INSTITUTO TECNOLOGICO DE MINATITLAN
TEMA DE INVESTIGACION: UNIDAD 1 EQUIPOS PRIMARIOS DE SUBESTACIONES ELECTRICAS
NOMBRE DEL CATEDRATICO: MORALES VENTURA RICARDO
NOMBRE DEL ALUMNO: BLANCO RAMON R AMON OSCAR ALEJANDRO
MATERIA:SUBESTACIONES ELECTRICAS GRUPO: EW6
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INDICE
Índice
PAGINA 1
1.1 EQUIPOS PRIMARIOS DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA ELÉCTRIC A
3-22
1.2 TRANSFORMADORES DE POTENCIA
23-33
1.3 INTERRUPTORES INTERRUPTORE S DE POTENCIA POTENCI A
3-!
1. 1. CUC"ILLAS CUC"ILLAS # FUSIBLES FUSIBLES
1-
1.$ APARTARRA APARTARRA#OS #OS
3- 3-
1.6 GENERADORES GENERADORES SINCRONOS SINCRONOS CON UNA FUENTE FIJA%%%%%%%%%%%% FIJA%%%%%%%%%%%% %&-6' 1.' TRANFORMADORES TRANFORMADORES EN PARALELO%%%%%%%%%%%%%%% PARALELO%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%6&-'3 %%%%%%%%%%%%%%6&-'3 BIBLIOGRAFIA
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1!1 EQUIPOS PRIMARIOS DE UNA SUBESTACIÓN SUBESTACIÓN ELÉCTRICA 2
Una ()*+(,/0 es un conjunto de máquinas, aparatos y circuitos, que tienen la función de modificar los parámetros de la potencia eléctrica, permitiendo el control del flujo de energía, brindando seguridad para el sistema eléctrico, para los mismos equipos y para el personal de operación y mantenimiento. Las subestaciones se pueden clasificar como sigue: • ubestaciones en las plantas generadoras o centrales eléctricas. • ubestaciones receptoras primarias. • ubestaciones receptoras secundarias. ubestaciones en las plantas generadoras o centrales eléctricas.! "stas se encuentran en las centrales eléctricas o plantas generadoras de electricidad, para modificar los parámetros de la potencia suministrada por los generadores, permitiendo así la transmisión en alta tensión en las líneas de transmisión. Los generadores pueden suministrar la potencia entre # y $# %& y la transmisión depende del 'olumen, la energía y la distancia. ubestaciones receptoras primarias.! e alimentan directamente de las líneas de transmisión, y reducen la tensión a 'alores menores para la alimentación de los sistemas de subtransmisión o redes de distribución, de manera que, dependiendo de la tensión de transmisión pueden tener en su secundario tensiones de ((#, ((#, )* y e'entualmente +.#, (+.$, ).* o .() %&. ubestaciones receptoras secundarias.! -eneralmente estas están alimentadas por las redes de subtransmisión, y suministran la energía eléctrica a las redes de distribución a tensiones entre +.# y ).* %&. Las subestaciones, también se pueden clasificar por el tipo de instalación, por ejemplo: • ubestaciones tipo intemperie. • ubestaciones de tipo interior. • ubestaciones tipo blindado. ubestaciones tipo intemperie.! -eneralmente se construyen en terrenos epuestos a la intemperie, y requiere de un dise/o, aparatos y máquinas capaces de soportar el funcionamiento bajo condiciones atmosféricas ad'ersas 0llu'ia, 'iento, nie'e, etc.1 por lo general se utili2an en los sistemas de alta tensión. ubestaciones tipo interior.! "n este tipo de subestaciones los aparatos y máquinas están dise/ados para operar en interiores, son pocos los tipos de subestaciones tipo interior y generalmente son usados en las industrias.
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ubestaciones tipo blindado.! "n estas subestaciones los aparatos y las máquinas están bien protegidos, y el espacio necesario es muy reducido, generalmente se utili2an en fábricas, 3ospitales, auditorios, edificios y centros comerciales que requieran poco espacio para su instalación, generalmente se utili2an en tensiones de distribución y utili2ación, e consideran elementos 4rimarios por: 5ener una importancia fundamental en el control de transmitir, reducir o ele'ar las tensiones y a la 'e2 de control y mantener en operación toda la subestación ya que en caso de tener una falla en alguno de ellos se interrumpe la transmisión de energía por un tiempo determinado en alguna ba3ía en la subestación (. 5ransformador de 4otencia $. 6nterruptores de potencia +. 7uc3illas desconectadoras . 5ransformador de de 4otencial 0548s1 y de 7orriente 0578s1 #. 4rotecciones por 9ele'adores
T(454 + P4,+/ Un 5ransformador es una maquina estática electromagnética, dise/ada para la transferencia de energía de un circuito primario de corriente alterna, a un circuito secundario con la misma frecuencia, cambiando algunos parámetros como corriente, tensiones y ángulo de desfasamiento. Los transformadores de potencia o ancos de tres transformadores monofásicos para tensiones de 0;;<$+; ='1 y trifásicos de 0$+;<$+ ='1 que están en una subestación tipo con'encional, en este caso de la capacidad reducti'a y de distribución en la cual tenemos el caso del dise/o de una peque/a parte de una subestación la cual tiene dos ba3ías las cuales son la ba3ía de ;; =' y la a3ía de $+; ='. (.!>e lado de las barras de ;; =' la tensión es de 0;;<$+; ='1 la cual se utili2an bancos de transformadores de ((; ?&@ para formar ancos trifásicos de ++; ?&@. $.!>e lado de las barras de $+; =' la tensión es de 0$+;<$+ ='1 la cual se utili2an ancos de transformadores de ); ?&@. 4arámetros de los cuales son esenciales para el dise/o del transformador:
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T+(/0 45/7 8V9.- "s la tensión máima que puede soportar el transformador por tiempo indefinido. "l transformador puede tener dos o más tensiones nominales. @lta tensión, media 5ensión y baja tensión cuando es de tres de'anados. R+7/0 + ,(45/0.! es la relación de tensión primario con el secundario o sea &( la tensión &$. 7ambiando en ocasiones la relación de transformación en los transformadores de potencia la 'ariable segAn la construcción del transformador y dependiendo la carga en &@ que se 'a a utili2ar lo que se le 3a a agregado un cambiador de deri'ación para balancear la carga segAn la cantidad de potencia de salida a la cual 'a a trabajar C4/+,+ 45/7 8I9.- "s la corriente de carga máima que el transformador puede soportar durante el transcurso de su 'ida Atil bajo la temperatura y condiciones climáticas para las cuales fue dise/ado. e tiene corrientes nominales en cada ni'el P4,+/ 45/7.- "s la potencia máima que el transformador puede lle'ar por tiempo indefinido durante su 'ida Atil. e mide en ?&@ y se calcula a partir de la tensión y la corriente. F+)+/ 45/7.-la frecuencia a la cual deben operar los transformadores y autotransformadores debe ser de ); B2. C/)/,4 5;,/4 "s un circuito magnético cerrado que generalmente está formado por columnas unidas por yugos o culatas, 3ec3as de acero de láminas y aisladas entre sí por medio de de laca. "l espesor de las laminas 'a de ;.+ a ;.# mm. T(454 + P4,+/ Un 5ransformador es una maquina estática electromagnética, dise/ada para la transferencia de energía de un circuito primario de corriente alterna, a un circuito secundario con la misma frecuencia, cambiando algunos parámetros como corriente, tensiones y ángulo de desfasamiento. Los transformadores de potencia o ancos de tres transformadores monofásicos para tensiones de 0;;<$+; ='1 y trifásicos de 0$+;<$+ ='1 que están en una subestación tipo con'encional, en este caso de la capacidad reducti'a y de distribución en la cual tenemos el caso del dise/o de una peque/a parte de una subestación la cual tiene dos ba3ías las cuales son la ba3ía de ;; =' y la a3ía de $+; ='. (.!>e lado de las barras de ;; =' la tensión es de 0;;<$+; ='1 la cual se utili2an bancos de transformadores de ((; ?&@ para formar ancos trifásicos de ++; ?&@. $.!>e lado de las barras de $+; =' la tensión es de 0$+;<$+ ='1 la cual se utili2an ancos de transformadores de ); ?&@.
P<5+,4( + 74( )7+( (4 +(+/7+( = +7 /(+>4 +7 ,(454: T+(/0 45/7 8V9.- "s la tensión máima que puede soportar el transformador por tiempo indefinido. "l transformador puede tener dos o más tensiones nominales. @lta tensión, media 5ensión y baja tensión cuando es de tres de'anados. 5
R+7/0 + ,(45/0.- es la relación de tensión primario con el secundario o sea &( la tensión &$. 7ambiando en ocasiones la relación de transformación en los transformadores de potencia la 'ariable segAn la construcción del transformador y dependiendo la carga en &@ que se 'a a utili2ar lo que se le 3a a agregado un cambiador de deri'ación para balancear la carga segAn la cantidad de potencia de salida a la cual 'a a trabajar C4/+,+ 45/7 8I9.- "s la corriente de carga máima que el transformador puede soportar durante el transcurso de su 'ida Atil bajo la temperatura y condiciones climáticas para las cuales fue dise/ado. e tiene corrientes nominales en cada ni'el. P4,+/ 45/7.- "s la potencia máima que el transformador puede lle'ar por tiempo indefinido durante su 'ida Atil. e mide en ?&@ y se calcula a partir de la tensión y la corriente. F+)+/ 45/7.-la frecuencia a la cual deben operar los transformadores y autotransformadores debe ser de ); B2.
C/)/,4 5;,/4 "s un circuito magnético cerrado que generalmente está formado por columnas unidas por yugos o culatas, 3ec3as de acero de láminas y aisladas entre sí por medio de de laca. "l espesor de las laminas 'a de ;.+ a ;.# mm. () D+?4(. 7uando los transformadores son de dos de'anados, en cada columna se colocan de'anados concéntricos de baja y alta tensión de la fase correspondiente. i el transformador es de tres de'anados, en cada columna se colocan de'anados de baja, media y alta tensión. "n los transformadores monofásicos los de'anados de todas las tensiones se colocan en cada una de las columnas.
T@)+ +7 ,(454. "s un recipiente de acero laminado, soldado, con tapa desmontable y equipado con ruedas para facilitar su despla2amiento. "n el fondo del tanque se soporta el nAcleo con los de'anados del transformador y sobre la tapa se instalan las terminales, el tanque conser'ador y la 'ál'ula de seguridad. Ctro de los objeti'os del tanque conser'ador es e'itar la oidación y 3umidificación del aceite que se produce al contacto con el aire. "sto se logra porque la superficie del aceite en contacto con el aire en el tanque conser'ador es muc3o menor que la que tendría en el tanque principal además gran parte de la 3umedad absorbida por el aceite del aire, cae al fondo del propio tanque conser'ador o escurre 3asta el retén. 6
T@)+ 4(+?4 Los transformadores con capacidades superiores a unos $; ?&@ se equipan con un tanque conser'ador, el cual es de dimensiones no muy grandes y sir'e entre otras cosas para recibir el aceite ecesi'o que se produce por la dilatación térmica principal durante la operación del transformador. "n el ducto de aceite entre el tanque conser'ador se ínstala el rele'ador de gas 0uc33olt21 que sir'e para proteger al transformador contra: !ajo ni'el de aceite en el transformador. !Dallas internas en general.
T/=4 + +/5/+,4 @uto enfriado y con dos pasos de enfriamiento por aire y aceite for2ado. OAFOAFOA
C5*/4 + +/?/4+(. "l cambiador de deri'aciones para regulación sin carga es un dispositi'o muy simple que modifica el nAmero de espiras por medio de una palanca. "l cambiador de deri'aciones con carga se reali2a de tal manera que durante el cambio de deri'aciones no se produ2ca la ruptura del circuito de corriente ni el corto circuito entre las espiras del de'anado. (E
I5=+/ N45/7 La impedancia se epresa generalmente en porcentaje de la tensión de impedancia 0caída de tensión1 con respecto a la tensión nominal.
I,+)=,4 P//=7. D+///0. Los interruptores de potencia son dispositi'os automáticos de conmutación de gran importancia para los sistemas de potencia. 4or medio de los interruptores se reali2a cualquier cambio de los esquemas de las redes de corriente para todos los posibles regímenes de operación a un punto dado del sistema. -enéricamente, un interruptor es un dispositi'o cuya función es interrumpir y restablecer la 7ontinuidad en un circuito eléctrico.
