesmantenimiento.Las cuchillas pueden abrir circuitos bajo la tensin nominal pero nunca cuandoest fluyendo corriente a travs de ellas, antes de abrir un juego de cuchillassiempre deber abrirse primero el interruptor correspondiente.La diferencia entre un juego de cuchillas y un interruptor, considerando que los dos abren o cierran circuitos, es que las cuchillas no pueden abrir un circuito con corriente y el interruptor si puede abrir cualquier tipo de corriente, desde el valornominal hasta el valor de cortocircuito. Hay algunos fabricantes de cuchillas que aaden a la cuchilla una pequea cmara de arqueo de sf6 que la permite abrir solamente los valores nominales de la corriente del circuito.

Componentes:Las cuchillas estn formadas por una base metlica de lmina galvanizada con unconector para puesta a tierra; dos o tres columnas de aisladores que fijan el nivelbsico de impulso, y encima de estos, la cuchilla. La cuchilla est formada poruna navaja o parte mvil y la parte fija, que es una mordaza que recibe y presionala parte mvil.Las cuchillas, de acuerdo con la posicin que guarda la base y la forma que tieneel elemento mvil, pueden ser;1. Horizontal2. Horizontal invertida3. Vertical4. Pantgrafo

Horizontales:Puede ser de tres postes. El mecanismo hace girar el poste central, que origina ellevantamiento de la parte mvil de la cuchilla. Para compensar el peso de lacuchilla, la hoja mvil tiene un resorte que ayuda a la apertura. Otro tipo decuchilla horizontal es aquel en que la parte mvil de la cuchilla gira en un planohorizontal. Este giro se puede hacer de dos formas. Cuchillas con dos columnasde aisladores que giran simultneamente y arrastran las dos hojas, una mordazay la otra el contacto macho.

La otra forma es una cuchilla horizontal con tres columnas de aisladores.La columna gira y es su parte superior soporta el elemento mvil. Las doscolumnas externas son fijas y en su parte superior sostiene las mordazas fijas.

Horizontal invertida:Es igual a la cuchilla horizontal pero las tres columnas de aisladores seencuentran colgando de la base. Para compensar el peso de la hoja de la cuchillase encuentra un resorte que, en este caso, ayuda al cierre de la misma; por otrolado, los aisladores deben fijarse a la base en forma invertida para evitar que seacumule agua.

Vertical:Es igual a la cuchilla horizontal, pero los tres aisladores se encuentran en formahorizontal y la base est en forma vertical. Para compensar el peso de la hoja dela cuchilla tambin tiene un resorte que, en este caso, ayuda a cerrar la cuchilla.

Pantgrafo:Son cuchillas de un solo poste aislante sobre el cual se soporta la parte mvil.Esta est formada por un sistema mecnico de barra conductora que tiene laforma de los pantgrafos que se utilizan en las locomotoras elctricas. La partefija est colgada de un cable o de un tubo exactamente sobre el pantgrafo de talmanera que al irse elevando la parte superior de este se conecta con la mordazafija cerrando el circuito.La ventaja principal de este sistema es que ocupa el menor espacio posible y ladesventaja es que el cable recibidor debe tener siempre la misma tensin, o seala misma altura de la catenaria, aun considerando los cambios de temperatura.

Los elementos de conexin en las cuchillas estn formados, de un lado, por lacuchilla y del otro, por el elemento fijo o mordaza, que es un contacto formado porvarios dedos metlicos, los cuales presionan por medio de resortes individualesque se utilizan para mantener una presin alta en el contacto y por lo tantoperdidas bajas, por efecto joule. En los puntos de contacto.Los materiales utilizados en la fabricacin de las cuchillas son los siguientes:Base. Se fabrican de lmina de acero galvanizado.Aisladores. Son de porcelana y pueden ser de tipo columna o de tipo alfiler.Cuchilla. La cuchilla se puede fabricar de cobre o de aluminio segn lacontaminacin predominante en la zona de instalacin.Operacin. Desde el punto de vista de maniobra, las cuchillas se pueden operaren forma individual o en grupo. La operacin en forma individual se efectacuando la tensin de operacin es menor de 20 KV: se abren o cierran por mediode garrochas o prtigas de madera bien seca y el operador debe utilizar guantesde hule.La operacin en grupo se efecta para tensiones superiores a 20 KV y puede serpor medio de un mecanismo de barras que interconecta los tres polos.Movindolos simultneamente a travs de una operacin que puede ser en formamanual, parta tensiones de hasta 115 KV, o bien, en forma motorizada por mediode energa elctrica hidrulica, neumtica, etc.En sistemas donde la operacin es o va a ser telecontrolada, y aunque lastensiones del sistema son bajas, se requieren cuchillas motorizadas.

