MANTENIMIENTO DE TRANSFORMADORES DE MEDIA TENSION
1. Fundamento y análisis de sistemas y motores m otores trifásicos. Los sistemas polifásicos, presenta ventajas notables sobre los sistemas monofásicos; par uniforme, menor sección de conductores, capacidad de crear campos magnéticos rotativos, etc., razón por la cual se emplean estos sistemas. De entre los sistemas sistemas polifásicos, polifásicos, el más ampliamente ampliamente utilizado, excepto en aplicaciones puntuales, es el trifásico. La energía eléctrica se se produce, transporta y distribuye en forma trifásica. En grandes motores o grandes grandes cargas, cargas, la energía energía empleada es trifásica. Las instalaciones domesticas o de pequeña entidad son monofásicas, pero esto no supone más que una derivación del sistema trifásico. tr ifásico. Para transmitir una determinada energía a una cierta tensión, el sistema trifásico es más económico que el sistema monofásico, a igualdad de potencia a transmitir e igualdad en las pérdidas en la línea, ya que se obtiene un ahorro en el material de la línea (cobreo o aluminio, fundamentalmente) de un 25%. Además, los sistemas trifásicos tienen la ventaja de poder crear campos giratorios, sin ningún dispositivo adicional; los motores trifásicos pueden arrancar por sí mismos; sin embargo, los motores monofásicos necesitan dispositivos especiales para conseguir su arranque. En las instalaciones eléctricas predomina el empleo de la energía trifásica sobre la monofásica. La distribución prácticamente prácticamente se realiza toda en líneas trifásicas y el empleo en fuerza motriz se realiza igualmente con máquinas trifásicas. Afortunadamente, las técnicas base empleadas en la resolución de circuitos monofásicos pueden pueden aplicarse aplicarse directamente a los circuitos trifásicos. Además, como se verá, en muchos casos los circuitos trifásicos pueden reducirse a esquemas monofásicos.
1. Fundamento y análisis de sistemas y motores m otores trifásicos. Los sistemas polifásicos, presenta ventajas notables sobre los sistemas monofásicos; par uniforme, menor sección de conductores, capacidad de crear campos magnéticos rotativos, etc., razón por la cual se emplean estos sistemas. De entre los sistemas sistemas polifásicos, polifásicos, el más ampliamente ampliamente utilizado, excepto en aplicaciones puntuales, es el trifásico. La energía eléctrica se se produce, transporta y distribuye en forma trifásica. En grandes motores o grandes grandes cargas, cargas, la energía energía empleada es trifásica. Las instalaciones domesticas o de pequeña entidad son monofásicas, pero esto no supone más que una derivación del sistema trifásico. tr ifásico. Para transmitir una determinada energía a una cierta tensión, el sistema trifásico es más económico que el sistema monofásico, a igualdad de potencia a transmitir e igualdad en las pérdidas en la línea, ya que se obtiene un ahorro en el material de la línea (cobreo o aluminio, fundamentalmente) de un 25%. Además, los sistemas trifásicos tienen la ventaja de poder crear campos giratorios, sin ningún dispositivo adicional; los motores trifásicos pueden arrancar por sí mismos; sin embargo, los motores monofásicos necesitan dispositivos especiales para conseguir su arranque. En las instalaciones eléctricas predomina el empleo de la energía trifásica sobre la monofásica. La distribución prácticamente prácticamente se realiza toda en líneas trifásicas y el empleo en fuerza motriz se realiza igualmente con máquinas trifásicas. Afortunadamente, las técnicas base empleadas en la resolución de circuitos monofásicos pueden pueden aplicarse aplicarse directamente a los circuitos trifásicos. Además, como se verá, en muchos casos los circuitos trifásicos pueden reducirse a esquemas monofásicos.
Generación de un sistema trifásico de tensiones. Normalmente, los generadores disponen de un rotor formado por electroimán de polos salientes distribuidos alternativamente los polos N y S, de manera que a lo largo del entrehierro se produzca un flujo magnético de forma senoidal. El estator alojará las bobinas en las que se va a inducir la fuerza fuerza electromotriz y se se conectarán al exterior del generador. generador. En resumen, se hace girar el campo, manteniendo fijas las bobinas activas. Una tensión alterna se produce en el devanado del estator de un alternador monofásico al ser éste cortado por el flujo de un imán giratorio, que es movido por una fuerza mecánica externa como la extraída de una turbina. Supongamos ahora que en el estator se alojan tres devanados iguales separados 120° unos de otros, como se muestra en la figura, en lugar de sólo dos a 90° que tenía el alternador bifásico.
Cuando el imán gira a velocidad constante, las tensiones inducidas en los tres devanados tienen la misma frecuencia y amplitud (y, por tanto, igual valor eficaz), pero los máximos se alcanzan en distintos instantes. Supongamos que el rotor en el circuito de la figura gira con una velocidad angular w en el sentido de de las agujas del reloj. En el momento momento en el que que el imán ocupa la posición indicada en la figura, sólo la tensión tensi ón Ega a’ está en su máximo. Cuando el imán imán haya girado girado un tercio de vuelta, es decir 120°, la tensión Eg bb’ alcanzará su máximo, mientras que Eg cc’ lo alcanzará cuando el giro del rotor haya sido de 240° desde la posición inicial. En consecuencia, consecuencia, las tres tensiones del estator, Eg aa’, Eg bb’ y Eg cc’, están desfasadas 120° entre sí.
Si en la bobina aa’ se induce una tensión expresada por la función temporal Eg aa’ (t)= U0 cos (wt) En la bobina bb’ se inducirá la misma tensión pero con cier to to retraso, Eg bb’ (t) = U0 cos w (t – (t – t’) Siendo wt’ = 2 r radianes, y por tanto Eg bb’ (t) = U0 cos (wt – (wt – 2π/3) 2π/3) Análisis de sistemas eléctricos trifásicos trifásicos Y análogamente, Eg cc’ (t) = U0 cos w(t-t’’) w(t-t’’) Con wt’’ = 4π/3 4π/3 radiantes Eg cc? (t) =U cos (wt – (wt – 4π/3) 4π/3) = U cos (wt+2π (wt+2π/3)
Tenemos, por tanto, tres tensiones iguales pero desplazadas en el tiempo, tal y como nos indica la figura.
Podemos utilizar la notación compleja:
Tres vectores del mismo módulo y desplazados 120° (y que giran con la misma velocidad angular w) w) constituyen un sistema trifásico equilibrado. En este caso las tensiones Eg gg’, Eg bb? Y Eg cc’ constituyen un sistema trifásico equilibrado de tensiones. Secuencia de fases es el orden en que se suceden los valores máximos de las tensiones de cada una de las las fases. En la representación fasorial es el orden de aparición de los vectores ante un observador que ocupa una posición fija cuando se les hace girar un sentido contrario al de las agujas de un reloj. Recuérdese que los vectores asociados a las funciones senoidales se representan en la posición correspondiente a un instante determinado (por ejempo, t=0), pero son unos vectores rotatorios que giran con velocidad angula constante w en sentido al de las agujas de un reloj. Por ejemplo, en un sistema trifásico, si el orden de aparición es abc abc, se dice que la sucesión de fases es de secuencia secuencia directa (o positiva). positiva). De lo contrario, es decir, si el orden de aparición es acb acb, se dice que el sistema es de secuencia inversa (o negativa).
