Unidad 1 Equipos Primarios de Una Subestación Eléctrica

Oscar David Castañeda Taboada 10320534 Subestaciones Eléctricas #uintana Soto

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Unidad 1 Equipos primarios de una Subestación Eléctrica Los equipos primarios en las subestaciones, como su nombre lo indica, es la parte más importante ya que de estos depende la calidad y el servicio servicio de de la energía eléctrica que eléctrica que será entregada al cliente cliente.. Cada uno de ellos elabora un papel muy importante en el sistema sistema eléctrico eléctrico nacional, desde los transformadores transformadores,, capaces de transformar transformar diferentes diferentes valores valores de de voltaje-corriente, hasta los interruptores, que son muy utiliados para proteger y realiar maniobras para mantener los demás equipos en buen estado estado..

1.1 Definición, clasificación y elementos constitutivos de una subestación !na subestaci"n es un conjunto de máquinas, aparatos y circuitos, que tienen la funci"n de modificar los parámetros de la potencia eléctrica, permitiendo el control del flujo flujo de energí energía, a, brindan brindando do segurid seguridad ad para para el sistem sistema a eléctr eléctrico ico,, para los mism mismos os equi equipo poss y para para el pers person onal al de oper operac aci" i"n n y mant manten enim imie ient nto. o. Las Las subestaciones se pueden clasificar como sigue# $ %ubestaciones en las plantas generadoras o centrales eléctricas.

$ %ubestaciones receptoras primarias.


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$ %ubestaciones receptoras secundarias.

%ubest %ubestaci acione oness en las planta plantass generado generadoras ras o centra centrales les eléctr eléctrica icas.s.- &stas &stas se encuentran en las centrales eléctricas o plantas generadoras de electricidad, para modi modififica carr los los pará paráme metr tros os de la pote potenc ncia ia sumi sumini nist strad rada a por por los los gene genera rador dores, es, permitiendo así la transmisi"n en alta tensi"n en las líneas de transmisi"n. Los generadores pueden suministrar la potencia entre ' y (' )* y la transmisi"n depende del volumen, la energía y la distancia. %ubestaciones receptoras primarias.- %e alimentan directamente de las líneas de transmisi"n, y reducen la tensi"n a valores menores para la alimentaci"n de los sistemas de subtransmisi"n o redes de distribuci"n, de manera que, dependiendo de la tensi"n de transmisi"n pueden tener en su secundario tensiones de ++',  y eventualmente /.', +.(, . o /.+ )*. %ubestaciones receptoras secundarias.- 0eneralmente estas están alimentadas por las redes de subtransmisi"n, subtransmisi"n, y suministran suministran la energía energía eléctrica a las redes de distribuci"n a tensiones entre /.' y . )*. Las subestaciones, también se pueden clasificar por el tipo de instalaci"n, por ejemplo# $ %ubestaciones tipo intemperie.


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$ %ubestaciones receptoras secundarias.

%ubest %ubestaci acione oness en las planta plantass generado generadoras ras o centra centrales les eléctr eléctrica icas.s.- &stas &stas se encuentran en las centrales eléctricas o plantas generadoras de electricidad, para modi modififica carr los los pará paráme metr tros os de la pote potenc ncia ia sumi sumini nist strad rada a por por los los gene genera rador dores, es, permitiendo así la transmisi"n en alta tensi"n en las líneas de transmisi"n. Los generadores pueden suministrar la potencia entre ' y (' )* y la transmisi"n depende del volumen, la energía y la distancia. %ubestaciones receptoras primarias.- %e alimentan directamente de las líneas de transmisi"n, y reducen la tensi"n a valores menores para la alimentaci"n de los sistemas de subtransmisi"n o redes de distribuci"n, de manera que, dependiendo de la tensi"n de transmisi"n pueden tener en su secundario tensiones de ++',  y eventualmente /.', +.(, . o /.+ )*. %ubestaciones receptoras secundarias.- 0eneralmente estas están alimentadas por las redes de subtransmisi"n, subtransmisi"n, y suministran suministran la energía energía eléctrica a las redes de distribuci"n a tensiones entre /.' y . )*. Las subestaciones, también se pueden clasificar por el tipo de instalaci"n, por ejemplo# $ %ubestaciones tipo intemperie.


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$ %ubestaciones de tipo interior.

$ %ubestaciones tipo blindado.

%ube %ubest stac acio ione ness tipo tipo inte intemp mper erie ie..- 0ene 0eneral ralme ment nte e se cons constr truy uyen en en terre terreno noss e1puestos a la intemperie, y requiere de un dise2o, aparatos y máquinas capaces de soport soportar ar el funcio funcionam namien iento to bajo bajo condic condicion iones es atmosf atmosféri éricas cas adversas adversas 3lluvi 3lluvia, a, viento, nieve, etc.4 por lo general se utilian en los sistemas de alta tensi"n. %ube %ubest stac acio ione ness tipo tipo inte interi rior or..- &n este este tipo tipo de sube subest stac acio ione ness los los apar aparat atos os y máquinas están dise2ados para operar en interiores, son pocos los tipos de subestaciones tipo interior y generalmente son usados en las industrias. %ubestaciones tipo blindado.- &n estas subestaciones los aparatos y las máquinas están bien protegidos, y el espacio necesario es muy reducido, generalmente se utilian en fábricas, hospitales, auditorios, edificios y centros comerciales que


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requieran poco espacio para su instalaci"n, generalmente se utilian en tensiones de distribuci"n y utiliaci"n,

5efinici"n, clasificaci"n y elementos constitutivos de una subestaci"n# Los elementos primarios que constituyen una subestaci"n, son los siguientes# +. 6ransformador. 6ransformador. (. 7nterruptor de potencia potencia.. . 8estaurador. /. Cuchillas fusibles. '. Cuchillas desconectadoras y cuchillas de prueba. . 9partarrayos. :. 6ableros 6ableros duple1 de control control.. ;. Condensadores Condensadores.. . 6ransformadores de instrumento.

1.2 Transformadores Transformadores de potencia !n transformador es un aparato eléctrico que por inducci"n inducci"n electromagnética electromagnética transfiere energía eléctrica de uno o más circuitos circuitos,, a uno o más circuitos a la misma frecuencia, usualmente aumentando o disminuyendo los valores de valores de tensi"n y corriente eléctrica. eléctrica.

Los elementos básicos de un transformador de potencia son los siguientes#


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+. <=cleo de circuito magnético. (. 5evanados. . 9islamiento. /. 9islantes. '. 6anque o recipiente. . >oquillas. :. 0anchos de sujeci"n. ;. *álvula de carga de aceite. . *álvula de drenaje. +?. 6anque conservador. ++. 6ubos radiadores. +(. >ase para rolar. +. @laca de tierra. +/. @laca de características. +'. 6erm"metro. +. Aan"metro. +:. Cambiador de derivaciones o taps. Cabe mencionar que, debido al dise2o del transformador, puede tener más elementos o menos de los mencionados. @ruebas y monitoreo de transformadores de potencia Los transformadores de potencia son el eje central del sector de la distribuci"n y transmisi"n de energía. Como tales, su estado es crítico para un funcionamiento fiable y libre de fallas. Cualquier falla puede tener consecuencias graves. Las sobrecargas resultantes de secciones de la red pueden producir cortes de gran alcance en el suministro y la producci"n. !na falla total del aislamiento puede provocar lesiones personales, así como inmensos da2os materiales. La sustituci"n preventiva después de un determinado n=mero de a2os de servicio a menudo no es una alternativa econ"micamente viable, ya que los costos asociados a la sustituci"n de este activo pueden ser enormes y el envejecimiento depende de las condiciones en las cuales funciona el transformador. &ste es el motivo por el cual se han establecido como la mejor opci"n las pruebas y diagn"stico de activos basados en el estado o en el tiempo. Los sistemas de monitoreo también pueden representar una soluci"n efica si se sospecha la e1istencia de problemas o se ubican los transformadores en lugares de importancia estratégica 3por ejemplo, en una central eléctrica4. @or lo tanto, hemos desarrollado una amplia gama de soluciones para pruebas y monitoreo de transformadores de potencia que operan en línea con las normas internacionales 3como 7&C ?(:?, 7&C ??:-+, 7&C ??:-, 7&C ??:-++, 7&&&


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norma C':.+(.??, 7&&& norma C':.+(.?, 7&&& norma C':.++, 7&&& norma C':.+(/ e 7&&& C':.+(:4.