Las cuchillas motorizadas tienen un gabinete de control que normalmente estligado al gabinete de control del interruptor que alimentan, de tal manera que nunca se pueda abrir o cerrar un juego de cuchillas si antes no ha sido abierto el interruptor. En el gabinete de control de las cuchillas existen una serie de contactos auxiliares tipo a y b para tener sealizacin y bloqueos de circuitos de acuerdo con la posicin de las cuchillas; los contactos de sealizacin van colocados en el mecanismo (rbol) principal del mando.Los bloqueos forman un sistema para operar un par de juegos de cuchillas y elinterruptor correspondientes, en la siguiente forma:1.- Impiden la operacin de las cuchillas, mientras se encuentra cerrado elinterruptor.2.- Bloquean el cierre del interruptor si cualquier polo de las cuchillas no abri ocerro completamente.3.- Impiden la operacin simultnea de las cuchillas y el interruptor.4.- Impiden efectuar una orden contraria a otra, dada con anterioridad y que no sehaya completado.

REACTORESEl Reactor, absorbe los reactivos regulando el voltaje, adems de compensar laslneas de transmisin que por su longitud generan reactivos capacitivos.Estos se construyen tanto en unidades monofsicas como en unidades trifsicos;su apariencia fsica es muy parecida a la de los transformadores de potencia, sucapacidad se determina en MVARs. (Megavolts-Amperes reactivos)Bsicamente consisten en una bobina arrollada sobre un ncleo de acero, pudiendo ser este ncleo seccionado o slido. La aplicacin de los reactores monofsicos son la de actuar como reactancia de puesta a tierra del neutro.Consiste en aumentar la impedancia en el neutro de un transformador o de unareactancia en paralelo (en lneas de Transmisin). Durante las fallas monofsicasa tierra, la reactancia limita la intensidad de falla en el neutro, mejorando larestauracin del servicio en la lnea elctrica, mediante un esquema de disparo y cierre monopolar.

En el caso de subestaciones, los reactores se utilizan principalmente en el neutrode los bancos de transformadores, para limitar la corriente de corto circuito atierra.En algunas ocasiones se utilizan en serie con cada una de las tres fases de algntransformador, para limitar la corriente de corto circuito trifsica.Los reactores, segn su capacidad, pueden ser de tipo seco para potenciasreactivas pequeas, o del tipo sumergido en aceite para potencias elevadas, encuyo caso tienen ncleo y necesitan estar encerrados en un tanque de lmina;sus terminales salen a travs de boquillas de porcelana y necesitan a vecessistemas de eliminacin del calor generado por las prdidas internas del aparato.

BANCOS DE BATERIASSon bancos de bateras estacionarios con capacidad para suministrar potencia encorriente directa a los esquemas de proteccin, control, sealizacin y todo lo querequiera de corriente directa a travs de centros de carga.Estos bancos de bateras deben estar alimentados por su cargador - rectificadorque convierte la corriente alterna en corriente directa para la carga de los mismos.Se denomina batera a un conjunto de celdas conectadas en serie. La tensin nominal de la batera viene dada por la suma de las tensiones de cada una de las celdas.Las bateras, segn el tipo de electrolito pueden ser cidas o alcalinas.

CARGADORES DE BATERIASon los dispositivos elctricos (generadores de cd) o electrnicos que se utilizanpara cargar y mantener en flotacin, con carga permanente, la batera de que setrate, el cargador se conecta en paralelo con la batera.La capacidad de los cargadores va a depender de la eficiencia de la batera, o sea, del tipo de batera que de adquiera. Para una misma demanda impuesta a la batera, se requiere un cargador de mayor capacidad, si es alcalina, por tener esta una eficiencia menor, de acuerdo con lo visto.Seleccin de un cargador. Para seleccionar un cargador es necesario fijar su capacidad de salida en amperes.