TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTO TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTO DEFINICIÓN ◦ Son dispositivos electromagnéticos cuya función principal es reducir a escala, las magnitudes de tensión y corriente que se utilizan para la protección y medición de los diferentes circuitos de una subestación, o sistema eléctrico en general. Clasificación Transformadores de corriente.- Se conectan en serie con la línea Transformadores de potencial.-Se conectan en paralelo con la líneas, entre dos fases o una fase y línea. Aspectos generales para la selección de transformadores de instrumento Tipo de instalación B. Tipo de aislamiento C. Potencia D. Clase de precisión A. Transformadores de corriente Funcionamiento Desarrollan dos tipos de función: transformar la corriente y aislar los instrumentos de protección y medición conectados a los circuitos de alta tensión. El primario del transformador, que consta de muy pocas espiras, se conecta en serie con el circuito cuya intensidad se desea medir y el secundario se conecta en serie con las bobinas de corriente de los aparatos de medición y de protección que requieran ser energizados. Conexiones Las espiras del arrollamiento primario suelen ser una o varias, las cuales se pueden a su vez dividir en dos partes iguales y conectarse en serie o paralelo para cambiar la relación, y atraviesan el núcleo magnético, cuya forma suele ser cerrada tipo toroidal o puede tener un cierto entrehierro, sobre el cual se arrollan las espiras del secundario de una forma uniforme, consiguiendo así reducir al mínimo el flujo de dispersión. Este arrollamiento es el que se encarga de alimentar los circuitos de intensidad de uno o varios aparatos de medida conectados en serie. Se puede dar también la existencia de varios arrollamientos secundarios en un mismo transformador, cada uno sobre su circuito magnético, uno para medida y otro para protección. De esta forma no existe influencia de un secundario sobre otro. Si el aparato tiene varios circuitos magnéticos, se comporta como si fueran varios transformadores diferentes. Un circuito se puede utilizar para mediciones que requieren mayor precisión, y los demás se pueden utilizar paraprotección. Por otro lado, conviene que las protecciones diferenciales de cables o transformadores de potencia y de distancia se conecten a transformadores de corriente independientes. Clasificación de los TC’s Transformadores de medición Transformadores de protección Transformadores mixtos Capacidades: Los transformadores de corriente se pueden fabricar para servicio interior o exterior. Los de servicio interior son más económicos y se fabrican para tensiones de servicio de hasta 36 kV, y con aislamiento en resina sintética. Los de servicio exterior y para tensiones medias se fabrican con aislamiento de porcelana y aceite, o con aislamientos a base de resinas que soportan las condiciones climatológicas. Para altas tensiones se continúan utilizando. Consideración.-La tensión del aislamiento de un transformador de corriente debe ser, cuando menos, igual a la tensión más elevada del sistema al que va a estar conectado. Parámetros de los transformadores de corriente Corrientes. Las corrientes primaria y secundaria de un transformador de corriente deben estar normalizadas de acuerdo con cualquiera de las normas nacionales (IRAM) o internacionales en uso (IEC, ANSI). Corriente primaria. Para esta magnitud se selecciona el valor normalizado inmediato superior de la corriente calculada para la
instalación. Para estaciones de potencia, los valores normalizados son: 100, 200, 300, 400, 600, 800, 1.200, 1.500, 2.000 y 4.000 amperes. Corriente secundaria. Valores normalizados de 5 A ó 1 A, dependiendo su elección de las características del proyecto. Es el valor de la impedancia en Ohms, reflejada en el secundario de los transformadores de corriente, y que está constituida por la suma de las impedancias del conjunto de todos los medidores, relés, cables y conexiones conectados en serie con el secundario y que corresponde a la llamada potencia de precisión a la corriente nominal secundaria. Es decir, una potencia de precisión de 30 VA para una corriente nominal secundaria de 5 amperes, representa una impedancia de carga de: 30/5^2 = 1,20 La carga se puede expresar también, por los volt - amperes totales y su factor de potencia, obtenidos a un valor especificado de corriente y frecuencia. El valor del factor de potencia normalizado es de 0,9 para los circuitos de medición y de 0,5 para los de protección. Todos los aparatos, ya sean de medición o de protección, traen en el catálogo respectivo la carga de acuerdo con su potencia de precisión. Límite térmico. Un transformador debe poder