Elaboracion Del Diagrama de La Subestacion Electrica y Planta de Emergencia (Trabajo de Investigacion)

7/23/2019 Elaboracion Del Diagrama de La Subestacion Electrica y Planta de Emergencia (Trabajo de Investigacion)

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INGENIERIA

ELECTRICA

DIEGO ARMANDO ROSALES DIAZ

E07021109

08/06/2012

ELABORACION DEL DIAGRAMA

UNIFILAR DE LA SUBESTACION

ELECTRICA DEL HOSPITAL

GENERAL DE VERACRUZ DE

PETROLEOS MEXICANOS


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INSTITUTO TECNOLOGICO DE VERACRUZ

ELABORACION DEL DIAGRAMA DE LA SUBESTACION ELECTRICA Y PLANTA DEEMERGENCIA DEL HOSPITAL GENERAL DE VERACRUZ DE PETROLEOS MEXICANOS

INDICE GENERALINTRODUCCION- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4

JUSTIFICACION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 6OBJETIVOS GENERALES- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 7CARACTERIZACION DEL AREA EN QUE PARTICIPO- - - - - - - - - - - - - - - - 8PROBLEMTICA A RESOLVER - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 8ALCANCES Y LIMITANTES DEL PROYECTO - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9

CAPITULOS

1.- CONCEPTOS GENERALES DE SUBESTACIONES ELECTRICAS 101.1.- CRITERIOS DE DISEO - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 131.2.- ASPECTOS DEL DISEO - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 17

1.3.- EL DIAGRAMA UNIFILAR - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 201.4.- LA RED DE TRANSMISION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 221.5.- TIPOS DE SUBESTACIONES ELECTRICAS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 231.6.- ARREGLO DE BARRAS EN SUBESTACIONES - - - - - - - - - - - - - - - - - - 241.7.- TECNOLOGIA DE LAS SUBESTACIONES ELECTRICAS - - - - - - - - - - - 302.- ELEMENTOS CONSTITUTIVOS EN UNA SUBESTACION 352.1.- TRANSFORMADOR - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 362.2.-AISLAMIENTO EN TRANSFORMADORES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 402.3.- METODOS DE ENFRIAMIENTO - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 412.4.- CONTROL DE TEMPERATURA DEL TRANSFORMADOR - - - - - - - - - - 472.5.- INTERRUPTORES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 502.6.- RESTAURADORES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 52

2.7.- CUCHILLA FUSIBLE - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 552.8.- APARTARRAYOS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 562.9.- TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTACION - - - - - - - - - - - - - - - - - 583.- PLANTAS DE EMERGENCIA 643.1.-IDENTIFICACIN DE LOS CONCEPTOS BSICOS DE UNA PLANTAELCTRICA DE EMERGENCIA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

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3.2.-IDENTIFICACIN DEL FUNCIONAMIENTO DE LA PLANTA ELCTRICADE EMERGENCIA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

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3.3.-IDENTIFICACIN DEL FUNCIONAMIENTO DE LOS COMPONENTESPRINCIPALES DE LAS PLANTAS ELCTRICAS DE EMERGENCIA - - - - - - - 674.- MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA EL MANEJO DE SUBESTACIONES YTABLEROS DE CONTROL 69

4.1.- METODOLOGA PARA EL ACCESO A UNA SUBESTACIN - - - - - - - - 694.2 ELABORACIN DE UN PROGRAMA DE CONTINGENCIA PARA UNASUBESTACIN - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

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5.- BANCOS DE TIERRA 815.1.-TEORA DE LA DISPERSIN DE LAS ALTAS CORRIENTES - - - - - - - - - 815.2.- FUNCIONES DE UNA MALLA DE PUESTA A TIERRA - - - - - - - - - - - - - 815.3.- REQUISITOS DE UNA MALLA A TIERRA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 815.4.-DISEO DE MALLA DE TIERRA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 826.- ELABORACIN DEL DIAGRAMA UNIFILAR DE LA SUBESTACIN 876.1.- LEVANTAMIENTO DE EQUIPO UTILIZADO EN LA SUBESTACIN DEL 87


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HOSPITAL - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -6.2.- ANALISIS DE CARGAS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 896.3.- REALIZACION DEL DIAGRAMA UNIFILAR DE LA SE DEL HOSPITALGENERAL VERACRUZ DE PEMEX - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

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CONCLUSION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 94BIBLIOGRAFIA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 95