M+/(54 + A/45/+,4 = /++ =+,) + I,+)=,4+( "l mecanismo de operación es el elemento que almacena y transmite energía dinámica al conductor mó'il del interruptor, el cual abre y cierra sus contactos. "l la actualidad los tipos de mecanismo más usados son: a1 Bidroneumáticos 0"léctrico!?ecánico1. b1 Feumáticos 0"léctrico!Feumático1. c1 "nergía @lmacenada 0"léctrico!?ecánico1. 7
a1 M+/(54 /<)7/4: "ste mecanismo utili2a la energía almacenada de un gas comprimido 0nitrógeno1, 3idráulicamente dentro de un acumulador a una presión aproimadamente +** %gependiendo del fabricante, el cierre puede ser reali2ado a tra'és del mismo aire comprimido o mediante un resorte que se descarga cuando el interruptor abre. "n la mayoría de los casos se utili2a dos presiones 0(#;!+# %g
M+/(54 + ++ A75+: "n este se utili2a resortes que son cargados o tensados por un motor eléctrico. Formalmente los resortes para el cierre son cargados por el motor y éstos al ser liberados y efectuar la operación de cierre, transmiten la energía a los contactos del interruptor y al mismo tiempo, son cargados los resortes para el disparo. @l finali2ar la operación la apertura, el resorte de cierre es cargado mecánicamente en forma automática por el motor. "l motor eléctrico tensa los resortes a tra'és de un sistema de transmisión. 7uando el resorte está tenso 0energía potencial almacenada1 y baja la se/al de control adecuada, la energía es liberada despla2ando una serie de palancas que accionan la apertura de los contactos. imultáneamente a la apertura, un resorte es comprimido, este al ser liberado transmite mo'imiento de cierre a los contactos I,+)=,4 + ?47)5+ + +/,+. "stos interruptores reciben el nombre debido a la gran cantidad de aceite que contienen, generalmente se construyen en tanques cilíndricos y pueden ser monofásicos o trifásicos. Los trifásicos son para operar a tensiones relati'amente peque/as y sus contactos se encuentran contenidos en un recipiente comAn separados 0aislantes1. @l saltar el arco eléctrico, se desprende un calor intenso que gasifica un cierto 'olumen de aceite: ese gas a presión sopla al arco y además sube a la parte superior del interruptor pro'ocando una turbulencia en el aceite frío y aislante, ba/a los contactos e impide que el arco se encienda nue'amente. "n esta operación, una parte del aceite se 3a quemado por lo que el carbón negro así formado se deposita en el fondo del tanque. 4or lo anterior periódicamente se toman muestras del aceite para probar que esta en buen estado para etinguir el arco. 5odos los interruptores tienen un contador de disparos, para dar una idea del estado en que puede estar el aceite y los contactos del interruptor, ya que ante cada disparo se flamean un poco 8
los contactos y se carboni2a una peque/a parte del aceite, especialmente cuando los disparos son ocasionados por un corto circuito. Los contactos son generalmente de cobre con pastillas de materiales altamente resistentes al calor, como tungsteno y alquitrán y benceno, plata o y plata. "stos interruptores por emplear gran 'olumen de aceite tienen el riesgo de incendio. "n estos interruptores tiene por objeto ser'ir de aislante y además de medio de etinción del arco eléctrico. e fabrican con tanque para tres fases de peque/as capacidades y con un tanque por fase para capacidades mayores. 5ambién puede ser con ruptura sencilla de arco o con cámaras de etinción. 7on la alta temperatura del arco eléctrico el aceite se descompone en aproimadamente E;I de 3idrogeno, $;I de etileno y (;I de metano. Jl 3idrogeno es un gas que en forma muy efica2 >esioni2a la columna del arco eléctrico.(* 4or ra2ones de seguridad, en tensiones ele'adas se emplean interruptores monofásicos 0uno por base en circuitos trifásicos1. Las partes de estos interruptores son: (.!5anque o recipiente $.!oquillas y contactos fijos +.!7onectores 0elementos de coneión al circuito1 .!&ástago y contactos mó'iles #.!@ceite de refrigeración "n general, el tanque se construye cilíndrico, debido a las fuertes presiones internas que se presentan durante la interrupción. 5ambién el fondo del tanque lle'a Kcostillas de refuer2o, para soportar estas presiones.
I,+)=,4 + =+@)+>4 ?47)5+ + +/,+ Los interruptores de reducido 'olumen de aceite reciben este nombre debido a que su cantidad de aceite es peque/a en comparación con los de gran 'olumen. 0u contenido de aceite 'aría entre (.# y $.#I del que contienen los de gran 'olumen1. e construyen para diferentes capacidades y de 'oltajes de operación y su construcción es básica una cámara de etinción modificada que permite mayor fleibilidad de operación.
I,+)=,4 N+)5<,/4 "ste tipo de interruptores se emplea en tensiones de $+; =', los 3ay de diferentes ?arcas y 7aracterísticas "n un interruptor de soplo neumático, las cámaras abren y cierran simultáneamente, con lo cual la potencia del arco, se reparte entre ellas, cortando cada cámara solamente la F partes del arco total o sea. 4otencia de una cámara M potencia total del arco
"l barrido trans'ersal se usa para grandes corrientes, con tensiones no mayores de +.# =' "ige grandes cantidades de aire. Las cámaras con barrido aial!trans'ersal son menos eficaces en la etinción del arco eléctrico que las de barrido trans'ersal, pero tienen 'arias 'entajas:
4 on más sencillas en la reali2ación de 'arios inter'alos de ruptura del arco. o 4ermite una regulación del barrido sencilla por medio de la forma de los contactos y de los orificios de salida. o 5ienen un gasto de aire comprimido relati'amente bajo. o "l inter'alo de ruptura mAltiple permite utili2ar este tipo de cámaras en tensiones de +.# =' y muc3os mayores. Los dispositi'os con barrido longitudinal pueden llenarse de aire al operar o todo el tiempo estar llenos de aire a presión. "n el primer caso, los contactos cerrados del interruptor se encuentran a presión atmosférica. "n el segundo, la cámara siempre esta a presión y en este medio se @bren y cierran los contactos. V+,( +(?+,( + 74( /,+)=,4+( N+)5<,/4(. Los interruptores en aire tienen grandes 'entajas con respecto a los interruptores en aceite, entre las cuales se tiene las siguientes: o "l tiempo de opresión del interruptor en aire es entre uno y tres ciclos. o "l interruptor en aire desconecta confiablemente las corrientes capaciti'as sin reencendido del arco eléctrico. o "ste interruptor no es propicio a la eplosión como los interruptores de gran 'olumen de aceite. o Las dimensiones del interruptor en aire son menores que las de los interruptores en aceite. o "l interruptor y el mando neumático son de gran confiabilidad. 4or este moti'o se pueden emplear en tensiones de ;; =' y más, cuando se in'olucran la estabilidad del sistema. $(
E,+ 7( +(?+,( (+ ,/++: o 7uando la presión está fuera del rango de operación normal la operación del interruptor se bloquea para e'itar que falle al intentar operar. 7on baja presión el interruptor es lento y tiene menor capacidad interrupti'a. 4or lo cual puede fallar y aplicar la situación. o "l interruptor requiere de un sistema de aire a presión de la mayor confiabilidad. o "l interruptor neumático tiene un alto costo
I,+)=,4 + "+H74)4 + A)+ 8SF69 7on el uso de las altas tensiones surgió la necesidad de buscar interruptores que tu'ieran las 'entajas de los interruptores en aceite y en aire, pero sin tener sus des'entajas. Las in'estigaciones se enfocaron 3acia di'ersos gases que pudieran sustituir al aceite o al aire de los interruptores. "l gas que resulto idóneo fue el 3eafluoruro de a2ufre 0D)1. "l 3eafloruro de 0D)1 tiene propiedades aislantes y para etinguir el arcos eléctricos, ra2ón por la que 3a sido usado eitosamente, por más de 'einte a/os en la construcción de equipo en alta tensión. "l 3eafluoruro 0D)1 tiene ecelentes propiedades aislantes y para etinguir arcos eléctricos, ra2ón por la que 3a sido usado eitosamente, por más de 'einte a/os en la construcción de equipo alta tensión. "n el caso de los interruptores, el uso del D) representa una solución 'entajosa, funcional económica. Ctra gran 'entaja es el mantenimiento relati'amente reducido en 10
comparación con los otros interruptores. @ctualmente se fabrican en tensiones de 3asta H;; =' y corrientes de corto circuito de 3asta )+ =@ con dos cámaras de interrupción por poloN dependiendo de la tensión y de capacidad interrupti'a, se encuentra disponible en diferentes 'ersiones: • 7omo cámara sencilla 3asta $# =' y #; =@ • 7omo dos cámaras y columna sencilla entre $#!##; =' y )+ =@. • 7omo cuatro cámaras y dos columnas 3asta H;; =' y )+ =@. 7ada polo de un interruptor consiste ya sea de una, dos o cuatro cámaras interruptoras arregladas en serie. "l uso de este tipo de interruptores se 3a 3ec3o etensi'o en las subestaciones eléctricas de alta tensión, pero también en aquellas de mediana tensión usadas frecuentemente en aplicaciones industriales. 4ara mayor facilidad en la construcción del equipo, es necesario que la rigide2 dieléctrica eigida se garanticé con una presión ecesi'a relati'amente baja. $$ 4ara usar el gas en el equipo eléctrico, además de la rigide2 dieléctrica, se requieren las siguientes cualidades: (. 5anto como para el gas como los productos de su descomposición no debe ser tóico. $. "l gas debe ser químicamente neutro en relación con los materiales utili2ados en el equipo. +. >ebe tener temperatura de licuefacción baja, para que se pueda usar con altas presiones y 5emperaturas etremas. . "l gas debe ser bueno conductor de calor 0refrigerante1. #. La disociación del gas debe ser insignificante. ). "l gas no debe ser eplosi'o ni combustible. E. "l gas debe ser fácil de obtener y de bajo costo. H. "l gas debe tener buena capacidad para etinguir el arco. 5anto como para el gas como los productos de su descomposición no debe ser tóico. *. "l gas debe ser químicamente neutro en relación con los materiales utili2ados en el equipo. (;. >ebe tener temperatura de licuefacción baja, para que se pueda usar con altas presiones y temperaturas etremas. ((. "l gas debe ser bueno conductor de calor 0refrigerante1. ($. La disociación del gas debe ser insignificante. (+. "l gas no debe ser eplosi'o ni combustible. (. "l gas debe ser fácil de obtener y de bajo costo. (#. "l gas debe tener buena capacidad para etinguir el arco. !I,+)=,4 + ?/4 La producción masi'a de interruptores en 'acío para media tensión se inicia a principios de los a/os E;, aunque las cualidades interruptoras del 'acío eran conocidas desde tiempos atrás desde (*$) se intentó construir un interruptor en 'acío, sin embargo las dificultades tecnológicas fueron superadas sólo 3asta los a/os );. $+ "l arco eléctrico eiste en los interruptores en 'acío debido a que las altas temperaturas se e'aporan peque/as partículas metálica de los contactos, formando una nube de iones positi'os y los 11
electrones. Una 'e2 interrumpida la corriente, las partículas rápidamente 'uel'en a depositarse sobre los contactos
C)/77( +(4+,4( e aplican para dar aislamiento físico a los elementos en desconeión, operan sin carga y se aplican desde baja tensión 3asta alta tensión
C,+(,/( @)+ +*+ 77+? 7( )/77( = 23! ? "n las cuales podemos tener una parte de las cuales podemos referir a rangos de ((# a ;; =', que ya eisten dos tipos de cuc3illas desconectadoras para estos sistemas: • 7uc3illas desconectadoras tripolares de ($+ a $; =' • 7uc3illas desconectadoras monopolares de (# a )* =' "n particular las cuc3illas tripulares de ($+ a $; =' tienen las siguientes características: • F+)+/: las cuc3illas desconectadoras en aire tripulares deben estar dise/adas para operar a ); B2 • C4/+,+ 45/7: La corriente nominal de las cuc3illas debe estar dise/ada para cumplir con lo indicado en la tabla correspondiente. "sta corriente está dado en amperes por el 'alor efica2 0rms1 de la corriente, a frecuencia nominal, que son capaces de conducir continuamente las cuc3illas desconectadoras, sin sufrir deterioro y sin eceder los 'alores de ele'ación de temperatura de las diferentes partes de las cuc3illas
C)/77( + O=+/0 M44=47 C)/77( + /(,/*)/0 "n tensiones de distribución se emplean cuc3illas seccionadoras simples, cuc3illas fusibles y cuc3illas de operación con carga que algunas 'eces se llaman interruptores en aire. e entiende que las cuc3illas fusible operan sólo sin carga y con el corto circuito opera el fusible, en tanto que las cuc3illas de operación con carga pueden interrumpir las corrientes de carga con una cámara de etinción y las de corto circuito con fusibles.
C)/77( (+/44(. e tienen en monopolares y tripulares accionadas por medio de pértica o por mando de disco para $ =' y ;; @. estas cuc3illas operan sin corriente, son de tipo interior y sus aisladores de resina sintética.e pueden instalar en 5ableros de intemperie. $ C)/77( + =+,) ?+,/7. @lgunas cuc3illas de apertura 'ertical tiene un aislador giratorio que sir'e para abrir o cerrar la cuc3illa. @l cerrar la cuc3illa el contacto mó'il penetra en forma 'ertical al contacto fijo 0la sección del contacto es rectangular con un lado mayor que el otro1 y luego gira sobre su eje un ángulo de *;O, de tal manera que queda presionado firmemente por la morda2a del contacto fijo. >urante la operación 12
de apertura, la cuc3illa en primer lugar gira sobre su eje *;O, con lo que se libera de la presión de las morda2as de los contactos fijos y luego se le'anta 'erticalmente 3asta su posición tope. 7orresponde al tipo descrito y además de lo anterior tiene también incluida cuc3illa de aterri2amiento. @unque las cuc3illas no tienen necesidad de etinguir grandes corrientes, de todos modos pueden estén dotadas de contactos de arqueo que sir'en para que el arco se deslice por ellos sin da/ar o desgastar los contactos principales.