1.2.1 lasificación de transformadores &l 6ransformador es un dispositivo que convierte energía eléctrica de un cierto nivel de voltaje, en energía eléctrica de otro nivel de voltaje, por medio de la acci"n de un campo magnético. &stá constituido por dos o más bobinas de alambre, aisladas entre si eléctricamente por lo general y arrolladas alrededor de un mismo n=cleo de material ferromagnético. &l arrollamiento que recibe la energía eléctrica se denomina arrollamiento de entrada, con independencia si se trata la mayor 3alta tensi"n4 o menor tensi"n 3baja tensi"n4. &l arrollamiento del que se toma la energía eléctrica a la tensi"n transformada se denomina arrollamiento de salida. &n concordancia con ello, los lados del transformador se denominan lado de entrada y lado de salida. &l arrollamiento de entrada y el de salida envuelven la misma columna del n=cleo de hierro. &l n=cleo se construye de hierro porque tiene una gran permeabilidad, o sea, conduce muy bien el flujo magnético. Los transformadores se pueden clasificar por# a4 La forma de su n=cleo. +. 6ipo columnas. (. 6ipo acoraado. . 6ipo envolvente. /. 6ipo radial .b4 @or el n=mero de fases +. Aonofásico. (. 6rifásico. c4 @or el n=mero de devanados. +. 5os devanados. (. 6res devanados.

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d4 @or el medio refrigerante. +. 9ire. (. 9ceite. . Líquido inerte. e4 @or el tipo de enfriamiento. +. &nfriamiento B 9. (. &nfriamiento B . . &nfriamiento B  D9. /. &nfriamiento B 9 D9 E. '. &nfriamiento B 9 DE 9DE 9. . &nfriamiento E B 9. :. &nfriamiento B 9D E 9DE B 9. ;. &nfriamiento E B . . &nfriamiento 9D9. +?. &nfriamiento 99DE9. f4 @or la regulaci"n. +. 8egulaci"n fija. (. 8egulaci"n variable con carga. . 8egulaci"n variable sin carga. g4 @or la operaci"n. +. 5e potencia. (. 5istribuci"n . 5e instrumento /. 5e horno eléctrico '. 5e ferrocarril

!"# SU $%&E' DE &"'T()E Transformadores Elevadores y #eductores !n transformador puede ser Felevador o reductorF dependiendo del n=mero de espiras de cada bobinado. %i se supone que el transformador es ideal. 3La potencia que se le entrega es igual a la que se obtiene de él, se desprecian las pérdidas por calor y otras4, entonces# @otencia de entrada 3@i4 G @otencia de salida 3@s4. @i G @s


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Eig. .+. 6ransformador monofásico. !"# SU $*+E#" DE (SES Transformadores monof-sicos Los transformadores monofásicos, tanto de columnas como acoraados, se usan en distribuci"n de energía eléctrica, por ejemplo para reducir, en líneas de A6 de +,( )* a >6, ((?*. %e los suele encontrar, de peque2a potencia en soportes de líneas eléctricas rurales. 6ambién se los encuentra, en potencias altas, para constituir bancos trifásicos, con tres de ellos, en sistemas de distribuci"n &jemplos# +? )*9H +(??D((? * Transformadores Trif-sicos &l trifásico de columnas es el más usado. %e lo encuentra desde peque2as potencias 3+? )*94 hasta muy grandes 3+'? A*94. Como elevadores de tensi"n en las centrales, reductores en las subestaciones, de distribuci"n en ciudades, barrios, fábricas, etc. Transformadores e/af-sicos &l e1afásico 3 fases en el secundario4 se diferencia, constructivamente, del trifásico, en que tiene una derivaci"n a la mitad de los devanados secundarios, y luego por supuesto, en la cone1i"n entre ellos. %e lo usa para la rectificaci"n industrial y en tracci"n eléctrica# subterráneos, tranvías, etc. &jemplo# +(??D';? *. !"# '( "#+( DE' $*'E" Transformador monof-sico de columnas &l transformador a columnas posee sus dos bobinados repartidos entre dos columnas del circuito magnético. &n la figura se trata de un transformador monofásico d"nde el circuito magnético se cierra por las culatas superior e inferior.

Eig. .(. 6ransformador monofásico a columnas.


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1.2.2 Tipos de enfriamiento en Transformadores @ara prevenir el rápido deterioro de los materiales aislantes dentro de un transformador, se deben proveer los medios de enfriamiento adecuados, tanto para el n=cleo como para los devanados. Los transformadores con potencias inferiores a '? I*9 se pueden enfriar por medio del flujo de aire circundante a los mismos. La caja metálica que los contiene se puede habilitar con rejillas de ventilaci"n, de manera que las corrientes de aire puedan circular por convecci"n sobre los devanados y alrededor del n=cleo. Los transformadores un poco mayores se pueden construir de la misma manera, pero se puede usar la circulaci"n forada de aire limpio llamados tipo seco y se usan por lo general en el interior de edificios, retirados de las atm"sferas hostiles. Los transformadores del tipo distribuci"n, menores de (?? I*9, están usualmente inmersos en aceite mineral y encerrados en tanques de acero. &l aceite transporta el calor del transformador hacia el tanque, donde es disipado por radiaci"n y convecci"n hacia el aire e1terior del transformador. 5ebido a que el aceite es mejor aislante que el aire, se usa invariablemente en los transformadores de alta tensi"n.

&n el caso de los transformadores enfriados por aceite, seg=n Jarper, los tanques se construyen de lámina o placa de acero com=n. &stos tanques pueden ser lisos, con paredes onduladas o con tubos radiadores, seg=n sea la capacidad de disipaci"n deseada.


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@or lo tanto, los tipos de enfriamiento para transformadores se clasifican en# 6ipo B9. %umergido en aceite con enfriamiento propio. @or lo general en transformadores de más de '? )va se usan tubos radiadores o tanques corrugados para disminuir las pérdidasH &n capacidades mayores de ???)va se usan radiadores del tipo desmontable. &ste tipo de transformador con voltajes de /)v o menores puede tener como medio de enfriamiento líquido inerte aislante en ve de aceite. &l transformador B9 es el tipo básico y sirve como norma para capacidad y precio de otros. 6ipo B9DE9. %umergido en aceite con enfriamiento propio, por medio de aire forado. &ste básicamente un transformador B9 con adici"n de ventiladores para aumentar la capacidad de disipaci"n de calor. 6ipo B9DE9DEB9. %umergido en aceite con enfriamiento propio a base de aire forado y aceite forado. &ste transformador es básicamente un B9, con adici"n de ventiladores y bombas para la circulaci"n de aceite 6ipo EB9. %umergido en aceite, enfriado con aceite forado y con enfriador de aire forado. &ste tipo de transformadores se usa =nicamente donde se desea que operen al mismo tiempo las bombas de aceite y los ventiladoresH tales condiciones absorben cualquier carga a pico a plena capacidad. 6ipo B. %umergido en aceite y enfriado con agua. &n este tipo de transformadores el agua de enfriamiento es conducida por serpentines, los cuales están en contacto


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con el aceite aislarte del transformador. &l aceite circula alrededor de los serpentines por convicci"n natural. 6ipo 99. 6ipo seco, con enfriamiento propio, no contiene aceite ni otros líquidos para enfriamientoH son usados en voltajes nominales menores de +' Iv en peque2as capacidades. 6ipo 9E9. 6ipo seco, enfriado por aire forado. &stos transformadores tienen una capacidad simple basada en la circulaci"n de aire forado por ventiladores o sopladores

1.0 %nterruptores de potencia 1.0.1 Definición y tipos de %nterruptores !n interruptor es un dispositivo cuya funci"n es interrumpir y restablecer la continuidad en un circuito eléctrico.%i la operaci"n se efect=a sin carga 3corriente4, el interruptor recibe el nombre de desconectador o cuchilla desconectadora. %i la operaci"n de apertura o de cierre la efect=a con carga 3corriente nominal4, o con corriente de corto circuito 3en caso de alguna perturbaci"n4, el interruptor recibe el nombre de disyuntor o interruptor de potencia. Los interruptores en caso de apertura, deben asegurar el aislamiento eléctrico del circuito. &1isten distintas formas de clasificar a los interruptores, una de ellas, seg=n Jarper, es por medio de e1tinci"n, pudiendo ser# interruptores en aceite 3que ya no se utilian4, interruptores neumáticos, interruptores en vacío e interruptores en he1afloruro de aufre. 6ambién se clasifican los interruptores como de construcci"n de F6anque muertoF o de F6anque vivoF. 5e tanque muerto significa que el tanque del interruptor y todos sus accesorios se mantienen al potencial de tierra y que la fuente e1terna y cone1iones a la carga se hacen por medio de boquillas convencionales. 5e tanque vivo significa que las partes metálicas y de porcelana que contienen el mecanismo de interrupci"n 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 interrupci"n y su disponibilidad.