Supongamos que disponemos de las tensiones en un punto alejado del generador y que los conductores que allí poseemos no están marcados por número o letra alguna. En este caso, lo primero que se ha de hacer es marcar los conductores y luego determinar experimentalmente en el orden en que se suceden las tensiones. Si éstas se suceden en el orden convencional de las marcas, el sistema es de secuencia directa, y si no ocurre así, es de secuencia inversa. Puede verse lo relativo de este concepto, pues basta cambiar dos marcas cualesquiera para cambiar el orden de secuencia. Pese a su relatividad, el orden de sucesión de fases de un sistema polifásico es causa de que éste produzca, por ejemplo, un campo rotativo de un sentido u otros, y de que, por tanto, un mismo motor gire en un sentido u otro. También se producen resultados distintos en los sistemas desequilibrados al aplicarse en ellos fuentes de secuencias contrarias, por lo que se ha de considerar el orden de sucesión de las fases. El concepto de secuencia de fases, a veces denominado rotación de fases, se aplica también aunque el sistema sea desequilibrado.
Constitución de un sistema trifásico. El equivalente Thevenin de cada bobinando estará constituido por una fuente ideal de tensión, de valor igual a la tensión generada, en serie con una impedancia. Si las bobinas son iguales, sus impedancias internas serán identidas. Z lógicamente, Z tendrá carácter inductivo (es un bobinado).
Si se conectan tres impedancias idénticas a los tres devanados del alternador, circularán tres corrientes, ia, ib e ic, que tendrán un cierto desfase respecto de las tensiones en los bornes de los generadores uaa’, ubb’ y ucc’, respectivamente. Se requieren para ello seis hilos conductores para suministrar la potencia a las tres cargas monofásicas individuales..
Si las tres impedancias Z son idénticas y también son idénticas las líneas de conexión entre el generador y las impedancias, las intensidades tendrán el mismo valor eficaz pero estarán desfasadas 120° unas de otras, es decir, alcanzan sus valores máximos en distintos instantes (separados un tercio de semiperiodo).
Los tres circuitos monofásicos resultantes son eléctricamente independientes. Si conectamos las impedancias Z en estrella o en triangulo, nos quedan tres terminales libres. Las tres fuentes reales de tensión también pueden conectarse en estrella
O en triangulo
De modo que presentan tres terminales libres. Ahora pueden conectarse la generación y la carga mediante únicamente tres conductores. En lugar de tres sistemas monofásicos independientes tendremos un sistema trifásico. Se da el nombre de fase a cada una de las partes de un circuito en que se genera, transmite o se utiliza una de las tensiones del sistema. Es decir, cada una de las tres partes en que se divide el generador, o la línea o la carga se denominan fases. Una fase del sistema eléctrico es la conexión de una fase de la generación con una fase de la línea y otra de la carga.
Clasificación de los sistemas trifásicos. En un sistema eléctrico trifásico aparecen tres zonas bien diferenciadas: la zona de generación del sistema; la zona de carga; y la línea que conecta la zona de generación con la carga. Los sistemas trifásicos se clasifican, atendiendo al modo de conectarse tanto la generación con la carga.
Los sistemas trifásicos se clasifican, atendiendo el modo de conectarse tanto la generación como la carga, en:
Sistema trifásico estrella-estrella: cuando tanto la generación como la carga están conectadas en estrella.
Sistema trifásico triángulo-triángulo: cuando tanto la generación como la carga están conectadas en triángulo.
Sistema trifásico estrella-triángulo: generación en estrella, carga en triángulo. Sistema trifásico triángulo-estrella: generación en triángulo, carga en estrella.
Si el sistema es estrella-estrella, puede conectarse en cuarto conductor entre los neutros de las estrellas, que se denomina hilo de neutro, o simplemente neutro. El sistema así constituido se denomina sistema eléctrico trifásico a cuatro hilos. En trifásica se puede emplear un acoplamiento en estrella especial cuando hay desequilibrio, denominado acoplamiento en zig-zag. Con esta conexión se reparte la carga en varias fases. Por ejemplo, se emplea en los secundarios de los transformadores de potencia que alimentan redes de alumbrado, para obtener en el lado del primario (conectado en estrella o en triángulo) el reparto lo más uniformemente posible de las cargas entre las distintas fases. Cada fase comprende dos semibobinas iguales y de fases diferentes . Los sistemas trifásicos también se clasifican en equilibrados y no equilibrados. Un sistema se dice equilibrado cuando lo es la generación, la línea y la carga. Una carga trifásica es equilibrada cuando las tres impedancias que la componen son iguales. La línea trifásica es equilibrada cuando las tres impedancias que la componen son iguales. Una generación se dice que está equilibrada si, las tres fuentes reales de tensión tienen la misma impedancia interna, las tensiones de las fuentes ideales constituyen un sistema trifásico equilibrado de tensiones y, además, en las conexiones en estrella los terminales marcados con la cruz de referencia están todas colocados en el punto neutro de la estrella o todas alejadas del punto neutro de la estrella; en las conexiones en triángulo, al moverse por el triángulo según un cierto sentido, todas las referencias se encuentran a la entrada, o bien todas a la salida. Como se ha comentado, las bobinas de un generador están equilibradas normalmente y las fuerzas electromotrices que producen constituyen un sistema equilibrado. Las redes con gran número de consumos, generalmente podemos considerarlas equilibradas en tensiones y cargas. Este equilibrio puede no existir en cada receptor individual, pero las cargas se suelen repartir simétricamente entre todas las fases, de forma que aun existiendo desequilibrios puntuales en receptores, se compensen y la línea se pueda considerar equilibrada.
Tensiones e intensidades en sistemas trifásicos Tomemos un sistema trifásico estrella-estrella con hilo neutro:
Intensidad de línea. Se denomina intensidad de línea a cada una de las intensidades que circulan por cada conductor de la línea de conexión entre el generador y la carga (no por el conductor neutro, si existe, que se denomina simplemente corriente de neutro).
Tensión de línea. Las tensiones que existen entre dos conductores de línea, se denominan tensiones de línea. Existen distintas tensiones de línea en el generador que en la carga si la línea tiene una impedancia no despreciable. Si se considera que es nula la impedancia ofrecida por esos conductores, las tensiones de línea en la carga son idénticas a las que se tienen en la salida del generador. En el esquema mostrado en la figura.
Uab Ubc Uca son tensiones de línea (tensiones de línea en bornes de la generación) Ua b Ub c Uc a son también tensiones de línea (tensiones de línea en la carga).
Tensión de fase. Tensiones de fase con las que se establecen en cada una de las fases, bien del generador, bien del receptor. En el caso de conexión en estrella, se denomina tensión simple o de fase a la que existe entre un terminal de fase y el punto neutro.
En la figura son tensiones de fase:
Uan Ubn Ucn (tensiones de fase del generador) Ua n Ub n Uc n (tensiones de fase en la carga)
Si se tiene conexión triángulo, como la mostrada en la figura.
Las tensiones de fase, que en la figura son U U U coinciden con las tensiones de línea. Con un receptor en triángulo no se tiene tensión simple en el receptor.