C)/77( 3DMI 4ara ilustrar las cuc3illas de apertura 'ertical, a continuación se describe bre'emente las cuc3illas +>?6 de la de la marca iemens. "stas cuc3illas constan de tres cuc3illas monopolares sin acoplamiento mecánico entre ellas. La operación simultánea de los tres polos de la cuc3illa se asegura por medio de un comando comAn. Las partes principales de cada polo de la cuc3illa son una columna aislante que soporta mando de la cuc3illa, el mecanismo de apertura y giro del bra2o, el aislador de mando. La segunda columna soporta sólo los contactos fijos 03embra1. La columna aislante y el 'ástago aislado de mando están 3ec3os de porcelana maci2a. Las barras de contacto son reempla2ables y están 3ec3as de cobre con ba/o de plata, junto con los anillos de corona están acopladas al bra2o del contacto mó'il. "l contacto 3embra comprime al contacto mó'il por medio de 'arilla elásticas fabricadas con una aleación de plata, cobre de alta resistencia y cromo. Los anillos de corona están acompa/ando a los contactos fijos. Las estructuras necesarias para soportar las columnas de porcelana de la cuc3illa no forman parte de lo que entrega el fabricante.
C)/77 + =+,) 4/4,7. Las cuc3illas de alta tensión de apertura 3ori2ontal se caracteri2an por tener un mecanismo sencillo queconsiste en 3acer girar las dos na'ajas en sentido opuesto. u des'entaja principal es que requiere de espacio considerable entre fases, ya que con la apertura la cuc3illa se aproima a la fase 'ecina. Las cuc3illas de este tipo pueden fabricarse monopolares para luego ser armadas en el lugar de ?ontaje. 7on esto se facilita el transporte y el manejo de las mismas. La operación para altas tensiones como se dijo anteriormente es en grupo 0tres1. 4uede ser para instalar en intemperie o de tipo interior. "n instalaciones de intemperie tiene gran aplicación las cuc3illas de apertura 3ori2ontal. 4uede no tener cuc3illas de aterri2amiento @l 3acer girar la flec3a de mando las dos cuc3illas giran en sentido contrario para cerrar o abrir, segAn sea el caso. Las cuc3illas de aterri2amiento sir'en para aterri2ar por ambos etremos después de la apertura de la cuc3illa. on de tubo de acero, de un lado se acoplan a la $# flec3a giratoria y en el otro etremo tienen sus contactos de latón. "l aterri2amiento ocurre después de la apertura de la cuc3illa, al le'antarse las cuc3illas de tierra y conectarse a los contactos fijos de la cuc3illa.
C)/77( /,4/( ,/=4 3DP2 "stas cuc3illas están construidas en forma modular, con columnas giratorias montadas sobre 'aleros pre'iamente lubricados. C)/77( ,/=4 =,04 13
"stas cuc3illas se emplean con frecuencia en redes de ;; =' y de más, tratando de apro'ec3ar su gran'entaja de ocupar espacios muy reducidos en comparación con otros tipos de cuc3illas. La parte mó'il de la cuc3illa 0pantógrafo1 se encuentra soportado por una sola columna aislante, normalmente de porcelana. La parte fija está suspendida justo arriba del pantógrafo por un tubo o cable, de tal manera que al ele'arse la parte mó'il se produce el cierre de los contactos. Las cuc3illas de tipo pantógrafo tiene la 'entaja de tener un mecanismo complejo que puede fallar en la coneión cuando se encuentra desgatado, además la altura del cable o tubo debe permanecer constante en lo posible. i el mecanismo tiene una des'iación en su trayectoria, es posible que no coincida con los contactos fijos y no se realice la coneión. 4or otra parte las dilataciones térmicas dan lugar a una flec3a que se modifica con el cambio de temperatura.
C)/77( =,04 ,/=4 3DS2 Las cuc3illas tipo +>$ son típicas de tipo pantógrafo, formadas por tres polos independientes sin acoplamiento mecánico entre ellas, cuya operación simultánea se asegura por medio de un comando comAn. Las partes principales de las cuc3illas son los que soportan el paso de la corriente: los contactos fijos colocados justo encima del pantógrafo y a la estructura conductora del pantógrafo. "l pantógrafo se soporta por una sola columna y junto a ella se tiene el aislador de mando 0giratorio1, ambos elementos son de porcelana. Las cuc3illas son motori2adas, por lo que además se tiene el motor de mando correspondiente. @l operar la cuc3illa el motor 3ace girar al aislador de mando un ángulo del orden de (*;O. 7on lo cual se abate 3asta el punto más bajo el pantógrafo. "l giro del aislador de mando se transmite al mecanismo del pantógrafo que en su parte superior tiene montados los contactos mó'iles en forma de tijeras. "n la posición de cerrado los bra2os del pantógrafo aprisionan los contactos fijos suspendidos en la parte superior, en una acción de tijera que ejerce una fuer2a de contacto considerable. La tensión del resorte produce una fuer2a muy superior a la necesaria para 'encer la gra'edad, proporcionando la presión necesaria a los contactos. "l resorte se carga por medio del motor de mando de la cuc3illa. 7ada polo de la cuc3illa del pantógrafo 'iene equipado con una cuc3illa de aterri2amiento dise/ada para los mismos esfor2ados de corto circuito que la cuc3illa principal. $) Las partes principales de la cuc3illa de tierra son de na'aja de tierra con flec3a, los contactos fijos, atornillados en la parte superior del pantógrafo de la cuc3illa y el motor de mando con los 'ástagos de operación. obre la plataforma soporte se montan el aislador de mano y el árbol con su mani'ela y los dedos de acoplamiento. "l motor de mando se fija a la estructura de soporte. "l motor de mando y flec3a de la cuc3illa de tierra se conectan por medio de sus correspondientes flec3as de mando.
C)/77( + O=+/0 T/=47 F45( + 4(,)/0 + 7( )/77( +(4+,4( ,/=)7+( + 123 2! ? +*+ +(, + )+4 4 74 (/)/+,+: • D+ =+,) ?+,/7: @pertura en un etremo y tres columnas de aisladores. • D+ =+,) 4/4,7 +,7. @pertura en el centro y dos columnas • D+ =+,) 4/4,7 4*7+. @pertura en los etremos y de + columnas de aisladores. 14
• T/=4 =,04 8+ 7+ ?+,/79. "sta cuc3illa debe consistir de doble bra2o e incluir el trapecio de coneión. egAn el tipo de instalación, se indicarán las características de los buses donde 'a montado el trapecio. • C4//4+( 457+( + (+?//4. 4ara ambos tipos de cuc3illas desconectadoras deben tener los siguientes: • C4+H/0 ,/+ +7 (/(,+5. las cuc3illas desconectadoras aire y en aire tripulares deben dise/arse para sistemas sólidamente conectados a tierra • T+5=+,) 5*/+,+. Las cuc3illas desconectadoras en aire y en tripulares deben dise/arse para operar a una temperatura ambiente que no eceda de ;O7 y el 'alor promedio medido, medido en un periodo de $ 3rs., no debe eceder de +# O7. 5ambién debe dise/arse para operar a una temperatura ambiente mínima de !(; O7 para las cuc3illas desconectadoras en aire tripulares de ($+ o ;; ='. • E7+?/0 + ,+5=+,). La ele'ación de temperatura de las diferentes partes de cuc3illas no debe eceder los 'alores indicados operando a la tensión y corriente nominal y una frecuencia de ); B2. • A7,) + 4=+/0. @mbos tipos de cuc3illas deben de ser dise/adas para una altitud de (;;; m.s.n.m. en caso de que se indique una altura de operación mayor, deben 3acerse las correcciones necesarias, de tal manera que las cuc3illas desconectadoras mantengan a la altitud indicada los ni'eles de aislamiento. $E • V+74/ +7 ?/+,4. Las cuc3illas desconectadoras deben soportar una 'elocidad del 'iento segAn sea lo indicado por los fabricantes del equipo. • D/(+>4 =4 (/(54. Las cuc3illas desconectadoras deben dise/arse para soportar la aceleración 3ori2ontal máima que indique, segAn las especificaciones del fabricante. • O=+/0 + 5+/(54 + 4=+/0. "n cuc3illas desconectadoras con tensión de $# & y mayores, se debe suministrar un mecanismo de operación eléctrica y uno de operación manual por polo, de tal manera que cada polo debe ser independiente, tanto en su cimentación como en su operación.
C)/77( + P)+(, T/+ on las cuc3illas de coneión intermedia de una ba3ía y el equipo de prueba para que se aislé el interruptor, banco de potencia, banco de capacitares, alimentadores, cables de potencia, etc., para garanti2ar la seguridad del personal que este laborando en el área de trabajo donde se estarán reali2ando pruebas o el correspondiente mantenimiento pre'enti'o o correcti'o de los equipos. C)/77( + P)+* on las cuc3illas que se utili2an en los gabinetes de control, protección y medición de los equipos instalados en las subestaciones para reali2ar pruebas y mediciones de corriente directa y corriente alterna., como su nombre lo indica son para reali2ar mediciones de corriente en los 57Ps y medición de tensión en los 548s. T(454+( + I,)5+,4 8TPKS # TCKS9. 15
e denominan como 5ransformador de instrumento lo que se emplea para alimentación de equipos de medición, control o protección. Los transformadores para instrumento se di'iden en dos clases: (. 5ransformador de corriente 0578s1. $. 5ransformador de potencial 0548s1.
.- T(454 + C4/+,+ 8TCK(9 e conoce como transformador de corriente 0578s1 como aquel cuya función principal es cambiar el 'alor de la corriente de uno más o menos ele'ado a otro 'alor con lo cual se puede alimentar el instrumento ya sea de medición, control o protección. 7omo ampérmetros, Qátmetros, 'armetros, instrumentos registradores, rele'adores de sobre corriente etc. u construcción es semejante a la de cualquier tipo de transformador, ya que fundamentalmente consiste de un de'anado primario y un secundario. La capacidad de estos transformadores es muy baja, se determina sumando las capacidades de los instrumentos que se 'an a alimentar, y puede ser de (#, +;, #;, ); y E; &@. "stos transformadores son generalmente de tama/o reducido y el aislamiento que se emplea en su construcción tiene que ser de muy buena calidad, pudiendo ser en algunos casos resinas sintéticas 0compuond1, aceite o líquidos no inflamables 0piranol, cloretol, etc.1. 7omo estos transformadores normalmente 'an a estar conectados en sistemas trifásicos, las coneiones que pueden 3acerse con ellos son las coneiones normales trifásicas entre transformadores 0delta ! delta, delta R estrella. "tc.1. "s muy importante que cualquier coneión trifásica se conecte correctamente los de'anados de acuerdo con sus marcas de polaridad y siempre conectar el ladosecundario a tierra. Bay transformadores de corriente que operan con corrientes relati'amente bajasN estos transformadores pueden construirse sin de'anado primario, ya que el primario la constituye la línea a la que 'an a conectarse. "n este caso, a los transformadores se les denomina tipo dona.
T(454 + P4,+/7 8TKP(9 e denomina transformador de potencial a aquel cuya función principal es transformar los 'alores de tensión sin tomar en cuenta la corriente. "stos transformadores sir'en para alimentar instrumento de medición, control o protección que se requiera se/al de tensión. Los transformadores de potencial se construyen con un de'anado primario y otro secundarioN su capacidad es baja, ya que se determina sumando las capacidades de los instrumentos de medición que se 'an alimentar y 'arían de (# a ); &@. Los aislamientos empleados son de muy buena calidad y son en general los mismos que se usan en la fabricación de los transformadores de corriente. e construyen para diferentes relaciones de transformación, pero la tensión en el de'anado secundario es normalmente ((# 'olts. 4ara sistemas trifásicos se conectan en cualquier de las coneiones trifásicas conocidas, segAn las necesidades. >ebe tenerse cuidado de que sus de'anados estén conectados correctamente de acuerdo con sus marcas de polaridad C7(+ + =+/(/0: (. los ubicados a esta clase son generalmente transformadores patrones empleados en laboratorios de calibración por contratación. $. los de esta clase pueden emplearse como transformadores patrones o para alimentar 6nstrumentos que requieren muc3a precisión, como son instrumentos registradores, 7ontroladores, aparatos integradores, etc. 16
+. los transformadores pertenecientes a esta clase de precisión se emplean comAnmente para alimentar instrumentos de medición normal, como son amperímetros, 'ólmetros, Qátmetros, 'Srmetros, etc. . los transformadores para instrumento que pertenece a esta clase son empleados normalmente para alimentar instrumentos de protección, como son rele'adores. La tolerancia permitida en esta clase es de $.# al (;I. $*
P4,+/4+( Un sistema de protecciones tiene como función principal detectar cuando sucede un cortocircuito del sistema de potencia al elemento en cual ocurrió la falla, para disminuir el da/o en el mismo equipo y las interrupciones del ser'icio. Un sistema de protecciones está formado por el siguiente equipo: T 5ransductores T ensores T aterías T 6nterruptores
T(),4+( Un transductor es un dispositi'o que su entrada es 'ariable cualquiera de un sistema y que produce una salida con 'alor proporcional al de la entrada, de acuerdo a una regla específica de con'ersión. "n la mayor parte de los casos, el 'alor de la salida es directamente proporcional al 'alor de la entrada. "n la protección sistemas eléctricos de potencia a los transductores se les conoce como transformadores de instrumento que a su 'e2 pueden ser: T 5ransformadores de corriente T 5ransformadores de potencial
S+(4+( Los sensores detectan un cambio de estado de un sistema. "n los sistemas eléctricos a se les conoce como rele'adores. Un rele'ador de protección es un dispositi'o que es energi2ado por una se/al de tensión, corriente o ambas, a tra'és de los instrumento. 7uando la se/al ecede un 'alor de la parte del sistema donde ocurrió la condición anormal. B,+( Las baterías son equipo que, en un sistema de protección, tienen una función de proporcionar alimentación al circuito de disparo, en'iando a tra'és de los contactos de los rele'adores la se/al de disparo a la bobina de los interruptores. La alimentación al circuito de disparo se refiere de la corriente directa en 'e2 de la corriente alterna debido a que esta alimentación puede no ser de la adecuada magnitud durante un corto circuitoN por ejemplo, cuando ocurre una falla trifásica puede resultar una tensión de corriente alterna igual a cero para la alimentación de los ser'icios, por lo que en estas circunstancias la potencia requerida para el disparo no puede ser obtenida del sistema de corriente alterna, con lo cual fallaría el disparo.
