1. INTRODUCCIN, GENERALIDADES Y FUNCIN DE LAS ESTACIONES ELCTRICAS. 1.1 INTRODUCCIN 1.2 DEFINICIONES 1.3 CLASIFICACIN 1.4 FUNCIN DE LAS ESTACIONE S ELCTRICAS - descripcin - definicin - clasificacin definicin - clasificacin - comenta rio 1.5 NODO - DESCRIPCIN 1.6 ESQUEMAS ELCTRICOS DE LAS ESTACIONES - definiciones - comentario 1.7 ESQUEMAS ELCTRICOS BSICOS Y SU RELACIN CON LA RED - definiciones e jemplo 1.8 ESQUEMAS USUALES - ACOPLE POR BARRAS - nico juego de barras o ba rra simple nico juego de barras partidas - doble juego de barras - triple juego d e barras barra principal y barra de transferencia - doble barra y barra de transferencia - barra principal y segunda barra tambin de transferencia. - esque mas con seccionador de by pass - esquemas en H 1.9 REFLEXIONES 1.10 ESQUEM AS DE ACOPLE POR INTERRUPTORES - ESQUEMA EN ANILLO SIMPLE esquemas en anillo dob le, anillos mltiples esquema de interruptor y medio - esquema doble barra d os interruptores por lnea comparacin y comentarios 1.11 TRANSFORMADORES EN BARRAS - comentarios 1.12 DISPOSICIONES BSICAS DE EQUIPOS - descripcin - clasificac in - condiciones a satisfacer 2. COMPONENTES DE LA ESTACIN ELCTRICA 2.1 COMPONENTES DE LA ESTACIN ELCTRICA 2.2 EQUIPOS PRINCIPALES - definiciones - in terruptor seccionador seccionador (continuacin) - seccionador de pues ta a tierra transformadores de medicin - transformador de tensin - transform ador de corriente descargadores - capacitor de acoplamiento - bobina de bl oqueo - aisladores 2.3 CARACTERSTICAS DE LOS EQUIPOS - numero de polos - ca ractersticas en funcin de la tensin - tensin nominal - caractersticas en funcin de la corriente - caractersticas particulares de los transformadores de corriente - car actersticas particulares de los transformadores de tensin2.4 LAS ESPECIFICACIONES DE EQUIPOS - tipos constructivos - utilizacin de los apa ratos 2.5 EDIFICIOS - FUNCIN - comentarios - clasificacin - comentario 2.6 CONSTRU CCIONES - CLASIFICACIN - comentario 2.7 SISTEMAS DE COMANDO Y PROTECCIN - COMENTAR IO - componentes 2.8 SISTEMAS AUXILIARES - COMENTARIO - auxiliares elctricos - cl asificacin componentes 3. LA INGENIERA BSICA 3.1 GENERALIDADES - criterios - concepto - definicin 3.2 OBJETIVOS DEL PROYECTO 3 .3 RELACIN CON EL AMBIENTE ELCTRICO - LA CONCEPCIN - los cambios generacin y transpo rte - ejemplo - las tensiones - relacin entre escalones de tensin reflexiones - ej emplo 3.4 EL SISTEMA ACTUAL Y FUTURO - CONOCIMIENTO DEL SISTEMA - insercin en el sistema - adaptacin al sistema - imaginacin y documentacin - la vida til 3.5 L A RELACIN CON LA ECONOMA 3.6 DETERMINACIN DE LOS DATOS BSICOS - SOBRETENSIONES EN EL SISTEMA registros de lo existente - clasificacin de las sobretensiones 3.7 CORRI ENTES NORMALES Y DE FALLA - LOS ESTUDIOS - los niveles de cortocircuito relacin e ntre corrientes 3.8 INTERFERENCIA EN RADIO Y TELEVISIN - LAS MOLESTIAS - or igen de los disturbios - las previsiones 3.9 EL RUIDO ACSTICO - FUENTES DE RUIDO - transformador - interruptores - la instalacin - la obra 3.10 GRADIENTE AL SUELO Y TENSIONES INDUCIDAS - EL CAMPO ELCTRICO - la red de tierra - conclusiones 3.11 RELACIN CON AMBIENTE FSICO Y GEOGRFICO - CONDICIONES AMBIENTES efectos de la obra - acciones 3.12 CLIMA TEMPERATURAS Y VIENTO - condiciones climticas - la te mperatura: - el viento - el enfoque probabilstico - factores de ajuste - relacin e ntre temperatura y viento - el hielo las tormentas elctricas 3.13 POLUCIN Y CONTAM INACIN - CONTAMINACIN DE LOS AISLANTES - los ensayos - comentarios 3.14 COND ICIONES SSMICAS - DEFINICIN - caractersticas - ensayos 3.15 CONDICIONES DE PROYECTO - topografa - el rea - el suelo - comentarios - el acceso3.16 CONDICIONES ESPECIALES - consecuencias - los accesos de las lneas - criterio 3.17 IMPACTO VISUAL - DIMENSIONES: - criterio - comentarios - conclusiones 3.18 MATERIALIZACIN DEL PROYECTO: - Proyecto - definicin: - Ingeniera bsica Ingeni era de detalle - Los planos - Las memorias de calculo - Las especificaciones tcnic as Las planillas de materiales - La estimacin de ingeniera - El apoyo a obra 4. CLCULOS DE DISEO 4.1 BARRAS Y CABLES - DEFINICIN - clasificacin - determinacin de la seccin ver ificacin del dimetro - campo elctrico efecto trmico de las corrientes de breve duracin 4.2 RESUMEN 4.3 ESFUERZOS SOBRE CONDUCTORES - peso propio y sobrec argas verticales - empuje del viento y sobrecargas horizontales - sobrecarga del hielo - carga total aplicada 4.4 CONDUCTORES FLEXIBLES - hiptesis simplifi cativas - compensadores de tiro constante - compensadores elsticos 4.5 CONDUCTORE S FLEXIBLES CORTOS - frmulas aplicables - modulo de elasticidad equivalente 4.6 CONDUCTORES RGIDOS - esfuerzos debidos a dilatacin - elstica del conductor frmu las utilizadas 4.7 FUERZAS DEBIDAS AL CORTOCIRCUITO - COMENTARIO - hiptesis simplificativas - la corriente de cortocircuito - caso de barras rgidas - caso d e barras flexibles, cables - caso de subconductores - hiptesis simplificativas 4. 8 PRTICOS - concepcin del prtico - cargas actuantes - observaciones - hiptesis de ca rga 4.9 SOPORTES DE EQUIPOS - cargas actuantes - soportes complejos 4.10 R ED DE TIERRA - FINALIDAD - comentario - definiciones - comentario - hiptesis simp lificativa - diseo bsico - principios - frmulas utilizadas - criterios 4.11 PARMETRO S DE DISEO DE LA RED DE TIERRA - RESISTIVIDAD DEL SUELO medicin de resistividad capa superficial 4.12 CORRIENTE A DRENAR - distribucin de corriente entre dispers ores en paralelo - lneas dispersoras - distribucin de corriente en la estacin 4.13 CONDICIONES DE PELIGRO - COMENTARIO - frmulas - comentario - valores caracterstico s - precaucin 4.14 SECCIN DE LOS CONDUCTORES - distribucin de corrientes en la mall a - jabalinas corrientes impulsivas 4.15 FUNDACIONES 5. LAS HIPTESIS DE CALCULO5.1 DIMENSIONAMIENTO DE LOS CONDUCTORES DE POTENCIA - la capacidad de transporte de corriente - el campo elctrico superficial - consideraciones mecnicas conductor es rgidos - conductores flexibles - conexiones cortas - condiciones climticas - ni eve y hielo 5.2 EL TERREMOTO - aptitud antissmica - ensayos ssmicos 5.3 ESFUERZOS DE CORTOCIRCUITO - barras y conexiones de la estacin 5.4 AISLACIONES AUTO-REGENER ATIVAS EN UNA ESTACIN - los aisladores contaminacin de los aisladores 5.5 MORSETER IA 5.6 SOPORTES DE EQUIPOS 5.7 FUNDACIONES 5.8 TORRES Y FUNDACIONES 5.9 CAMINOS Y CIRCULACIN 6. LA DOCUMENTACIN DE PROYECTO 6.1 DEFINICIN 6.2 INGENIERA BSICA 6.3 INGENIERA DE DETALLE - los planos - las memori as de calculo - las especificaciones tcnicas - planillas de materiales. - comenta rio 6.4 ESTIMACIN DE INGENIERA 6.5 APOYO A LA OBRA 6.6 LA ORGANIZACIN DE UN PROYECT O - ingeniera bsica - ingeniera de detalle conclusin 6.7 LA ORGANIZACIN 6.8 CRONOGRAM A 7. DISPOSICIONES CONSTRUCTIVAS 7.1 ESQUEMAS ELCTRICOS - INTRODUCCIN - el costo: - cantidad de interruptores: corr iente nominal de los interruptores: - numero de interruptores a actuar frente a falla: simplicidad de maniobras de operacin: - seguridad de operacin: - flexibilid ad de operacin: posibilidad de modificar instalaciones existentes: 7.2 CONSIDERAC IONES RELATIVAS AL COSTO DE LAS ESTACIONES ELCTRICAS 7.3 ESQUEMAS SIMPLIFICADOS esquemas con acople por barras - esquemas con acople por interruptores - evalua cin de conveniencias - evolucin del esquema 7.4 SOLUCIONES CONSTRUCTIVAS - estaciones convencionales - estaciones blindadas estaciones hbridas - estaciones compactas 8. DISTANCIAS ELCTRICAS 8.1 INFLUENCIA DE LA AISLACION - OBJETO: - reflexin: - clasificacin: - comentario: caractersticas de los equipos: - seleccin de valores bsicos - observacin - seleccin de valores de ensayo 8.2 SOBRETENSIONES - DEFINICIONES - referencias - comentari os - clasificacin comentario - factor de falla a tierra - definicin - conceptos definiciones 8.3 DISTANCIAS DE AISLACION FASE TIERRA - valores tpicos a fre cuencia industrial valores tpicos a impulso de maniobra - comentario valores tpico s a impulso - reflexin 8.4 DISTANCIA FASE - FASE 8.5 PROTECCIN - factor de segurid ad 8.6 DIMENSIONAMIENTO DE LAS DISTANCIAS - GENERALIDADES: - funcin de las distan cias: - clasificacin y definiciones: - advertencia: - definiciones 8.7 LIMI TACIONES AL DESPLAZAMIENTO: - enfoque del problema - distancias normales distanc ias reducidas 8.8 DISTANCIAS DE AISLACION SUPERFICIALES - AISLADORES 8.9 DISTANC IAS DE GUARDIA 8.10 DIMENSIONES DEL HOMBRE 8.11 DISTANCIAS DE VINCULO 8.12 INFLUENCIA EN EL MANTENIMIENTO - distancias de trabajo - delimitacin de la zona de trabajo 8.13 INFLUENCIA DE LA ALTURA - CONCEPTO - las distancias - factores d e correccin reflexin - advertencia - ejemplo - relacin entre presin y la altura - co nclusiones - advertencia 8.14 LA AISLACION SUPERFICIAL - grados de contaminacin ensayos 8.15 SOLUCIONES CON AISLACION EN SF6 9. MODULARIDAD Y RACIONALIZACIN 9.1 INTRODUCCIN 9.2 LA MODULARIDAD - lo existente - la comparacin - cualidades del proyecto 9.3 DISPOSICIN DE EQUIPOS - zona de salida modulo de seccionador - prtico de salida zona de barras (seccionadores de polos paralelos, pantgrafo, seccionadores en fil a india) 9.4 DIAGRAMACION DE ESTACIONES CON ESQUEMAS DE ACOPLE POR BARRAS (dos niveles de barras, derivaciones bajas, derivaciones altas, doble juego de b arras y seccionadores pantgrafo) (simple juego de barras y barras en U) 9.5 DIAGRAMACION DE ESTACIONES DE INTERRUPTOR Y MEDIO POR SALIDA 9.6 DIAGRAMA CION DE OTROS DISEOS 9.7 DIMENSIONES DE EQUIPOS 10. LA SEGURIDAD Y LA INTERFERENCIA 10.1 RED DE TIERRA - mediciones previas - verificaciones durante la construccin v erificaciones al fin de la construccin - verificaciones durante la vida - condici ones de seguridad frente a tensiones de contacto 10.2 PROTECCIN CONTRA DESC ARGAS ATMOSFRICAS DIRECTAS - FUNCIN - el nivel isoceraunico - ejemplo - aclaracin blindaje - ubicacin del cable de guarda - comentario - pararrayos de puntas - mo delos electrogeometricos y tcnica de Montecarlo 10.3 DESCARGAS ATMOSFERICAS CONDU CIDAS - ARCO INVERSO - localizacin de descargadores 10.4 CANALES DE CABLES Y CABL EADO - compatibilidad electromagntica 11. SISTEMA DE COMANDO Y PROTECCIN 11.1 CARACTERSTICAS FUNCIONALES - nota particular 11.2 EDIFICIO DE CONTROL (SALA DE CONTROL) - sistema de control - registrador cronolgico de eventos - convertido res de medida - rels repetidores - comando - conmutador local remoto (l-r) - seali zacin - alarmas 11.3 MEDICIONES - MEDICIONES DIRECTAS - mediciones analgicas - med iciones por acumulacin de seales 11.4 DOCUMENTACIN - diagramas de bloques - esquema s funcionales - definiciones principios y conceptos - bornes y conductores - los circuitos - esquemas lgicos 11.5 CONCEPCIN DE LOS TABLEROS - tablero de con trol - paneles de proteccin - rels de proteccin - caractersticas tcnicas generales tipos de rels - ejecucin - contactos 11.6 PANEL DE BORNERAS REPETIDORAS 11.7 COMAN DO Y PROTECCIONES 11.8 CRITERIOS DE CABLEADO - verificacin de cables 11.9 ANLISIS DE LOS ESQUEMAS DE PROTECCIN - el problema de las protecciones delos sistemas elctricos 11.10 PANEL DE RELES AUXILIARES - rels auxiliares - caracte rsticas tcnicas generales. tipos de rels y su aplicacin - rels monoestables para usos generales - rels de alta velocidad - rels de interfase de telecontrol - rels biest ables - criterios generales de utilizacin de los rels auxiliares 11.11 LA REALIZAC IN DE LOS CABLEADOS - los cables multipolares. - cables multipares telefnicos. - c ables telefnicos para uso general. - cables multipares telefnicos para circuitos d e medicin. - utilizacin y segregacin de cables multipolares y multipares - tendido de cables y puesta a tierra del blindaje 11.12 - ALIMENTACION DE LAS FUNCIONES D E COMANDO (CRITERIOS) 12. LOS SERVICIOS AUXILIARES 12.1 NECESIDADES - servicios auxiliares de corriente alterna servicios aux iliares en corriente continua - las bateras - el cargador - alarmas 12.2 ALIMENTA CIN DE LOS SERVICIOS AUXILIARES - COMENTARIOS 12.3 CLASIFICACIN DE LOS SERVICIOS A UXILIARES 12.4 LA BATERA DE CORRIENTE CONTINUA 12.5 EL CABLEADO 12.6 LA ALI MENTACION EN CORRIENTE CONTINUA - introduccin - la tensin - tipos de bateras - pues ta a tierra de la batera - carga de batera - proteccin de los circuitos de continua - capacidad de la batera - distribucin en corriente continua 13. ORGANIZACIN DEL PROYECTO 13.1 PRESENTACIN 13.2 ESQUEMA ELCTRICO BSICO. E-E-B. 13.3 ESQUEMA UNIFILAR COMPLETO . E-U-C. 13.4 DISPOSICIN CONSTRUCTIVA BSICA. D-C-B. 13.5 ANTEPROYECTO BSICO 13.6 DE FINICIN DEL EQUIPAMIENTO PRINCIPAL O CRITICO 13.7 ESTUDIO DE OFERTAS Y ADJUDICACIN 13.8 DEFINICIN DEL ESPACIO NECESARIO - ESTUDIO DE ALTERNATIVAS 13.9 ANTEPROYECTO DEFINITIVO13.10 ANTEPROYECTO DETALLADO 13.11 SEGUIMIENTO Y CONTROL DE FABRICACIN - RECEPCIN 13.12 PROYECTO CIVIL - PLIEGOS Y ESPECIFICACIONES 13.13 ESTUDIO DE OFERTAS Y ADJ UDICACIN 13.14 ASISTENCIA TCNICA - RECEPCIN 13.15 PROYECTO ELCTRICO - DEFINICIN DE EQ UIPAMIENTO SECUNDARIO 13.16 CONFECCIN DE PLIEGOS Y ESPECIFICACIONES 13.17 ESTUDIO DE OFERTAS Y ADJUDICACIN 13.18 ASISTENCIA TCNICA - PUESTA EN SERVICIO 1 - INTRODUCCIN, GENERALIDADES Y FUNCIN DE LAS ESTACIONES ELCTRICAS ing. Alfredo Ri faldi - ing. Norberto I. Sirabonian 1.1 - INTRODUCCIN Una red elctrica est formada por lneas y estaciones elctricas, las lneas son las ramas (o lados) de la red, las estaciones son nodos de la red. La red elctrica, se esquematiza en formas muy sim ples para poder comprenderla, a los fines de su estudio se construye un grafo qu e la representa, el grafo tiene nodos (o cspides, vrtices), lados (o aristas). Des de el punto de vista topolgico las ramas son aristas del grafo, los nodos son vrti ces (Ver figura 1.1 y figura 1.2).Las ramas son las lneas elctricas, lados, de la red y en forma genrica tambin los tr ansformadores, que unen nodos de distinta tensin. Los nodos, puntos donde se cone ctan las lneas y los transformadores, son las estaciones elctricas, en rigor cuand o hay transformadores se tienen al menos dos nodos prximos (desde el punto de vis ta geogrfico) y de tensiones distintas. Una estacin elctrica puede estar representa da en rigor entonces por uno o mas nodos. La topologa de la red vara, a causa de q ue se conectan y desconectan lneas, ramas, en consecuencia el grafo vara. Este es un aspecto importante de la red elctrica, el grafo que la representa vara, cambia, es un grafo dinmico, variable, existen para ello equipos de maniobra. Una estacin elctrica est ubicada en un sistema elctrico, de una cierta tensin nominal.1.2 - DEFINICIONES - Sistema elctrico: es el conjunto de mquinas, de aparatos, de barras y de lneas que constituyen un circuito que tiene determinada tensin nominal . - Tensin nominal de un sistema: es el valor de la tensin con la cual el sistema es denominado, y al cual se refieren sus caractersticas, de acuerdo con lo que in dican las normas sobre tensiones nominales. En los sistemas trifsicos se considera como tensin nominal la compuesta o de lnea ( Ver figura 1.3). Tensin mxima de un sistema: es la tensin mas elevada (expresada en valor eficaz para los sistemas en corriente alterna) que puede presentarse encualquier momento y en cualquier punto del sistema en condiciones regulares de s ervicio (Ver figura 1.4). No se tienen en cuenta las variaciones temporneas de la tensin (Sobretensiones, subtensiones) debidas a fallas, o a desconexiones brusca s de la carga, etc. Ejemplo: Para los sistemas de 132 kV corresponde una tensin mx ima de 145 kV. 1.3 - CLASIFICACIN Los sistemas elctricos pueden clasificarse por s u nivel de tensin y en la jerga se utiliza la siguiente divisin (Ver figura 1.5): - Baja tensin, sistemas de hasta 1.000 V.- Media tensin, sistemas hasta 36 kV, algunos consideran valores ms altos (72,5 kV ) el limite est en la diferente tecnologa entre esta clase y la superior. - Alta t ensin, sistemas hasta 245 300 kV. - Muy alta tensin, por encima de los 300 362 kV. Los lmites de la clasificacin no son estrictos, dependen de criterios y de normas . 1.4 - FUNCIN DE LAS ESTACIONES ELCTRICAS - DESCRIPCIN Desde un punto de vista de in stalacin, la estacin elctrica debe ser considerada como una instalacin elctrica de ti po particular. DEFINICIN - Instalacin elctrica: es un conjunto orgnico de construcci ones y de instalaciones destinadas a alguna de las siguientes funciones: producc in, conversin, transformacin, regulacin, reparticin, transporte, distribucin, utilizac in de la energa elctrica. CLASIFICACIN Una instalacin elctrica puede ser considerada i nterior o exterior. Una instalacin elctrica, o una parte , se dice que es interior si est contenida en locales que la reparan de los agentes atmosfricos. En los res tantes casos se considera exterior. DEFINICIN - Planta elctrica: es el conjunto de locales y/o reas encerradas en un nico cerco, se trata de instalaciones elctricas destinadas a produccin, conversin, transformacin, regulacin, reparticin de la energa e lctrica, etc.Cuando una planta est incorporada a obras civiles, se entiende por planta elctrica solo los locales que incluyen instalaciones elctricas. CLASIFICACIN - Centrales e lctricas destinadas a producir energa elctrica. - Estaciones elctricas conectadas a sistemas en los cuales al menos uno debe considerarse de alta tensin. - Cmaras, co nectadas a sistemas de media tensin. - Consumo, es una instalacin elctrica que incl uye aparatos utilizadores con conexin fija, los correspondientes circuitos de ali mentacin, y tambin los circuitos fijos destinados a alimentar tomas. COMENTARIO La s estaciones elctricas pueden tener las funciones de conversin, transformacin, regu lacin, reparticin de energa elctrica. Hay estaciones que tienen transformacin, en tal caso se tienen dos o ms sistemas de tensiones distintas. Hay estaciones que tien en un solo sistema, de una sola tensin nominal, y su funcin es interconexin.En rigor encontramos generalmente ambas funciones en una estacin elctrica (Ver figura 1.6). 1.5 - NODO - DESCRIPCIN Topolgicamente un nodo es un punto, pero es necesario desa rrollarlo suficientemente para poder dar cabida a los equipos que deben conectar fsicamente cada lnea al nodo (figura 1.7). El nodo debe tomar un cierto tamao fsico, para ser un nodo real (Estacin Elctrica).Efectivamente el nodo no puede realizarse con un punto, debe tener cierta extens in (geomtrica), para que pueda ser construido, dmosle forma de anillo, de el salen las ramas, los equipos de maniobra se pueden interponer en las ramas o en el ani llo (separando los puntos donde se derivan las ramas). Se pueden entonces conceb ir dos esquemas, uno en el cual los equipos (interruptores y seccionadores) que maniobran las lneas estn dispuestos sobre las lneas; otro en cambio dispone los int erruptores sobre los lados del polgono que representa el nodo real (figura 1.8). 1.6 - ESQUEMAS ELCTRICOS DE LAS ESTACIONES La formacin del nodo puede realizarse c on una barra a la que se conectan las ramas, o a travs de interruptores, estas do s formas de crear el nodo se llaman: - acoplamiento por barra. - acoplamiento po r interruptor.DEFINICIONES - Acople por barras, cada lnea que incide en las barras lo hace a tr avs de su interruptor. - Acople por interruptores, los interruptores estn dispuest os formando anillo, y las lneas inciden entre cada par de interruptores (Ver figu ra 1.8). COMENTARIO Ambos esquemas utilizan un nmero de interruptores igual al de lneas, en consecuencia, desde este punto de vista son equivalentes. El acople por interru ptores es frecuentemente denominado esquema en anillo. 1.7 - ESQUEMAS ELCTRICOS BS ICOS Y SU RELACIN CON LA RED El examen de una estacin elctrica muestra distintas pa rtes, reas y sectores. DEFINICIONES- Seccin de instalacin, es una parte que incluye equipos o aparatos orgnicamente ag rupados y conectados, caracterizados por una determinada tensin nominal, incluyen do sus estructuras portantes. En el caso particular de las Estaciones Elctricas l a seccin se denomina campo o vano (en ingles bay, algunos la llaman baha). - Table ro de control y comando, es el conjunto orgnico de dispositivos y aparatos (inclu idas sus estructuras portantes) alimentados por sistemas de baja tensin destinado s a medicin, comando, sealizacin, control, y proteccin de las mquinas, aparatos, y ci rcuitos de una planta elctrica, estacin elctrica o de un consumo. EJEMPLO Al observ ar una estacin elctrica encontramos los distintos campos: de lnea, transformador, a coplamiento, medicin, etc. Los diferentes equipos de los campos o vanos se comand an desde el tablero (Ver figura 1.9).BARRA PRINCIPAL Y BARRA DE TRANSFERENCIA La barra de transferencia est unida a ca da lnea mediante un seccionador, y a la barra principal por medio de un interrupt or, que puede reemplazar a cualquiera de los otros (figura 1.15). El conjunto interruptor de transferencia, barra de transferencia, y seccionador permite reemplazar cualquiera de los interruptores de lnea, posibilitndose as el ma ntenimiento de este ltimo.La dificultad se presenta con los transformadores de corriente y las proteccione s, que deben ser transferidas (si necesario) para que den la orden de disparo al interruptor adecuado. DOBLE BARRA Y BARRA DE TRANSFERENCIA Es anlogo al caso ant erior (figura 1.16). Se necesita interruptor de transferencia, y de acoplamiento , o se puede tener uno solo con ambas funciones, los seccionadores deben permiti r esta posibilidad, y los enclavamientos deben impedir errores. BARRA PRINCIPAL Y SEGUNDA BARRA TAMBIN DE TRANSFERENCIA. Esta posibilidad tambin s e obtiene con seccionadores, y los posibles errores exigen mas enclavamientos ya que el sistema trabaja como doble barra, o como barra principal y transferencia (figura 1.17).ESQUEMAS CON SECCIONADOR DE BY PASS Ciertos esquemas prevn un seccionador (Seccio nador de by Pass) que puentea al interruptor y permiten operar sin l, reemplazndol o por otro (figura 1.17). Un seccionador que puede cortocircuitar al interruptor, y las conexiones del int erruptor deben poderse desmontar con facilidad, si no ser necesario tener seccion adores a ambos lados del interruptor. Otra posibilidad es que el seccionador que hace de by-pass est puesto directamente entre barras y la salida de lnea, como se ha representado para el caso de segunda barra y barra de transferencia. ESQUEMA S EN HCon solo uno o mas interruptores, son esquemas muy simples y econmicos, frecuente mente usados en industrias o en distribucin pblica, en estaciones que son terminal es (figura 1.18). REFLEXIONES El esquema de la estacin, es una caracterstica que no se selecciona pa ra la estacin en si, sino que corresponde a toda la red, y debe tener en cuenta c ondiciones de la red. Si las lneas son relativamente cortas, es posible suplir la falta de una estacin, o de una lnea, con las vecinas, y entonces el esquema puede ser el mas simple y menos flexible. Cuando en cambio las lneas son relativamente largas y las estaciones son pocas, y poco conectadas entre si, no es posible su plir la falta de una lnea, o peor an de la estacin, en consecuencia el esquema debe ser mas complicado. 