Intensidad de fase. Se llama intensidad de fase a la que suministra uno de los generadores del sistema o a la que consumo uno de los receptores de la carga. En los sistemas en estrella, ya sean cargas o generadores, la intensidad de línea coincide con la intensidad de fase, como se deduce de la simple inspección de la figura.
En conexión en triángulo, por el contrario, la corriente de línea difiere de la corriente de fase.
2.- Fundamentos de los sistemas de alta tensión Sistema eléctrico - Sistema eléctrico: es el conjunto de máquinas, de aparatos, de barras y de líneas que constituyen un circuito que tiene determinada tensión nominal. - Tensión nominal de un sistema: es el valor de la tensión con la cual el sistema es denominado, y al cual se refieren sus características, de acuerdo con lo que indican las normas sobre tensiones nominales. En los sistemas trifásicos se considera como tensión nominal la compuesta o de línea figura 1.
- Tensión máxima de un sistema: es la tensión más elevada (expresada en valor eficaz para los sistemas en corriente alterna) que puede presentarse en cualquier momento y en cualquier punto del sistema en condiciones regulares de servicio figura 1.
No se tienen en cuenta las variaciones temporáneas de la tensión (Sobretensiones, subtensiones) debidas a fallas, o a desconexiones bruscas de la carga, etc. Ejemplo: Para los sistemas de 132 kV corresponde una tensión máxima de 145 kV.
Clasificación Los sistemas eléctricos pueden clasificarse por su nivel de tensión y en la jerga se utiliza la siguiente división figura 3:
- Baja tensión, sistemas de hasta 1.000 V. - Media tensión, sistemas hasta 36 kV, algunos consideran valores más altos (72,5 kV) el límite está en la diferente tecnología entre esta clase y la superior. - Alta tensión, sistemas hasta 245 300 kV. - Muy alta tensión, por encima de los 300 362 kV. Los límites de la clasificación no son estrictos, dependen de criterios y de normas.
Instalación eléctrica - Instalación eléctrica: es un conjunto orgánico de construcciones y de instalaciones destinadas a alguna de las siguientes funciones: producción, conversión, transformación, regulación, repartición, transporte, distribución, utilización de la energía eléctrica.
Clasificación Una instalación eléctrica puede ser considerada interior o exterior. Una instalación eléctrica, o una parte, se dice que es interior si está contenida en locales que la reparan de los agentes atmosféricos. En los restantes casos se considera exterior.
Planta eléctrica - Planta eléctrica: es el conjunto de locales y/o áreas encerradas en un único cerco, se trata de instalaciones eléctricas destinadas a producción, conversión, transformación, regulación, repartición de la energía eléctrica, etc. Cuando una planta está incorporada a obras civiles, se entiende por planta eléctrica solo los locales que incluyen instalaciones eléctricas.
Clasificación de las instalaciones eléctricas por su función La energía eléctrica se genera en centrales eléctricas y se consume en los centros de utilización (industrias, viviendas, servicios) que están relativamente alejados. Estos puntos están unidos por la red eléctrica cuya función es hacer que llegue a destino la energía. Las distancias se cubren con líneas eléctricas que interconectan centros llamados estaciones eléctricas. Las funciones de líneas y estaciones eléctricas pasan por distintos niveles de importancia: transmisión, distribución. - Centrales eléctricas destinadas a producir energía eléctrica. - Estaciones eléctricas conectadas a sistemas en los cuales al menos uno debe considerarse de alta tensión. - Cámaras, conectadas a sistemas de media tensión. - Consumo, es una instalación eléctrica que incluye aparatos utilizadores con conexión fija, los correspondientes circuitos de alimentación, y también los circuitos fijos destinados a alimentar tomas.
Centrales de generación (hidráulicas, térmicas, turbogás) Se entiende por instalación hidroeléctrica el conjunto de obras civiles, hidráulicas y eléctricas que permiten transformar en energía eléctrica la energía de gravedad del agua contenida en lagos o ríos dependiendo de un cierto desnivel o salto existente entre estos y la central de producción. La figura 4 muestra un corte de una turbina hidráulica.
En las instalaciones termoeléctricas se efectúa la transformación de energía disponible en forma de calor en energía mecánica. La fuente de calor está constituida generalmente por combustibles sólidos, líquidos o gaseosos. La figura 5 muestra una vista de una central térmica.
Las centrales turbogás se utilizan en los casos en que se requiere una rápida intervención para la producción de energía de punta, o cuando el combustible (gas - recurso no renovable) tiene asignado un muy bajo valor, el rendimiento puede mejorarse recuperando parte del calor que tienen los gases de descarga como elemento comburente de calderas a vapor (ciclos combinados). La figura 6 muestra el principio de una turbina de gas.
En las centrales eléctricas los servicios auxiliares para el funcionamiento de cada grupo se pueden alimentar directamente de un transformador conectado a los bornes del generador, o también desde un transformador conectado a la r ed externa figura 7.
Estaciones eléctricas Las estaciones eléctricas pueden tener las funciones de conversión, transformación, regulación, repartición de energía eléctrica. Hay estaciones que tienen transformación, en tal caso se tienen dos o más sistemas de tensiones distintas. Hay estaciones que tienen un solo sistema, de una sola tensión nominal, y su función es interconexión. En rigor encontramos generalmente ambas funciones en una estación eléctrica figura 8.
El examen de una estación eléctrica muestra distintas partes, áreas y sectores.
Definiciones - Sección de instalación, es una parte que incluye equipos o aparatos orgánicamente agrupados y conectados, caracterizados por una determinada tensión nominal, incluyendo sus estructuras portantes. En el caso particular de las Estaciones Eléctricas la sección se denomina campo o vano (en ingles bay, algunos la llaman bahía). - Tablero de control y comando, es el conjunto orgánico de dispositivos y aparatos (incluidas sus estructuras portantes) alimentados por sistemas de baja tensión destinados a medición, comando, señalización, control, y protección de las máquinas, aparatos, y circuitos de una planta eléctrica, estación eléctrica o de un consumo.
Ejemplo Al observar una estación eléctrica encontramos los distintos campos: de línea, transformador, acoplamiento, medición, etc. Los diferentes equipos de los campos o vanos se comandan desde el tablero figura 9.
3.- Sensores y dispositivos de control. Al observar la estación, fotos o planos, vemos torres, estructuras donde están amarradas las líneas, y conductores (barras) de la estación, llama generalmente la atención su tamaño, la vista siguiendo estas estructuras sube. Encontramos conductores tensados entre aisladores, o sostenidos por ellos, debajo los equipos cuya cabeza se encuentra en tensión y están sostenid os por aisladores y soportes estructurales. Los conductores se deben unir entre sí y a los equipos, mediante morseteria adecuada. En el suelo de la estación observamos canales de cables, por los que corren los cables de comando, medición, protección que están sumergidos en un ambiente de elevada interferencia electromagnética (corrientes y tensiones elevadas son causa de los intensos campos magnéticos y eléctricos que inducen en los cables sus efectos). En el subsuelo se encuentra tendida una red de tierra que tiende a mantener el suelo de la estación con características equipotenciales, para evitar peligros a las personas y controlar interferencias electromagnéticas. Además se tienen obras civiles, fundaciones, drenajes, caminos. En la estación se encuentran además edificios, ya en el campo, kioscos, y fuera del campo, edificio de comando donde se concentra esa función, medición, protección, telecomando etc. En la Estación Eléctrica encontramos distintas construcciones, instalaciones y equipos con funciones particulares y características definidas. Ya hemos citado los distintos equipos de la estación, pero conviene tratar de hacer alguna clasificación, en principio por función: - instalaciones y equipos de potencia o principales: interruptor, seccionadores, transformadores de medición, descargadores, trampa de onda, transformadores de potencia. - instalaciones y equipos de control y auxiliares: comando, señalización, protecciones, servicios auxiliares, servicios esenciales.