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aractersticas comparativas de los %nterruptores Los interruptores se pueden clasificar de acuerdo a sus características constructivas. Las principales características constructivas de los interruptores consisten en la forma en que se e1tingue el arco y a la habilidad mostrada para establecer la rigide dieléctrica entre los contactos para soportar en buena forma 3sin reencendido del arco4 las tensiones de reignici"n. Las ventajas y desventajas de los principales tipos de interruptores se indican a continuaci"n#

1.0.2 %nterruptores de 3ran volumen de aceite Los interruptores de aceite se pueden clasificar en ( grupos# +. 7nterruptores de gran volumen de aceite. (. 7nterruptores de peque2o volumen de aceite. +..(.+ 7nterruptores de gran volumen de aceite. &stos interruptores reciben ese nombre debido a la gran cantidad de aceite que contienen. 0eneralmente se constituyen de tanques cilíndricos y pueden ser monofásicos. Los trifásicos son para operar a voltajes relativamente peque2os y sus contactos se encuentran contenidos en un recipiente com=n, separados entre sí por separadores 3aislante4. @or raones de seguridad, en tensiones elevadas se emplean interruptores monofásicos 3uno por base de circuitos trifásicos. Las partes fundamentales en los interruptores son# 6anque o recipientes, +. >oquillas y contactos fijos, (-'. Conectores 3elementos de cone1i"n al circuito4, . *ástago y contactos m"viles, /-. 9ceite de refrigeraci"n, :. Cuando opera el interruptor debido a una falla, los contactos m"viles se desplaan hacia abajo, separándose de los contactos fijos. 9l alejarse los contactos m"viles de los fijos, se va creando una cierta distancia entre ellos, y en funci"n de esta distancia está la longitud del arco eléctrico. &l arco da lugar a la formaci"n de gases, de tal manera que se crea una burbuja de gas alrededor de los contactos, que desplaa una determinada cantidad de aceite. &n la siguiente figura, se aprecia el proceso de interrupci"n. Conforme aumenta la separaci"n entre los contactos, el arco crece y la burbuja se hace mayor, de tal manera que al quedar los contactos en su separaci"n total, la


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presi"n 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 volumen de aceite originan fuertes presiones internas que en algunas ocasiones pueden e1plosiones. @ara disminuir estos riesgos se idearon dispositivos donde se forman las burbujas de gas, reduciendo las presiones a un volumen menor. &stos dispositivos reciben el nombre de Fcámaras de e1tracci"nF y dentro de estas cámaras se e1tingue el arco. &l procedimiento de e1tinci"n es el siguiente# +. 9l ocurrir una falla se separan los contactos que se encuentran dentro de la cámara de e1tinci"n. (. Los gases que se producen tienden a escapar, pero como se hallan dentro de la cámara que contiene aceite, originan una violenta circulaci"n de aceite que e1tingue el arco. . Cuando el contacto m"vil sale de la cámara, el arco residual se acaba de e1tinguir, entrando nuevamente aceite frío a la c ámara. /. Cuando los arcos se han e1tinguido, se cierran los elementos de admisi"n de la cámara.

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&l elemento de descone1i"n en los interruptores de gran volumen de aceite lo constituyen los contactos m"viles. &stos contactos se pueden accionar en general de  maneras distintas# Aecánicamente, por medio de sistemas volante-bielas o engrane-bielas. Aagnéticamente, por medio de un electroimán conocido como bobina de disparo que acciona el trinquete de retenci"n de los contactos m"viles al ser energiadoH se puede energiar manualmente 3por medio de bot"n4 o automáticamente 3por medio de relevador4. La acci"n de cone1i"n o descone1i"n se puede efectuar substituyendo el volante o los engranes con un motor eléctrico que puede operarse a control remoto.

%nterruptores de 3ran volumen de aceite Ventajas:


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- Construcci"n sencilla, - 9lta capacidad de ruptura, - @ueden usarse en operaci"n manual y automática, - @ueden conectarse transformadores de corriente en los bushings de entrada. Desventajas:

- @osibilidad de incendio o e1plosi"n. -
%nterruptores de peque4o volumen de aceite. Los interruptores de reducido volumen de aceite reciben este nombre debido a que su cantidad de aceite es peque2a en comparaci"n con los de gran volumen. 3%u contenido varía entre +.' y (.'K del que contiene los de gran volumen.4 %e constituyen para diferentes capacidades y voltajes de operaci"n y su construcci"n es básicamente una cámara de e1tinci"n modificada que permite mayor fle1ibilidad de operaci"n. &l funcionamiento de este interruptor es el siguiente# +. 9l ocurrir una falla se desconecta el contacto m"vil  originándose un arco eléctrico. (. 9 medida que sale el contacto m"vil, se va creando una circulaci"n de aceite entre las diferentes cámaras que constituyen el cuerpo. . 9l alcanar el contacto m"vil su má1ima carrera al aceite que circula, violentamente e1tingue el arco por completo. /. Los gases que se producen escapan por la parte superior del interruptor.


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%nterruptores de peque4o volumen de aceite Ventajas:

- Comparativamente usan una menor cantidad de aceite. - Aenor tama2o y peso en comparaci"n a los de gran volumen. - Aenor costo. - @ueden emplearse tanto en forma manual como automática. - Eácil acceso a los contactos. Desventajas:

- @eligro de incendio y e1plosi"n aunque en menor grado comparados a los de gran volumen. -
1.0.0 %nterruptores en aire 5ebido al peligro de e1plosi"n e incendio que representan los interruptores en aceite, se fabrican los interruptores neumáticos, en los cuales la e1tinci"n del arco se efect=a por medio de un chorro de aire a presi"n. &l aire a presi"n se obtiene por un sistema de aire comprimido que incluye una o varias impresoras, un tanque principal, un tanque de reserva y un sistema de distribuci"n en caso de que sean varios interruptores. &l proceso general es el siguiente#


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+. Cuando ocurre una falla la detecta el dispositivo de control, de tal manera que una válvula de solenoide acciona a la válvula principal, ésta se abre, permitiendo el acceso de aire a los aisladores huecos. (. &l aire a presi"n que entra en los aisladores huecos presiona por medio de un embolo a los contactos. . Los contactos accionan a los contactos que operan simultáneamente abriendo el circuito. /. Como los aisladores huecos se encuentran conectados directamente a las cámaras de e1tinci"n, al bajar los contactos para accionar a los contactos el aire a presi"n que se encuentra en los aisladores entra violentamente a la cámara de e1tinci"n e1tinguiéndose el arco.

%nterruptores $eum-ticos %e usan principalmente en alta tensi"n y poseen las siguientes características# Ventajas:

-

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- @oseen una compleja instalaci"n debido a la red de aire comprimido, que incluye motor, compresor, ca2erías, etc., - Construcci"n más compleja, - Aayor costo,

1.0.5 %nterruptores de vaco Los mejores conductores de electricidad, seg=n Jarper, son aquellos materiales que ofrecen la mayoría de electrones libres y, por el contrario, los mejores aisladores o dieléctricos ofrecen el mínimo n=mero de electrones libres. 5ebido a que el vacío 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 haber grandes ventajas que se pueden realiar, si operan mecánicamente los contactos eléctricos cuando abren en una cámara de vacío. La mayoría de los fabricantes han sido capaces de construir tales dispositivos para su uso en alta tensi"n. 5entro de las ventajas que se tienen, se pueden mencionar los siguientes# son más rápidos para e1tinguir el arco eléctrico, producen menor ruido durante la operaci"n, el tiempo de vida de los contactos es mayor y elimina o reduce sensiblemente el riesgo de e1plosiones 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. La alta rigide dieléctrica que presenta el vacío 3es el aislante perfecto4 ofrece una e1celente alternativa para apagar en forma efectiva el arco. &n efecto, cuando un circuito en corriente alterna se desenergia separando un juego de contactos ubicados en una cámara en vacío, la corriente se corta al primer cruce por cero o antes, con la ventaja de que la rigide dieléctrica entre los contactos aumenta en ra"n de miles de veces mayor a la de un interruptor convencional 3+ I* por s para +?? 9 en comparaci"n con '? *Ds para el aire4. &sto hace que el arco no vuelva a reencenderse. &stas propiedades hacen que el interruptor en vacío sea más eficiente, liviano y econ"mico. La presencia del arco en los primeros instantes después de producirse la apertura de los contactos se debe principalmente a# $ &misi"n termoi"nica. $ &misi"n por efecto de campo eléctrico.