17
+; La batería está conectada permanentemente a tra'és de un cargador! rectificador al ser'icio de estación de corriente alterna. "l cargador tiene capacidad suficiente de potencia aparente 0&@1 para proporcionar toda la carga en estado estable suministrada por la batería.
C7(///0 + +7+?4+( (+ () )/0 + =4,+/0 + 74( +@)/=4( + 7 ()*+(,/0 1.- DE PROTECCIÓN 2.-AUILIARES R-62 DE DISPARO O APERTURA CON RETARDO R-' RE CIERRE DE C.A. R-& RECEPTOR PARA ONDA PORTADORA O PARA "ILO PILOTO 8BLU9 R-&6 AUILIAR DE RESPALDO # DE BLOQUEO DIFINITIVO SU REPOSICIÓN PUEDE SER MANUAL 8"EA9 O ELÉCTRICO 8PSU9 R-&6B AUULIAR DE DISPARO EN PROTECCIÓN DIFERENCIAL DE BARRAS R-&6" AUILIAR DE DISPARO EN PROTECCCIÓN DIFERENCIAL POR R-21 DE DISTANCIA R-$! INSTANTANE DE SOBRECARGA R-$!T SOBRECARGA INSTANTNEA AL NEUTRO DE BANCOS POR EL DEVANADO SECUNDARIO R-$!TT SOBRECARGA INSTANTNEA AL NEUTRO DE BANCOS POR EL DEVANADO PRIMARIO R-$!FI PARA FALLA INTERRUPTOR R-$1 SOBRECORRIENTE DE TIEMPO INVERSO R-$1T SOBRCORRIENTE DE TIEMPO INVERSO AL NEUTRO DE BANCOS POR DEVANADO SECUNDARIO R-$1TT SOBRECORRIENTE DE TIEMPO INVERSO AL NEUTRO DE BANCOS POR DEVANADO PRIMARIO R-$ SOBRE VOLTAJE POR DESVALANCEO DE FASES R-63 DE PRESIÓN 8DE LIQUIDO DE GAS O DE VACIO-BUC"OOL9 R-6' DE SOBRECORRIENTE ALTERNA DIRECCIONAL R-6& DE BLOQUEO CONTRA ASCILACIONES R-&' DE PROTECCIÓN DIFERENCIAL R-&'B DIFERENCIAL DE BARRAS R-&'C DIFERENCIAL DE COMPARACIÓN DE FASES R-&'G DIFERENCIAL DE GENERADOR R-&'" DIFERENCIAL DE "ILO PILOTO R-&'L DIFERENCIAL DE LINEA R-&'T DIFERENCIAL DE TRANSFORMADORES R-&'FO DIFERENCIAL DE FIBRA OPTICA "ILO PILOTO R-&6R AUILIAR DE DISPARO POR OPERACIÓN DE PROTECCIÓN DE RESPALDO R-&6 AUILIAR DE DISPARO POR OPERACIÓN DE PROTECCIÓN PRIMARIA R-&6# AUILIAR DE CIERRE DE INTERRUPTORES DE BANCOS DE RESERVA POR OPERACIÓN DE PROTECCIÓN PRIMARIA 18
R-&663 AUILIAR DE DISPARO BUC""OL R-&6&1 AUILIAR DE DISPARO POR PROTECCIÓN DE BAJA FRECUENCIA R- AUILIAR DE DISPARO O DISPARO LIBRE AP AUILIAR DE DISPARO POR OPERACIÓN DE PROTECCIÓN PRIMARIA AR AUILIAR DE DISPARO POR OPERACIÓN DE PROTECCIÓN DE RESPALDO 3.-ANUNCIADORES R-3! CUADRO DE ALARMAS DE SEALIACIÓN LUMINOSA SONORA 8PANALARM9 R-3!$! OPERACIÓN DE UNIDAD INSTANTNEA DE SOBRECORRIENTE EN ALIMANTADORES DE 23 ? R-3!.$1 OPERACIÓN DE TIEMPO DE SOBRECORRIENTE EN ALIMENTADORES DE 23 ? R- ALTA TEMPERATURA DE DEVANADO R-' DE ALARMA SONORA 8PBA9 .-VERIFICADORES R-23 DISPOSITIVO REGULADOR DE TEMPERATURA R-2' DE BAJO VOLTAJE O NO VOLTAJE R-2& DETECTOR DE FLAMA R-$ DE SOBRETENSION 8BANCOS DE CAPACITORES9 R-&1 DE FRECUENCIA R-&3 AUTOMATICO DE TRANSFERENCIA O DE CONTROL SELECTIVO +$ $.-REGULADORES 6.-PROTECCIONES # ALARMAS DEL TRANSFORMADOR $!TT RELEVADOR DE SOBRECORRIENTE DE TIERRA DE ALTA TENSIÓN $1T RELEVADOR DE SOBRECORRIENTE DE TIERRA DE BAJA TENSIÓN $!123 RELEVADOR DE SOBRE CORRIENTE DE TIERRA INSTANTNEO DE SOBRECORRIENTE $1 RELEVADOR DE SOBRECORRIENTE DE C.A. CON TIEMPO 63 RELEVADOR DE PRESIÓN BUC""OL &' RELEVADOR DE PROTECCIÓN DIFERENCIAL 6' RELEVADOR DE DIRECCIONAL DE SOBRECORRIENTE C.A. 7(///0 + =4,+/4+( P4,+/0 + (4*+ 4/+,+ /+/47 La protección de sobre corriente direccional es aquella que responde al 'alor de la corriente de falla y a la dirección de la potencia de cortocircuito en el punto de su ubicación. La protección opera si la corriente sobrepasa el 'alor de arranque y la dirección de la potencia coincide con la correspondiente a un cortocircuito en la 2ona protegida. "sta protección se compone de una unidad de sobre corriente con selecti'idad relati'a, en combinación con una unidad de medición de dos se/ales de entrada que responde al sentido de circulación de la potencia aparente y que opera cuando esa potencia fluye 3acia el elemento protegido por efecto de un corto circuito, a esta unidad se le denomina direccional. "l rele'ador direccional trabaja con se/ales de corriente y de tensión las cuales interactAan es entre sí 19
proporcionando un torque positi'o o negati'o dependiendo del ángulo de fase entre la corriente y la tensión, de acuerdo a la característica de operación del rele'ador.
P4,+/0 /++/7 La protección diferencial es uno de los métodos más sensiti'os y efecti'os para proporcionar protección contra fallas por cortocircuito. La protección diferencial compara la corriente que entra al elemento protegido con la que sale de él. i las dos corrientes son iguales el elemento está sano, sí las corrientes son diferentes el elemento presenta falla. asándose en esta comparación, la protección diferencial discrimina entre los cortocircuitos en la 2ona protegida y los cortocircuitos eternos. "s decir la corriente en la unidad de operación del rele'ador diferencial es proporcional a la diferencia 'ectorial entre la corriente que entra y sale del elemento protegido y si la corriente diferencial ecede el 'alor de la corriente de arranque, el rele'ador opera. 7uando el elemento protegido se trata de un transformador de potencia, se debe considerar que las relaciones de transformación y las coneiones de los 578s, instalados en los etremos del transformador de potencia, deben ser tales que compensen la diferencia de la magnitud y del ángulo de
R-& DE SECUENCIA INCOMPLETA 8GENERADOR CAMBIADOR DE TAPS9 R-& MECANISMO DE OPERACIÓN R-! DISPOSITIVO DE REGULACIÓN ++ fase entre la corriente primaria y secundaria del transformador de potencia. 7on la coneión de los 578s en estrella del lado de la delta de un banco de potencia conectado en delta estrella y la coneión de los 578s en delta en el lado de la estrella del banco, se compensa el desfasamiento angular de +;O introducido en un banco de potencia conectado en delta estrella, con lo que se asegura que las corrientes en la protección diferencial están en fase. 4ara los bancos de potencia que están conectados en estrella tanto en el de'anado alta como en el baja tensión, como en el caso de los bancos 0;;<$+; ='1 y de 0$+;<$+ ='1, se recomienda que los 578s de ambos de'anados del banco se conectan en estrella los rele'adores pueden operar falsamente en caso de falla a tierra eterna, ya que, la corriente +6o circularía por dic3os 578s y por las bobinas de operación de la protección diferencial para retornar por el neutro. @l estar los 578s en delta la corriente +6o producida por la falla eterna queda atrapada dentro de la delta e'itando una falsa operación de la protección diferencial. Ctro factor que debe considerar es que durante la energi2ación de un transformador de potencia se presentan grandes corrientes de magneti2ación, rica en componentes armónicas, que pueden alcan2ar la magnitud de la corriente de circuito corto 3aciendo operar falsamente a la protección, por lo que el rele'ador diferencial para la protección de transformadores de potencia es necesario que cuente con una unidad formada por filtros para restricción de armónicas.
P4,+/0 =4 45=/0 + (+. 20
"l equipo por comparación de fases utili2a su piloto para comparar la relación de fase entre la corriente que entra en una terminal de la línea de transmisión y la que sale por su otro etremo. Las magnitudes de corriente no se comparan. La protección por protección por comparación de fases utili2a como canal de comunicación piloto al equipo de onda portadora. La onda portadora es el equipo de comunicación por el cual las bajas frecuencias de radio se propagan sobre los conductores metálicos. "n los sistemas de potencia se utili2an las líneas de alta tensión como medio de propagación de onda portadora para la comunicación, por lo que normalmente se le conoce como equipo de onda portadora por línea de alta tensión 0C4L@51. "l rango de frecuencia utili2ado en la onda portadora es de +; a +;; =B2. "ste rango de frecuencia es suficiente alto para que quede aislado de la frecuencia del sistema de potencia que es de ); B2 y del ruido que este produce, si embargo no es tan alto como para una atenuación ecesi'a. 4ara acoplar el equipo de comunicación de onda portadora a la línea de alta tensión ser requiere de un condensador de acoplamiento conectado a la línea de transmisión en deri'ación. "ste presenta una baja impedancia a las se/ales de alta frecuencia de comunicación permitiendo el paso al equipo de onda portadora y por otra parte una alta impedancia a las se/ales de ); B2 del sistema de potencia, impidiendo al paso a dic3o equipo. 5ambién se emplea una trampa de onda que esencialmente es un circuito resonante en paralelo conectado en serie con la línea de transmisión. La trampa de onda tiene una impedancia despreciable para las se/ales con frecuencia de ); B2 del sistema de potencia y una impedancia muy ele'ada para las se/ales de alta frecuencia del equipo de comunicación de onda portadora solo puede fluir entre los etremos de la línea de transmisión. e muestra el funcionalismo simplificado para la protección por comparación de fases en ambos etremos de la línea de transmisión protegida. >e la misma forma que la protección diferencial por 3ilo 4iloto, los transformadores de corriente de la línea de transmisión alimentan a un filtro de secuencia que transforma a las corrientes de salida de los 578s en una tensión de salida monofásica senoidal. La se/al de tensión monofásica se transforma en una onda cuadrada mediante un amplificador de onda cuadrada. La parte positi'a de la onda cuadrada de tensión corresponde al medio ciclo positi'o de la onda senoidal de tensión y la parte de tensión cero de la onda cuadrada corresponde al medio ciclo negati'o de la onda senoidal de tensión. La onda cuadrada de tensión se aplica al transmisor del equipo piloto por corriente portadora y a un comparador. "l comparador discrimina si la falla es interna o eterna y en función de esta discriminación controla la operación de un rele'ador auiliar para el disparo de interruptores de la línea de transmisión, en caso de que la falla sea interna. "stos elementos proporcionan medios para la transmisión o recepción de las se/ales de la corriente portadora para comparar en cada etremo las relaciones de fase de las corrientes de la línea de transmisión en los etremos. Las relaciones entre las tensiones de salida del amplificador de onda cuadrada en ambos etremos de la línea de transmisión y también de las se/ales se la corriente portadora que se transmite durante condiciones de la falla. 7omo se puede obser'ar para una falla en >, las tensiones de salida del amplificador de onda cuadrada en las subestaciones @ y 0ondas a y c1 están (H;O fuera de fase, esto se debe a que las coneiones de los transformadores de corriente en las dos subestaciones están in'ertidas. 7omo la onda cuadrada de tensión que controla el transmisor del equipo de comunicación, la corriente portadora solo se transmite en el semiciclo positi'o de la onda cuadrada de tensión. Las se/ales de la corriente portadora transmitida desde @ a 0ondas b y d1 están despla2adas en tiempo, de tal manera que 21
siempre 3ay se/ales de corriente portadora que en'ía de un etremo a otro. 4ara la falla interna en 7, debido a la in'ersión de la tensión de salida del amplificador de onda cuadrada en la subestación , originada por la in'ersión de las corrientes de la línea de potencia, las se/ales de corriente portadora 0ondas b y f1 son concurrentes y no 3ay se/ales en ninguna de las subestaciones para cada otro ciclo. La protección por comparación de fases actAa para bloquear el disparo en ambas terminales siempre que las se/ales de la corriente portadora estén despla2adas en tiempo, de tal manera que solo 3ay un peque/o o ningAn inter'alo de tiempo cuando no están siendo transmitida alguna se/al desde un etremo o desde el otro. 7uando las se/ales de la corriente portadora son aproimadamente concurrentes, se manda disparo si 3ay suficiente flujo de corriente de cortocircuito.