Equipos principales Los equipos directamente relacionados con las magnitudes eléctricas en juego en la Estación, son llamados equipos principales figura 10.
Las características eléctricas principales de la estación y de sus equipos están relacionadas con los niveles de tensión y cortocircuito. Los equipos de potencia, son adquiridos y se instalan en la estación, pero no son en general construidos especialmente para la estación en cuestión, se construyen bajo normas que imponen las características de interés y fijan los ensayos que las comprueban.
Interruptor El interruptor es un aparato de maniobra mecánico, capaz de establecer, conducir e interrumpir corrientes en condiciones normales del circuito; y también de establecer, conducir por un tiempo determinado, e interrumpir corrientes en determinadas condiciones anormales como las de cortocircuito figura 11.
Este es el aparato que ha sufrido mayores evoluciones y cambios en sus principios de funcionamiento, casi podríamos decir que es como si hubiese habido modas (aunque la realidad fuera consecuencia frecuentemente de dificultad tecnológica) citemos solo los medios de interrupción aire (comprimido), aceite, gas SF6, vacío.
Seccionador El seccionador es un aparato mecánico de conexión que asegura, en posición abierta, una distancia de seccionamiento que satisface condiciones especificadas. Un seccionador es capaz de abrir y de cerrar un circuito cuando se establece o interrumpe una corriente de valor despreciable, o bien no se produce ningún cambio importante de la tensión entre los bornes de cada uno de los polos del seccionador.
Es también capaz de conducir corrientes en las condiciones normales del circuito, y de soportar corrientes por un tiempo especificado en condiciones anormales como las de cortocircuito figura 12a y figura 12b .
Se los clasifica por el plano en que se mueven las cuchillas, vertical, horizontal, por la distancia de seccionamiento, también vertical u horizontal, por el número de columnas de aisladores que tienen por polo, dos o tres columnas, por la posición relativa de los polos, diagonal, paralelos, en fila india.
Seccionador de puesta a tierra El seccionador de puesta a tierra, tiene la función de conectar a tierra parte de un circuito. El seccionador de tierra generalmente está asociado a un seccionador principal. Normalmente este seccionador cortocircuita un aislador de soporte del seccionador principal al que se encuentra asociado.
4.- Utilización de instrumentación eléctrica. Transformadores de medición Los transformadores de medición están destinados a alimentar instrumentos de medida, indicadores, registradores, integradores, relés de protección, o aparatos análogos. Según la magnitud en juego se clasifican en Transformadores de Tensión y de Corriente. Actualmente estas funciones se realizan con aparatos de tipo electromagnético, pero la tecnología ya ha comenzado a difundir trasductores cuya señal de salida es luminosa y se transmite a los aparatos de visualización mediante fibra óptica.
Transformador de tensión Es un transformador en cuyo secundario, en condiciones normales de uso se tiene una tensión cuyo módulo es prácticamente proporcional a la tensión primaria, y que difiere en fase en un ángulo próximo a cero, para una adecuada conexión. En alta tensión se encuentra conectado entre fase y tierra figura 13, sólo hasta 72.5 kV se encuentran construcciones para conexión entre fases (con dos aisladores).
Transformador de corriente Los transformadores de corriente presentan una corriente secundaria cuyo módulo es prácticamente proporcional a la corriente primaria y que difiere en fase en un ángulo próximo a cero. Los hay de distintas formas constructivas, para alta tensión con núcleo en la parte inferior, o con núcleo en la cabeza figura 14a y figura 14b, para media tensión del tipo pasabarra o pasacable, o bobinados.
Descargadores El descargador es un aparato destinado a proteger el material eléctrico contra sobretensiones transitorias elevadas y a limitar la duración y frecuentemente la amplitud de la corriente subsiguiente. Modernamente se han impuesto los descargadores de óxido de cinc figura 15.
Capacitor de acoplamiento Tiene la función de acoplar los sistemas de telecomunicaciones en alta frecuencia a las líneas aéreas de alta tensión figura 16, que de esta manera actúan como soporte de comunicaciones.
Los transformadores de tensión capacitivos pueden cumplir las funciones de transformador de tensión y de capacitor de acoplamiento figura 17 para las altas frecuencias que sostienen la comunicación.
Bobina de bloqueo La bobina de bloqueo, también llamada Trampa de Onda, es un dispositivo destinado a ser instalado en serie en una línea de alta tensión. Su impedancia debe ser despreciable a la frecuencia de la red, de manera de no perturbar la transmisión de Energía, pero debe ser selectivamente elevada en cualquier banda de frecuencia utilizable para la transmisión por onda portadora. El equipo consiste en un inductor principal, un dispositivo de protección, descargador, y un dispositivo de sintonización figura 18.
5.- Aisladores Los aisladores son dispositivos que sirven para mantener un conductor fijo, separado y aislado de partes que en general no están bajo tensión (a tierra). Los aisladores que sirven para que un conductor atraviese una pared se denominan pasamuros. Se los denomina pasatapas cuando atraviesan la cuba de un transformador o la celda metálica de una instalación blindada. Podemos denominarlos genéricamente como aisladores pasantes. La definición de éstos incluye los medios de fijación al tabique o pared a atravesar.
Transformadores de potencia En las estaciones de transformación la parte más importante está ciertamente representada por los transformadores, tanto por la función que ellos desarrollan como por su costo respecto a las otras partes de la instalación. Los transformadores pueden dividirse en dos grupos:
máquinas con aislamiento seco máquinas con aislamiento en aceite
Los transformadores secos tienen la parte activa en contacto directo con un medio aislante gaseoso (generalmente aire) o con un medio aislante sólido (resinas, materias plásticas, etc.) la potencia y tensión de las maquinas de este tipo es todavía limitada. Los transformadores en aceite tienen en cambio las partes activas inmersas en aceite mineral y para estas máquinas no existen prácticamente límites en la potencia y las tensiones. Se construyen máquinas de varios centenares de MVA y para tensiones superiores a los 500 kV. La figura 19 muestra distintos cortes de un transformador de 25 MVA, 130 kV ± 2´ 3.8 %, con refrigeración tipo ONAF (aceite natural, aire forzado), con conmutador no bajo carga.
Líneas de alta tensión - Transmisión La función de las líneas eléctricas es transmitir energía entre dos puntos en forma técnica y económicamente conveniente, para lo cual se busca optimizar las siguientes características:
resistencia eléctrica, ligada a las pérdidas resistencia mecánica, ligada a la seguridad costo limitado, ligado a la economía
Esencialmente la línea debe estar formada por conductores, como es necesario mantenerlos a distancia del suelo y entre sí, la construcción de soportes, torres es la solución para sostenerlos mediante aisladores. En el diseño se trata de buscar soluciones que reduzcan el costo de las torres desde el punto de vista de primera instalación y también de reconstrucción después de eventos destructivos. Los soportes pueden ser metálicos figura 20 o de hormigón figura 21, aptos para soportar una o dos ternas.