soportar en forma permanente, hasta un 20% sobre el valor nominal de corriente, sin exceder el nivel de temperatura especificado. Para este límite las normas permiten una densidad de corriente de 2 A / mm2, en forma continua. Límite de cortocircuito. Es la corriente de cortocircuito máxima que soporta un transformador durante un tiempo que varía entre 1 y 5 segundos. Esta corriente puede llegar a significar una fuerza del orden de varias toneladas. Para este límite las normas permiten una densidad de corriente de 143 A / mm2 durante un segundo de duración del cortocircuito. Tensión secundaria nominal. Es la tensión que se levanta en los terminales secundarios del transformador al alimentar éste una carga de veinte veces la corriente secundaria nominal. Por ejemplo, si se tiene un transformador con carga nominal de 1,20 ohms, la tensión secundaria generada será de: 1,20 ohms x 5 amperes x 20 veces = 120 volts. Relación de transformación real. Es el cociente entre la corriente primaria real y la corriente secundaria real. Relación de transformación nominal. Es el cociente entre la corriente primaria nominal y la corriente secundaria nominal. Error de corriente. Error que el transformador introduce en la medida de una corriente y que proviene del hecho de que la relación de transformación real no es igual a la relación de transformación nominal. Dicho error viene expresado por la fórmula: Error de corriente % = kn . IS - Ip . 100/ Ip Donde: en kn es la relación de transformación nominal. IP es la corriente primaria real. IS es la corriente secundaria real correspondiente a la corriente IP las condiciones de la medida. Error de fase (válido sólo para intensidades senoidales). Es la diferencia de fase entre los vectores de las intensidades primaria y secundaria, con el sentido de los vectores elegido de forma que este ángulo sea nulo para un transformador perfecto. El error de fase se considera positivo cuando el vector de la intensidad secundaria está en avance sobre el vector de la intensidad primaria. Se expresa habitualmente en minutos o en centirradianes. Potencia nominal o de precisión. Es la potencia aparente secundaria que a veces se expresa en volt-amperes (VA) y a veces en ohms, bajo una corriente nominal determinada y que se indica en la placa de características del aparato. Para escoger la potencia nominal de un transformador, se suman las potencias de las bobinas de todos los aparatos conectados en serie con el devanado secundario, más las pérdidas por efecto joule que se producen en los cables de alimentación, y se selecciona el valor nominal inmediato superior. Los valores normales de la potencia de precisión son: 2,5 - 5 10 – 15 - 30 y hasta 60 VA. Frecuencia nominal. Valor de la frecuencia en la que serán basadas todas las especificaciones y que será de 60 Hz. Clase de precisión para medición. La clase de precisión se designa por el error máximo admisible, en por ciento, que el transformador puede introducir en la medición, operando con su corriente nominal primaria y la frecuencia nominal.
Las normas ANSI definen la clase de precisión de acuerdo con los siguientes valores: 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 0.6, 1.2, 3 y 5, cada clase de precisión especificada debe asociarse con una o varias cargas nominales de precisión, por ejemplo: 0.5 de precisión con una carga de 50 VA. Placa de características. Los transformadores de intensidad deben llevar una placa de características, indeleble, en la que deben figurar, las siguientes indicaciones según norma IEC 60185. ◦ Nombre del constructor o cualquier otra marca que permita su ◦ fácil identificación. ◦ Número de serie y designación del tipo. ◦ Corrientes nominales primaria y secundaria en amperes (400/5 A). ◦ Frecuencia nominal en Hz. ◦ Potencia de precisión y clase de precisión correspondiente a cada ◦ núcleo. ◦ Tensión más elevada de la red (145 kV). ◦ Nivel de aislamiento nominal (275/650 kV). IDENTIFICACION DE BORNES 1. - Transformador de simple relación. 2. - Transformador con toma intermedia en el secundario. 3. Transformador con dos secciones en el arrollamiento primario para su conexión en serie o paralelo. 