T/=4 + +7+?4+( "l rele'ador de sobrecorriente responde a la magnitud de corriente sobre un 'alor especificado, eisten tres tipos básicos: electromecánicos, estáticos o de estado sólido y microprocesadores. Los rele'adores de estado sólido y microprocesador. 5ienen las características mAltiples de las cur'as y pueden duplicar prácticamente cualquier cur'a de los antiguos rele'adores electromecánicos. R+7+?4 D/++/7. "l rele'ador diferencial responde a la diferencia entre dos o más corrientes arriba de un 'alor especificado, es usado para proporcionar protección a fallas internas al equipo, tales como: transformadores, generadores y barras en las subestaciones eléctricas. +#
R+7+?4 + (4*+ ,+(/0 "l rele'ador de sobre tensión responde a una magnitud de tensión por encima de un 'alor especificado.
R+7+?4 + =4,+/ "l rele'ador de potencia responde al producto de la magnitud del 'oltaje, la corriente y el coseno del ángulo de fase entre la tensión y la corriente, éste ajuste tiene que operar por encima de un 'alor especificado.
R+7+?4 /+/47. "l rele'ador direccional es un rele'ador que opera Anicamente para un flujo de corriente en una dirección dada, de 3ec3o, es un rele'ador de sobre corriente que se 3ace direccional agregado una Unidad direccional que pre'iene operaciones al rele'ador de sobre corriente, 3asta que la unidad direccional 3aya sido operada. La unidad direccional responde al producto de la magnitud de la 7orriente, tensión y el ángulo de fase entre ellos.
R+7+?4 + F+)+/ Los rele'adores de frecuencia responden a 'alores de frecuencias arriba o abajo de un 'alor "specificado. 22
R+7+?4 T;5/4 "l rele'ador térmico responde a una temperatura arriba de un 'alor especificado. Bay dos tipos básicos:
D/+,4( + ;=7/. 9 D/+/47 4 D/+,4. "n el rele'ador térmico de tipo, un dispositi'o, tal como un termopar, se "ncuentra inserto en el equipo, este dispositi'o con'ierte la temperatura en una cantidad "léctrica, tal como: tensión, corriente 061 9esistenciasN la cantidad eléctrica 3ace que el elemento de detección opere. *9 E +7 +7+?4 ,;5/4 ,/=4 ;=7/ una corriente proporcional a la corriente suministrada al "quipo, circula a tra'és de un elemento, tal como: láminas bimetálicas, que tienen unacaracterística térmica similar al equipo, cuando este elemento es calentado por el flujo de corriente, una de las láminas metálicas se epande más que la otra, lo 3ace que el doble,actuando para cerrar un conjunto de contactos.
1.2 T(454+( + =4,+/ • G++7/+( • D+(/=/0 • C/)/,4 5;,/4 • C/)/,4 +7;,/4 • R+/+/0 • A(=+,4( 4(,),/?4( • P//=/4 + )/45/+,4 • E7 ,(454 /+7 • F)/45/+,4 + ?4 • F)/45/+,4 + • C/)/,4 +@)/?7+,+ • R+)/0 7 =/5/4 • C/)/,4 +@)/?7+,+ +H,4 • C/)/,4 +@)/?7+,+ =4H/54 • T(454+( ,/<(/4( • D+(/=/0 • G)=4( + 4+H/0
D+(/=/0 + ++7/+( 23
• ?áquina eléctrica que se utili2a en la red eléctrica para cambiar los ni'eles de tensión • 4érdidas muy reducidas: potencia de entrada casi igual a la de salida • 7omponentes básicos: R 7ircuito magnético R >e'anados primario y secundario • "l de'anado de mayor tensión presenta menores intensidades que el de menor 0porque la potencia es casi constante1 • 9elación de transformación:rtMU(
• 7aracterísticas principales: R 5ensiones nominales: U(n, U$n R 4otencia aparente nominal: n R 6ntensidades nominales: 6(n, 6$n R Drecuencia nominal -eneralidades del circuito eléctrico Dorma circular dispuestos concéntricamente a la columna • 7ompuestos por conductores aislados entre si: R Bilos de cobre esmaltados 0trafos de peque/a potencia1 R 4letina de cobre encintada 0trafos de ele'ada potencia1 • >e'anado de baja tensión siempre en el interior para disminuir los gradientes de tensión, pues el nAcleo está puesto a tierra • >isposiciones:
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-eneralidades del circuito magnético y eléctrico
G++7/+( + +/+/0 • 4érdidas en el transformador: R FAcleo magnético 03istéresis y corrientes parásitas1 R Woule en los de'anados • Fecesidad de e'acuar las pérdidas para mantener la temperatura por debajo del límite térmico de los aislamientos: ele'ada superficie específica • 4ropiedades del medio refrigerante: R @lta conducti'idad térmica R @lta rigide2 dieléctrica • 4osibilidades: R a/o de aceite 0transformadores en ba/o de aceite1 R 9esina epoídica 0transformadores secos1 • 5ipos de refrigeración en transformadores: R "terior 0natural o for2ada1 R 6nterior 0natural o for2ada1 • Fotación del tipo de refrigeración. "jemplos: R CD@D 0Cil Dorced @ir Dorced1: refrigeración interior y eterior for2ada R CF@F 0Cil Fatural @ir Fatural1: refrigeración interior y eterior natural R CF@D 0Cil Fatural @ir Dorced1: refrigeración interior natural y eterior for2ada
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4rincipio de funcionamiento de transformador ideal • teoria de funcionamiento: R >e'anados: • in pérdidas Woule • in flujos de dispersión R 7ircuito magnético: • in pérdidas en el 3ierro • 4ermeabilidad infinita 0posibilidad de eistencia de flujo sin consumo de intensidad magneti2ante1 • "cuac: R egunda ley de =irc33off en los de'anado
P//=/4 + )/45/+,4 +7 ,454 /+7 • "cuaciones: R 7ircuito magnético asociado
• "l transformador ideal es una dispositi'o teórico que no eiste en realidad • @ partir de este modelo ideal se incorporarán cada una de las simplificaciones enunciadas anteriormente para lograr el modelo del transformador real • ?odelo del transformador ideal 27
P//=/4 + )/45/+,4 E7 ,(454 +7: )/45/+,4 + ?4 • 5ransformador en 'acío: no se tiene conectada ninguna carga en el secundario • 6ntroducción de la permeabilidad finita del circuito magnético: R e necesita una intensidad para magneti2ar el nAcleo R e calcula a partir de la cur'a de magneti2ación !B punto a punto
7onclusiones: R La intensidad de 'acío no es senoidal sino deformada debida a la saturación R La intensidad de 'acío está en fase con el flujo R i se considera la senoide equi'alente se puede 3acer un diagrama fasorial
6ntroducción de las pérdidas en el circuito magnético R @3ora la cur'a de magneti2ación describe el ciclo de 3istéresis R e calcula de forma similar a la anterior
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7onclusiones: R La intensidad de 'acío no es senoidal sino deformada 0saturación e 3istéresis1 R La intensidad de 'acío adelanta al flujo R i se considera la senoide equi'alente se puede 3acer un diagrama fasorial
P//=/4 + )/45/+,4 E7 ,(454 +7: )/45/+,4 + ?4 • ?odificación del circuito equi'alente del transformador para tener en cuenta: R 4ermeabilidad finita del material: I5 retrasa a la tensión Treactancia Xm R 4érdidas en el 3ierro: I+ en fase con la tensión Tresistencia 9fe
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• ?odificación del circuito equi'alente del transformador para tener en cuenta: R 9esistencia del de'anado primario: 9( R Dlujo de dispersión en el de'anado primario: X( • La tensión primaria no es idéntica a la fuer2a electromotri2 "( y "$
P//=/4 + )/45/+,4 E7 ,(454 +7: )/45/+,4 + • 5ransformador en carga: se conecta una carga en el secundario 0circula intensidad1 • "n el de'anado secundario eistirán los mismos efectos que en el primario: resistencia y reactancia de dispersión
30
C/)/,4 +@)/?7+,+ R+)/0 7 =/5/4 • Un circuito eléctrico que incluye transformadores no tiene un Anico ni'el de tensión • 4ara resol'er este incon'eniente se puede reali2ar la reducción a uno de los >e'anados. "n el transformador ideal:
• La impedancia se 'e desde el primario con 'alor K • Las magnitudes que están en un secundario y se reducen al primario se notarán MK • Las magnitudes que están en un primario y se reducen al secundario se notarán MKK • 7on la reducción a uno de los de'anados desaparece el transforma dor ideal del circuito, eistiendo un Anico ni'el de tensión
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C/)/,4 +@)/?7+,+ C/)/,4 +@)/?7+,+ +H,4 • 7onsiste en reducir a uno de los de'anados, generalmente el primario
C/)/,4 +@)/?7+,+ =4H/54 • La resistencia y reactancia de dispersión son tan peque/as que la fuer2a electromotri2 E1 puede suponerse igual a la U1, lo que plantea una simplificación
T(454+( ,/<(/4( D+(/=/0 • La transformación trifásica se puede reali2ar a partir de: R anco trifásico de tres transformadores monofásicos • e pueden reali2ar coneiones en estrella o en triángulo tanto en primario como en secundario 32
La transformación trifásica se puede reali2ar a partir de: R 5ransformador trifásico de tres columnas: • 7ada columna contiene los de'anados de alta y baja de una fase
T(454+( ,/<(/4( G)=4( + 4+H/0 • >esignación de los transformadores trifásicos: dos letras más un nAmero R 4rimera letra: coneión del de'anado de alta tensión • "strella: Y • 5riángulo: > R egunda letra: coneión del de'anado de baja tensión: • "strella: y • 5riángulo: d R FAmero: índice 3orario • e refiere al ángulo de desfase de las tensiones secundarias con respecto a las primarias • La tensión primaria se toma como origen de fases a las K($ 3oras • "l índice 3orario se refiere a la K3ora que está marcando la tensión secundaria 0ángulo de desfase en grados di'idido por +;1 R "jemplo: Yy; • >e'anado de alta tensión en estrella 33
• >e'anado de baja tensión en estrella • >esfase nulo
• >esignación de los transformadores trifásicos: dos letras más un nAmero >esignación de los transformadores trifásicos: dos letras más un nAmero R "jemplo: Yy) • >e'anado de alta tensión en estrella • >e'anado de baja tensión en estrella • >esfase (H; grados
R "jemplo: >y(( • >e'anado de alta tensión en triángulo • >e'anado de baja tensión en estrella • >esfase +; grados
R "jemplo: >y# • >e'anado de alta tensión en triángulo • >e'anado de baja tensión en estrella • >esfase !(#; grados
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1.3 INTERRUPTORES DE POTENCIA Un interruptor es un dispositi'o cuya función es interrumpir y restablecer la continuidad en un circuito eléctrico.i la operación se efectAa sin carga 0corriente1, el interruptor recibe el nombre de desconectador o cuc3illa desconectadora. i la operación de apertura o de cierre la efectAa con carga0corriente nominal1, o con corriente de corto circuito 0en caso de alguna perturbación1, el interruptor recibe el nombre de disyuntor o interruptor de potencia.Los interruptores en caso de apertura, deben asegurar el aislamiento eléctrico del circuito. "isten distintas formas de clasificar a los interruptores, una de ellas, segAn Barper, es por medio de etinción, pudiendo ser: interruptores en aceite 0que ya no se utili2an1, interruptores neumáticos, interruptores en 'acío e interruptores en 3eafloruro de a2ufre. 5ambién se clasifican los interruptores como de construcción de Z5anque muertoZ o de Z5anque 'i'oZ. >e tanque muerto significa que el tanque del interruptor y todos sus accesorios se mantienen al potencial de tierra y que la fuente eterna y coneiones a la carga se 3acen por medio de boquillas con'encionales. >e tanque 'i'o significa que las partes metálicas y de porcelana que contienen el mecanismo de interrupción se encuentran montadas sobre columnas de porcelana aislante y están, por lo tanto, al potencial de línea. "n la siguiente tabla se clasifican por medio de su interrupción y su disponibilidad.