Las características de las líneas que son de mayor importancia son su longitud y su tensión. Los parámetros eléctricos de importancia para observar su comportamiento en la red son resistencia, reactancia inductiva y capacitancia derivación. A veces las líneas tienen cables de guarda, estos apantallan los conductores, protegiéndolos de descargas atmosféricas directas (rayos), recientemente han comenzado a difundirse cables de guarda con fibra óptica que se utiliza como vector de transmisión de información entre las estaciones que une la línea.
Distribución Se denomina distribución primaria la que se realiza en una tensión más elevada llegando a los primarios de los transformadores figura 22, y distribución secundaria la que se realiza desde el secundario.
Desde el centro de cargas a cada una de las cargas se puede llegar en forma radial, con un único cable; esta solución tiene el inconveniente que la eventual falla del cable deja sin suministro la carga.
Cables Por cable eléctrico se entiende un conductor uniformemente aislado (o un conjunto de más conductores uniformemente aislados y reunidos) generalmente provistos con un revestimiento de protección. Se deben considerar bajo esta denominación distintos productos que van de los cables destinados a las redes de transmisión y de distribución a los cables de pequeñas dimensiones. La figura 23 muestra un cable de aceite fluido de tipo unipolar para alta tensión.
Cabinas de transformación Los centros donde se transforma energía de media a baja tensión reciben esta denominación, la asociación de equipos incluye tablero de media tensión, transformador y tablero de baja tensión. En general son estaciones pequeñas de transformación con potencias nominales de hasta 630 kVA que encuentran aplicación en zonas residenciales, en edificios y en la industria. La estación pequeña de transformación constituye una unidad cerrada, compuesta por un armario de alta tensión, el recinto del transformador y un armario de baja tensión, estos componentes están cubiertos por un techo común. Esta estación blindada y compacta, con adecuada clase de protección, se puede instalar a la intemperie o en interiores. La figura 24 muestra a la izquierda el armario de alta tensión y a la derecha del transformador el armario de baja tensión.
Tableros de distribución - Centros de potencia Los aparatos de maniobra, de interrupción, de comando y de medición en tensiones medias y bajas, se encuentran reunidos y distribuidos en forma racional en tableros, con todas las conexiones de potencia (barras) y auxiliares (cableado) realizadas. En el concepto moderno un tablero debe ser robusto, apto para soportar todas las solicitaciones mecánicas, térmicas y eléctricas que se presentan en el servicio; debe garantizar la ejecución de las operaciones de servicio y mantenimiento, debe ofrecer la máxima seguridad para la protección de las personas contra partes en tensión o en movimiento. Además debe ser de construcción flexible, modular y normalizada, para permitir ampliaciones y/o modificaciones que pudieran ser requeridas durante su vida, la figura 25 muestra distintas soluciones.
Compensación Las cargas en general son inductivas, si observamos una carga cualquiera en la red eléctrica podemos representarla por P + jQ, circuitalmente con una resistencia y una reactancia (inductiva) en paralelo. La corriente que alimenta la carga es proporcional a la potencia aparente , ya hemos visto que las pérdidas de transmisión (en la línea que alimenta la carga) dependen del cuadrado de la corriente (y para dada tensión) del cuadrado de la potencia aparente. Una forma de reducir las pérdidas en la distribución es reducir A, y como la potencia activa P es la que exige la carga, la única posibilidad es reducir Q. En paralelo con la inductancia de la carga, se pone un capacitor, en esta forma se cambia la potencia, y el factor de potencia que ve la red de distribución, que ahora será: P + j (Q - Qc) El distribuidor de energía empuja a los usuarios (a través de tarifa con multas y sobreprecios) a que compensen el factor de potencia (cosj) de sus cargas, en esta forma se reducen perdidas en la red, y se dispone de más capacidad de transporte, pudiendo postergarse inversiones que el crecimiento de la carga exige.
Esto se logra con capacitores que pueden ser pequeños, con cargas pequeñas, o grandes bancos con cargas mayores, que se ubican en puntos estratégicos de la red. La presencia de capacitores en la red, exalta algunos fenómenos de armónicas, cuyo origen esta en las cargas cada vez mas controladas mediante electrónica de potencia, que son fuentes de corrientes armónicas, que se generan en las cargas y tienden a ir hacia los generadores, deformando la tensión, y perturbando a las otras cargas, en lo que se llama empeoramiento de la calidad de servicio. Por ahora solo nos interesa saber de la presencia de capacitores en la red.
Utilización Una gran parte de la energía eléctrica se utiliza en aparatos de baja tensión, lámparas, motores y otros artefactos con funciones dedicadas. Pero también en industrias y servicios encontramos motores (asincrónicos y sincrónicos) alimentados directamente por media tensión. La maniobra de los motores se realiza mediante contactores aptos para hacer una gran cantidad de operaciones con mínimo desgaste. Algunas aplicaciones se alimentan con rectificadores desde la media tensión, instalaciones de tracción eléctrica, laminadores, etc., también se alimentan desde media o alta tensión grandes hornos eléctricos de arco en corriente alterna y más modernos en corriente continua. En base a su función las instalaciones eléctricas destinadas a la alimentación de los usuarios, pueden clasificarse en instalaciones industriales e instalaciones para edificios civiles. La división de las instalaciones no es rigurosa si se entiende por edificios civiles aquellos dedicados exclusivamente a viviendas. La elección de la tensión de alimentación es función de la potencia absorbida por la instalación: los grandes complejos tienen interés de adquirir energía a bajo costo alimentándose de la distribución primaria, mientras que para los usuarios más modestos (más numerosos) es más conveniente adquirir en baja tensión.
Accionamientos eléctricos Por accionamiento eléctrico se entiende cualquier conjunto (sistema) apto para transformar potencia eléctrica en potencia mecánica que, aplicada a la máquina accionada, permite a esta última efectuar el trabajo requerido. El continuo progreso técnico y las crecientes exigencias de la producción han puesto en evidencia la necesidad de accionamientos de velocidad variable dotados de gran flexibilidad, facilidad de control y elevada seguridad de servicio. Por esta razón la elección de un accionamiento eléctrico se debe hacer en función de algunos factores técnicos, económicos y funcionales entre los cuales tienen particular importancia las características de la red de alimentación (tensión, corriente, frecuencia, factor de potencia, facturación, etc.), las características de la parte accionada (característica mecánica, inercia de las masas rotantes, etc.) y el costo de adquisición y grado de obsolescencia de las máquinas. En algunas industrias como minería, siderurgia, química y petroquímica, plantas de cemento etc., se utilizan motores asincrónicos trifásicos de jaula con un rango de tensiones que va desde 400 a 13800 V.
Hornos eléctricos de arco La energía eléctrica también es muy utilizada para la producción de calor por medio del arco voltaico en los hornos de fundición de chatarra de hierro, de cobre o de otros metales, de difícil fusibilidad en hornos de reducción de óxidos metálicos (en estos últimos los electrodos penetran en la masa constituida por los óxidos metálicos a reducir). La figura 26 muestra el esquema de principio de un horno eléctrico de arco alimentado en alta tensión.