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&n otras palabras, los iones aportados al arco, provienen de los contactos principales del interruptor. Conviene destacar que en ciertas aplicaciones se hace conveniente mantener el arco entre los contactos hasta el instante en que la corriente cruce por cero. 5e esta forma se evitan sobre-tensiones en el sistema, producto de elevados valores de diDdt. La estabilidad del arco depende del material en que estén hechos los contactos y de los parámetros del sistema de potencia 3voltaje, corriente, inductancia y capacitancia4. &n general la separaci"n de los contactos fluct=a entre los ' y los +? mm.

Ventajas

- 6iempo de operaci"n muy rápida, en general la corriente se anula a la primera pasada por cero. - 8igide dieléctrica entre los contactos se restablece rápidamente impidiendo la reignici"n del arco. - %on menos pesados y más baratos. - @rácticamente no requieren mantenci"n y tienen una vida =til mucho mayor a los interruptores convencionales. - &special para uso en sistemas de baja y media tensi"n. Desventajas:

- 5ificultad para mantener la condici"n de vacio. - 0eneran sobre-tensiones producto del elevado diDdt. - 6ienen capacidad de interrupci"n limitada. &s importante destacar la importancia que tiene el material con que se fabrican los contactos de los interruptores en vacío. La estabilidad del arco al momento de


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separarse los contactos, depende principalmente de la composici"n química del material con que fueron fabricados. %i el arco es inestable, significa que se apaga rápidamente antes del cruce natural por cero de la corriente, generando elevados diDdt con las consiguientes sobre tensiones. @ara evitar esta situaci"n, se buscan materiales que presenten baja presi"n de vapor en presencia de arco. &stos materiales no son fáciles de encontrar, pues tienen propiedades no del todo apropiadas para uso en interruptores en vacío. @or ejemplo materiales con buena conductividad térmica y eléctrica, tienen bajos puntos de fusi"n y ebullici"n, y alta presi"n de vapor a altas temperaturas. %in embargo, metales que presentan baja presi"n de vapor a altas temperaturas son malos conductores eléctricos. @ara combinar ambas características se han investigado aleaciones entre metales y materiales no metálicos como Cobre->ismuto, Cobre-@lomo, Cobre-6antalio, @lata->ismuto, o @lata-6elorium.

1.0.6 %nterruptores de 7e/afloruro de (8ufre &l %E  se usa como material aislante y también para apagar el arco. &l %E  es un gas muy pesado 3' veces la densidad del aire4, altamente estable, inerte, inodoro e inflamable. &n presencia del %E  la tensi"n del arco se mantiene en un valor bajo, ra"n por la cual la energía disipada no alcana valores muy elevados. La rigide dieléctrica del gas es (.' veces superior a la del aire 3a presi"n atmosférica4. La rigide dieléctrica depende de la forma del campo eléctrico entre los contactos, el que a su ve depende de la forma y composici"n de los electrodos. %i logra establecerse un campo magnético no uniforme entre los contactos, la rigide dieléctrica del %E  puede alcanar valores cercanos a ' veces la rigide del aire. %on unidades selladas, trifásicas y pueden operar durante largos a2os sin mantenci"n, debido a que prácticamente no se descompone, y no es abrasivo. Btra importante ventaja de este gas, es su alta rigide dieléctrica que hace que sea un e1celente aislante. 5e esta forma se logra una significativa reducci"n en las superficies ocupadas por subestaciones y sMitchgear. La reducci"n en espacio alcanada con el uso de unidades de %E  es cercana al '?K comparado a subestaciones tradicionales. &sta ventaja muchas veces compensa desde el punto de vista econ"mico, claramente se debe mencionar que hay un mayor costo inicial, en su implementaci"n. La presi"n a que se mantiene el %E  en interruptores, es del orden de +/ atm"sferas, mientras que en sMitchgear alcana las / atm"sferas. &l continuo aumento en los niveles de cortocircuito en los sistemas de potencia ha forado a encontrar formas más eficientes de interrumpir corrientes de fallas que minimicen los tiempos de corte y reducan la energía disipada durante el arco. &s por estas raones que se han estado desarrollando con bastante é1ito interruptores en vacío y en he1afluoruro de aufre 3%E 4 .


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+.. &specificaci"n de 7nterruptores de @otencia La selecci"n de un interruptor de potencia para una determinada aplicaci"n consiste en definir un conjunto de valores que limitan las condiciones de operaci"n má1imas del interruptor. Los parámetros a indicar son algunos de los cuales deben tenerse presente# $ 6ensi"n nominal. $ Erecuencia nominal. $ Corriente nominal. $ 8igide dieléctrica 3clase de aislaci"n4. $ Ciclo de trabajo. $ Corriente de cortocircuito momentánea. $ Corriente de cortocircuito de interrupci"n.

Tensión $ominal &s el má1imo valor efectivo de tensi"n al cual el interruptor puede operar en forma permanente. &n general esta tensi"n es mayor al voltaje nominal del sistema.

recuencia nominal &s la frecuencia a la cual el interruptor está dise2ado para operar. &ste valor tiene incidencia en los tiempos de apertura y cierre de los contactos además del tiempo de apagado del arco.

orriente nominal &s el má1imo valor efectivo de corriente que puede circular a través del interruptor en forma permanente, a frecuencia nominal, sin e1ceder los límites má1imos de temperatura de operaci"n indicados para los contactos. La temperatura en los contactos depende del material que están hechos 3cobre, plata o equivalente4, del medio en que están sumergidos, y de la temperatura ambiente. &n interruptores con contactos de cobre, las má1imas temperaturas de operaci"n, están referidas a una temperatura ambiente má1ima de /? NC y en caso de contactos de plata de ''


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#i3ide8 dieléctrica 5efine la má1ima tensi"n que soporta el interruptor sin da2ar su aislaci"n. La rigide dieléctrica debe medirse entre todas las partes aisladas y partes energiadas y también entre los contactos cuando están abiertos. &stas pruebas se realian entre contactos y tierra 3contacto cerrado4, a través de los contactos, entre fases 3con contactos cerrados4.

iclo de traba9o &l ciclo de trabajo normal de un interruptor de potencia se define como dos operaciones Fcerrar-abrirF con +' segundos de intervalo. @ara este ciclo de trabajo, el interruptor debe ser capa de cortar la corriente de cortocircuito especificada en sus características de placa.

orrientes de cortocircuito de moment-nea &s el valor má1imo efectivo que debe soportar el interruptor sin que sufra un deterioro, debe ser capa de soportar el paso de esta corriente en los primeros ciclos cuando se produce la falla 3+ a  ciclos4. &ntre estas corrientes deben especificarse los valores simétricos y asimétricos.

orrientes de cortocircuitos de interrupción. &s el má1imo valor efectivo medido en el instante en que los contactos comienan a separarse. &sta corriente corresponde a un cortocircuito trifásico o entre líneas con tensi"n y ciclo de trabajo nominal. &ntre estas corrientes deben especificarse los valores simétricos y asimétricos de interrupci"n. a) La capacidad de interrupción simétrica

&s la má1ima corriente 8A% de cortocircuito sin considerar la componente continua que el interruptor debe ser capa de cortar en condiciones de voltaje nominal y ciclo de trabajo normal. @ara una tensi"n de operaci"n diferente al valor nominal, la corriente de interrupci"n está dada por la ecuaci"n 3+.(4# I interrupción simétrica = I interrupción simétrica nominal x (V nom /V op ) (1.) !) La capacidad de interrupción asimétrica


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Corresponde al valor 8A% de la corriente total 3incluida la componente continua4 que el interruptor debe ser capa de interrumpir en condiciones de voltaje y ciclo de trabajo nominal.