I,+)=,4 + +/,+. Los interruptores de aceite se pueden clasificar en $ grupos: 6nterruptores de peque/o 'olumen de aceite. 6nterruptores de gran 'olumen de aceite. "stos interruptores reciben ese nombre debido a la gran cantidad de aceite que contienen. -eneralmente se constituyen de tanques cilíndricos y pueden ser monofásicos. Los trifásicos son para operar a 'oltajes relati'amente peque/os y sus contactos se encuentran contenidos en un recipiente comAn, separados entre sí por separadores 0aislante1. 4or ra2ones de seguridad, en tensiones ele'adas se emplean interruptores monofásicos 0uno por base de circuitos trifásicos. Las partes fundamentales en los interruptores son: 5anque o recipientes,. oquillas y contactos fijos,. 7onectores 0elementos de coneión al circuito &ástago y contactos mó'iles@ceite de refrigeración,.
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4artes de un interruptor de gran 'olumen de aceite. 7uando opera el interruptor debido a una falla, los contactos mó'iles se despla2an 3acia abajo, separándose de los contactos fijos. @l alejarse los contactos mó'iles de los fijos, se 'a creando una cierta distancia entre ellos, y en función de esta distancia está la longitud del arco eléctrico. "l arco da lugar a la formación de gases, de tal manera que se crea una burbuja de gas alrededor de los contactos, que despla2a una determinada cantidad de aceite. "n la siguiente figura, se aprecia el proceso de interrupción.
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7onforme aumenta la separación entre los contactos, el arco crece y la burbuja se 3ace mayor, de tal manera que al quedar los contactos en su separación total, la presión ejercida por el aceite es considerable, por lo que en la parte superior del recipiente se instala un tubo de fuga de gases. Los interruptores de grandes capacidades con gran 'olumen de aceite originan fuertes presiones internas que en algunas ocasiones pueden eplosiones. 4ara disminuir estos riesgos se idearon dispositi'os donde se forman las burbujas de gas, reduciendo las presiones a un 'olumen menor. "stos dispositi'os reciben el nombre de Zcámaras de etracciónZ y dentro de estas cámaras se etingue el arco. "l procedimiento de etinción es el siguiente: (. @l ocurrir una falla se separan los contactos que se encuentran dentro de la cámara de etinción. $. Los gases que se producen tienden a escapar, pero como se 3allan dentro de la cámara que contiene aceite, originan una 'iolenta circulación de aceite que etingue el arco. +. 7uando el contacto mó'il sale de la cámara, el arco residual se acaba de etinguir, entrando nue'amente aceite frío a la cámara. . 7uando los arcos se 3an etinguido, se cierran los elementos de admisión de la cámara. 37
"n la siguiente figura se epone un diagrama de un interruptor de gran 'olumen de aceite con Z7ámara de etinciónZ. Digura E: 7ámara de etinción.
"l elemento de desconeión en los interruptores de gran 'olumen de aceite lo constituyen los contactos mó'iles. "stos contactos se pueden accionar en general de + maneras distintas: •
•
•
?ecánicamente, por medio de sistemas 'olante!bielas o engrane!bielas. ?agnéticamente, por medio de un electroimán conocido como bobina de disparo que acciona el trinquete de retención de los contactos mó'iles al ser energi2adoN se puede energi2ar manualmente 0por medio de botón1 o automáticamente 0por medio de rele'ador1. La acción de coneión o desconeión se puede efectuar substituyendo el 'olante o los engranes con un motor eléctrico que puede operarse a control remoto.
38
I,+)=,4+( + =+@)+>4 ?47)5+ + +/,+.
Los interruptores de reducido 'olumen de aceite reciben este nombre debido a que su cantidad de aceite es peque/a en comparación con los de gran 'olumen. 0u contenido 'aría entre (.# y $.#I del que contiene los de gran 'olumen.1 e constituyen para diferentes capacidades y 'oltajes de operación y su construcción es básicamente una cámara de etinción modificada que permite mayor fleibilidad de operación. "l funcionamiento de este interruptor es el siguiente: (. @l ocurrir una falla se desconecta el contacto mó'il + originándose un arco eléctrico. $. @ medida que sale el contacto mó'il, se 'a creando una circulación de aceite entre las diferentes cámaras que constituyen el cuerpo. +. @l alcan2ar el contacto mó'il su máima carrera al aceite que circula, 'iolentamente etingue el arco por completo. . Los gases que se producen escapan por la parte superior del interruptor.
39
I,+)=,4 + +/,+ + =+@)+>4 ?47)5+
6nterruptores de aire. >ebido al peligro de eplosión e incendio que representan los interruptores en aceite, se fabrican los interruptores neumáticos, en los cuales la etinción del arco se efectAa por medio de un c3orro de aire a presión. "l aire a presión se obtiene por un sistema de aire comprimido que incluye una o 'arias impresoras, un tanque principal, un tanque de reser'a y un sistema de distribución en caso de que sean 'arios interruptores. "l proceso general es el siguiente: (. 7uando ocurre una falla la detecta el dispositi'o de control, de tal manera que una 'ál'ula de solenoide acciona a la 'ál'ula principal ésta se abre, permitiendo el acceso de aire a los aisladores 3uecos . $. "l aire a presión que entra en los aisladores 3uecos presiona por medio de un embolo a los contactos 40
+. Los contactos ,accionan a los contactos que operan simultáneamente abriendo el circuito. . 7omo los aisladores 3uecos se encuentran conectados directamente a las cámaras de etinción al bajar los contactos para accionar a los contactos el aire a presión que se encuentra en los aisladores entra 'iolentamente a la cámara de etinción etinguiéndose el arco. 4roceso de funcionamiento de interruptor de aire.
6nterruptor de soplo de aire, marca interrupti'a.
6nterruptor roQn o'eri, mecanismo neumático, $#%&, $;;;@y ;%@ de capacidad
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I,+)=,4+( + ?4.
Los mejores conductores de electricidad, segAn Barper, son aquellos materiales que ofrecen la mayoría de electrones libres y, por el contrario, los mejores aisladores o dieléctricos ofrecen el mínimo nAmero de electrones libres. >ebido a que el 'acío constituye una ausencia de cualquier substancia y, por lo tanto, una ausencia de electrones, en teoría, representa el mejor dieléctrico. asado en esta teoría, pueden 3aber grandes 'entajas que se pueden reali2ar, si operan mecánicamente los contactos eléctricos cuando abren en una cámara de 'acío. La mayoría de los fabricantes 3an sido capaces de construir tales dispositi'os para su uso en alta tensión. >entro de las 'entajas que se tienen, se pueden mencionar los siguientes: son más rápidos 42
para etinguir el arco eléctrico, producen menor ruido durante la operación, el tiempo de 'ida de los contactos es mayor y elimina o reduce sensiblemente el riesgode eplosiones potenciales por presencia de gases o líquidos. "l mantenimiento de estos interruptores es reducido y se pueden usar en casi cualquier lugar, debido a que no son afectados por la temperatura ambiente u otras condiciones atmosféricas. "n la siguiente figura se muestran las partes principales de tal interruptor. : 6nterruptor de 'acío.
4artes de interruptor de 'acío.
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I,+)=,4+( + +H74)4 + )+ 8SF69.
"l D) tiene ecelentes propiedades aislantes y para etinguir arcos eléctricos, ra2ón por la que 3a sido usado eitosamente, por más de 'einte a/os en la construcción de equipo en alta tensión. "n el caso de los interruptores, el uso del D) representa una solución 'entajosa, funcional y económica. Ctra 'entaja es el mantenimiento reducido en comparación con los demás. Barper 0$;;+1 indica que se fabrican en tensiones de 3asta H;; %& y corrientes de corto circuito de 3asta )+ %@ con dos cámaras de interrupción por poloN dependiendo del 'oltaje y de la capacidad interrupti'a, se encuentran distintas 'ersiones: •
7omo cámara sencilla 3asta $# %& y #; %@.
•
7omo dos cámaras y columnas sencillas entre $#!##; %& y )+ %@.
•
7omo cuatro cámaras y dos columnas 3asta H;; %& y )+ %@. 7ada polo de un interruptor consiste ya sea de una, dos o cuatro cámaras interrupti'as arregladas en serie. 6nterruptor D).
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1.4 Cuchillas y fusibles
un componente electromecánico que permite separar de manera mecánica un circuito eléctrico de su alimentación, garanti2ando 'isiblemente una distancia satisfactoria de aislamiento eléctrico. "l objeti'o puede ser, por ejemplo, asegurar la seguridad de las personas que trabajen sobre la parte aislada del circuito eléctrico o bien eliminar una parte a'eriada para poder continuar el funcionamiento con el resto del circuito. ( Un seccionador, a diferencia de un disyuntor o de un interruptor , no tiene mecanismo de supresión del arco eléctrico y por tanto carece de poder de corte. "s imperati'o detener el funcionamiento del circuito con anterioridad para e'itar una apertura en carga. "n caso contrario, se pueden producir da/os se'eros en el seccionador debidos al arco eléctrico. 45
P,+ ( + )/77 +(4+,4
L )/77 )(/*7+ es un elemento de coneión y desconeión de circuitos eléctricos. 5iene dos funciones: como cuc3illa desconectadora, para lo cual se conecta y desconecta, y como elemento de protección. "l elemento de protección lo constituye el dispositi'o fusible, que se encuentra dentro del cartuc3o de coneión y desconeión. "l dispositi'o fusible se selecciona de acuerdo con el 'alor de corriente nominal que 'a a circular por él, pero los fabricantes tienen el correspondiente 'alor de corriente de ruptura para cualquier 'alor de corriente nominal.
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Los elementos fusibles se construyen fundamentalmente de plata 0en casos especiales1, cobre electrolítico con aleación de plata, o cobre aleado con esta/o.
7riterios de selección . egAn Barper, los criterios generales para la selección de las cuc3illas son: •
•
•
•
-aranti2ar un aislamiento dieléctrico a tierra y sobre todo en la apertura. 4or lo general, se requiere entre puntos de apertura de la cuc3illa un (# o $;I de eceso en el ni'el de aislamiento con relación al ni'el de aislamiento a tierra. 7onducir en forma continua la corriente nominal sin que eista una ele'ación de temperatura en las diferentes partes de la cuc3illa y en particular en los contactos. >ebe soportar por un tiempo especificado 0generalmente ( segundo1 los efectos térmicos y dinámicos de las corrientes de cortocircuito. Las maniobras de cierre y apertura se deben reali2ar sin posibilidad de que se presenten falsos contactos o posiciones falsas aAn en condiciones atmosféricas desfa'orables.
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1.4 Apartarrayos
Faturale2a de las sobretensiones y sus efectos Las sobretensiones que se presentan en las instalaciones de un sistema pueden ser de dos tipos: (. sobretensiones de tipo atmosférico. $. sobretensiones por fallas en el sistema.
>efinición y operación de apartarrayos. "l apartarrayos es un dispositi'o que nos permite proteger las instalaciones contra sobretensiónes de tipo atmosférico. Las ondas que presentan durante una descarga atmosférica 'iajan a la 'elocidad de la lu2 y da/an al equipo si no se tiene protegido correctamenteN para la protección del mismo se deben tomar en cuenta los siguientes aspectos: (. descargas directas sobre la instalación $. descargas indirectas >e los casos anteriores el mas interesante, por presentarse con mayor frecuencia, es el de las descargas indirectas. "l apartarrayos, dispositi'o que se encuentra conectado permanentemente en el sistema, opera cuando se presenta una sobretensión de determinada magnitud, descargando la corriente a tierra.
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u principio general de operación se basa en la formación de un arco eléctrico entre dos eplosores cuya operación esta determinada de antemano deacuerdo a la tensión a la que 'a a operar.
e fabrican diferentes tipos de apartarayos, basados en el principio general de operaciónN por ejemplo: los más empleados son los conocidos como Zapartarrayos tipo auto'al'ularZ y Zapartarrayos de resistencia 'ariableZ. "l apartarrayos tipo auto'al'ular consiste de 'arias c3apas de eplosores conectados en serie por medio de resistencias 'ariable cuya función es dar una operación más sensible y precisa. se emplea en los sistemas que operan a grandes tensiones, ya que representa una gran seguridad de operación. "l apartarrayos de resistencia 'ariable funda su principio de operación en el principio general, es decir, con dos eplosores, y se conecta en serie a una resistencia 'ariable. e emplea en tensiones medianas y tiene muc3a aceptación en el sistema de distribución. La función del aparterrayos no es eliminar las ondas de sobretensión 49
4resentadas durante las descargas atmosféricas, sino limitar su magnitud a 'alores que no sean perjudiciales para las máquinas del sistema. Las ondas que normalmente se presentan son de (.# a ( microseg. 05iempo de frente de onda1. La función del apartarrayos es cortar su 'alor máimo de onda 0aplanar la onda1. Las sobretensiones originadas por descargas indirectas se deben a que se almacenan sobre las líneas cargas electrostáticas que al ocurrir la descarga se parten en dos y 'iajan en ambos sentidos de la línea a la 'elocidad de la lu2. Los apartarrayos protegen también a las instalaciones contra descargas directas, para lo cual tiene un cierto radio de protección. 4ara mayor seguridad a las instalaciones contra las cargas directas se instalan unas 'arillas conocidas como bayonetas e 3ilos de guarda semejantes a los que se colocan en las líneas de transmisión. La tensión a que operan los apartarrayos se conoce técnicamente como tensión de cebado del apartarrayos. "l condensador se emplea como filtro con los apartarrayos de los generadores.