1.9 - ESQUEMAS DE ACOPLE POR INTERRUPTORES Los esquemas de la modalidad acople por interruptores, son esencialmente sistemas anillados, cua ndo se debe separar una lnea se deben abrir en la estacin dos interruptores, o mas , veamos los esquemas de este tipo:ESQUEMA EN ANILLO SIMPLE En el vrtice del polgono donde llega la lnea se tienen dos interruptores con los correspondientes seccionadores, la lnea requiere un seccio nador adicional para poderla separar, y volver a cerrar el anillo, si la operacin lo requiere (figura 1.19). Debe notarse que el nmero de interruptores es igual al nmero de terminales, como e n los esquemas de simple juego de barras. El esquema en anillo presenta la dific ultad del crecimiento, no es fcil ampliar la estacin agregando nuevas lneas, es un esquema no conveniente cuando se piensa que el desarrollo futuro obligar a amplia ciones. En la figura 1.20 puede observarse como se desarrolla el crecimiento en etapas del esquema en anillo.El anillo no debe superar los 6 u 8 terminales, adems no es posible separar la es tacin en nodos arbitrarios, como visto para el esquema de doble juego de barras. La ventaja del anillo es que permite acceder a cualquier interruptor, sin elimin ar ninguna lnea, solo debe abrirse el anillo. Este esquema es til cuando las lneas son relativamente largas, y no se pueden sacar de servicio. ESQUEMAS EN ANILLO D OBLE, ANILLOS MLTIPLES De complejidad creciente (figura 1.21 y figura 1.22). Esto s esquemas son complicados de entender, y muy poco intuitivos, baste observar la figura 1.22 que en dos formas representa el mismo esquema y corresponde a estac iones de 765 kV realizadas por HidroQuebec, en los aos 60 cuando la confiabilidad que se atribua a los interruptores de tan alta tensin era muy reducida.Hoy esquemas tan complejos de entender, construir y operar, no se logran justifi car fcilmente. ESQUEMA DE INTERRUPTOR Y MEDIO Este esquema tiene tres interruptor es entre dos barras por cada dos salidas (figura 1.23). En la figura 1.24 puede observarse como se desarrolla en etapas este esquema, qu e con tres o cuatro lneas, toma la configuracin de anillo. El esquema es utilizable cuando se tienen seis terminales o ms, con cuatro termin ales, no tiene sentido, se debe realizar el esquema en anillo, si se intenta rea lizar un esquema de interruptor y medio, de pondrn en serie dos interruptores sin mayor ventaja. Otro concepto importante de observar es que pese a que el esquem a tiene dos juegos de barras, el seccionamiento de barras no tiene mucho sentido , y menos an con utilizacin de interruptores de barras.ESQUEMA DOBLE BARRA DOS INTERRUPTORES POR LNEA Este esquema es til cuando el mante nimiento de los interruptores debe ser frecuente, se puede sacar de servicio cua lquier interruptor, o una barra sin afectar la continuidad de servicio (figura 1 .25). El esquema puede trabajar con todos los interruptores cerrados, y una falla en b arras no afecta la continuidad. A veces este esquema se adopta solo para las sal idas que sufren ms maniobras, o para las mas crticas, cuando no se quiere que el m antenimiento de un interruptor ponga la salida en crisis, y las salidas no crtica s se hacen mas simples, por ejemplo adoptando doble sistema de barras con un int erruptor por salida. COMPARACIN Y COMENTARIOS El esquema de interruptor y medio t ambin funciona con todos los interruptores cerrados, y entonces tiene caracterstic as parecidas al de dos interruptores por salida, pero las logra con menos interr uptores, y alguna mayor complicacin conceptual. Los esquemas de interruptor y med io o doble interruptor por salida no se conciben con barras partidas, ya que ese ncialmente se trata de esquemas que trabajan con ambas barras en tensin, y si se debe hacer alguna tarea de mantenimiento en una barra es posible conservar el no do sobre la otra barra.1.11 - TRANSFORMADORES EN BARRAS Las fallas en barras son muy poco frecuentes, t ambin las fallas de los transformadores bien construidos son muy poco frecuentes, a veces para limitar el costo de la estacin se propone conectar los transformado res a las barras a travs de solo seccionadores. La falla del transformador causar una salida de servicio de la barra afectada, se abre el seccionador de transform ador, y se reconstruye la barra, el interruptor de transformador hubiera evitado la salida de toda la barra. La falla de la barra implica la salida de servicio del transformador, el interruptor de transformador no evitara este evento, con so lo el segundo transformador se debe satisfacer toda la carga eventualmente aprov echando su capacidad de sobrecarga, situacin que tambin se presenta con la falla d e un transformador. COMENTARIOS Los diferentes esquemas se utilizan con distinta frecuencia en las redes, dependiendo su eleccin de razones econmicas, de operacin, etc. 1.12 - DISPOSICIONES BSICAS DE EQUIPOS - DESCRIPCIN El planteo de la disposi cin general debe tener en cuenta las lneas que llegan a torres (prximas a la estacin ) o prticos terminales, se debe lograr establecer una buena relacin entre la estac in y las lneas. Al tratar de realizar fsicamente el esquema elegido para la estacin elctrica, se debe pensar que esta es una construccin que se hace sobre la tierra, es una construccin que ocupa cierta rea plana. Actualmente se prefieren las dispos iciones que se extienden horizontalmente, y que permiten una menor altura de la construccin, ocupando mayor superficie.Los esquemas que se han analizado desde el punto de vista unifilar deben realiza rse fsicamente, se tienen tres conductores (el sistema es trifsico) y entonces es necesario disponer en dos planos distintos los conductores que corresponden a la s barras, y los de las derivaciones (lneas). El principal elemento que caracteriz a una disposicin constructiva es el seccionador, y su relacin con las barras. Gene ralmente las barras se encuentran en un plano horizontal y las partes en tensin d e los aparatos y sus conexiones se encuentran en otro plano (Ver figura 1.26) in ferior o superior.Desde el suelo observamos entonces una primera capa en la que circulan las perso nas en la estacin. Una segunda capa llega hasta el plano en que se tienen partes en tensin, y otra capa separa esta superficie de otra que contiene tambin conducto res en tensin. CLASIFICACIN Realicemos un esquema de simple juego de barras, podem os disponerlas en un plano superior a los equipos (barras altas), o al mismo niv el que las partes en tensin de los equipos, y poner las derivaciones arriba (barr as bajas, derivaciones altas). Un concepto de clasificacin puede ser la posicin re lativa de los distintos planos de tensin (figura 1.26).- Barras bajas, con derivaciones altas. - Barras altas, con derivaciones bajas. - Barras intermedias, con derivaciones altas y aparatos bajos. De las barras se pasa por el seccionador, al interruptor, transformadores de corriente, seccionad or de lnea, etc. y finalmente se llega a la lnea saliente. El otro aspecto a consi derar es el tipo constructivo de las barras, rgidas (tubulares) o flexibles (cabl es). Indudablemente la forma de los equipos que se utilizan, y como se instalan, y en particular los seccionadores es muy importante para avanzar en el diseo de la estacin. Otro concepto es la relacin entre las barras o los conductores de las derivaciones que pueden encontrarse: - Asociadas, las fases de un campo se encue ntran reunidas y adyacentes (figura 1.27). - Separadas, cuando las fases de un campo no se encuentran prximas; en cambio se observa que se encuentran reunidos los elementos que pertenecen a una misma fase (figura 1.28).Fases Mixtas, con este nombre se caracteriza una disposicin donde en las derivaci ones se encuentran reunidos los elementos de una salida (asociadas) , en cambio las barras tienen una disposicin del tipo separadas (figura 1.29). Volviendo a los seccionadores, los hay cuyos contactos se encuentran ambos en el mismo plano horizontal, por lo tanto interrumpen conductores que se deben encon trar en dicho plano (seccionamiento horizontal), y despus de cierto desarrollo pu eden pasar a otro plano. Otros tipos pueden unir niveles distintos, unen dos pla nos, atravesando una capa de aislacin, estos ltimos se llaman de seccionamiento ve rtical. En algunos diseos de estaciones se tienen hasta tres planos de tensin, deb ido a distintas necesidades que imponen los cruces. Es un ejercicio conveniente observar y analizar vistas, cortes y fotografas de estaciones elctricas tratando d e comprender su solucin constructiva, su esquema unifilar, y las razones del diseo adoptado. CONDICIONES A SATISFACER En el diseo de la estacin se deben satisfacer muchas cond iciones, y en particular: - flexibilidad y confiabilidad, ligadas a la estructur a de la red. - facilidades de mantenimiento, maniobra, circulacin, evolucin, ampli acin. - correctas distancias, y particularmente aislacin. - control de la inversin inicial, y costos de operacin.2 - COMPONENTES DE LA ESTACIN ELCTRICA ing. Alfredo Rifaldi - ing. Norberto I. Sir abonian Al observar la estacin, fotos o planos, vemos torres, estructuras donde e stn amarradas las lneas, y conductores (barras) de la estacin, llama generalmente l a atencin su tamao, la vista siguiendo estas estructuras sube. Encontramos conduct ores tensados entre aisladores, o sostenidos por ellos, debajo los equipos cuya cabeza se encuentra en tensin y estn sostenidos por aisladores y soportes estructu rales. Los conductores se deben unir entre s y a los equipos, mediante morseteria adecuada. En el suelo de la estacin observamos canales de cables, por los que co rren los cables de comando, medicin, proteccin que estn sumergidos en un ambiente d e elevada interferencia electromagntica (corrientes y tensiones elevadas son caus a de los intensos campos magnticos y elctricos que inducen en los cables sus efect os). En el subsuelo se encuentra tendida una red de tierra que tiende a mantener el suelo de la estacin con caractersticas equipotenciales, para evitar peligros a las personas y controlar interferencias electromagnticas. Adems se tienen obras c iviles, fundaciones, drenajes, caminos. En la estacin se encuentran adems edificio s, ya en el campo, kioscos, y fuera del campo, edificio de comando donde se conc entra esa funcin, medicin, proteccin, telecomando etc.COMPONENTES DE LA ESTACIN ELCTRICA En la Estacin Elctrica encontramos distintas cons trucciones, instalaciones y equipos con funciones particulares y caractersticas d efinidas. Ya hemos citado los distintos equipos de la estacin, pero conviene trat ar de hacer alguna clasificacin, en principio por funcin: - instalaciones y equipo s de potencia o principales: interruptor, seccionadores, transformadores de medi