Fundamento del uso de tensiones elevadas en la electrotecnia de potencia Cuando se deben transmitir grandes potencias desde la generación hasta los centros de consumo, es necesario en la electrotecnia de potencia el uso de tensiones elevadas. En la figura 27 se muestra un esquema unipolar de una instalación de transmisión simple. Los elementos más importantes de alta tensión de una instalación son: generador (G), barras (SS), transformador (Tr) e interruptor (S) del lado de generación, la línea de transmisión y nuevamente un transformador, interruptor y barras del lado de consumo. La corriente se conduce a través de conductores metálicos. Por lo tanto se producen pérdidas, entre las cuales la pérdida por efecto Joule es la más importante.
La pérdida Joule, Pj en un sistema de transmisión trifásico, cuando la resistencia óhmica de una fase es igual a R, resulta Introduciendo la potencia a transmitir
, en la expresión anterior,
la pérdida Joule resulta: Esta expresión muestra que la pérdida Joule de una línea es proporcional al cuadrado de la potencia a ser transmitida P, y a la resistencia óhmica R de la línea, además, inversamente proporcional al cuadrado de la tensión U y al factor de potencia cos j. Las pérdidas, por motivos económicos, no deben superar un determinado porcentaje de la potencia a ser transmitida. De esta expresión surge que la conclusión más eficaz es la elevación de la tensión a utilizar. Con una elevación de la tensión, también, se eleva el costo de la instalación. Por eso es necesario, al proyectar una instalación de transmisión de potencia, considerar todas estos aspectos que inciden en el costo del sistema de transmisión.
La conclusión es que la tensión más económica de una línea es función de la distancia de transmisión y de la potencia, observándose una pequeña incidencia de la distancia y una gran influencia de la potencia en la determinación de la tensión más económica. La pregunta es: ¿cuáles son los problemas que surgen al ingeniero, en la utilización de tensiones elevadas? Ya hemos visto la gran variedad y complejidad de las instalaciones de alta tensión, hemos nombrado y descripto someramente gran cantidad de aparatos de distinto tipo y con distintas funciones a integrarse en el sistema eléctrico, no hay duda que los problemas son muchos, algunos los abordaremos en esta materia y otros quedarán para las materias futuras.
6.- Mantención Preventivo Dos de los temas que son necesariamente estudiados previo al análisis del mantenimiento preventivo un transformador de potencia en aceite son los elementos constitutivos de esta clase de transformador, junto con los factores que producen un deterioro de su sistema de aislamiento (aceite y papel), ya que, un buen conocimiento de ambos temas, facilita tanto el desarrollo como la aplicación del programa de mantenimiento del equipo. Por años, el mantenimiento preventivo de los transformadores ha estado basado en la determinación de la resistencia de su aislamiento junto con la medición de la rigidez dieléctrica de su aceite. Sin embargo, se sabe ahora que pruebas como el factor de potencia del aislamiento, contenido de humedad, tensión interfacial, acidez, entre otras, son muy importantes para obtener un diagnostico mas acertado del estado del transformador. Recientemente, el análisis de gases generados en el interior del transformador mediante cromatografía de gases se ha constituido en una herramienta poderosa a la hora de monitorear el estado en que se encuentra el transformador, sin necesidad de sacarlo de operación. Un transformador con su sistema de aislamiento adecuadamente mantenido, será capaz de soportar de una mejor manera problemas como: sobre voltajes debido a maniobras o a descargas atmosféricas, cortocircuitos internos, entre otros. Por lo anterior, se considerara al mantenimiento del transformador en términos de:
-
Los factores que influyen en el deterioro del sistema de aislamiento del transformador. Cuáles son las pruebas y actividades de rutina que permiten emitir un criterio del estado del transformador. Que significado tienen los resultados obtenidos en las pruebas de diagnostico. Cuando deben realizarse las pruebas de diagnostico. Qué medidas correctivas deberán tomarse en el caso de que detecte alguna anormalidad en el mantenimiento preventivo periódico.
Factores que afectan al deterioro del sistema de aislamiento de un transformador aislado en aceite. Como se sabe, un transformador es una maquina eléctrica que se encuentra constituida por varias partes (núcleo, devanados, pasatapas, válvulas, radiadores, etc.). Dentro de estos elementos constitutivos, el sistema de aislamiento (aceite y papel) es el componente más importante y es al que se le debe cuidar en mayor grado. Existen cuatro factores que afectan al sistema de aislamiento de un transformador en aceite: la humedad, el oxigeno, el calor y la contaminación externa. La humedad puede presentarse en el interior del transformador de las siguientes maneras: -
De forma disuelta En forma de una emulsión agua/aceite En estado libre en el fondo del tanque En forma de hielo en el fondo del tanque ( si la gravedad especifica del aceite es mayor a 0.9, el hielo puede flotar)
El efecto de la humedad en las propiedades aislantes del aceite depende de la forma en que esta exista. Una pequeña cantidad de agua en forma de emulsión agua/aceite tiene una marcada influencia al reducir la rigidez dieléctrica del aceite . En cambio, hasta cierto punto, el agua disuelta en el aceite tiene poco o ningún efecto sobre la rigidez dieléctrica del mismo. El oxigeno es otro de los potenciales enemigos del aislamiento de un transformador, ya que, este reacciona con el aceite para formar ácidos orgánicos, agua y lodo. El oxigeno proviene de la atmósfera o es liberado por la celulosa como resultado de aplicarle calor, además no es posible eliminar todo el oxigeno existente en un transformador inclusive si el llenado del mismo se lo realiza con vacío Se sabe que el 90% del deterioro de la celulosa es de origen térmico. La degradación térmica del aislamiento es función del tiempo, de la temperatura y de cuan seco esta el aislamiento. Las elevadas temperaturas
produciéndose la de-polimerización o destrucción del papel; otros efectos debidos a las elevadas temperaturas son la generación de agua, materiales ácidos y gases (CO2, CO). Los contaminantes externos pueden presentarse en forma de “caspa”, provenientes del proceso de manufactura del transformador y que no han sido propiamente eliminados en el proceso de llenado del transformador con aceite. Partículas diminutas pueden desprenderse de la celulosa cuando el transformador esta en servicio. Otro contaminante es el policlorhidrato de bifenilo, el cual reduce la capacidad del aceite de soportar sobre voltajes.
Diagnostico del estado del transformador mediante las pruebas de diagnostico tradicionales junto con el análisis de gases generados internamente El conjunto de pruebas eléctricas, físicas y químicas que se realizan tradicionalmente tanto al aceite como al aislamiento sólido son: -Pruebas realizadas al aceite dieléctrico. Rigidez dieléctrica Número de neutralización Tensión interfacial Color Contenido de agua Densidad relativa Factor de potencia Inspección visual - Pruebas realizadas al aislamiento solido Prueba de Resistencia de aislamiento Prueba de factor de potencia del aislamiento
En años recientes, el análisis de gases generados en el interior de un transformador en aceite, mediante cromatografía de gases, se ha constituido en una herramienta poderosa a la hora de diagnosticar el estado del transformador. Se sabe que, al producirse una falla de tipo eléctrico o térmico en el interior de un transformador se generaran gases combustibles y no combustibles, dentro de los cuales tenemos: - Hidrogeno (H2) - Metano (CH4) - Etano (C2H6) - Etileno (C2H4) - Acetileno (C2H2) - Monóxido de carbono (CO) - Dióxido de Carbono (CO2) Los métodos más empleados para evaluar el tipo posible de falla existente, tomando en cuenta los gases antes datos, son: -
Método del gas característico Método de las Relaciones de Doernenburg Método de las Relaciones de Rogers
En el método del Gas Característico analiza el tipo de falla de acuerdo al gas generado y a su cantidad. De la figura 1 a la figura 4 se pueden ver perfiles cromatográficos indicando el tipo de falla mediante el método del gas característico.