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.6 OPERACIÓN EN PARALELO DE GENERADORES SINCRONOS EN UNA FUENTE FIJA
FUNDAMENTOS DEL GENERADOR SINCRONO
Los generadores síncronos se clasifican por su construcción en: campo giratorio y armadura giratoria, por su tipo de excitación en autoexcitados y excitación separada, y por su tipo de rotor en: polos salientes; para velocidades iguales o menores de 1800 RP y polos lisos; para velocidades iguales a !"00 RP# $1%
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Los generadores síncronos autoexcitados ya no necesitan de esco&illas y los de excitación separada re'uieren de esco&illas y en lugar del conmutador utili(an anillos rosantes#
Se debe suministrarse alimentación de c.c. al circuito de campo del rotor. Como éste est en mo!imiento "el rotor#$ es necesario adoptar construcciones especiales con el %n de suministrar ener&'a al campo. (a solución com)n es el uso de *anillos desli+antes , escobillas*. (os anillos desli+antes son aros -ue rodean el ee de la m-uina$ pero aislados del mismo ee. Cada e/tremo " , # del arrollamiento de la bobina de campo est conectado a un anillo , sobre cada anillo ace contacto una escobilla "%& 1.7 c#. Si a las escobillas se les conecta una uente$ en todo momento -uedar aplicado el mismo !oltae al de!anado de campo$ sin importar !elocidad o posición an&ular
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s-uema 'sico , modelo del circuito de campo. Si aadimos los de!anados *b* , *c* al estator$ con las separaciones adecuadas$ podemos obtener una m-uina trisica. (a %&ura 1.10 ilustra una de ellas. Cada ase debe estar separada por 120e. (a e/presión de !oltae inducido para *a* , *a* es la misma. bten&amos una e/presión para *bb* , *cc* ¿Porque son necesarios los generadores sincronos en paralelo ?
)arios generadores pueden alimentar una carga m*s grande m*s grande 'ue una sola ma'uina# +ener varios generadores incrementa la confia&ilidad del sistema de potencia, de&ido a 'ue la falla de cual'uiera de ellos no causa la perdida tola de potencia en la carga +ener varios generadores 'ue operan en paralelo permite la remoción de uno o m*s de ellos para cortes de potencia y mantenimientos preventivos e utili(a un solo generador y este opera cerca de plena carga, entonces ser* relativamente ineficiente# -on varias ma'uinas m*s pe'ue.as tra&a/ando en paralelo, es posi&le operara solo una fracción de ellas# Las 'ue est*n operando lo acen casi a plena carga y por lo tanto de manera m*s eficiente# las condiciones re'ueridas para operar en paralelo La figura 1 muestra un generador síncrono 1 'ue suministrar potencia a una carga con otro generador 2 a punto de conectarse en paralelo con 1 por medio del cierre del interruptor 1# i el interruptor se cierra de manera ar&itraria en cual'uier momento, es posi&le 'ue los generadores se da.en severamente y 'ue la carga pierda potencia# i los volta/es no son exactamente iguales en cada uno de los generadores 'ue se conectan /untos, a&r* un flu/o de corriente muy grande cuando se cierre el interruptor# Para evitar este pro&lema, cada una de las tres fases de&e tener exactamente la misma magnitud de volta/e y *ngulo
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de fase 'ue el conductor al 'ue se conectara# 3n otras pala&ras, el volta/e de fase a de&e ser exactamente igual al volta/e en la fase a4 y así en forma sucesiva para las fases &5&6 y c5c6# Para lograr esto se de&en cumplir las siguientes condiciones de puesta en paralelo:
•
Deben de ser iguales los voltajes de línea rms.
•
Los dos generadores deben tener la misma secuencia de fase.
•
Los ángulos de fase de los dos fases deben de ser iguales.
La frecuencia del generador nuevo, llamado generador en aproximación, debe ser un poco mayor que la frecuencia del sistema en operación. •
•
Deben de ser iguales los voltajes de línea rms.
•
Los dos generadores deben tener la misma secuencia de fase.
•
Los ángulos de fase de los dos fases deben de ser iguales.
La frecuencia del generador nuevo, llamado generador en aproximación, debe ser un poco mayor que la frecuencia del sistema en operación. •
enerador 'ue se conecta en paralelo con un sistema de potencia en operación# $% 3stas condiciones de puesta en paralelo re'uieren ciertas explicaciones# La condición 1 es o&via: para de dos grupos de volta/es sean id7nticos, de&en tener la misma magnitud de volta/e rms#
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Los volta/es en las fases a y a6 ser*n completamente id7nticos en todo momento si am&as magnitudes y sus *ngulos son iguales, lo 'ue explica la condición#
3s'uema de secuencia de fases# La condición 2 asegura 'ue la secuencia en la 'ue el volta/e de fase llegue a su pico en los dos generadores sea la misma# i la secuencia de fase es diferente en la figura 2a entonces aun cuando un par de volta/es los de fase a9 est7n en fase, los otros dos pares de volta/es estar*n desfasados por 120# i se conectan los generadores de esta manera, no a&r* pro&lema con la fase a, pero fluir* enormes corrientes en las fases & y c, lo 'ue da.ara am&as ma'uinas# Procedimiento general para conectar generador en paralelo# Primero utili(ando voltímetros se de&e a/ustar la corriente de campo del generador en aproximación asta 'ue su volta/e en los terminales sea igual al volta/e e n línea del sistema en operación# Segundo, la secuencia de fase del generador en aproximación se de&e comparar con la secuencia de fase del sistema en operación# 3xisten mucas forma de compro&ar esto una de ellas es conectar alternativamente un pe'ue.o motor de inducción a los terminales de cada uno de los dos generadores# i el motor gira en la misma dirección en am&as ocasiones, entonces, entonces la secuencia de fase es la misma en am&os generadores# i el motor gira en direcciones opuestas, entonces las secuencias de fase son diferentes y se de&en invertir dos de los conductores del generador en aproximación# tra manera simple es el m7todo de las tres l*mparas incandesentes, en el 3s'uema de generador trif*sico se muestra un circuito de este tipo# La operación comien(a arrancando la ma'uina por medio del motor primario tur&ina, diesel, etc9 teniendo en cuenta 'ue de&en prender y apagar al mismo tiempo las tres l*mparas esto indica 'ue existe la misma secuencia de fase, si prenden y apagan muy r*pido esto es de&ido a 'ue tiene diferentes frecuencias esto se arregla su&iendo la velocidad del primario motor, esto se ace aumentando el flu/o con el reóstato de campo, si prenden y apagan en desorden esto indica 'ue no tienen la misma frecuencia de fases esto se ace intercam&iando la secuencia de fases del alternador acia la red#
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3s'uema de secuencia de fases#
Conexión de las fases y excitatriz
Los devanados del alternador se conectan en estrella para o&tener tres fases y u n neutro como se muestra en la figura <, la excitatri( se conecta a la rueda polar con el cuidado de no exceder las magnitudes nominales$1%
=coplamiento en paralelo con otro alternador Para acoplar los alternadores usaremos el m7todo de las tres l*mparas apagadas este m7todo se &asa en conectar las l*mparas en serie con am&as fases cuando las l*mparas se encienden al mismo tiempo y lentamente esto indica 'ue la secuencia de fases es la correcta#
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7todo de las tres l*mparas# =coplamiento correcto 3n la figura 10 se muestra como las l*mparas se apagan al mismo tiempo esto indica 'ue existe la misma frecuencia de fases y podemos acoplar la ma'uina, ay 'ue tener muco cuidado con las tensiones de las ma'uinas ya 'ue estas de ser iguales asegurar 'ue las tensiones de fase sean las mismas tomando las tensiones de línea de cada una de las dos ma'uinas y teniendo cuidado de no exceder los datos nominales de placa corriente de excitación tensión, corrientes de fases
Las frecuencias son iguale, l*mparas apagadas >allas en el acoplamiento ?n error de acoplamiento es muy notorio usando este m7todo ya 'ue las l*mparas no indican el error cometido siempre y cuando las l*mparas tengas una secuencia lógica con las fases estas prender*n en diferente orden como se muestra en la figura 11
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Las frecuencias no son iguales, l*mparas encen didas =coplamiento con compa.ía de lu( 3l procedimiento es exactamente el mismo solo 'ue las l*mparas se conectan en serie con las fases del alternador y con las de compa.ía de lu( en el diagrama siguiente se muestra la conexión#
=specto externo de un sincronoscopio#
Modernas instalaciones las modernas instalaciones emplean unas columnas de sincroni(ación figura Las frecuencias no son iguales, l*mparas encendidas, compuestas por un &ra(o saliente y giratorio del cuadro general de la central y 'ue tiene dos voltímetros red y generador9, dos frecuencímetros red y generador9 u n voltímetro de cero y un sincronoscopio de agu/a# 3n las centrales autom*ticas o con telemando, el acoplamiento se ace autom*ticamente con la ayuda de e'uipos electrónicos#
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Operación de generadores en paralelo con grandes sistemas de potencia. -uando un generador síncrono se conecta a un sistema de potencia, a menudo el sistema de potencia es tan grande 'ue ninguna de las acciones del operador del generador tendr* gran efecto en el sistema de potencia# 3ste fenómeno se ideali(a con el concepto de &us infinito el cual es un sistema de potencia tan grande 'ue su volta/e y frecuencia no cam&ian sin importar 'ue tanta potencia real y reactiva se le demande o se le suministre# $1%
>igura 12# enerador síncrono 'ue opera en paralelo con un &us infinito#
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-uando un generador opera en paralelo con un &us infinito tenemos 'ue:3l sistema al 'ue se conecta el generador controla la frecuencia y volta/e en los terminales del generador# Los puntos de a/uste del mecanismo regulador d el generador controlan la potencia real suministrada al sistema por el generador# La corriente de campo en el generador controla la potencia reactiva suministrada al sistema por el generador#
EL CONCEPTO DE BUS INFINITO
Ya se obtu'o el circuito equi'alente para una fase del generador sincrónico. 4odemos obser'ar que de él podemos obtener potencia eléctrica.
Los generadores sincrónicos se usan en muy raras ocasiones para alimentar cargas indi'iduales. "llos comAnmente se conectan a un sistema de potencia conocido como Zus 6nfinitoZ 0en otras literaturas: Zarraje 6nfinitoZ1.
"l bus infinito es una ideali2ación de un sistema de potencia, el cual es tan grande que en él no 'arían ni el 'oltaje ni la frecuencia, siendo inmaterial la manitud de las potencias acti'as o reacti'as que se toman o suministran a él. 4uede pensarse en el bus infinito como una supermáquina equi'alente de dimensiones descomunales, que nada que se 3aga sobre él puede causarle muc3o efecto.
La supermáquina anterior es el equi'alente inercial y eléctrico de todos los generadores conectados a él. La figura siguiente muestra un sistema de bus infinito.
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Bus nfinito
La figura muestra también como las cargas se conectan al bus infinito para obtener potencia.
La transmisión de potencia se 3ace normalmente con altos 'oltajes 0cientos de =&1, para reducir pérdidas. in embargo la generación se reali2a a menores 'oltajes 0$;!+; =&1. e usan transformadores para cambiar los ni'eles de 'oltaje. e usa uno para ele'ar el 'oltaje de generación 3asta el bus infinito y las cargas reciben de él energía con un ni'el de 'oltaje reducido por 'arias etapas de transformadores.
"n las plantas generadoras, los generadores sincrónicos son conectados y desconectados, dependiendo de la demanda de energía en el bus infinito. La operación de conectar un generador sincrónico al bus infinito es conocida como sincroni2ación con el bus infinito.
SINCRONIACION
6F79CF6[@76CF: 4oner en paralelo dos fuentes: nuestro generador y el bus infinito.
7uando un generador se pone en paralelo con otro generador o con un sistema grande 0bus infinito1, debemos tener las siguientes situaciones: 61
•
&oltajes iguales.
•
?isma frecuencia.
•
6gual secuencia de fases.
•
6déntica fase.
"n la planta generadora, el cumplimiento de estas condiciones es 'erificada por el aparato llamado ZsincronoscopioZ, aunque podemos reali2ar la sincroni2ación con lámparas, mediante el siguiente esquema 0'er Diagrama esquemático para la sincroni!ación 1.
Diagrama esquemático para la sincroni!ación de un generador con el bus infinito. 62
@quí las lámparas nos indican que está sucediendo en todo momento con las condiciones de sincroni2ación. La máquina prima puede ser una máquina de 7.7., la cual 3a de ajustarse para que la frecuencia del generador y la del bus infinito, sean iguales. La corriente 6f se ajusta de manera que &( 0bus1 sea igual a &$ 0generador1.