1.0.: Selección de %nterruptores de !otencia Uso de interruptores en localidades ubicadas sobre 1;;; m de altura Los interruptores ubicados a alturas superiores a los +??? m sobre el nivel del mar, modifican sus valores nominales de voltaje y corriente para considerar el efecto de enrarecimiento del aire que afecta las condiciones de ventilaci"n, así como de aislaci"n del interruptor. La relaci"n de los valores nominales en funci"n de la altura de instalaci"n, esta dada por cada fabricante.-

%nterruptores para recone/ión autom-tica. La recone1i"n automática se usa especialmente en líneas de transmisi"n radiales y de difícil acceso para aumentar la continuidad de servicio. &l tiempo de recone1i"n del interruptor debe especificarse de acuerdo a las características de operaci"n del sistema eléctrico. 6ambién al calcular el tiempo de recone1i"n se debe considerar la desioniaci"n del arco de manera de eliminar la posibilidad de reencendido. &ste tiempo muerto depende del nivel de tensi"n y para sistemas sobre ++' I* es de alrededor de ; ciclos. !n interruptor de potencia con recone1i"n automática, la capacidad de ruptura del interruptor se modifica de acuerdo al ciclo de trabajo con que se utiliará. &l cálculo de la nueva capacidad de ruptura debe efectuarse tomando en cuenta las siguientes consideraciones# $ &l ciclo de trabajo no debe tener más de ' aperturas. $ 6oda operaci"n dentro de un intervalo de +' minutos se considera parte de un mismo ciclo de trabajo. $ &l interruptor debe usarse en un sistema cuya corriente de cortocircuito no e1ceda el valor corregido de la corriente de interrupci"n para la tensi"n nominal y el ciclo de trabajo especificado. Los interruptores especialmente dise2ados para operar con recone1i"n automática se llaman O8estauradoresP o O8econectadoresP. &l reconectador es un aparato que al suceder una condici"n de sobre-corriente abre sus contactos, y una ve que ha transcurrido un tiempo determinado cierra sus contactos nuevamente, energiando


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el circuito protegido. %i la condici"n de falla sigue presente, el restaurador repite la secuencia cierre-apertura un n=mero determinado de veces 3por lo general son / como má1imo4. 5espués de la cuarta operaci"n de apertura queda en posici"n de abierto definitivamente. Cuando un reconectador detecta una situaci"n de falla, abre en un ciclo y medio. &sta rápida operaci"n de apertura disminuye la probabilidad de da2o a los equipos instalados en el circuito en falla. !no o uno y medio segundos después, cierra sus contactos, energiando nuevamente el circuito. 5espués de una, dos, y hasta tres operaciones rápidas el restaurador cambia a una operaci"n de características retardada.

Desconectadores o Seccionali8adores. !n desconectador o seccionaliador es un dispositivo de apertura, que debe operar siempre con el circuito desenergiado. 5ebido a que este equipo no está dise2ado para cortar corrientes de falla, se utilia siempre aguas arriba de un interruptor de potencia para aislar sistemas, para poder realiar mantenciones preventivas o programadas.

%nterruptores de
#elé térmico

&stá constituido por un termo elemento cuyo calentamiento por encima de los valores normales de funcionamiento provoca una deformaci"n que libera el cierre de bloqueo de los contactos. &l tiempo de reacci"n de un termo elemento es inversamente proporcional a la intensidad de la corriente. 5ebido a su inercia térmica, cada nueva activaci"n del circuito disminuirá su tiempo de reacci"n. •

#elé ma3nético


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&stá constituido por un bucle magnético cuyo efecto libera el cierre de bloqueo de los contactos, provocando así el corte en caso de sobre intensidad elevada. &l tiempo de respuesta es muy corto 3del orden de una centésima de segundo4. •

#elé electrónico

!n toroidal, situado en cada conductor, mide permanentemente la corriente en cada uno de ellos. &sta informaci"n es tratada por un m"dulo electr"nico que acciona el disparo del interruptor cuando se sobrepasan los valores de ajuste. La curva del interruptor presenta tres onas de funcionamiento. $ Qona de funcionamiento RinstantáneoS#0arantia la protecci"n contra cortocircuitos de alta intensidad. *iene ajustada de fábrica a un valor determinado 3' a (? )9 seg=n los modelos4. $ Qona de funcionamiento de Rretardo cortoS#0arantia la protecci"n contra cortocircuitos de intensidad menor, generalmente en el e1tremo de línea. &l umbral de activaci"n suele ser regulable. La duraci"n del retardo puede llegar por pasos hasta un segundo a fin de garantiar la selectividad con los aparatos situados aguas abajo. $ Qona de funcionamiento de Rlargo retardoS#&s asimilable a la característica de un interruptor térmico. @ermite garantiar la protecci"n de los conductores contra sobrecargas. 9demás, dicho ajuste permite buscar las mejores condiciones de selectividad entre los aparatos


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1.5 uc7illas y usibles 1.5.1 Definición y operación de cuc7illas conectoras La cuchilla desconectadora es un elemento que sirve para desconectar físicamente un circuito eléctrico. @or lo general se operan sin carga, pero con algunos aditamentos se puede operar con carga, hasta ciertos límites.


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Las cuchillas desconectadoras o seccionadores es otro tipo de interruptores, ya que interrumpen y restablecen la continuidad en un circuito eléctrico. %u operaci"n se efect=a sin carga 3corriente4, pero algunos aditamentos se pueden operar con carga, hasta ciertos límites. @or su operaci"n se clasifican en# a4 con carga 3con tensi"n nominal4 b4 sin carga 3con tensi"n nominal4 @or su tipo de accionamiento# a4 Aanual b4 9utomático -@or su forma de descone1i"n# a4 Con tres aisladores, dos fijos y un giratorio al centro 3horiontal4 llamado también de doble arco. b4 Con dos aisladores 3accionados con pértiga4, operaci"n vertical. c4 Con dos aisladores, uno fijo y otro giratorio en el plano horiontal. d4 @ant"grafo o separador de tijera. e4 Cuchilla tipo O9*P f4 Cuchilla de tres aisladores, el del centro movible por cremallera. g4 Cuchilla desconectadora con cuerno de arqueo.


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h4 Cuchilla tripolar de doble aislador giratorio.

+./.( Eusibles de potencia y sus curvas de operaci"n La cuchilla fusible es un elemento de cone1i"n y descone1i"n de circuitos eléctricos. 6iene dos funciones# como cuchilla desconectadora, para lo cual se conecta y desconecta, y como elemento de protecci"n. &l elemento de protecci"n lo constituye el dispositivo fusible, que se encuentra dentro del cartucho de cone1i"n y descone1i"n. &l dispositivo fusible se selecciona de acuerdo con el valor de corriente nominal que va a circular por él, pero los fabricantes tienen el correspondiente valor de corriente de ruptura para cualquier valor de corriente nominal. Los elementos fusibles se construyen fundamentalmente de plata 3en casos especiales4, cobre electrolítico con aleaci"n de plata, o cobre aleado con esta2o.

Los fusibles son los dispositivos de sobrecorriente más baratos y simples que se utilian en la protecci"n de redes de distribuci"n. 9l mismo tiempo son uno de los más confiables, dado que pueden brindar protecci"n un tiempo muy prolongado 3por arriba de (? a2os4 sin estar sujeto a tareas de mantenimiento. 9ntiguamente los fusibles eran finos hilos de cobre o plomo, colocados al aire, lo cual tenía el inconveniente de que al fundirse saltaban peque2as partículas incandescentes, dando lugar a otras averías en el circuito. 9ctualmente la parte o elemento fusible suele ser un fino hilo de cobre o aleaci"n de plata, o bien una lámina del mismo metal para fusibles de gran intensidad, colocados dentro de unos cartuchos cerámicos llenos de arena de cuaro, con lo cual se evita la dispersi"n del material fundidoH por tal motivo también se denominan cartuchos fusibles. Los cartuchos fusibles son protecciones desechables, cuando uno se funde se sustituye por otro en buen estado.


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&l cortacircuito fusible, o simplemente fusible, fue el primer elemento de protecci"n que se invent" en los albores de la electrotecnia, y a=n contin=a siendo adoptado en las instalaciones eléctricas modernas. >ásicamente está formado por una lámina o alambre calibrado, que se denomina elemento fusible, contenido en un cartucho fusible removible y emplaado en una base o soporte portafusible, que lo permite conectar en serie con el circuito a proteger. &l elemento fusible se construye de manera que tenga un punto de fusi"n menor que los conductores de la instalaci"n protegida, y habitualmente se disponen varios sectores más estrechos, en los que se obtiene una mayor densidad de corriente. @or lo tanto, cuando circula una sobrecorriente determinada, el calor generado por efecto Toule funde los estrechamientos del elemento e interrumpe el circuito. !na ve eliminada la causa de la sobrecorriente, para reponer el circuito debe instalarse un elemento fusible nuevo. La construcci"n de los fusibles comprende una gran variedad de modelos, con distintos tama2os, formas y métodos de montajeH y para ser utiliados con diferentes gamas de tensi"n, corriente y tiempos de actuaci"n. 9sí hay fusibles con montaje a rosca, a cuchilla o cilíndricosH hay fusibles de acci"n rápida o retardadaH hay fusibles de alta capacidad de ruptura, etcétera. &n ciertos casos, se fabrican en distintos tama2os, para evitar la instalaci"n err"nea de fusibles de características diferentes a las necesarias. 9demás, en algunos modelos se dispone una base portafusible dise2ada para operar como seccionador en vacío o bajo carga, maniobrando simultáneamente los fusibles de las distintas fases. "urvas de tiempo m#nimo $ m%ximo de &usión.