cin, descargadores, trampa de onda, transformadores de potencia. - instalaciones y equipos de control y auxiliares: comando, sealizacin, protecciones, servicios auxiliares, servicios esenciales. EQUIPOS PRINCIPALES Los equipos directamente relacionados con las magnitudes elct ricas en juego en la Estacin, son llamados equipos principales (figura 2.1)Las caractersticas elctricas principales de la estacin y de sus equipos estn relacio nadas con los niveles de tensin y cortocircuito. Los equipos de potencia, son adq uiridos y se instalan en la estacin, pero no son en general construidos especialm ente para la estacin en cuestin, se construyen bajo normas que imponen las caracte rsticas de inters y fijan los ensayos que las comprueban. Las caractersticas de los distintos equipos en muchos casos son comunes, en consecuencia primero individu alizaremos los equipos y luego, en modo comparativo, analizaremos sus caractersti cas.DEFINICIONES - INTERRUPTOR El interruptor es un aparato de maniobra mecnico, capa z de establecer, conducir e interrumpir corrientes en condiciones normales del c ircuito; y tambin de establecer, conducir por un tiempo determinado, e interrumpi r corrientes en determinadas condiciones anormales como las de cortocircuito (fi gura 2.2). Este es el aparato que ha sufrido mayores evoluciones y cambios en sus principio s de funcionamiento, casi podramos decir que es como si hubiese habido modas (aun que la realidad fuera consecuencia frecuentemente de dificultad tecnolgica) citem os solo los medios de interrupcin aire (comprimido), aceite, gas SF6, vaco.La forma de estos aparatos es de lo mas variada, se los puede clasificar en apar atos con tanque a tierra, o con tanque en tensin (muerto o vivo), entendiendo por tanque el contenedor (metlico o de material aislante) de los contactos. El nmero de interrupciones (o cmaras) en serie es otra caracterstica distintiva de las alta s tensiones, a medida que se avanza en el desarrollo en nmero de cmaras disminuye, aumentando simultneamente sus prestaciones. Cuando hay cmaras en serie se controla la distribucin de la tensin en tre ellas mediante capacitores, es as que el interruptor abierto conduce cierta c orriente, y por efecto capacitivo en su otro extremo aparece tensin. Algunos inte rruptores tienen cmaras de interrupcin (o de establecimiento de corrientes) en par alelo con las principales, y con resistores en serie, ya para lograr interrumpir ciertas corrientes (con resistores de apertura), o lograr limitar las sobretens iones de insercin de largas lneas (resistores de preinsecin). SECCIONADOR El seccionador es un aparato mecnico de conexin que asegura, en posicin abierta, una distancia de seccionamiento que satisface condiciones especificadas. Un seccionador es capaz de abrir y de cerrar un circuito cuando s e establece o interrumpe una corriente de valor despreciable, o bien no se produ ce ningn cambio importante de la tensin entre los bornes de cada uno de los polos del seccionador.Es tambin capaz de conducir corrientes en las condiciones normales del circuito, y de soportar corrientes por un tiempo especificado en condiciones anormales com o las de cortocircuito. Se presenta en una variedad de modelos, que muestran las figuras 2.3.a y 2.3.bSe los clasifica por el plano en que se mueven las cuchillas, vertical, horizont al, por la distancia de seccionamiento, tambin vertical u horizontal, por el nmero de columnas de aisladores que tienen por polo, dos o tres columnas, por la posi cin relativa de los polos, diagonal, paralelos, en fila india.La figura 2.3.a muestra el modelo de seccionador rotativo de tres columnas, la c entral mueve el contacto principal, y de tienen dos interrupciones por polo.La figura 2.3.b muestra el modelo de seccionador rotativo de dos columnas, cada columna sostiene medio brazo, la interrupcin se presenta en el centro del polo. M ecnicamente es mas complejo que el seccionador de tres columnas, ya que ambos pol os deben moverse sincronizados, para que el contacto se cierre con xito. La figur a 2.3.c muestra el modelo de seccionador pantgrafo de seccionamiento vertical, cada columna sostiene un brazo articulado que con su ma no busca cerrarse en el contacto fijo soportado por las barras tubulares o los c ables.Debe notarse que hay dos aisladores por polo, uno de soporte, y otro que transmi te el movimiento al brazo.La figura 2.3.d muestra el modelo anlogo pero con el seccionamiento horizontal, g eneralmente estos ltimos modelos utilizan los mismos componentes aplicados en otra forma como puede verse en las figuras. SECCIONADOR DE PUESTA A TIERRA El seccionador de puesta a tierra, tiene la funcin de conectar a tierra parte de un circuito.El seccionador de tierra generalmente est asociado a un seccionador principal. La aislacin entre contactos del seccionador de tierra puede ser menor que la aislac in entre contactos del seccionador principal asociado. Normalmente este seccionad or cortocircuita un aislador de soporte del seccionador principal al que se encu entra asociado. TRANSFORMADORES DE MEDICIN Los transformadores de medicin estn destinados a aliment ar instrumentos de medida, indicadores, registradores, integradores, rels de prot eccin, o aparatos anlogos. Segn la magnitud en juego se clasifican en Transformadores de Tensin y de Corriente. TRANSFORMADOR DE TENSIN Es un transformador en cuyo secundario, en condiciones no rmales de uso se tiene una tensin cuyo mdulo es prcticamente proporcional a la tens in primaria, y que difiere en fase en un ngulo prximo a cero, para una adecuada con exin. En alta tensin se encuentra conectado entre fase y tierra (figura 2.4), solo hasta 72.5 kV se encuentran construcciones para conexin entre fases (con dos ais ladores).TRANSFORMADOR DE CORRIENTE Los transformadores de corriente presentan una corrie nte secundaria cuyo mdulo es prcticamente proporcional a la corriente primaria y q ue difiere en fase en un ngulo prximo a cero. Los hay de distintas formas construc tivas, con ncleo en la cabeza (figura 2.5a), o con ncleo en la parte inferior. (fi gura 2.5b)DESCARGADORES El descargador es un aparato destinado a proteger el material elctr ico contra sobretensiones transitorias elevadas y a limitar la duracin y frecuent emente la amplitud de la corriente subsiguiente. Se considera que forma parte de l descargador todo espintermetro en serie, necesario para el correcto funcionamie nto del aparato en condiciones de servicio (figura 2.6).Modernamente se han impuesto los descargadores de xido de cinc que no tienen espi ntermetro en serie (aunque los hubo con). CAPACITOR DE ACOPLAMIENTO Tiene la funcin de acoplar los sistemas de telecomunica ciones en alta frecuencia a las lneas areas de alta tensin (figura 2.7).Los transformadores de tensin capacitivos pueden cumplir las funciones de transfo rmador de tensin y de capacitor de acoplamiento (figura 2.8).BOBINA DE BLOQUEO La bobina de bloqueo, tambin llamada Trampa de Onda, es un disp ositivo destinado a ser instalado en serie en una lnea de alta tensin. Su impedanc ia debe ser despreciable a la frecuencia de la red, de manera de no perturbar la transmisin de Energa, pero debe ser selectivamente elevada en cualquier banda de frecuencia utilizable para la transmisin por onda portadora. El equipo consiste e n un inductor principal, un dispositivo de proteccin, descargador, y un dispositi vo de sintonizacin (figura 2.9).AISLADORES Los aisladores son dispositivos que sirven para mantener un conductor fijo, separado y aislado de partes que en general no estn bajo tensin (a tierra). Los aisladores que sirven para que un conductor atraviese una pared se denomina n pasamuros. Se los denomina pasatapas cuando atraviesan la cuba de un transform ador o la celda metlica de una instalacin blindada. Podemos denominarlos genricamen te como aisladores pasantes. La definicin de stos incluye los medios de fijacin al tabique o pared a atravesar.2.3 - CARACTERSTICAS DE LOS EQUIPOS Para definir un equipo es necesario determina r sus caractersticas funcionales ligadas bsicamente a los parmetros tensin y corrien te. Analizaremos a continuacin cada caracterstica, primero independiente de los eq uipos a los cuales corresponde y luego particularizando las mismas a los equipos en cuestin y sus diferencias con otros. Las caractersticas elctricas de los equipo s de potencia, que se comprueban con ensayos, estn ligadas a su aislacin, y su cap acidad de transportar corrientes y sobrecorrientes. Se puede realizar una lista de estas caractersticas, el objetivo final es una tabla que relaciona equipos y s us caractersticas elctricas asociadas. - caractersticas ligadas a la aislacin: - ent re partes en tensin y tierra. - sobre el seccionamiento. - tensin nominal. - tensin de ensayo de frecuencia industrial. - tensin de ensayo de maniobra. - tensin de i mpulso atmosfrico. - caractersticas de transporte de corriente: - corriente nomina l, permanente. - corriente de breve duracin. - corriente de pico mximo. - poder de interrupcin. - otras caractersticas, mecnicas, dimensionales, etc.NUMERO DE POLOS En las instalaciones trifsicas algunos de los aparatos que se ins talan son tripolares (interruptores, seccionadores), otros en cambio son unipola res (Transformadores de medicin, descargadores, trampa de onda, capacitor de acop lamiento, aisladores). Este criterio se utiliza an para el equipamiento de muy al ta tensin donde tambin los aparatos tripolares estn formados por tres polos complet amente independientes. Efectivamente al hablar de un interruptor o seccionador s e los entiende como tripolares, mientras que un transformador de corriente, tens in, descargador etc. se entienden como aparatos unipolares. CARACTERSTICAS EN FUNCIN DE LA TENSIN - TENSIN NOMINAL La tensin nominal (Un) de un c omponente de un sistema es el valor de tensin con el cual se lo denomina y al cua l se refieren algunas de sus caractersticas. COMENTARIO En general la tensin nominal de un componente de un sistema correspond e al lmite superior de la ms alta tensin del sistema para la cual el aparato est pre visto. Se debe verificar que la tensin que se presenta en la red sea siempre infe rior a la tensin nominal de los aparatos. Esta referencia se hace, no para situac iones de breve duracin (Transitorias, Sobretensiones), sino para las condiciones de funcionamiento normal (permanente) de la instalacin.VALORES Para los componentes de los sistemas trifsicos, en general, la tensin (Un) coincide con la mxima tensin de lnea (tensin compuesta) y caracteriza la dimensin de los aisladores. Para el caso particular de los descargadores, que se conectan e ntre fase y tierra, su tensin nominal se elige en funcin de los mximos valores que puede alcanzar la tensin de fase. Esta situacin debe ser estudiada tambin frente a estados transitorios que se presentan en la red. Cuando se produce una falla en un punto de la red, las fases sanas pueden tomar valores de tensin de fase elevad a en funcin al grado de puesta a tierra que existe en el punto donde est instalado el equipo. FACTOR DE PUESTA A TIERRA El factor de puesta a tierra es la mayor relacin que se tiene entre la tensin en las fases sanas y la tensin sin falla, para falla en un punto dado de la red. Para