4. Transformador con dos arrollamientos secundarios y núcleos independientes. ELECCION DE UN TRANSFORMADOR DE CORRIENTE Tipo de instalación Nivel de aislamiento Relación de transformación nominal Clase de precisión Potencia nominal Frecuencia nominal Número de secundarios Resistencias a los esfuerzos térmicos y dinámicos http://www.frlp.utn.edu.ar/materias/tydee/mo duloii.pdf TRANSFORMADORES DE POTENCIAL ¿Que es un transformador de potencial (TP)? ◦ Un Transformador de medida ◦ El transformador de medida se es un transformador especial destinado a reducir las magnitudes de voltaje existentes en una línea de transmisión o de alimentación de energía de alta tensión a valores apropiados para ser medidos o censados por medidores de energía, relés o circuitos de control. Estos transformadores se construyen para todas las tensiones de circuitos normalizados, normalmente son de tipo seco o moldeado para tensiones menores de 23 Kv y en baño de líquido para tensiones superiores. ¿CUÁLES SON LAS FUNCIONES DE UN TRANSFORMADOR DE POTENCIAL? Medir grandes valores de Amperaje, o altas magnitudes de Corriente, con aparatos de medida de bajo alcance o rango de trabajo. Brindar separación entre el circuito al cual se le mide la corriente con respecto de los instrumentos de medición. ERRORES EN LOS TRANSFORMADORES DE POTENCIAL Error de relación Error de ángulo CLASIFICACIÓN DE LOS ERRORES Norma Americana ASA Norma Alemana VDE Esta norma VDE, normaliza para cada clase de precisión, la capacidad de los enrollados del transformador de potencial en VA. Las clases de precisión son 3-1-0,5-0,2-0,1 y ella debe mantenerse para cuando el voltaje primario no varíe más allá del 20% sobre su tensión nominal, excepto en los de clase 3 en que se garantiza solo para su tensión nominal Errores máximos admisibles para transformadores de potencial BATERIAS
BATERÍAS: · Se denomina baterías a un conjunto de celdas conectadas en serie. La tensión nominal de la batería viene dada por la suma de las tensiones de cada una de las celdas. TIPOS DE BATERÍAS: Hay dos tipos de baterías, según el electrolito: Acidas o Alcalinas
Valores característicos de una batería de 120 volts nominales. Tipo Acida Celdas 60 Flotación VPC 2.15 Vt 129 I/AH 50-100 Igualación Vpc Vf 2.33 140 Descarga Vpcf Vtf 1.75 105 EFICIENCIA DE LOS DIFERENTES TIPOS DE BATERÍAS: Eficiencia en ampere-hora: es la relación de los ampere hora de salida entre los ampere hora de entrada. Eficiencia en watts-hora: es la relación de la energía de salida entre la energía de entrada, ambas en watts-hora. Temperatura: la temperatura afecta por igual a los dos tipos de baterías, ya que influye en la reacción química respectiva. Ambas baterías disminuyen su capacidad al disminuir la temperatura Gases: el hidrogeno que se produce en ambas baterías se debe a la sobrecarga de estas, al no absorberse durante las reacciones electroquímicas, se libera a partir de la electrolisis del agua del electrolito. Lo anterior obliga a instalar las baterías en lugares bien ventilados, ya que a una concentración del 4%, el hidrogeno se hace peligrosamente explosivo. Almacenamiento: Las celdas de tipo acido se pueden almacenar sin el electrolito por tiempo indefinido. Una vez que se han humedecido, ya no deben permanecer sin estar en flotación. Las baterías alcalinas no sufren daños por almacenamiento. CARGADORES DE BATERÍA Son los dispositivos eléctricos (generadores de cd) o electrónicos que se utilizan para cargar y mantener en flotación, con carga permanente, la batería de que se trate. El cargador se conecta en paralelo con la batería. La capacidad de los cargadores va a depender de la eficiencia de la batería. Una manera de cargar las baterías es por medio de un motor de corriente alterna acoplado a un generador de corriente directa Los cargadores de batería de tipo electrónico tienen la ventaja de ser mas baratos y tener la tensión de salida mejor regulada El consumo permanente de una batería lo debe surtir un cargador, y la batería debe proporcionar los valores pico. En caso de falta de corriente alterna, la batería debe de mantener durante por 4 horas la demanda normal de la subestación incluyendo una corriente de pico con una duración de hasta 10 segundos. Se considera corriente de pico durante la operación simultanea de tres interruptores. BANCO DE BATERIAS EN SUBESTACIONES: las baterías instaladas en las subestaciones tienen como función principal almacenar la energía que se utiliza en el disparo de los interruptores, por lo que deben de hallarse en funciones optimas de funcionamiento. La batería de 120 volts se utiliza para energizar: Protecciones Lámparas piloto, aunque a veces se energizan con corriente alterna. Registro de eventos. Circuito de transferencia de potenciales. Sistema contra incendio. Osciloperturbógrafo. Gabinete del equipo de onda portadora. Control de los interruptores de alta y baja tensión. Control de las cuchillas. Alarmas. Alumbrado de emergencia. En las subestaciones la mayor parte de las pilas que se instalan son las acidas por que tienen la ventaja de costar la mitad que una alcalina. llegan a tener una duración de aproximadamente 20 años. La mayor ventaja de estas pilas esta dada por dar a conocer el estado de la carga que almacena esta, en función de la densidad del electrolito.