La curva de mínimo tiempo de fusi"n se elabora mediante tests eléctricos. La magnitud de la corriente y el tiempo que toma para fundir son registrados y plotteados. Luego se traa una curva ajustada a los puntos obtenidos representando una curva promedio de fusi"n. Luego se substrae el +?K a los tiempos, y la curva obtenida así se denomina O, de tiempo mínimoP. %in embargo, el fusible tiene un tiempo de formaci"n del arco asociado con el. &ste tiempo es el que toma el fusible para interrumpir el circuito luego de que el fusible funda y se obtiene así mismo por test. Los tiempos de arco, los cuales se registran para diferentes magnitudes de corriente, se suman al Omá1imo tiempo de fusi"nP 3++?K del tiempo promedio de fusi"n4. La curva resultante se denomina Ode tiempo total de despejeP. &stas dos curvas son los e1tremos de las características del fusible y son las curvas publicadas por los fabricantes.


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La coordinaci"n de dos fusibles 3uno de lado fuente y otro de lado de carga4 se lleva a cabo comparando las curvas respectivas. @ara una falla delante del fusible 3+4 del lado carga hay que asegurar que este funda primero que el fusible 3(4 del lado de la fuente. @ara ello, es práctica com=n tomar las condiciones más desfavorablesH es decir, tomar la curva de mínimo tiempo de fusi"n para 3(4 y la de tiempo total de despeje para 3+4 3 ver fig4. @ara todas las corrientes de falla la curva de 3(4 debe quedar por arriba de la de 3+4. !n criterio ampliamente utiliado establece que el tiempo total de despeje del principal no debe e1ceder el :'K del tiempo mínimo del fusible bac)-up. &ste factor compensa eso efectos tales como corriente de carga, temperatura ambiente, o fatiga del elemento fusible, causada por el efecto de calentamiento de corrientes de falla que han pasado por el fusible pero no han sido lo suficientemente elevadas para fundirlo

1.5.0 Especificaciones de uc7illas y usibles •

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•

Criterios de selecci"n. %eg=n Jarper, los criterios generales para la selecci"n de las cuchillas son# 0arantiar un aislamiento dieléctrico a tierra y sobre todo en la apertura. @or lo general, se requiere entre puntos de apertura de la cuchilla un +' o (?K de e1ceso en el nivel de aislamiento con relaci"n al nivel de aislamiento a tierra. Conducir en forma continua la corriente nominal sin que e1ista una elevaci"n de temperatura en las diferentes partes de la cuchilla y en particular en los contactos. 5ebe soportar por un tiempo especificado 3generalmente + segundo4 los efectos térmicos y dinámicos de las corrientes de cortocircuito.

Oscar David Castañeda Taboada 10320534 Subestaciones Eléctricas #uintana Soto •

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Las maniobras de cierre y apertura se deben realiar sin posibilidad de que se presenten falsos contactos o posiciones falsas a=n en condiciones atmosféricas desfavorables. Los cortacircuitos deberán ser del tipo abierto 3de e1pulsi"n4, de caída automática 3dropout4 equipados con elementos que permitan operar bajo carga por medio de pértiga con dispositivo de apertura con carga 3load buster4. C!CJ7LL9% 97%L95B8&% &l aislador del cortacircuito deberá ser de porcelana densa, homogénea procesada en h=medo libre de defectos que alteren sus características eléctricas y mecánicas. 9islador de porcelana con 9lta resistencia mecánica y deberá ser construido en una sola piea de porcelana libre de impureas. %e aceptarán aisladores fabricados en otros materiales de iguales o superiores características. Los soportes y los insertos de montaje deben estar permanentemente anclados a cavidades en el aislador con cemento inorgánico, que no se deteriora con el tiempo ni absorbe humedad. &l cemento no se encogerá, así los soportes y el inserto no se soltarán. 6ampoco se hinchará, eliminando así tensi"n sobre las cavidades. 5e hecho, el cemento retiene una ligera elasticidad para absorber parte del choque de las fueras interruptivas. 6odas las áreas e1puestas del cemento, deben ser cubiertas con una pintura que reduce el ingreso de agua. &l aislador debe estar contramarcado con el nivel >7L apropiado. La parte activa deberá fijarse al cortacircuito por medio de cemento, abraaderas metálicas o tornillos pasadores de muy alta resistencia a la corrosi"n 3bronce o acero ino1idable4, en forma tal que proporcionen un ensamble seguro entre las diferentes partes.  &l aislador no deberá sufrir deterioro por efecto de la humedad, lluvia, viento y arena, contaminaci"n, o por la concentraci"n de esfueros mecánicos en las abraaderas o tornillos del cortacircuito en su apertura manual. Las dimensiones así como pruebas y características mecánicas y eléctricas del aislador deberán cumplir con la norma <6C +(;' 39<%7 C(.+ y (.4. CB<69C6B% Los contactos deberán ser de cobre o bronce 3con un mínimo de ;?K de cobre4 recubierto en plata o cualquier otro metal de iguales o superiores características conductoras y anticorrosivas. Los contactos deberán mantener y garantiar una


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muy buena presi"n mecánica y un área constante de contacto invariable con el uso para que siempre se logre buena transferencia de corriente, evite que los portafusibles se quemen o que se abra el cortacircuito por vibraci"n. 6!>B @B869E!%7>L& 5eberá ser preferiblemente de fibra de vidrio reforada con resinas ep"1icas, poliester o fen"licasH el interior del tubo debe estar recubierto con substancias que ayuden a la e1tinci"n del arco. 5eberán estar provistos de ojos para el enganche, la apertura, cierre y retiro del mismo, con casquete 3tapa s"lida renovable4 en su e1tremo superior el cual debe permitir la e1pulsi"n de los gases producto de la fusi"n del fusible. &l ojo de enganche debe tener un diámetro interior no menor a ,' cm, para permitir la inserci"n del gancho de la pértiga. Las tapas renovables deberán cumplir con las dimensiones y presiones indicadas en el numeral (./.( de la norma <6C (+. 9cabado especial resistente a los rayos !* que asegurarán una larga vida. &l portafusible deberá ser del tipo de caída automática, girando sobre su eje inferior, con el mínimo desplaamiento lateral, para alcanar la posici"n de abierto por debajo de la posici"n horiontal y se podrá remover del cuerpo principal por intermedio de pértiga. 9demás deberá permitir la intercambiabilidad del fusible y cumplir con las dimensiones indicadas en el numeral correspondiente de la norma <6C (+ 39<%7 C:./(4. 6odo el mecanismo para el movimiento del portafusible debe ser de material muy resistente a la corrosi"n 3bronce4 y dise2ado con un mecanismo repulsor 3resorte y gatillo de acero ino1idable4 de tal forma que proporcione la mayor rapide de +? descone1i"n, garantiando su funcionamiento normal en condiciones de vientos fuertes y vibraciones del poste. 9demás el dise2o mecánico debe garantiar que en caso de apertura no se salga de su base.