determinar este factor se deben poner en cortocircuit o monofasico a tierra una fase y determinar las tensiones en las fases sanas. Pa ra un sistema rgidamente a tierra este factor debera ser 1, en un sistema aislado sin resonancias entre capacitancias de lneas y respectivas reactancias este facto r es 1.73, en general en los sistemas reales se considera que este factor asume valores intermedios. Se dice que un sistema tiene neutro a tierra cuando el fact or de puesta a tierra est comprendido entre 1 y 1.4.NIVEL DE AISLACION NOMINAL Con el nivel de aislacin nominal se definen las tensio nes de ensayo a frecuencia industrial durante un (1) minuto, y a impulso atmosfri co que determinan las caractersticas de aislacin del equipo. Para tensiones altas, segn las recomendaciones de la IEC, por encima de los 72,5 kV, el nivel de aisla cin se debe elegir teniendo en cuenta el grado de puesta a tierra. Para tensiones desde 300 kV se definen tensiones de ensayo de impulsos de maniobra y de impuls o atmosfrico para determinar las caractersticas de la aislacion. Si est asegurada l a condicin de puesta a tierra se pueden elegir valores menores, que corresponden a equipos con aislacin reducida, lo que implica una economa. OBSERVACIONES Los interruptores con aislacin reducida destinados a Sincronizacin, pueden requerir una tensin de aislacin a frecuencia industrial entre contactos del interruptor abierto, mayor que la normal. Este requerimiento es necesario con e l objeto de mantener la aislacin en condiciones de oposicin de fases, de los siste mas, a ambos lados del interruptor. Los seccionadores se caracterizan por tener una tensin de ensayo entre contactos abiertos que es superior a la tensin de ensay o hacia tierra y entre polos. La razn de esta condicin es garantizar la aislacin en tre las partes del sistemas que el seccionador separa.En efecto, si ocurriera una sobretensin en una parte del sistema, primero se prod ucira la descarga fase-tierra y en consecuencia la sobretensin no podra propagarse a travs de los contactos principales del seccionador. Cabe mencionar que para los interruptores ambos valores son iguales, debido a que la mayor aislacin necesari a, la tendrn siempre los seccionadores asociados. En cambio los descargadores, de stinados a conducir, no poseen las caractersticas de aislacin enunciadas anteriorm ente. CARACTERSTICAS DE DESCARGA Esta es una caracterstica que poseen exclusivamente los descargadores, cuya funcin es precisamente drenar las sobretensiones limitndolas. Es de importancia que los descargadores soporten las sobretensiones temporarias (dadas por una combinacin de valores tensin-tiempo). La caracterstica de descarga a tensiones de impulso atmosfrico y de maniobra permiten verificar las mximas soli citaciones de la aislacin. Tambin son caractersticas exclusivas de los descargadore s la tensin de cebado, y la tensin residual. LNEA DE FUGA Esta es una caracterstica relacionada tambin con la aislacin, se trata de asignarle en particular a la aislacin superficial, siempre necesaria en los di seos, una resistencia adecuada a la contaminacin que produce el ambiente.En las superficies de los aisladores se producen depsitos que afectan sus caracte rsticas en el tiempo. La defensa contra esta contaminacin es el aumento de la lnea de fuga de los aisladores (de 2 a 6 cm/kV fase tierra) segn sea la clase de poluc in. CARACTERSTICAS EN FUNCIN DE LA CORRIENTE Estas son caractersticas exclusivas de los aparatos que conducen la corriente. En consecuencia quedan excluidos los transf ormadores de Tensin, capacitores de acoplamiento, aisladores, etc. CORRIENTE NOMINAL (In) Corriente nominal en servicio continuo es el valor eficaz de la corriente que el aparato est en condiciones de conducir en forma permanent e, a la frecuencia nominal, manteniendo las temperaturas de sus diferentes parte s, dentro de valores especificados. COMENTARIO Como es lgico en estas condiciones no deben producirse deterioros ni e nvejecimientos acelerados, tanto para las partes conductoras como para las aisla ntes. Los seccionadores de puesta a tierra, cuya funcin no es conducir corrientes permanentes, no poseen esta caracterstica. PODER DE INTERRUPCIN Se trata de una caracterstica que corresponde a los interrupt ores.Poder de interrupcin de cortocircuito es la ms elevada corriente de cortocircuito que el interruptor debe ser capaz de interrumpir en condiciones de uso y comport amiento especificadas, con cortocircuito en bornes. COMENTARIO Las especificaciones (las normas) cubren aspectos que definen la comp onente unidireccional de la corriente, la tensin de restablecimiento a frecuencia industrial y transitoria, tiempo de actuacin de las protecciones y condiciones d el circuito. CORRIENTE DE INTERRUPCIN Es la que se presenta en un polo de interruptor en el in stante de inicio del arco, durante una operacin de apertura. Son de inters distint os tipos de interrupciones, algunas en condiciones normalizadas, y otras sujetas a acuerdo especial: - interrupcin de cortocircuito en bornes - interrupcin de fal la en lnea - interrupcin en discordancia de fase - interrupcin de lneas en vaco, y ca bles en vaco. - interrupcin de bateras nicas de capacitores - interrupcin de corrient es magnetizantes y pequeas corrientes inductivas. - interrupcin de bateras mltiples de capacitores - interrupcin de falla secundaria de transformadoresCOMENTARIO Las normas indican que deben ser objeto de especial acuerdo entre con structor y usuario las siguientes aplicaciones; - Interruptores conectados a gen eradores. - Interruptores conectados a transformadores, que aportan ms del 50% de la corriente correspondiente al poder de interrupcin del interruptor. - Interrup tores prximos a reactores serie. - Interruptores para bateras mltiples de capacitor es. PODER DE CIERRE O ESTABLECIMIENTO Es el mximo valor de cresta de la corriente que un interruptor puede establecer con una tensin especificada, y en condiciones de uso y comportamiento establecidas. Ciertos tipos de seccionadores de puesta a t ierra deben satisfacer este requerimiento, cuando se presenta la posibilidad de cerrarlos sobre una falla. Esta condicin exige en particular, que el comando del seccionador y su mecanismo de accionamiento sean particularmente rpidos, a semeja nza de un interruptor. TIEMPOS Y MODOS DE OPERACIN Los interruptores operan en modo trifsico y para ciert as aplicaciones se requiere la posibilidad de operacin monofsica. La secuencia de maniobras indica la sucesin de maniobras que el interruptor debe poder ejecutar ( apertura-tiempo-cierre apertura-tiempo-cierre apertura, por ejemplo: O-0,3s-CO-3 m-CO)Son caractersticas importantes el tiempo de cierre, y el tiempo total de interrup cin. El tiempo de cierre se mide desde la orden impartida hasta el efectivo cierr e de los contactos principales. El tiempo total de interrupcin cubre el tiempo de apertura desde que se imparte la orden hasta el inicio de separacin de los conta ctos de arco de todos los polos, y la duracin del arco desde la iniciacin del prim er arco hasta la extincin del ltimo arco. CORRIENTE DE BREVE DURACIN ADMISIBLE: Es la que un aparato puede soportar por un breve lapso, del orden de segundos y se indica por su valor eficaz. Este tiempo se lo denomina mxima duracin del cortocircuito. COMENTARIO: La solicitacin correspondiente es de caracterstica trmica respondiendo a una evolucin adiabtica, donde todo el calor generado es acumulado por las masas metlicas conductoras. Se acepta para tiempos distintos del indicado, que el valor I^2 t se mantiene constante. CORRIENTE DE CRESTA ADMISIBLE: Es el pico mximo de corriente (Is) que un aparato puede soportar. CAPACIDAD TRMICATambin esta es una caracterstica que poseen exclusivamente los descargadores, y es t representada por la energa (corriente, tiempo) que son capaces de drenar. CARACTERSTICAS PARTICULARES DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE Estas caracterstic as son: - Relacin de transformacin, que es la relacin entre las corrientes nominale s primaria y secundaria (Kn) . - Error de corriente, que es el que introduce el transformador en el mdulo de la corriente: e = (Kn * Is - Ip) / Ip - Error de ngul o, diferencia de fases entre corriente primaria y secundaria. - Prestacin nominal es la carga expresada por su potencia aparente y factor de potencia, referida c orriente nominal secundaria, a la que corresponden los valores lmites de error. Potencia nominal, o de precisin, es la que el transformador entrega a la corrien te nominal secundaria cuando tiene conectada la prestacin nominal. - Corriente trm ica y dinmica se controlan con el secundario en cortocircuito. - Corriente mxima p ermanente de calentamiento, es el mayor valor eficaz de la corriente que puede h acerse circular en el primario, sin que el calentamiento supere lmites establecid os.COMENTARIO: Segn la funcin del transformador de corriente, es de importancia su co mportamiento en el campo de sobrecorrientes, hasta el valor de corriente de cort ocircuito, en el punto de instalacin. Si el ncleo es de medida, y en sus secundari os se conectan dispositivos sensibles a las sobrecorrientes, debe en lo posible limitar la corriente secundaria, cuando se alcanzan valores elevados, debe ser e ntonces saturable. En general los modernos sistemas electrnicos, tienen autoprote ccin contra sobrecorrientes por lo que frecuentemente no es necesaria la saturacin del transformador. Cuando la funcin del equipo es registro de transitorios, que se producen particularmente con corrientes elevadas, los ncleos no deben saturars e, para que el registro sea fiel. Si el ncleo es de proteccin en cambio, debe esta r dimensionado de manera de no limitar la corriente secundaria, es decir no debe saturarse, debe tener pequeo error aun con corrientes elevadas. CARACTERSTICAS PARTICULARES DE LOS TRANSFORMADORES DE TENSIN Definiremos las carac tersticas particulares de los Transformadores de Tensin, ellas son: - Relacin de Tr ansformacin, que es la relacin entre las tensiones normales primaria y secundarias (Kn)- Error de tensin, que es el que introduce el transformador en la medida del mdulo de la tensin. e = (Kn * Us - Up) / Up - Error de ngulo, que es la diferencia de f ases entre las tensiones primaria y secundaria. - Prestacin nominal, es la carga expresada por su potencia aparente y factor de potencia referida a la tensin nomi nal secundaria a la que corresponden los valores lmites de error. - Potencia trmic a nominal, es la potencia aparente con factor de potencia unitario que el transf ormador puede entregar sin superar los lmites de temperatura establecidos. - Fact or de Tensin nominal, es la relacin respecto de la tensin primaria nominal del mayo r valor de tensin con el cual el transformador satisface especificaciones de cale ntamiento, por un tiempo determinado y respetando otras condiciones establecidas en las normas. En Alta Tensin se utilizan, tambin, transformadores de tensin capac itivos que estn esencialmente formados por un divisor capacitivo y un conjunto el ectromagntico reactor-transformador, dimensionado de manera tal que se comporte c omo un transformador de tensin inductivo (Ver figura 2.8). 