INDICE DE FIGURASCAPITULOS

1.- CONCEPTOS GENERALES DE SUBESTACIONES ELECTRICAS1.1.- LA RED DE TRANSMISION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 231.2.- ARREGLO DE BARRA SENCILLA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 261.3.- ARREGLO DE BARRA RADIAL - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 261.4.- ARREGLO DE BARRA EN ANILLO - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 27

1.5.- ARREGLO DE BARRA DE TRANSFERENCIA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 281.6.- ARREGLO DE INTERRUPTOR Y MEDIO - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 291.7.- ALGUNOS ARREGLOS DE BARRA PARA SUBESTACION ENHEXAFLORURO DE AZUFRE - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

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2.- ELEMENTOS CONSTITUTIVOS EN UNA SUBESTACION2.1.- DIAGRAMA ELEMENTAL DE UN TRANSFORMADOR - - - - - - - - - - - - - 362.2.- NUCLEO DE UN TRANSFORMADOR - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 372.3.- PARTES PRINCIPALES DE UN TRANSFORMADOR TRIFASICO - - - - - 392.4.- VISTA DE UN TRANSFORMADOR DE POTENCIA - - - - - - - - - - - - - - - - 392.5.- TRANSFORMADOR TRIFASICO DE GRAN POTENCIA - - - - - - - - - - - - 402.6.- ENFRIAMIENTO TIPO AA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 422.7.- ENFRIAMIENTO TIPO OA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 42

2.8.- TIPOS DE TANQUES PARA TRANSFORMADORES ENFRIADOS PORACEITE - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

42

2.9.- ENFRIAMIENTO DEL NUECLEO Y BOBINA POR CIRCULACION DEACEITE - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

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2.10.- TRANSFORMADOR CON ENFRIAMIENTO TIPO OW - - - - - - - - - - - - - 442.11.- TRANSFORMADOR CON ENFRIAMIENTO TIPO OA - - - - - - - - - - - - - 442.12.- ENFRIAMIENTO DEL NUECLEO Y BOBINA POR CIRCULACION DE

ACEITE - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -45

2.13.- TRANSFORMADOR ENFRIADO POR ACEITE Y AIRE FORZADOOA/FA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

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2.14.- DIAGRAMA DEL CONTROL DE TEMPERATURA DE UNTRANSFORMADOR - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

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2.15.- ESQUEMA DE UNA IMAGEN TERMICA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 482.16.- ESQUEMA DE UTILIZACION DE UNA IMAGEN TERMICA - - - - - - - - - 492.17.- ELEMENTOS CONSERVADORES DE ACEITE - - - - - - - - - - - - - - - - - 492.18.- ONDA DE CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO SIMETRICA - - - - - - - - 512.19.- ONDA DE CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO ASIMETRICA - - - - - - - 512.20.- RESTAURADOR - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 542.21.- CUCHILLAS DESCONECTADORAS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 552.22.- APARTARRAYOS (EXPLOSORES) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 572.23.- APARTARRAYOS (RESISTENCIA VARIABLE) - - - - - - - - - - - - - - - - - - 57


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2.24.- ONDA DE CHOQUE - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 582.25.- TRANSFORMADOS DE CORRIENTE - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 622.26.- TRANSFORMADOS DE POTENCIA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 635.- BANCOS DE TIERRA5.1.- MEDICION DE LA RESISTIVIDAD DEL SUELO POR EL METODOWENNER - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

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5.2.- DISTANCIA ENTRE ELECTRODOS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 835.3.- RESISTIVIDAD APARENTE OHM-M VS DISTANCIA ENTREELECTRODOS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

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5.4.- CURVA M(h=a) VS K - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 856.- ELABORACI N DEL DIAGRAMA UNIFILAR DE LA SUBESTACI N6.1.- FIG. 1 IMGEN DEL DIAGRAMA ANTERIOR - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 926.2.- FIG. 2 IMAGEN DEL DIAGRAMA ANTERIOR - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 926.3.- DIAGRAMA UNIFILAR TERMINADO - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 93

INDICE DE TABLAS1.- CONCEPTOS GENERALES DE SUBESTACIONES ELECTRICAS1.1.- SELECCIN DEL NIVEL DE TENCION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 171.2.- SIMBOLOS DE UN DIAGRAMA UNIFILAR - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 211.3.- COMPARACION DE LAS CONFIGURACIONES DE BUSES - - - - - - - - - 312.- ELEMENTOS CONSTITUTIVOS EN UNA SUBESTACION2.1.- EQUIVALENCIAS DE FUNCIONES EN LOS TRANSFORMADORES DEINSTRUMENTOS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