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minimiando la posibilidad de arco. 34 La fuera que puede aplicarse para la apertura del tubo debe estar entre ? a /? libras, para ser aplicadas perpendicularmente al eje del tubo fusible. 3/4 &l contacto superior debe estar dise2ado en plata U plata que proporcionan una trayectoria dual para la corriente y permite una acci"n limpiadora durante la apertura y cierre $ Contactos 7nferiores 5e @lata-@lataH proporcionan una trayectoria dual para la corriente, independientemente del eje del mu2"n. Los resortes de respaldo de acero ino1idable previenen el arqueo cuando el tubo se eleva en la bisagra durante la recuperaci"n. B689% @986&% A&6VL7C9% @ara las partes metálicas con fines no conductores del cortacircuito debe utiliarse materiales adecuados para soportar además de los esfueros mecánicos, el grado de corrosi"n producido por las condiciones ambientales de contaminaci"n mencionadas en el numeral (.+. Como la ona es de alta contaminaci"n salina se solicitan en acero ino1idable con alternativa en bronce. ++ /.: J&889T&% 5& E7T9C7W< 5eberán ser de acero e1tragalvaniado en caliente y deberán cumplir con norma <6C (?: y los siguientes valores mínimos de galvaniado, para platinas ;?? grDm ( y para tornillos '?? grDm ( . Los soportes de montaje deberán ser para cruceta de madera y serán del 6ipo > mostrado en la fig.( de esta especificaci"n 3con tornillos de +(.' mm 3XP44. Como la ona es de alta contaminaci"n se especifican galvaniados superiores a la

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A!ZW< Eundici"n de bronce de alta resistencia, cubierto de plata. Las superficies laterales del mu2"n deben mantener un amplio contacto con la bisagra para permitir el alineamiento del tubo portafusible durante el cierre. La Cavidad de alojamiento del mu2"n, debe asegurar el tubo portafusible en el mu2"n durante el cierre. La !ni"n >isagra, debe asegurar la caída confiable del tubo portafusible después de la interrupci"n 0967LLB 5ebe proporcionar alta velocidad de separaci"n entre terminales del fusible cuando éste se funde, e1pulsando rápidamente el cable 3en conjunto con el mecanismo de caída4, debe reducir la transmisi"n de las fueras al fusible durante el cierre. E[8!L9% 5eben se fundidas en bronce. %ujetas a las partes superiores e inferiores del tubo para asegurar un alineamiento permanente. \a sea el largo y accesible anillo para iado o la ranura pueden ser enganchados con una pértiga para un control seguro del tubo portafusible durante su instalaci"n o e1tracci"n. L7A76&% 5& 9!A&<6B 5& 6&A@&896!89 &l aumento má1imo de temperatura de los cortacircuitos no debe e1ceder los valores límite establecidos en la tabla
E!C7>L&%

unción De 'os usibles De (lta Tensión La funci"n del fusible o cortacircuito de alta tensi"n es interrumpir el suministro a una instalaci"n o parte de ella por la fusi"n de una de sus partes constitutivas, 3%iendo esta la lámina del fusible4 cuando la corriente que circula por éste e1cede un valor pre-tablecido, en un tiempo dado, dise2ados para las diferentes potencias de alta tensiones. Cumpliendo así con su funci"n principal que es la de proteger los generadores, transformadores, redes y demás componentes de un sistema eléctrico. !n fusible seleccionado en forma adecuada debe abrir el circuito por destrucci"n del elemento fusible, eliminando el arco establecido durante la


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destrucci"n y luego mantener las condiciones del circuito abierto con tensi"n nominal aplicada en sus terminales, es decir que no haya arco a lo largo del elemento fusible. 9 pesar de que el fusible es simple en apariencia su funci"n es compleja. @ara que act=e en forma adecuada debe# "ensar las condiciones tratando de prote'er Interrumpir la corriente r%pidamente "oordinar con otros dispositivos de protección

ondiciones =ue Deben umplir 'os usibles de (T •

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•

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•

•

&nfriar el metal vaporiado. 9bsorber el vapor metálico condensa. &1tinguir el arco que pueda mantenerse en el vapor metálico conductor. La presencia de este polvo es la que confiere al fusible su alto poder de ruptura en el caso de cortocircuitos bruscos. 9lta rigide mecánicas. >rindar una buena estabilidad eléctrica para un el funcionamiento del sistema en buen estado. %er resistentes a los cambios atmosféricos. Condiciones técnicas y garantías de seguridad en Centrales, y %ubestaciones y Centros de transformaci"n.

riterio !ara Selección De 'os usibles &l criterio de selecci"n se apoya básicamente en la !<& (+-+(( O0uia de aplicaci"n para la elecci"n de fusibles de alta tensi"n destinados a utiliarse en circuitos con transformadoresP, si bien se han tomado en consideraci"n otros aspectos como la utiliaci"n de una gama reducida de calibres para los centros propiedad de 7berdrola con objeto de optimiar el stoc), la coordinaci"n con relés o fusibles de derivaci"n aguas arriba o la utiliaci"n de un calibre mínimo de +(I para fusibles de e1pulsi"n debido a la fusi"n intempestiva de los calibres bajos por descargas atmosféricas, entre otros.


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@ara la selecci"n de un fusible tenemos que tener presente los siguientes conocimientos# +. 6ensi"n y nivel de aislamiento (. 6ipo de sistema . Aá1imo nivel de cortocircuito /. Corriente de carga

Selección De 'a orriente $ominal La corriente nominal del fusible debe ser mayor que la má1ima corriente de carga. 5ebe permitirse un porcentaje de sobrecarga de acuerdo a las condiciones del equipo protegido. &n el caso de transformadores de potencia, los fusibles deben ser seleccionados de tal forma que su característica tiempo-corriente este por arriba de la curva de energiaci"n 3inrush4 y por debajo de su límite térmico. 9lgunos fabricantes confeccionan tablas para la asistencia en la apropiada selecci"n del fusible para diferentes valores nominales y disposiciones.

Selección De 'a Tensión $ominal La tensi"n nominal del fusible se determina a partir de las siguientes características# •

tensi"n má1ima de fase o de línea.

•

tipo de puesta a tierra.

•

n=mero de fases 3tres o una4.

Las características del sistema determinan la tensi"n vista por el fusible en el momento en que interrumpe la falla. 6al tensi"n debe ser igual o menor que la tensi"n nominal del fusible. @or lo tanto, debe aplicarse los siguientes criterios# •

•

&n sistemas aislados, la tensi"n nominal debe ser igual o mayor que la tensi"n má1ima de línea. &n sistemas trifásicos puestos a tierra, para cargas monofásicas, la tensi"n nominal debe ser igual o mayor que la má1ima tensi"n de fase y para


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cargas trifásicas la tensi"n nominal es seleccionada en base a la tensi"n de línea.

Selección De 'a apacidad De ortocircuito De 'os usibles La capacidad de cortocircuito del fusible debe ser igual o mayor que la corriente de falla trifásica calculada en el punto de instalaci"n del fusible.

'-minas De usibles De (lta Tensión Láminas Fusibles Tipo Universal Las láminas fusibles son dispositivos de

protecci"n contra sobre corrientesH se denominan 6ipo !niversal ya que su intercambiabilidad tanto mecánica como eléctrica, esta normaliada para todos los fabricantes. E&5&LC9 produce Láminas fusibles bajo las normas &&&7 - 9<%7 y C959E&, en los tipos J.I. y 6. desde + amp. Jasta (?? amp., en +' y /.' I*. Las láminas fusibles E&5&LC9, mantienen inalterables durante el servicio, sus características de tiempo-corriente de acuerdo con las curvas normaliadas. %u temperatura de trabajo es bajaH para atender el objetivo de estabilidad de propiedades, se utilia en el elemento fusible, metales o aleaciones que no están sujetas a o1idaciones progresivas y con temperaturas de trabajos inferiores a +??NC con punto de fusi"n en (?NC.

1.6 (partarrayos 1.6.1 $aturale8a de las sobretensiones y sus efectos en los sistemas eléctricos de potencia Las sobretensiones que se presentan en las instalaciones de un sistema pueden ser de dos tipos# +. sobretensiones de tipo atmosférico# Las tormentas eléctricas son acontecimientos muy habituales y peligrosos. %e estima que en nuestro planeta se producen simultáneamente unas (??? tormentas y que cerca de +?? rayos descargan sobre la tierra cada segundo. &n total, esto representa unas /??? tormentas diarias y  millones de descargas atmosféricas cada día. 9l impactar, el rayo provoca un impulso de corriente que llega a alcanar decenas de miles de amperios. &sta descarga genera una sobretensi"n en el sistema eléctrico que puede causar incendios, destrucci"n de maquinaria e incluso muertes de personas.


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(. sobretensiones por fallas en el sistema# %B>8&6&<%7B<&% 5& CB8&6&<%7B<&% CB<5!C759% &l rayo puede impactar directamente en las líneas aéreas. La sobretensi"n se propaga y llega al usuario, derivándose a tierra a través de sus equipos y produciéndoles averías. !n error bastante frecuente es pensar que las descargas incidentes en las líneas eléctricas de distribuci"n 3Aedia 6ensi"n4 no llegan a las de >aja 6ensi"n debido al aislamiento galvánico proporcionado por el transformador e1istente. &sto es falso debido a que dicho aislamiento es efectivo a frecuencias nominales de la red, '? J, mientras que para las formas de onda asimiladas al rayo el transformador permanece casi transparente, provocando poca atenuaci"n. %B>8&6&<%7B<&% 7<5!C759% &l campo electromagnético que provocan las descargas eléctricas induce corrientes transitorias en los objetos pr"1imos, transmitiéndolas al interior de las instalaciones y da2ando a los equipos.