2.4 - LAS ESPECIFICACIONES DE EQUIPOS Las caractersticas de los equipos son objet o de una tarea que se llama especificacin de los equipos y que puede considerarse centro de distintas actividades que conducen al proyecto de la estacin.Estudios de redes, cuando la red aun no existe, permiten aportar los valores de especificacin de los elementos, sobre redes existentes permiten juzgar el grado d e aprovechamiento de las caractersticas, y aportar informacin para evolucin del sis tema, o la adquisicin de componentes substitutivos. Experiencia de operacin, monta je, ensayos, aportan informacin de indudable valor, para ser tenida en cuenta en las especificaciones. Normas, son la base de las especificaciones, son el punto de referencia de los fabricantes de equipos, y la buena especificacin debe encont rar solucin en equipos reales, con experiencia constructiva, y no obligar a proto tipos proyectados a satisfaccin de una especificacin anormal (fuera de norma!). Tabla: caractersticas de los aparatos elctricos utilizados en estaciones elctricas Interruptor Seccionador Cuchillas de tierra Transformador de corriente Transform ador de tensin Descargador Capacitor de acoplamiento Bobina de bloqueo Aislador NORMA IEC (numeracin antigua) Interior exterior Estado neutro Ciclo operacin Tensin nominal Frecuencia nominal Tensin de ensayo a frecuencia industrial Tensin ensayo impulso de a o del de 56 129 129 185 186 99 . . . X X X X X X X X X X X X X X X X X X X XX X X X X X X X X XX X X X X X X X X X X X XX X X X X X X Caractersticas de descarga Corriente nominal Poder de X X X X X Xinterrupcin Poder cierre de X X X 3 X X 3 X X 3 X X 1 1 1 1 X X 1 1 Corriente de breve duracin Resistencia al pico Numero polos de Unificacin, las normas ofrecen muchas combinaciones de caractersticas, dentro de u na instalacin es bueno que no se presente una variedad grande de aparatos, mas bi en es preferible minimizar esta cantidad, esto significa menos repuestos, interc ambiabilidad. La especificacin debe tener en cuenta estas necesidades y lograr un a justa satisfaccin. Frecuentemente los diseos de un fabricante son modulares y ut ilizan los mismos componentes para realizar distintos aparatos. En las especific aciones se deben dar indicaciones que permitan seleccionar tipos constructivos y tratamientos adecuados. Se debe cuidar la adaptacin y la resistencia a la polucin , a la corrosin, la agresin qumica, o por microorganismos (por descomposicin especia lmente en climas tropicales). Se debe controlar la conservacin de caractersticas y dimensiones frente a grandes excursiones de temperatura, el envejecimiento debi do a temperatura, radiacin solar, choque trmico. Los equipos deben soportar choque s y vibraciones durante el transporte. La especificacin debe indicar condiciones anormales de: polucin, climas (tropical, desrtico, glacial), altitud, sismos (frec uencias, amortiguamientos). TIPOS CONSTRUCTIVOSEste es un tema largo y complejo, de alguna manera influenciado por la historia de la tcnica, por otra parte cada tipo de aparato presenta sus propias particular idades, a veces invisibles al usuario, hasta que le traen alguna consecuencia pa rticular. Bajando a ciertos detalles, las diferencias se notan de un fabricante a otro y/o de un pas a otro. Interruptores, su caracterstica mas saliente es el pr incipio de interrupcin, aceite, aire, gas SF6, y el numero de interrupciones en s erie (cmaras). Tambin puede observarse la forma, cmara contenedora de los contactos aislada o metlica, y posicin relativa de las cmaras cuando mltiples. Seccionadores, de una, dos o tres columnas, de tipo pantgrafo, con seccionamiento horizontal o vertical. Transformadores de corriente con ncleo en lo alto, o abajo, con distint as formas del arrollamiento primario de una sola espira, en horquilla, U, barra pasante, o de varias espiras, con varios primarios conectables en serie y parale lo o con derivaciones secundarias para tener distintas relaciones de transformac in. En algunas aplicaciones se utilizan transformadores de corriente montados sob re los aisladores pasantes, se los encuentra en transformadores de potencia y en interruptores con tanque a tierra (de gran volumen de aceite en el pasado, y ho y en algunos de SF6). Transformadores de tensin inductivos, con ncleos en cascada, o capacitivos. Transformadores de potencia, monofsicos, trifsicos, de dos o tres arrollamientos, distintos tipos de refrigeracin exterior aire natural, forzado, c on aerotermos, o refrigerados con agua.UTILIZACIN DE LOS APARATOS La maniobra de los interruptores se caracteriza por la rapidez, mientras que los seccionadores se mueven en forma relativamente lenta, los primeros deben interrumpir cualquier tipo de corriente, mientras que los se gundos estn llamados a interrumpir corrientes dbiles. La interrupcin de corrientes por los seccionadores, corrientes de transformadores de tensin, transformadores en vaco, barras (capacitivas), lneas en vaco, producen fenmenos de oscilaciones y propagacin de sobretensiones, que en algu nos casos merecen estudios especiales. Los transformadores de corriente deben al imentar las protecciones que frecuentemente miran en direcciones opuestas, o que cumplen distintas funciones (proteccin de barras, de lneas), generalmente se util izan ncleos distintos. En algunos casos se prefieren transformadores separados, e sto solo se justifica para independizar las relaciones de transformacin. En algun os casos se han puesto transformadores de corriente a ambos lados del interrupto r, aparentemente para solapar zonas de proteccin, esto solo se justifica para el caso de interruptores con tanque a tierra (donde por otra parte los transformado res de corriente, de tipo barra pasante son de costo mnimo). Para interruptores c on tanque vivo (en tensin), los transformadores de corriente deben ser con aislac in y se justifica plenamente estudiar las alternativas de alimentacin de las prote cciones para no duplicar los transformadores de corriente.Transformadores de tensin, cuando en barras para el sincronismo se requiere al me nos uno, cuando en lnea se utilizan para medicin y protecciones, son necesarios tr es. Para facturacin por clase y prestacin se prefieren transformadores de tensin in ductivos. Otra ventaja de los transformadores inductivos es mejor respuesta tran sitoria (menos retardo). Los transformadores capacitivos en general cuestan meno s (lo que se nota a mayor tensin) y pueden asumir la funcin de capacitor de acople para la onda portadora. La onda portadora se puede instalar en una o dos fases, y se la utiliza para comunicaciones, comando y proteccin, aunque otro canal de c omunicaciones posible y muy bueno es fibra ptica dentro del cable de guardia (de la lnea). A veces por economa no se instala el descargador de lnea, un espintermetro cumple esta funcin. Si la lnea no esta en uso, se encontrara conectada a tierra p or lo que el descargador no seria aprovechado. Si en cambio la lnea esta en uso l os descargadores internos de la estacin (prximos a los transformadores) debern cump lir su funcin. 2.5 - EDIFICIOS - FUNCIN Proteger las instalaciones y personal de operacin en todo o en parte de las inclemencias atmosfricas. COMENTARIOSSe pueden concebir dos casos extremos, toda la instalacin a la intemperie o toda la instalacin contenida en un edificio. Siempre la instalacin debe ser separada en partes, y lo que corresponde a tableros de control y comando, generalmente requ ieren un edificio por dos razones; proteccin de los componentes y proteccin del pe rsonal de operacin. Tambin las instalaciones de distribucin en media tensin, cuando existen, es conveniente que sean alojadas en un edificio. Ciertos servicios auxi liares, como por ejemplo el aire comprimido, requieren tambin su edificio. Ejempl o: Generalmente vemos que una estacin elctrica tiene un rea a la intemperie, campos o vanos; un edificio, dividido en salas, que contienen las instalaciones de med ia tensin tableros de control y comando, otras salas de servicios varios, etc. CLASIFICACIN Los edificios reciben distintos nombres segn la funcin que tienen, ent re ellos tienen adems distintas relaciones. Edificio de comando, es aquel en el q ue se alojan los tableros de comando y los sistemas de protecciones, en este edi ficio vive el personal que supervisa la estacin y en consecuencia son importantes sus caractersticas de habitabilidad. Edificio de media tensin, es aquel en el que se alojan los tablero s de media tensin, (cuando corresponda), en este edificio el personal se encuentr acircunstancialmente, mantenimientos. como ser en las emergencias y durante los Casetas (y/o Kioscos), particularmente cuando el rea cubierta por la estacin es gr ande, parte de los equipos de comando y proteccin no se instalan en el edificio d e comando sino prximos a los equipos de potencia, dentro de pequeos edificios cuya funcin es brindarles abrigo, y condiciones ambientes controladas. Por distintas razones pueden aparecer otros edificios, destinados a talleres, portera, vivienda del personal, etc. COMENTARIO En algunos casos todas las instalaciones de alta tensin se encuentran alojadas en un edificio. Esta situacin se presenta por necesidades particulares, como por ejemplo ofrecer proteccin de la contaminacin atmosfrica, o bien evitar que la estacin, perturbe el ambiente que la rodea como por ejemplo en las ciudades. Cuando toda la instalacin debe alojarse en un edificio es fundamental lograr mini mizar el costo de este, que puede ser una parte muy importante dentro del costo total de la estacin. 2.6 - CONSTRUCCIONES - CLASIFICACIN En la estacin nos encontramos con distintas co nstrucciones (excluidos los edificios ya tratados) y que tienen distintas funcio nes: - Prticos, de amarre de lneas que llegan a la estacin, de amarre de los conduc tores de la estacin, barras, derivaciones, etc.- Estructuras soporte, de los distintos equipos de potencia, interruptores, secc ionadores, transformadores de medida, descargadores, aisladores, cajas, etc. - F undaciones de los prticos, de los soportes, etc. - Canales, canalizaciones de los cables, entre los equipos y los tableros de comando. - Caminos de circulacin par a control y mantenimiento. COMENTARIO Particular importancia y costo tienen las fundaciones de los transformadores de potencia. Estos equipos poseen una gran ca ntidad de aceite (aislante), por lo que el peligro potencial de incendio es gran de. Efectivamente han ocurrido accidentes graves, se trata de un incendio de hid rocarburos, por lo que a veces el proyecto, cuando se le asigna gran importancia a este riesgo, queda muy condicionado y exige construcciones complicadas. La fu ndacin del transformador, que podra haber sido una simple platea de hormign, se tra nsforma en una pileta de recoleccin de aceite y eventualmente con un pozo cistern a. Cuando se considera necesario los transformadores se separan con muros parall amas cuya funcin es condicionar la propagacin del incendio. 2.7 - SISTEMAS DE COMANDO Y PROTECCIN - COMENTARIOHaciendo una comparacin con el cuerpo humano, puede compararse el sistema de coma ndo de la estacin al sistema nervioso, cuyo objeto es que el sistema muscular (in stalacin de potencia) cumpla su funcin. COMPONENTES El sistema de comando y protec cin se implementa en tableros que incluyen los aparatos que desarrollan las funci ones especficas (figura 2.10) En estos tableros encontramos rels, manipuladores, indicadores, etc. Los tableros de comando transmiten las funciones a los equipos de potencia mediante la red d e cables de control multipolares. 