4resentaremos a continuación 'arias situaciones de soncroni2ación comunes en las que se pudiese encontrar un operario al tratar de sincroni2ar un generador con el bus infinito.
Fombremos primero a los 'oltajes de esta forma:
EA EB EC : &oltajes del bus infinito.
E E* E : &oltajes del generador sincrónico.
EA EB* EC : &oltajes aplicados a las lámparas de sincroni2ación. 0La mágnitud de éstos representan el brillo de las lámparas1.
CASO I. &oltajes diferentes, pero frecuencia y secuencia iguales.
63
@nte esta condición, las lámparas tendrán un brillo constante e igual para todas. 4ara corregir esto, basta con ajustar 6f 3asta que el brillo de las lámparas sea nulo, es decir, &(M&$. Luego entonces podremos cerrar los interruptores para concluir la sincroni2ación.
CASO II. Drecuencias diferentes, pero 'oltajes y secuencia iguales.
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4ara este caso, las lámparas tendrán un brillo fluctuante, pero igual para todas. Las lámparas encenderán y apagarán a la frecuencia Q 9. "ste caso ocurre porque la frecuencia de la máquina prima es diferente a la del bus. @sí que para corregir la sincroni2ación, debemos 'ariar la 'elocidad de la flec3a de la máquina prima, pero debemos ajustar 6f para mantener los 'oltajes iguales, porque el 'oltaje "a depende de la frecuencia: "af M . f =QF4Bf f
7uando se 3acen estas correciones, la frecuencia del brillo de las lámparas se reduce, así que cuando la intensidad de la lu2 de los focos cruce lentamente por cero, cerramos los interruptores y listo. Fo debemos esperar que las frecuencias se igualen eactamente porque es casi imposible, así que podemos esperar a que se aproimen lo suficiente para culminar la sincroni2ación.
CASO III La secuencia de fase es incorrecta, todo lo demás está correcto.
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@nte este caso las lámparas tendrán un brillo diferente cada una debido a la la in'ersión de fases. 4ara corregir esto, basta con sólo cambiar dos cables entre sí para que la secuencia sea correcta. 0@!, !7, 7!@1.
CASO IV La fase no es igual, pero 'oltaje, frecuencia, y secuencia de fase, idénticas.
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@quí las lámparas encenderán y apagarán con la misma intensidad todas a la frecuencia frecuencia Q s, por lo que para el ojo 3umano tendrán un brillo constante. ólo basta alterar le'emente la 'elocidad de la máquina sincrónica, para ajustar las fases. 7uando la intensidad de las lámparas sea cero, cerramos los interruptores.
Los casos anteriores son un tanto ideali2ados, pero los casos reales son por lo general, combinaciones de ellos. "l operador debe saber identificarlos y determinar el proceso para corregir la sincroni2ación. Fótese que las lámparas deben tener capacidad para el doble de 'oltaje de la línea, porque en algunos casos se tendrán aplicados estos 'oltajes a los focos.
DIAGRAMAS FASORIALES
9egresemos al circuito equi'alente obtenido antes para enfocarnos en su diagrama fasorial para tratar de etraer más información acerca de su funcionamiento. Los diagramas muestran relaciones entre 'oltajes y corrientes para la máquina. Los gráficos son 3ec3os tomando como referencia el 'oltaje en terminales.
G++4: se caracteri2a porque la corriente de la fase sale de la máquina. >ibujemos el circuito equi'alente por fase completo tomando en cuenta lo anterior.
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@plicando ley de 'oltajes de =irc33of al modelo tenemos que:
E M jX@I \ jXalI \ 9aI \ V, del cual 3aremos un diagrama fasorial para 'er algunas relaciones.
>efinamos Xs M X@ \ Xal ] 9eactancia sincrónica y [s M 9a \ jX@ \ jXal [s M 9a \ jXs ] 6mpedancia sincrónica
>iagrama Dasorial
donde "9 M jXal I \ 9aI \ V, 68
9ecordemos que sucede en la máquina con sus flujos:
>onde podemos colcluir lo siguiente:
fp ^ 94 M l af ^ l
9
94 ^ sp M l 9 ^ l as
fp ^ sp M l f ^ l as
"n la práctica encontramos 'alores de 9a muy bajos, al igual que para Xal, por lo que es 'álido 3acer algunas simplificaciones al circuito equi'alente y al diagrama fasorialN quedando así un modelo más sencillo, Atil y del cual podemos etraer información del funcionamiento de la máquina más fácilmente.
Bagamos 9a M Xal M ;. "l modelo queda así: 69
>iagrama Dasorial
M4,4: se caracteri2a porque la corriente de fase entra al circuito equi'alente. >ebemos tomar en cuenta que a3ora la corriente 'a en sentido contrario, por lo que a3ora los encadenamientos de flujo l as, por ra2ones geométricas, irán en sentido contrario a I.
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@plicando ley de 'oltajes de =irc33off al modelo tenemos:
V, M I9a \ jXalI \ jX@I \ E
@l igual que para el generador, para el motor también podemos despreciar los 'alores de 9a y Xal para fines prácticosN de esta manera, el circuito simplificado es:
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donde el diagrama fasorial es:
7omo conclusión podemos decir que:
A/0 G++4: 7 af adelanta a l 9 y l as fp adelanta a p y sp
A/0 M4,4: sp adelante de fp y 9 l as adelante de l 9 y l f
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.' TRANFORMADORES EN PARALELO >e acuerdo a las definiciones usuales dos transformadores están en paralelo cuando están conectados a la misma red y alimentan a la misma carga, esta situación se muestra esquemáticamente en la figura (.
@
5ransformadores en paralelo. La ra2ón más comAn por la que se conectan transformadores en paralelo es el crecimiento de la cargaN cuando ésta supera la potencia del transformador instalado se suele optar por disponer otra unidad en paralelo con la eistente. "l disponer de unidades en paralelo tiene las siguientes 'entajas: • Drente a la falla de una unidad se puede seguir operando con la otra, aunque sea suministrando una potencia menor y atendiendo los ser'icios más importantes. "n algunos ser'icios esenciales puede ser que, por ra2ones de seguridad, los equipos se encuentren duplicados y 3asta triplicadosN ésta es una práctica muy comAn en aerona'es. • "n general es más económico agregar una unidad a la ya eistente que poner una nue'a de mayor tama/o. • i la demanda es muy 'ariable y se dispone de 'arias unidades, se las puede ir agregando a medida de que la carga lo eige y reducir las pérdidas que resultan de operar una máquina de gran potencia a baja carga. i la demanda tiene poca 'ariación, siempre es más eficiente operar una unidad de gran potencia, que 'arias de menor potencia. 4or otra parte, y para una dada potencia, siempre la instalación de 'arias unidades en más costosa, su operación es más compleja, y ocupa más espacio que una sola unidad. 5ambién debe considerarse que si se dispone de unidades en paralelo y se desea la continuidad del ser'icio, 73
parcial o total, ante la falla de una de ellas, es necesario instalar el equipamiento de maniobra y protección adecuado. >e lo anterior se a/adeagregar un tranformador en paralelo a uno ya eistente, debe ser anali2do meticulosamente
CONDICIONES P! " P#ES$ EN P!"E"O
4ara la coneión en paralelo de dos transformadores, segAn el esquema de la figura (, se deben cumplir condiciones, que, en orden de importancia son: (_1 Las tensiones secundarias deben estar en fase. $_1 Las relaciones de transformación deben ser iguales. +_1 Las tensiones de cortocircuito deben ser iguales. _1 Las impedancias de cortocircuito deben tener el mismo ángulo de fase. La primera de las condiciones enunciadas es sine cua non, es decir que si no se cumple, no se puede 3acer el paralelo, porque se produciría un cortocircuitoN las demás admiten diferencias: la segunda muy peque/as y la cuarta es muy poco importante. La primera condición tiene que 'er con la forma en que se deben conectar los transformadores, mientras que las restantes determinan el comportamiento de los transformadores ya conectados en paralelo. i bien no es una condición necesaria, las potencias de los transformadores deben ser próimas entre sí: $ ó + a ( como máimo, si 3ay muc3a diferencia entre las potencias, sal'o algAn caso muy especial, seguramente no resultará económico 3acer el paralelo, especialmente si 3ay diferencias, aunque le'es, entre las tensiones de cortocircuito.
COINCIDENCI DE %SE DE "S $ENSIONES SEC#ND!IS
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-omo ya se di/o esta es una condición imprescindi&le, si no se cumple e'uivale a acer un cortocircuito, por lo tanto se de&e ser muy cuidadoso en su verificación# e estudian primero los transformadores monof*sicos y luego se extienden las consideraciones a los transformadores trif*sicos#
$ransfor&adores 'onof(sicos
"n la siguiente se muestran dos transformadores monofásicos que para ser conectados en paralelo se debe cerrar el interruptor ".
&erificacion de la concidencia de fase
Para 'ue al cerrar el interruptor no circule corriente, o 'ue lo aga en una forma no peligrosa, la diferencia de potencial 7U 2 entre sus contactos de&e ser cero o muy pe'ue.a comparada con la ?2. @e acuerdo a la polaridad de los transformadores y a la forma en 'ue se icieron las conexiones el voltímetro indicar*:
>e las dos posibilidades se debe cumplir la primera 0(1. i en lugar de restarse las tensiones, éstas se suman, al cerrar el interruptor de paralelo se produciría un cortocircuito. 4ara e'itar esto y 3acer que las tensiones se resten, simplemente 3ay que permutar las coneiones de alguno de los primarios o de alguno de los secundarios de los transformadores. 75
Lo anterior está relacionado con los bornes 3omólogos de los transformadores, en la figura + se muestran las dos situaciones posibles.
ornes 3omologos y tensiones "n los transformadores mas que los bornes 3omólogos, se identifican los t erminales con letras normali2adas y además se indica la polaridad , la que puede ser aditiva o sustractiva. i ambos transformadores tienen la misma polaridad , para que resulten bien conectados, se deben unir entre sí, los terminales designados con las mismas letras, como se muestra en la figura siguiente
coneión de transformadores en la misma polaridad 4ero como el riesgo de un error significa 3acer un cortocircuito, siempre con'iene 3acer la medición del `# $ y comprobar que es cero o muy peque/a.
T(454+( T/<(/4(
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"n los transformadores monofásicos, las tensiones secundarias pueden estar en fase o en oposición, y por eso 3ay solamente dos posibilidades que las mismas se resten o se sumenN pero en los transformadores trifásicos el desfase entre las tensiones secundarias de ambos puede ser cualquier ángulo mAltiplo de +;_, dependiendo de las coneiones de los mismos. 7omo se 'erá oportunamente, segAn sean las coneiones empleadas en el primario y en el secundario de un transformador trifásico, se obtienen distintos desfases, mAltiplos de +;_, entre las tensiones del mismo. Los transformadores que producen el mismo desfase se dicen que pertenecen al mismo grupo de conexión y tienen la misma c ifra de %ora. 4or lo dic3o, la 'erificación de la coincidencia de fase entre las tensiones secundarias de los transformadores trifásicos, es un tanto más compleja. "n la figura # se muestran esquemáticamente dos transformadores trifásicos con sus primarios alimentados de la misma red y con un puente entre dos terminales secundarios, que se supone deberían corresponderse. @l 3acer el puente anterior, quedan cuatro bornes libres, si entre ellos se encuentran dos tensiones nulas, esos bornes se pueden unir entre sí y los transformadores quedarán en paralelo.
&erificacion de la coincidencia de tranformadores trifasicos. i entre los cuatro terminales libres no se encuentran dos tensiones nulas, se debe cambiar el puente y unir otros dos terminales, como se indica en la figura # con una línea de tra2os. i entre los nue'os cuatro terminales no se encuentran dos tensiones nulas se debe 'ol'er a cambiar el puente al tercer terminal del segundo transformador y repetir las mediciones. i el procedimiento anterior no da resultados satisfactorios de deben permutar dos coneiones primarias de uno de los transformadores, como se muestra en la siguiente y repetir todas las mediciones anteriores. i tampoco se tienen dos tensiones nulas entre los bornes libres de los secundarios, se deben permutar otras dos coneiones de un primario, como se indica con líneas de tra2os en la 'erificacion de fases de tranformadores trifasicos, y si esto no da los resultados esperados, se prueba permutando las Altimas dos coneiones primarias y se repiten todas las mediciones. 77
i aAn esto no da dos tensiones nulas, no se podrán unir los bornes libres debido a que los transformadores son de grupos incompatibles entre sí y no se pueden conectar en paralelo.
&erificacion de fases de tranformadores trifasicos
i los transformadores pertenecen al mismo grupo de coneión, para la coneión en paralelo se deben unir los terminales designados con las mismas letras, como se muestra en la siguiente pero como eiste el riesgo de 3acer un cortocircuito, siempre con'iene 'erificar la nulidad de la diferencia de potencial entre los bornes que se 'an a unir entre sí.
4or lo epuesto, para el caso de transformadores trifásicos, esta primera condición de puesta en paralelo se suele epresar diciendo que los tranformadores deben pertenecer al mismo grupo de coneión o grupos compatibles entre si.
FUENTES DE INFORMACION 78