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%B>8&6&<%7B<&% C9@9C767*9% %iempre e1iste un acoplamiento capacitivo, también llamado capacidad parásita, entre cualquier pareja de conductores. Las sobretensiones capacitivas son más importantes cuanto mayor sea la rapide de la forma de onda de tensi"n implicada. 9!A&<6B% 5&L @B6&
1.6.2 Definición y operación de apartarrayos &l apartarrayos es un dispositivo que nos permite proteger las instalaciones contra sobretenciones de origen atmosférico. &l apartarrayos se encuentra conectado permanentemente en el sistema y opera cuando se presenta una sobretenci"n de determinada magnitud, descargando la corriente a tierra. %u principio de operaci"n se basa en la formaci"n de un arco eléctrico entre dos e1plosores cuya separaci"n está determinada de antemano de acuerdo con la tensi"n a la que va a operar. %e fabrican diferentes tipos de apartarrayos, basados en el principio general de operaci"n. Los más empleados son los conocidos como apartarrayos tipo auto valvular y apartarrayos de resistencia variable. La funci"n del apartarrayo no es eliminar las ondas de sobre tensi"n presentadas durante las descargas atmosféricas, si no limitar su magnitud a los valores que no sean perjudiciales para las maquinas del sistema. Los apartarrayos protegen también a las instalaciones contra descargas directas, para lo cual tiene un cierto radio de protecci"n. @ara dar mayor seguridad a las instalaciones, contra descargas directas se instalan unas varillas conocidas como bayonetas e hilos de guarda semejantes a los que se colocan en las líneas de transmisi"n.


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1.6.2.1 $ivel b-sico al impulso maniobra @ara tensiones de impulso del tipo de maniobra el comportamiento de un aislante auto regenerativo y especialmente de espacios en aire, es muy diferente al que se acaba de analiar para los impulsos del tipo atmosférico. Los tiempos de frente y de cola de los impulsos de maniobra son mucho mayores que lo de los atmosféricos, lo que implica que para tiempos cercanos a 6cr, la tensi"n varía mucho más lentamente, esto es, valores de tensi"n cercanos al de cresta se mantienen sobre el aislamiento tiempo suficiente como para dar lugar a la formaci"n de la descarga disruptiva completa, si es que se ha e1cedido el límite de la tensi"n critica correspondiente a la forma de onda utiliada. &n consecuencia, aun para tensiones de cresta que son levemente superior a la tensi"n crítica, la ruptura dieléctrica se produce casi siempre sobre la cresta de la onda o sobre su frente, pero en la mayoría de los casos prácticos pr"1ima a la cresta. @or otra parte, se puede comprobar que la tensi"n de cresta critica ? !^ varia con la forma de onda de impulso aplicada, en particular en funci"n del tiempo a la cresta 6cr. %e ve entonces que el comportamiento de una aislamiento a solicitaciones del tipo de los impulsos de maniobra, se podrá caracteriar a los fines prácticos por medio de una curva Otensi"n disruptiva critica U tiempo a la crestaP 3 ? !^ vs. 6cr4,. !na característica ? !^ - 6cr es una simplificaci"n ya que no se ha tenido en cuenta el carácter aleatorio implícito en el proceso de la ruptura dieléctrica. !na particularidad de los aislamientos auto regenerativos frente a los impulsos del tipo de maniobra es que su característica tensi"n-tiempo suele presentar un mínimo.

1.6.2.2 $ivel b-sico al impulso de descar3as &l comportamiento de un aislador sometido a impulsos de voltajes similares a los producidos por rayos depende principalmente de su longitud y en grado menor de


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la geometría del aislador, el valor al que se flamea un aislador sometido a impulsos de voltaje depende tanto de la magnitud de los impulsos como del tiempo que estén aplicados. %i se somete un aislador a una serie de impulsos de voltaje de forma de onda normaliada 3+.' 1 /? _s4 y de diversos valores de cresta y se traa la gráfica determinada por el valor de cresta de cada onda y el tiempo que tarda en producirse el flameo del aislador se obtiene la curva mostrada en la figura .', que se llama curva voltaje U tiempo del aislador.

1.6.2.0 Distancia de no flameo &l voltaje de flameo al impulso crítico *c de un aislador se define como el valor de cresta de la onda que causa flameo del aislador en la cola de la onda el '?K de la veces que se aplica una onda normaliada de dicha magnitudH el nivel de aislamiento al impulso *i 3>7L4 de un aislador es el valor de cresta de la onda de mayor magnitud que soporta el aislador sin flamearse. 5istancia de flameo en seco La distancia de flameo en seco, de un aislador es la distancia más corta medida a través del medio circundante entre las partes conductoras. &n caso de e1istir partes metálicas conductoras intermedias, la distancia de fuga en seco es la suma de las distancias parciales medidas seg=n se indica en la definici"n de distancia de fuga. Las pruebas más com=nmente realiadas a aisladores pueden agruparse en tres categorías# pruebas prototipo, pruebas de flameo y pruebas de rutina. Las pruebas prototipo por lo general se hacen para probar la calidad del producto de


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los fabricantes, las pruebas de flameo normalmente se hacen para hacer correcciones al dise2o y las pruebas de rutina se hacen a todos los aisladores cuyos prototipos han sido aceptados. @rueba de flameo en seco por un minuto &sta prueba consiste en aplicar a un aislador limpio montado en la forma normal una tensi"n a la frecuencia nominal del sistema 3?J en nuestro país4, la tensi"n se aumenta en forma gradual hasta los valores que especifica la norma y se mantiene durante un minuto hasta que el flameo ocurra. &l aislador se hace flamear por lo menos otras cuatro veces incrementando en cada caso la tensi"n de flameo hasta que llegue al valor de prueba apro1imadamente en +? segundos y la media de las ' aplicaciones consecutivas no debe ser menor que el valor que se estableca en la norma. :' ../ @rueba de flameo en h=medo y prueba de lluvia por un minuto &n estas pruebas el aislador montado normalmente se moja con agua inyectada en forma de roci" con características tales que tenga una resistencia entre ?? y ++?? ohmsDmm con una temperatura del orden de +? NC de la temperatura ambiente en la vecindad del aislador durante la prueba. &l agua se aplica con un ángulo de /'N teniendo un volumen equivalente a una precipitaci"n media del orden de .?? mmDmin. &l aislador con una tensi"n aplicada del '?K de la prueba de un minuto se le rocía con el agua durante ( minutos y entonces se eleva la tensi"n al valor de la prueba durante un minuto, en un tiempo de +? segundos apro1imadamente y se mantiene en ese valor durante un minuto. 9 partir de este valor se aumenta la tensi"n hasta que ocurre el flameo, el procedimiento se repite tomando un tiempo entre pruebas de unos +? segundos hasta que el aislador flamee por lo menos otras cuatro veces, la tensi"n de flameo no debe ser menor que las que se especifiquen en las normas seg=n sea el tipo de aislador.

1.6.2.5 oordinación de (islamiento


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Comprende la selecci"n de la soportabilidad o resistencia eléctrica de un equipo y su aplicaci"n en relaci"n con las tensiones que pueden aparecer en el sistema en el cual el equipo será utiliado, teniendo en cuenta las características de los dispositivos de protecci"n disponibles, de tal manera que se reduca a niveles econ"micos y operacionalmente aceptables la probabilidad de que los esfueros de tensi"n resultantes impuestos en el equipo causen da2o al aislamiento o afecten la continuidad del servicio. B>T&67*B 5eterminar las características de aislamiento necesarias y suficientes de diversos componentes de la redes con vistas a obtener una rigide homogénea a las tensiones normales así como a las sobretensiones de origen diverso. E7<9L7595 @ermitir una distribuci"n segura y optimiada de la energía eléctrica. 3La optimiaci"n busca la mejor relaci"n econ"mica para los diferentes parámetros que dependen de esta coordinaci"n# aislamiento, protecciones y averías4. La coordinaci"n de aislamiento consiste en combinar las características de operaci"n de los descargadores con las curvas voltaje U tiempo de los aislamientos de los equipos, de manera que se tenga una protecci"n efectiva y econ"mica contra los sobrevoltajes transitorios. 3Eigura '.4. &n la curva > representa las características de operaci"n de un descargador, mientras que la curva 9 es la de voltaje U tiempo de un aislamiento. 5e acuerdo con la definici"n anterior se tendrá una protecci"n


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efectiva siempre que la curva 9 este por encima de la curva > manteniendo un margen de seguridad adecuado.

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Unidad 1 Equipos Primarios de Una Subestación Eléctrica

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