El Método de las Relaciones de Doernenburg sugiere la existencia de 3 tipos generales de falla como se vio en al sección 2. Este método utiliza las concentraciones de los gases CH 4 , H 2 , C 2 H 2 , C 2 H 4 y C2H6 para el cálculo de las siguientes relaciones: R1 = CH 4 / H 2 R2 = C 2 H 2 / C 2 H 4 R3 = C 2 H 2 / CH 4 R4 = C2H6 / C 2 H 2 Si las relaciones anteriores alcanzan ciertos valores se puede decir que el transformador posee alguna falla o algunas fallas. El Método de las Relaciones de Rogers sigue el mismo procedimiento general dado para el Método de las Relaciones de Doernenburg, excepto que en vez de utilizar cuatro relaciones solo se utilizan tres R1, R2 y la relación C 2 H 4 / C2H6 a la que llamaremos R5. Hay que anotar que tanto el Método de las Relaciones de Doernenburg como el Método de las Relaciones de Rogers no son herramientas para detectar fallas en transformadores, pero si son herramientas para analizar qué tipo de falla está presente en un transformador. La IEEE hace dos recomendaciones sobre el uso de ambos métodos. La primera recomendación sugiere que para que el diagnostico en base al Método de las Relaciones de Doernenburg sea valido lo niveles de las concentraciones de los gases deben ser significantes. La segunda recomendación sugiere que se use el Método de las Relaciones de Rogers siempre y cuando las concentraciones de los gases excedan los niveles normales.
Mantenimiento del transformador La tabla I presenta los componentes clave de un transformador de potencia en aceite dentro de su mantenimiento preventivo periódico. La tabla II contiene un resumen de las actividades a realizar dentro del mantenimiento preventivo periódico del transformador. Cuando el mantenimiento preventivo del transformador muestra que posee problemas de humedad, gases combustibles y/o productos de la oxidación, fugas de aceite, puntos de oxidación, ente otros, ciertos trabajos de mantenimiento correctivo deben ser realizados. Dentro de las actividades existentes en el mantenimiento correctivo del transformador podemos encontrar:
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Deshidratación del transformador Desgasificacion del transformador Remoción de sedimentos (desenlodar el transformador)
Tabla I COMPONENTES CLAVES DE UN TRANSFORMADOR DE POTENCIA EN ACEITE DENTRO DE SU MANTENIMIENTO PREVENTIVO
ACTIVIDADES A REALIZAR DENTRO DEL MANTENIMIENTO PREVENTIVO DE UN TRANSFORMADOR DE POTENCIA EN ACEITE
*1La deshidratación del aceite empleando vacío, en contraste con el uso de solo calor Para eliminar la humedad del transformador, tiene la ventaja de la desgasificación del aceite. Esta ventaja no se la adquiere con los demás métodos de deshidratación. Un alto grado de desgasificación del aceite brinda algunos beneficios, tales como: remoción del oxigeno y remoción de gases combustibles.
*1 Las unidades en las que se sospeche de algún problema interno o si alguno de sus componentes presenta corrosión, humedad, polvo o vibración excesiva, doble la frecuencia de inspección (Ej.: si el análisis del aceite se lo realiza anualmente, ahora realícelo semestralmente). Para transformadores con capacidades de menos de 300 MVA realice una cromatografía de gases al aceite inmediatamente antes del inicio de la operación, 1 mes después, 6 meses después, 1 año después del inicio de operación, luego anualmente. Para transformadores con capacidades de más de 300 MVA realice una cromatografía de gases al aceite inmediatamente antes del inicio de la operación, 1 mes después, 3 meses después, 6 meses después del inicio de operación, luego semestralmente.
*2Todas las recomendaciones asumen el uso de refrigeración auxiliar; de otra manera las pruebas se deberán realizar más seguido.
3*Solo personal calificado La mejor manera de remover el lodo de un transformador es mediante un filtrado de la parte activa y del interior del tanque empleando aceite dieléctrico caliente (60º y 80ºC). Para ejecutar este “lavado” del interior del transformador existen maquinas especiales que emplean calentadores, bombas de vació, cámara con tierra de Fuller, filtros, etc.
Conclusiones 1. Una vez analizadas y estudiadas las diferentes pruebas eléctricas, físicas y químicas realizadas al sistema de aislamiento de un transformador en aceite se puede concluir que, como un hemograma completo de la sangre de una persona, el análisis cromatografico del aceite de un transformador constituye una herramienta poderosa a la hora de emitir un diagnostico del estado del transformador, pasando a ser esta prueba, la más importante dentro del mantenimiento preventivo periódico de un transformador en aceite. 2. El mantenimiento preventivo del transformador es esencial para un alargamiento de su vida útil. Se puede concluir que, de acuerdo a los resultados obtenidos en las pruebas de diagnostico realizadas a los transformadores en aceite, la mayoría de las fallas producidas en estos equipos pueden ser atribuidas al deterioro de su sistema de aislamiento. Sin embargo, este “talón de Aquiles” puede ser fortalecido si se mantiene un programa completo de mantenimiento preventivo periódico orientado a combatir a los factores (humedad, oxigeno, calor y contaminación) que inciden en el deterioro del sistema de aislamiento del transformador. 3. Habiéndose hecho un estudio de los diferentes procesos que ayudan a eliminar la humedad del sistema de aislamiento de un transformador, se puede concluir que el más efectivo es aquel que aplica calor y vacío a dicho sistema. Adicionalmente a la eliminación de la humedad, este proceso elimina el oxigeno existente en el interior del transformador, reduciendo así la posibilidad de que ocurra la oxidación del aceite de manera más acelerada.
Riesgo eléctrico de alta tensión
ELECTRICIDAD Es un agente físico presente en todo tipo de materia que bajo ciertas condiciones especiales se manifiesta como una diferencia de potencial entre dos puntos de dicha materia.
TIPOS DE ELECTRICIDAD Corriente continua: Tensión, intensidad de corriente y resistencia no varían. Ejemplo: batería. Corriente alterna: Tensión y corriente varían en forma periódica a lo largo del tiempo. Corriente alterna monofásica: 220V; 50 Hz. Corriente alterna trifásica: 380V; 50 Hz.
LEY DE OHM
I= U/R La intensidad de corriente circulante por un circuito eléctrico es proporcional a la diferencia de potencial aplicado e inversamente proporcional a la resistencia que se opone al paso de la corriente. Intensidad de corriente: Es el desplazamiento de cargas eléctricas negativas (electrón), en un conductor en la unidad de tiempo (unidad Ampere). Diferencia de potencial: Es la diferencia de nivel eléctrico entre dos puntos de un circuito (unidad Volt). Resistencia eléctrica: Es la dificultad al paso de la corriente eléctrica en un circuito/ conductor (unidad Ohm).