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6.- ELABORACION DEL DIAGRAMA UNIFILAR DE LA SUBESTACION6.1.- TABLA DE BAJA TENSION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 896.2.- TABLA DE A. ACONDICIONADO - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 896.3.- TABLA DE LOS CENTROS DE CARGA NORMALES - - - - - - - - - - - - - - 90

6.4.- TABLA DE LOS CENTROS DE CARGA DE EMERGENCIA - - - - - - - - - 906.5.- TABLA DEL TABLERO H Y S NORMAL - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 916.6.- TABLA DEL TABLERO H Y S DE EMERGENCIA - - - - - - - - - - - - - - - - - 916.7.- TABLERO T.G.Q. - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 91


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INTRODUCCION

Se da el nombre de subestacin elctrica al conjunto de elementos que sirvenpara alimentar el servicio elctrico de alta tensin a un local con una demandagrande de energa para obtener luz, calefaccin, y otros servicios.

Las subestaciones elctricas no obstante su elevado costo son convenientes alusuario debido a que la cuotas de consumo, medidas en alta tensiono n muchoms econmicas que cuando lo servicio son suministrados por la empresa enbaja tensin, por lo cual, el gasto inicial compensa en poco tiempo quedando unahorro permanente al propietario.

Actualmente las subestaciones de tipo abierto para interiores han pasado a la

historia los materiales modernos que hemos visto permiten la construccin desubestaciones unitarias o tambin llamadas compactas dentro de las cuales sedisponen los aparatos y accesorios que sealan las normas de reglamento deobras e instalaciones elctricas que son como sigue:

Las subestaciones unitarias consta de un gabinete de medidas normalizadasfabricado de lmina rolada de frio protegido con pintura anticorrosiva en capagruesa y tres mano de pintura auto motiva para alojar lo siguiente.

SUBESTACION ELECTRICA: es el conjunto de elementos que transforman,distribuyen, controlan y miden la energa elctrica proveniente de las plantasgeneradoras, lneas de transmisin o lneas de distribucin en alta tensin.

Por su servicio:

a) Subestacin tipo intemperie: estas subestaciones se construyen enterrenos expuestos a la intemperie de un diseo y equipo capaz desoportar, condiciones atmosfricas adversas (lluvia, viento, nieve einclemencias ambientales diversas).

b) Subestacin de tipo interior: en esta subestacin el equipo y diseo de la

subestacin estn adaptados para operar en lugares protegidos de loscambios climatolgicos.

Por su construccin:

a) Subestaciones compacta. Tambin llamadas unitarias. En estassubestaciones el equipo se encuentra protegido por gabinetes y el espacio


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necesario es muy reducido. Pueden construirse para servicio interior opara servicio exterior.

b) Subestaciones convencionales el equipo que se instala en este tipo desubestaciones tambin llamadas abiertas, se coloca en estructurametlica, se aslan tan solo por una malla de alambre, es decir, no van engabinetes. Pueden construirse para servicio interior y exterior.


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JUSTIFICACION

Los diagramas unifilares representan todas las partes que componen a unsistema de potencia de modo grfico, completo, tomando en cuenta lasconexiones que hay entre ellos, para lograr as la forma de una visualizacincompleta del sistema de la forma ms sencilla.

La importancia de las diferentes partes de un sistema vara con el problema, y lacantidad de informacin que se incluye en el diagrama depende del propsitopara el que se realiza.

La falta de un diagrama unifilar de la subestacin elctrica del Hospital RegionalVeracruz de Petrleos Mexicanos as como de los tableros subgenerales es el desuministrar en forma concisa informacin significativa acerca del sistema, as

mismo su falta dificulta el mantenimiento, y el engrandecimiento de la misma,para ello se llevara a cabo la elaboracin de un diagrama.


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OBJETIVO GENERAL

Elaboracin del diagrama de la subestacin elctrica del Hospital General

Veracruz de Petrleos Mexicanos

OBJETIVOS ESPECIFICO 1Elaboracin del procedimiento para la operacin de la subestacin elctrica ytableros de baja tensin.

OBJETIVOS ESPECIFICO 2Actualizacin de datos tcnicos para inventarios.

OBJETIVOS ESPECIFICO 3Elaboracin de proyecto para renovacin de tableros elctricos de media y bajatensin.


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CARACTERIZACION DEL AREA EN QUE PARTICIPO

El Hospital atiende a una poblacin de 27,700 derechohabientes, contando con

una infraestructura que abarca diversas especialidades mdicas que contribuyenal desarrollo del diagnstico y la prevencin.