Instalación de un banco de baterías: Las baterías se instalan en un cuarto cerrado, que forma parte del edificio principal donde se encuentra la subestación, y lo mas cerca posible de los tableros para reducir al máximo la longitud de los cables y por lo tanto la posibilidad de la aparición de sobretensiones, por acoplamiento capacitivo o inductivo. Seguridad en un banco de baterías Los cuartos en que se instalan las baterías ya sean alcalinas o acidas, deben contar con un extractor de gases. El lugar debe estar seco, bien ventilado y sin vibraciones que pueden provocar el desprendimiento excesivo de gases y el desgaste de las placas de la batería. La iluminación de este cuarto debe estar echa por luminarias y apagadores aprueba de explosión. El suelo debe ser a prueba de acido o álcali, según sea el tipo de batería y deberá tener una ligera pendiente con un canal de desagüe. Los muros, techos, ventanas deben estar cubiertos con pintura que sea resistente al acido o a los álcalis. Las subestaciones con tensiones mayores a 150 KV suelen usar baterías de 200A-h. Con tensiones menores a 150 KV suelen usarse baterías entre 50 y 75 A-h. Conexión del banco de baterías Las baterías se conectan a las barras generales de corriente directa a través de un interruptor termomagnetico. BANCOS DE CAPACITORES ¿Qué es un capacitor? Dispositivos eléctricos formados por dos láminas conductoras, separadas por una lámina dieléctrica y al aplicar una diferencia de tensión almacenan carga eléctrica. % Una de las aplicaciones más importantes del capacitor es de corregir el factor de potencia en líneas de distribución y en instalaciones industriales. % CONSIDERACIONES PARA LA INSTALACION DE BANCOS DE CAPACITORES DE ALTA TENSION: Ventilación: Se debe cuidar que los capacitores estén bien ventilados para que su temperatura de operación no exceda la de diseño. % Frecuencia: Los capacitores deben de operar a frecuencia nominal. Tensión: % • Corriente: PRUEBAS DE CAMPO: Se utilizan para cerciorarse del estado en el que se encuentran los capacitores cuando han operado en condiciones adversas o cuando no han operado durante un cierto tiempo. Rigidez dieléctrica: Se aplica en terminales del capacitor una tensión no mayor al 75% de la tensión nominal y durante menos de 10 segundos. Capacitancia: Resistencia entre terminales: Se obtiene al aplicar una tensión de corriente directa a sus terminales y al medir el valor de la corriente resultante. Si el capacitor tiene resistencias de descarga, la resistencia medida será el valor de éstas. Resistencia de aislamiento: Se utiliza un “megger” conectado entre una de las terminales y el tanque. La resistencia debe de ser mayor a 1000 megaohms. Hermeticidad del tanque: Se limpia bien el tanque por el exterior, se mete a un horno a 75°C, se saca y se envuelve en papel limpio. RECOMENDACIONES ANTES DE EFECTUAR LAS PRUEBAS: 1. Antes de tocar las terminales del capacitor que ha estado energizado deben transcurrir 5 minutos, para que se descargue a través de las resistencias de descarga y después se conectan las terminales a tierra. 2. El nivel de tensión en los dieléctricos de los capacitores decrece a medida que baja la temperatura. Probar un capacitor que ha estado fuera de funcionamiento durante cierto tiempo en un lugar frío puede ser peligroso. 3. Los capacitores deben instalarse en el lado de alta tensión, ya que son más baratos. 4. Los capacitores se instalan después de los
equipos de medición para que la corriente reactiva que circula entre los capacitores y la carga no circule por éste. Siempre se ponen del lado donde se instala el equipo. BANCOS DE CAPACITORES En las instalaciones industriales o de potencia, los capacitores se instalan en grupos llamados bancos. Generalmente se conectan en estrella, con neutro flotante, rara vez con neutro conectado a tierra. El que se utilice uno u otro tipo de neutro depende de las siguientes consideraciones. 1. Conexión del sistema a tierra. 2. Fusibles de capacitores. 3. Dispositivos de conexión y desconexión. 