TENSIONES EN CORRIENTES ALTERNAS ESTANDARIZADAS
Muy baja tensión: Tensiones hasta 50 volt. Baja tensión: Tensiones entre 50 y 1000 volt. Media tensión: tensiones por encima de 1000 y hasta 33000 volt. Alta tensión: Tensiones por encima de 33000 volt. Tensión de seguridad: La tensión de seguridad considerada para ambientes secos y húmedos es 24 volt.
PRINCIPALES PELIGROS DE LA ELECTRICIDAD
No es perceptible por los sentidos del humano.
No tiene olor, solo es detectada cuando en un corto circuito se descompone el aire apareciendo Ozono.
No es detectado por la vista.
No se detecta al gusto ni al oído.
Al tacto puede ser mortal si no se está debidamente aislado. El cuerpo humano actúa como circuito entre dos puntos de diferente potencial. No es la tensión la que provoca los efectos fisiológicos sino la corriente que atraviesa el cuerpo humano.
Los efectos que pueden producir los accidentes de origen eléctrico dependen: Intensidad de la corriente. Resistencia eléctrica del cuerpo humano. Tensión de la corriente. Frecuencia y forma del accidente. Tiempo de contacto. Trayectoria de la corriente en el cuerpo. Todo accidente eléctrico tiene origen en un defecto de aislamiento y la persona se transforma en una vía de descarga a tierra. Al tocar un objeto energizado o un conductor con la mano, se produce un efecto de contracción muscular que tiende a cerrarla y mantenerla por más tiempo con mayor firmeza.
CLASIFICASCION DE LOS ACCIDENTES ELÉCTRICOS
Accidentes por contacto directo Son provocados por el paso de la corriente a través del cuerpo humano. Pueden provocar electrocución, quemaduras y embolias. Accidentes indirectos Riesgos secundarios por caídas luego de una electrocución. Quemaduras o asfixia, consecuencia de un incendio de origen eléctrico. Accidentes por una desviación de la corriente de su trayectoria normal. Calentamiento exagerado, explosión, inflamación de la instalación
eléctrica.
Efectos de la electricidad en función de la intensidad de la corriente. Al suponer la resistencia del cuerpo constante la corriente aumenta al aumentar la tensión (Ley de Ohm). Si la resistencia del cuerpo se supone variable la corriente aumenta con la humedad del terreno.
1. Valores de corriente entre 1 a 3 miliamper, no ofrece peligro de mantener el contacto permanentemente. Ninguna sensación o efecto, umbral de sensación. 2. Valores de corriente de 8 miliamper, aparecen hormigueo desagradable, choque indoloro y un individuo puede soltar el conductor ya que no pierde control de sus músculos. Efecto de electrización. 3. Valores mayores de 10 miliamper, el paso de corriente provoca contracción muscular en manos y brazos, efectos de choque doloroso pero sin pérdida del control muscular, pueden aparecer quemaduras. Efectos de tetanización. Entre 15 a 20 miliamper este efecto se agrava. 4. Valores entre 25 a 30 miliamper la tetanización afecta los músculos del tórax provocando asfixia. 5. Valores mayores de miliamperes con menor o mayor tiempo de contacto aparece la fibrilación cardiaca la cual es mortal. Son contracciones anárquicas del corazón.
Efectos de la electricidad en función de la resistencia del cuerpo. En días calurosos y húmedos la resistencia del cuerpo baja. La resistencia que ofrece al paso de corriente varía según los órganos del cuerpo que atraviesa. La resistencia del cuerpo varía con la tensión aplicada por el contacto. 10000 ohm para 24 volt 3000 ohm para 65 volt 2000 ohm para 150 volt A partir de este valor puede considerarse constante aproximadamente 1500 ohm para 220 volt.
Efectos de la electricidad en función del tiempo de contacto o circulación No solamente la intensidad de corriente es la que provoca los efectos sino también el tiempo de contacto o circulación de la misma por el cuerpo. Por lo tanto la energía que recibe el cuerpo es: E= I2 X T Ejemplo: (estos valores de energía provocan fibrilación ventricular).
100 mA en 3 seg= 30000 500 mA en 110 seg= 27500 1 A en 30 mseg= 30000 15 mA en 2 min= 27000 20 mA en 1 min= 24000 30 mA en 35 seg= 31500 Durante el período de inhibición nerviosa provocada por el shock eléctrico, la respiración y la circulación cesan, dando lugar a lesiones que pueden ser irreversibles sin reanimación inmediata. Estas se denominan lesiones encefálicas . Generalmente cuando la corriente atraviesa el bulbo o cerebro. Pueden ocurrir, por accidentes eléctricos, los siguientes efectos: Bloqueo de epiglotis Laringoespasmo Espasmo coronario Contracción de vías respiratorias Shock global Quemaduras internas y externas
FRECUENCIAS DE ACCIDENTES DE ORIGEN ELÉCTRICO Uno de las causas de accidentes producidos por la electricidad en baja tensión la constituye la ignorancia y la negligencia de los usuarios. Las estadísticas demuestran que el 1 % de accidentes por contactos eléctricos respecto a otras causas es bajo: ●
Caídas y resbalones 26.8 %
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Golpes por caída de objetos 18.7 %
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Quemaduras por arco eléctrico 8 %
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Raspones 7.8 %
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Golpes contra objetos 7 %
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Aprisionamiento 6 %
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Esfuerzos 5.5 %
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Quemaduras por falta de aislamiento 5 %
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Quemaduras por instalaciones y cañerías 4 %
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Dermatitis e intoxicaciones 3 %
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Accidentes de transito 3 % Lesiones por cuerpos extraños en los ojos 2.75 %
Contacto con electricidad 1 % DISTRIBUCIÓN PORCENTUAL DE ACCIDENTES ELÉCTRICOS EN EL CUERPO HUMANO
UMBRALES ELÉCTRICOS UMBRAL ABSOLUTO DE INTENSIDAD Es la máxima intensidad de corriente que puede soportar una persona sin peligro, sea cual sea el tiempo que dure su exposición a la corriente.
UMBRAL DE INTENSIDAD ALTERNA A 50 HZ Es la corriente que ante un contacto la persona puede soltarse por sí sola. Ha sido establecida en 10 miliamper.
UMBRAL ABSOLUTO DE TENSIÓN Para una resistencia del hombre de 2500 ohm y una corriente de 10 miliamper la tensión límite es de 25 volt.
PROTECCIONES EN INSTALACIONES a) Puesta a tierra en todas las masas de los equipos e instalaciones. b) Instalación de dispositivos de fusibles por corto circuito. c) Dispositivos de corte por sobrecarga. d) Tensión de seguridad en instalaciones de comando (24 Volt). e) Doble aislamiento eléctrica de los equipos e instalaciones. f) Protección diferencial.
PROTECCIONES PARA EVITAR CONSECUENCIAS a) Señalización en instalaciones eléctricas de baja, media y alta tensión. b) Desenergizar instalaciones y equipos para realizar mantenimiento. c) Identificar instalaciones fuera de servicio con bloqueos. d) Realizar permisos de trabajos eléctricos. e) Utilización de herramientas diseñadas para tal fin. f) Trabajar con zapatos con suela aislante, nunca sobre pisos mojados. g) Nunca tocar equipos energizados con las manos húmedas.
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