2.8 - SISTEMAS AUXILIARES - COMENTARIOEl funcionamiento de la estacin, como el de toda instalacin, requiere distintos su ministros, de energa elctrica para fuerza motriz, iluminacin, control, etc. Otros s uministros como gas, agua, aire comprimido, etc. y los correspondientes drenajes . Estos sistemas tienen distintas importancias relativas, pero todos existen y s on necesarios. AUXILIARES ELCTRICOS Tienen por funcin la alimentacin de energa elctri ca que se utiliza en las distintas funciones. Una falla que afecta el funcionami ento de la red elctrica puede tener efecto en los servicios auxiliares, ya que po r esa causa estos pierden su alimentacin, y no pueden funcionar correctamente. CL ASIFICACIN Segn el grado de importancia que los auxiliares tienen para el funciona miento de la instalacin, se los clasifica en distintos niveles. Se trata de tener fuentes de alimentacin de mayor confiabilidad, y a ellas se asignan los servicio s que requieren la mxima continuidad de alimentacin. Estos se llaman servicios ese nciales. De las fuentes de menor grado de confiabilidad se alimentan los servici os menos crticos. Generalmente el sistema ms seguro es una instalacin con bateras de corriente continua. Ciertas instalaciones poseen un grupo electrgeno de emergenc ia. Los sistemas menos crticos se alimentan en corriente alterna desde cualquier punto de la red.COMPONENTES En la red de servicios auxiliares encontramos: Transformadores de me dia a baja tensin que es finalmente la tensin de utilizacin. Tableros de distribucin , de donde se alimentan los servicios individuales. Sistema rectificador y batera , que forman las fuentes de suministro continuo al que se atribuye mxima confiabi lidad. Red de cables que proveen la energa en los puntos en que los consumos lo r equieren. 3 - LA INGENIERA BSICA 3.1 - GENERALIDADES Los estudios del sistema definen la est ructura de la red y su futura evolucin, para que pueda responder a la demanda. La concepcin tcnica debe dar soluciones satisfactorias en cuanto a regulacin de tensin , coordinacin de la aislacin, control de las potencias de cortocircuito, control d e la estabilidad transitoria, etc. Las estaciones que se construyen cubriendo di stintas etapas de la evolucin de la red deben quedar adaptadas al conjunto durant e toda su vida. CRITERIOSAs tambin requerimientos de uniformidad y de normalizacin exigen seleccionar equipo s de caractersticas adecuadas a lo largo de toda la vida de las obras. Hay criter ios de divisin de la red en jerarquas, limitacin de niveles de cortocircuito, desce ntralizacin, desacoplamiento, conexin de neutros a tierra, etc. que son fijados po r consideraciones anteriores al inicio del proyecto de la estacin elctrica. Es ms, la uniformidad fija tambin condiciones de esquemas de estacin, o al menos tiene gr an influencia en estas decisiones. CONCEPTO Este conjunto de informacin, unido a los criterios de preferencia de operacin y mantenimiento, condicionado eventualme nte por los equipos que se utilizarn constituye un volumen de documentacin que pue de llamarse la ingeniera bsica del proyecto de la estacin. El primer escaln del proy ecto es llevar la ingeniera bsica a un suficiente grado de desarrollo, dentro del campo en el cual los detalles no son fundamentales. Un buen desarrollo de ingeni era bsica de todos modos debe tener en cuenta los detalles y fijar criterios de di seo de cada uno de ellos. DEFINICIN La ingeniera bsica define los aspectos esenciale s de la obra, y est formada por el esquema unifilar, los esquemas de principio de la lgica, las plantas y cortes bsicos, los criterios de diseo a aplicar, las espec ificaciones bsicas, etc.Es difcil fijar un claro lmite entre esta ingeniera bsica y la ejecutiva de detalle, pero debe recordarse que la ingeniera de detalle es finalmente la que proyecta l as soluciones que se construyen. Como toda obra de ingeniera, la estacin elctrica, especialmente si es de gran tamao, interacta con el ambiente, influyendo sobre l y recibiendo su influencia. En esta etapa del desarrollo del proyecto se deben det erminar los factores que influyen en el proyecto ejecutivo, y que permitirn desar rollarlo sin prdidas de tiempo. Es este el momento en que se deben determinar las condiciones ambientes, las hiptesis de clculo a utilizar, y en particular las nor mas, los coeficientes de seguridad, o los valores aceptables si se aplican crite rios probabilsticos. 3.2 - OBJETIVOS DEL PROYECTO El proyecto en la etapa de ingeniera bsica define los objetivos, que se buscarn en el proyecto, stos son: - Confiabilidad, ligada a equ ipos y tecnologa que garanticen un servicio largo y precisamente confiable. - Seg uridad, la disposicin fsica, y el diseo elctrico deben proveer la mxima seguridad par a el personal de operacin y para el servicio pblico. - Flexibilidad, que permite e nfrentar las condiciones de emergencia, las que exigen una operacin que aproveche al mximo la capacidad de los equipos. - Simplicidad, que brinde mxima proteccin, f acilite los ensayos y requiera mnima instruccin.- Normalizacin (Standarizacin) haciendo mximo uso de equipos y construcciones inter cambiables para minimizar repuestos y simplificar el mantenimiento. Algunos de e stos objetivos son contrapuestos. Para cada uno el lmite depende de lo que se des ea alcanzar en los restantes. En la disposicin de la solucin constructiva se debe tambin considerar el acceso para mantenimiento, ampliaciones, y todo esto sin sac rificar las restantes cualidades. 3.3 - RELACIN CON EL AMBIENTE ELCTRICO - LA CONCEPCIN Las estaciones elctricas que s e proyectan, como as tambin las lneas, se insertan en un ambiente elctrico que las r odear (otras lneas, estaciones, y en general otras obras), y en el que vivirn su vi da til. Un proyecto debe tener en cuenta que caractersticas del ambiente lo condic ionan y adems, la influencia que el proyecto ejerce sobre el ambiente mismo. El a mbiente elctrico es en particular el sistema elctrico que recibe la obra, y en gen eral el sistema fsico en el cual se sienten los fenmenos elctricos y sus consecuenc ias. De alguna manera debe pensarse que la obra se inserta en el ambiente en que vive, es importante la adaptacin de la obra al ambiente y viceversa. LOS CAMBIOS Quienes viven en la proximidad de la obra, sufren las consecuencias del cambio de ambiente que esta provoca, a su vez la obra recibe la influencia del ambiente que la rodea.El ambiente con el tiempo cambia, y esta condicin se debe tener especialmente en cuenta a riesgo de encontrarse en un cierto momento con una obra inadaptada. Obsr vese ligado al crecimiento de las ciudades, como ciertas redes que nacieron para transporte, se transformaron en redes de distribucin. GENERACIN Y TRANSPORTE Existen grandes centros de consumo de energa, y lugares don de es conveniente establecer grandes centros de produccin, en general la distanci a entre centros no es despreciable. Se presenta entonces la necesidad de transpo rtar energa, nos interesa en particular la energa elctrica, destacndose la ventaja d e que los distintos centros se encuentren interconectados. As es que las redes elc tricas se han desarrollado, quizs inicialmente como redes radiales, pero evolucio nando rpidamente a formas complejas, malladas. EJEMPLO La figura 3.1 que correspo nde a la red elctrica argentina del ao 1985, muestra la caracterstica de mallado, y es interesante recordar que su evolucin comenz con solo un sistema radial.La imposibilidad prctica de acumular energa elctrica requiere capacidad para transm itir grandes potencias, y la historia de la transmisin elctrica ha visto crecer el parmetro tensin. Un mismo problema puede ser correctamente resuelto con distintos valores de tensin, la tendencia de distintos piases ha sido adoptar algunos poco s valores entre las tensiones normalizadas propuestas a nivel internacional.LAS TENSIONES La relacin entre dos escalones sucesivos de tensiones es un valor c omprendido entre 2 y 2.5, es as que cuando se adopta un nivel de tensin, el escaln superior solo aparece cuando se hace necesario duplicar (o ms, actualmente) la te nsin. La adopcin de valores de tensiones, sin cumplir estas reglas, no ofrece vent ajas, mientras crea graves dificultades futuras para poder realizar la intercone xin. La diferencia entre valores de tensiones marca tambin la diferencia entre fun ciones que desarrollan las redes a distinta tensin. RELACIN ENTRE ESCALONES DE TENSIN En el pas tenemos sistemas de 145 - 245 - 362 - 5 25 kV con una escala de relaciones 1.7 - 1.5 - 1.4, si teniendo en cuenta que el sistema de 362 kV est aislado del resto, lo eliminamos, la escala queda 1.7 - 2. 1 comparable a las soluciones de otros piases. As es que si miramos el desarrollo de redes elctricas en distintas regiones observamos que peridicamente se les supe rpone una red con tensin 2 a 3 veces mayor. Quizs tambin esa superposicin marca el f in del crecimiento de la red de tensin inmediata inferior, o en algn caso su no ap aricin, llegndose a una relacin entre tensin de transmisin y de distribucin de 3 a 4. En muchos ejemplos en nuestro pas solo encontramos 145 - 525 kV con una relacin 3, 6.REFLEXIONES El avance a escalones de la tcnica fue poniendo en evidencia la disti nta importancia relativa de ciertos temas en relacin a otros, y se observa que no siempre es vlido el criterio de extrapolar los conocimientos y experiencias disp onibles para las tensiones inferiores. EJEMPLO La figura 3.2 muestra las tension es normales nominales y la relacin entre pares de valores. Se ha marcado la faja de valores entre 2 y 4 y se destacan las relaciones que corresponden a 525 kV co mo tensin superior y como tensin inferior 145 kV.3.4 - EL SISTEMA ACTUAL Y FUTURO - CONOCIMIENTO DEL SISTEMA Para poder lograr un a correcta adaptacin al sistema (ambiente) de la estacin elctrica, debe conocerse s uficientemente el sistema elctrico y su evolucin esperada. Lo primero que se obser va es la estacin, o se inserta en una red existente, o se realiza junto con las ln eas de la red que se desarrolla. INSERCIN EN EL SISTEMA Una estacin pertenece a un sistema elctrico, y no puede ser considerada separada de l, es ms, el sistema tien e un estado actual y un desarrollo esperado futuro, y la estacin debe integrarse a toda la vida del sistema. El sistema generalmente cambia su funcin a medida que pasa el tiempo, as es que un sistema nacido para la transmisin puede convertirse en un sistema de distribucin, las estaciones deben adaptarse a las distintas exig encias que esto implica. ADAPTACIN AL SISTEMA La estacin se concibe para el sistema en cual se incluye, el desarrollo del sistema, su futuro, deben ser considerados y tenidos en cuenta de sde el inicio del proyecto. La red debe alcanzar una configuracin final, a travs d e etapas intermedias que corresponden a distintas configuraciones. La incertidum bre que acompaa a la configuracin final, obliga a estudiar alternativas de conecti vidad y de funcionamiento. La solucin de proyecto debe permitir la fcil adaptacin d e alternativas distintas a la solucin final considerada como bsica.Cuando se proyectan las estaciones de un sistema nuevo, es indispensable dispone r de los esquemas de la red futura, en sus distintas alternativas planificadas. El proyecto debe satisfacer las configuraciones finales futuras, y de ellas se d ebe lograr la solucin satisfactoria actual, y las etapas intermedias posibles. IMAGINACIN Y DOCUMENTACIN A pesar de eso el proyectista debe forzar su imaginacin p ara permitir la mxima flexibilidad futura, y cuando no dispone de los planes futu ros, debe imaginarlos y documentar lo estudiado. Cuando se hagan las ampliacione s la documentacin de lo existente, y los esbozos de posibles ampliaciones estudia das, sern valiossima informacin para enfrentar esas tareas. En los casos de ampliac in la documentacin de lo existente es de importancia bsica, es plenamente vlido el p rincipio de no innovar. LA VIDA TIL Cuando se proyecta una obra, es importante tener presente su vida til, nuestras obras elctricas se piensan para su desarrollo de 20 aos y una mxima vida de 30-50 aos... despus corresponde su demolicin y el reemplazo. Quizs un desarrollo explosivo, haga que las obras resulten obsoletas en plazos menores, entonces tam bin se habrn amortizado antes.Quizs si el desarrollo se inhibe, la vida de las obras deba prolongarse, lgicament e las menores solicitaciones permitirn aprovecharlas por ms tiempo. 