4. Armónicas. Conexión del sistema a tierra. En sistemas eléctricos con el neutro aislado o conectado a tierra a través de una impedancia o directamente, los bancos de capacitores deben conectarse con el neutro flotante, para evitar así circulación de magnitudes de corriente mayores a al valor nominal y así poder utilizar fusibles de baja capacidad. 1. Simple estrella, un grupo. 2. Doble estrella, un grupo. Se forman dos estrellas cada una con su neutro aislado de tierra y del otro neutro. 3. Simple estrella, dos grupos en serie. Conexión apropiada para sistemas con tensiones nominales superiores a 34.5 kV. TABLERO ELÉCTRICO Un tablero eléctrico es una caja o gabinete que contiene los dispositivos de conexión, maniobra, comando, medición, protección, alarma y señalización, con sus cubiertas y soportes correspondientes, para cumplir una función específica dentro de un sistema eléctrico. La fabricación o ensamblaje de un tablero eléctrico debe cumplir criterios de diseño que permitan su funcionamiento correcto una vez energizado, garantizando la seguridad de los operarios y de las instalaciones en las cuales se encuentran ubicados. Los equipos de protección y de control, así como los instrumentos de medición, se instalan por lo general en tableros eléctricos. PARTES Y PIEZAS DE UN TABLERO ELÉCTRICO Elementos Físicos: Láminas ó chapas de hierro ó acero: Envolvente Soporte Compartimentos Caja de Control Cubículos Barras de Aluminio o de Cobre: Barra colectora o principal Barra Secundaria o de distribución Barra de Neutro Barra de Tierra Tornillería: Unión de Chapas Exteriores. Fijación de Barras. Fijación de Aisladores. Fijación de Soportes. Fijación de Equipos. Otros elementos Aisladores de Fibra o baquelita Soportes de Barras y Aisladores Cerraduras y Accionamientos Cableado Componentes y Aparatos Eléctricos: Interruptores Miniaturas Interruptores de Caja Moldeada y de Potencia Luces Pilotos y Señalización TIPOS DE TABLEROS ELÉCTRICOS De acuerdo con la ubicación en la instalación, los tableros reciben las designaciones siguientes: Caja o gabinete individual de medidor: Es aquel al que acomete el circuito de alimentación y que contiene el medidor de energía desde donde parte el circuito principal. Esta caja o gabinete puede contener además, medios de maniobra, protección y control pertenecientes al circuito de alimentación. Tablero Principal de distribución: Es aquel que se conecta a la línea principal y que contiene el interruptor principal y del cual se derivan el (los) circuito (s) secundarios. Tablero o gabinete colectivo de medidores: Es aquel al que acomete el circuito de alimentación y que contiene los medidores de energía y los circuitos principales. Este tablero puede contener a los dispositivos de maniobra, protección y control pertenecientes al circuito de alimentación y a los interruptores principales pertenecientes a la instalación del inmueble, desde donde parten los circuitos seccionales. En este caso, los cubiles o gabinetes que albergan a los interruptores principales se comportan como tableros principales. Tablero secundario de distribución: Se conecta al tablero principal. Estos tableros son los que se utilizan para la distribución interna de alguna planta.
OTROS TIPOS DE TABLEROS Tablero de un solo frente Tableros de doble frente o dúplex Tableros separados para mando de protección. Tableros tipo mosaico AGRUPAMIENTO DE CIRCUITOS POR TABLERO LOS TABLEROS SE DISEÑAN PARA OPERAR LOS SIGUIENTES CIRCUTOS: Líneas y cables de alta tensión. Bancos de transformadores. Barras colectoras. Alimentadores de distribución. Bancos de capacitores. Para subestaciones de 85/23 kv o 230/23 kv se recomienda el uso de tableros tipo mosaico para el control y la medición. Para subestaciones muy grandes, con tensiones de 400/230/85/23 kv es mas económico y funcional instalar casetas con tableros repartidas de tal forma que queden ubicadas en los centros de carga que usar un edificio central de tableros. DESCRIPCION DE TABLEROS Tableros para servicio de estación. Tablero intemperie. Tablero interior. SINGULARIDAD DE LOS TABLEROS Detalles generales para tableros de servicio de estación. Detalles de tableros de control. Detalles en tableros de protección.