3.5 - LA RELACIN CON LA ECONOMA La vida de las obras y su estado se mide en trminos econmicos, lamentablemente la mala economa esconde y disimula, tanto los errores como los aciertos tcnicos. El rendimiento de una obra, el valor de reposicin, el v alor de recuperacin, son elementos que permiten medir si una obra debe mantenerse o modificarse y quizs demolerse y reemplazarse. La buena economa, permite acertar en las decisiones que pareciendo tcnicas son en rigor tcnico econmicas. 3.6 - DETERMINACIN DE LOS DATOS BSICOS - SOBRETENSIONES EN EL SISTEMA Al proyectar un sistema, en desarrollo, se realizan muchsimos estudios en distintas condicion es de funcionamiento. La gran cantidad de resultados que se obtienen de los dist intos estudios sirven para varios usos y en particular para un acertado dimensio namiento de la aislacin, y definicin de las distancias elctricas, que influyen dire ctamente en el costo de la obra. REGISTROS DE LO EXISTENTE En un sistema existen te, los registros de las distintas variables, permiten la comprobacin de los mode los utilizados.Hoy no existe dificultad tcnica para realizar gran cantidad de registros en modo confiable y fcil, y la sntesis es tambin facilitada por el clculo automtico. La enorm e cantidad de informacin que puede recogerse, para que efectivamente sea til, obli ga a un enorme esfuerzo de sntesis. Estos resultados experimentales permiten logr ar una valiosa experiencia para los sistemas actuales y sobre ella lograr mejore s aproximaciones de las situaciones futuras. CLASIFICACIN DE LAS SOBRETENSIONES La figura 3.3 muestra una comparacin entre la d uracin de los distintos tipos de sobretensiones que se presentan en el sistema elc trico.- La tensin mxima que puede presentarse en modo permanente, define la tensin nomina l de los equipos. - Las sobretensiones temporarias, resultan de cambios de confi guracin de la red, y se presentan ante prdidas de carga, resonancias, fallas a tie rra. Suduracin es del orden del tiempo de actuacin de los reguladores o las protecciones. El nivel de las sobretensiones depende de la configuracin de la red y del punto considerado, y en general es tanto menor cuanto ms mallada es la red y cuantas ms puestas a tierra de neutros se tengan. Para limitar las sobretensiones temporari as, en caso de falla, en las fases sanas, se trata de lograr cierta relacin entre la impedancia a la secuencia cero y la impedancia de secuencia directa (Zo meno r de 3 * Zd). Las sobretensiones de maniobra se presentan ante los cambios brusc os de configuracin de la red, asociadas a cierres y aperturas de interruptores o a fallas. Se trata de rpidos transitorios, que dependen de la configuracin de la r ed y de otras circunstancias que obligan a considerarlos aleatorios. Se presenta n por interrupciones de carga reactiva, de lneas de transformadores, por fallas, durante el cierre y el recierre, etc. El valor de e stas sobretensiones aumenta por la carga residual de las lneas, o por reencendido s durante las interrupciones. - Sobretensiones atmosfricas se presentan ante fall as del blindaje dado por el hilo de guardia y la sobretensin puede provenir de un a lnea o producirse en la estacin. La descarga en la estacin es poco probable, por la superficie relativamente reducida, en comparacin a la lnea. La descarga puede s er directa pero un buen blindaje garantiza contra este efecto. Tambin puede produ cirse contorneo inverso de la cadena de aisladores. Esta situacin es muy poco pro bable que se presente en la estacinpor la baja resistencia de puesta a tierra de la misma, pero es probable en la ln ea, y de esta manera se originan las sobretensiones atmosfricas que penetran a la estacin. Las sobretensiones atmosfricas, conducidas por las lneas, sufren en la es tacin reflexiones mltiples que deben ser evaluadas a fin de comprobar que los valo res alcanzados se mantienen bajo control. Mientras que las sobretensiones atmosfr icas afectan una sola fase, las sobretensiones de maniobra afectan a dos o las t res fases simultneamente; es entonces importante el estudio de su efecto sobre la aislacin fase-fase. Cada punto del sistema elctrico se caracteriza por distintos valores de sobretensiones de los distintos tipos, modernamente estos valores se definen en forma estadstica. La presencia de descargadores de xido de cinc, autovlv ula o cuernos modifica los valores de las sobretensiones. En particular los desc argadores deben drenar las sobretensiones atmosfricas. En ciertos casos se desea que drenen y limiten las sobretensiones de maniobra; lgicamente deben ser adecuad os para soportar la solicitacin consiguiente. Las sobretensiones temporarias en c ambio no pueden ser drenadas por su excesiva duracin. Los valores que deben sopor tar las aislaciones se eligen entre ciertos valores normales propuestos por las normas IEC y que se han reunido en la figura 3.43.7 - CORRIENTES NORMALES Y DE FALLA - LOS ESTUDIOS Los estudios de flujos de ca rga definen corrientes trmicas permanentes en las distintas lneas y en los distint os componentes de la estacin. Las condiciones a estudiar son las normales y las d e emergencia. Los estados de carga deben tener en cuenta sobrecargas admisibles de los equipos ms importantes. Lgicamente estos estudios deben hacerse para las co ndiciones de funcionamiento actuales y futuras, obtenindose finalmente la mxima co rriente que afecta cada elemento de la instalacin.Otra de las utilidades de estos estudios es la verificacin del rango de regulacin de los transformadores, que debe ser suficiente para el punto en cuestin, y unifo rme entre todos los transformadores del sistema. Los estudios de cortocircuito, en distintos puntos y en distintas condiciones de la red, definen las corrientes de falla, que en definitiva afectan a cada componente, y tambin para este caso h ay que individualizar el valor mximo. Los estudios pueden sugerir la adopcin de ci ertas soluciones, o de cierta configuracin de red, tratndose de limitar corrientes de falla o canalizar los flujos de potencia. A quien trabaja en el diseo de la e stacin solo interesan ciertos resultados de los estudios, que definen caracterstic as de los componentes de la estacin, aparatos, barras, aisladores, conexiones, en tre otros. LOS NIVELES DE CORTOCIRCUITO En pases donde se presentan niveles de co rtocircuito elevados se trata de limitar la corriente de cortocircuito monofsico, de manera que al menos no supere la trifsica, para esto la reactancia de secuenc ia cero debe ser mayor que la directa. La definicin de corrientes trmicas normales y de corrientes de falla permite fijar valores que definen caractersticas princi pales del equipamiento y soluciones constructivas aceptables. Los equipos deben seleccionarse entre los que existen en el mercado; disminuir prestaciones por de bajo de las normales no ofrece ventajas econmicas y disminuye el nivel de las gar antas tcnicas.Por otra parte prestaciones exageradas llevan a soluciones con muy pocos aparato s posibles, que adems sern probablemente poco difundidos, o de diseo viejo. RELACIN ENTRE CORRIENTES Entre corrientes normales y de cortocircuito debe haber cierta relacin. La mxima diferencia lgica es de 5 a 100; fuera de este campo casi p odra decirse que la solucin acarrear problemas. Los transformadores de corriente de ben funcionar correctamente en condiciones normales y frente a sobrecorrientes mximas de falla. Cuando las corri entes de falla son menores los requerimientos de mantenimiento sern en general me nores. 3.8 - INTERFERENCIA EN RADIO Y TELEVISIN - LAS MOLESTIAS En la proximidad de las obras elctricas de alta tensin se observa la presencia de una molestia en la recep cin de seales de radio y de televisin (perturbaciones). Estas molestias son produci das localmente en ciertos puntos; se originan en descargas, y se irradian al esp acio, o se transmiten por conduccin a las lneas y se propagan finalmente al espaci o. El disturbio producido por las lneas es naturalmente mas importante por su may or rea de influencia, comparativamente la estacin es prcticamente una obra puntual. El disturbio de la estacin no es en general importante si no intervienen las lnea s en propagarlo. Si el disturbio total producido por la estacin es menor enmagnitud que el correspondiente a las lneas su importancia entonces no ser decisiv a. La radiointerferencia en el despoblado donde no hay receptores de radio, es p or otra parte menos importante que en las zonas urbanas, pero este efecto tambin esta ligado a la relacin seal ruido. Se observan perturbaciones de frecuencia esta ble (modulada), banda estrecha, caractersticas del ambiente industrial, y de espe ctro amplio, oscilaciones libres amortiguadas, que barren un espectro amplio de frecuencias. ORIGEN DE LOS DISTURBIOS Las perturbaciones estn ligadas a la intensidad del camp o elctrico (en la superficie del conductor), al efecto corona en condiciones mete orolgicas desfavorables, en particular con gotas de lluvia. El llamado efecto cor ona, ligado a perdidas cuando de valor importante, produce efluvios cuando es in cipiente, generando campos de alta frecuencia que interfieren con seales de comun icaciones. El efecto corona es un fenmeno local, que depende del gradiente, del e stado superficial del conductor (polvo, grasa, agua),y del ambiente (presin, hume dad), se estudia con mtodos experimentales. El disturbio de radiointerferencia de pende de los equipos que se instalan en la estacin, de las soluciones constructiv as adoptadas y de los accesorios utilizados. Los elementos fuente de estos distu rbios son conductores, aisladores y morseteria, el fenmeno esta ligado a falsos c ontactos (100 MH) y/o ionizacin(10 a 20 MH, descargas en gases, descargas parciales, con campo int