Es importante mencionar, que el Hospital General Veracruz, tiene como misinproporcionar atencin mdica integral con enfoque preventivo, mediante unacultura de corresponsabilidad de los trabajadores jubilados y derechohabientes dela empresa, que considere a la persona en el trabajo, en la familia, en lacomunidad y en el medio ambiente, para mejorar su calidad de vida.

Tambin tiene como visin, ser una organizacin de servicios de salud de clase

mundial, que incursione en nuevos mercados e incorpore la tecnologa al modelode atencin a la salud, basado en la prediccin para contribuir a una vida plena,individual y colectiva.

La estancia en residencias fue en el rea de mantenimiento trabajando en larealizacin del diagrama unifilar de la subestacin del mismo.

PROBLEMTICA A RESOLVER

La problemtica a resolver es la elaborar el diagrama unifilar, ya que no existealguno, y dificulta el poder realizar actualizaciones as como mantenimientos y laidentificacin de interruptores del mismo.


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ALCANCES Y LIMITANTES DEL PROYECTO

Se pretende realizar el diagrama unifilar del Hospital Veracruz de PetrleosMexicanos, as como Elaborar el procedimiento para la operacin de lasubestacin elctrica y tableros de baja tensin. De igual manera despus deobtener los anteriores alcances se actualizarn los datos tcnicos parainventarios.


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CAPITULO ICONCEPTOS GENERALES DE SUBESTACIONES

ELECTRICAS

La planeacin de un sistema, se puede dividir en dos partes, que son:

DISEO CONCEPTUAL

DISEO DE DETALLES

Durante la fase de planeacin, los estudios que se han realizado deben probarque el diseo es ptimo y que son prcticos para construir y operar.

El diseo conceptual en los sistemas elctricos de potencia, se puedenestablecer como la armoniosa integracin de varios aspectos discretos, pero quecompiten en el diseo del sistema para satisfacer los requerimientos u objetivosoperacionales en forma econmica. Esta etapa, en cualquier proyecto, es la mscrucial en la cadena de los aspectos que llevan a la operacin comercial de lossistemas elctricos de potencia, ya que pueden determinar el xito o falla delsistema.

El diseo conceptual tambin se le conoce como INGENIERA BSICA DE LOS

PROYECTOSy requiere de una familiarizacin con las distintas fases del diseoy de mantener en forma anticipada los posibles conflictos potenciales entre estosaspectos. Puede requerir de estudios analticos para verificar la factibilidad deldiseo.

En el caso del diseo de subestaciones elctricas, la ingeniera bsica o diseoconceptual deben estar familiarizados con los estudios de cortocircuito, laproteccin y la coordinacin de los dispositivos de proteccin, los estudios deflujos de cargas, los estudios de estabilidad dinmica y de estado estacionario.

Tambin, para el diseo de las subestaciones de tipo industrial, se deben tenerconocimientos elementales de los distintos tipos de cargas y procesos, talescomo los que se tienen en las industrias: Papelera, Metalurgia, Petrolera,Cementera, Petroqumica, Electroqumica, Electrometalrgica, etctera. En estetipo de industrias o procesos, significa que se debe tener conocimiento de losrequerimientos de cargas especiales, tales como:

Convertidores estticos de Vars.


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Accionamientos de velocidad ajustable.

Soldadura por resistencia.

Accionamiento para grades motores.

Hornos de arco elctrico, etctera.Los tres aspectos claves para el diseo conceptual son:

Requerimientos del diseo.

Criterios de diseo.

Aspectos del diseo.

REQUERIMIENTOS DEL DISEO

En primer lugar, antes que nada, se deben establecer los objetivos primarios y

secundarios para el proyecto del sistema elctrico, a travs de la consulta coningenieros de proceso, operadores y personal de mantenimiento. Esto podraincluir objetivos, tales como continuidad de servicios y la clasificacin de losprocesos como crtica, esencial o de propsitos generales.

En segundos lugar, una buena comprensin del tipo de cargas y su aplicacinresulta fundamental para una buena planeacin del sistema, se debe tomartambin una informacin completa de comportamiento de la carga paradeterminar las necesidades de potencia real y reactiva.

Asimismo, se debe hacer una revisin de las cargas y procesos y sus

requerimientos de confiabilidad, basadas en los aspectos econmicos, que esestablecer cul es el costo de la produccin o equipo daado debido a las falasen el suministro de la energa elctrica, las salidas temporales, las depresiones oelevaciones de voltaje o las ondas de sobretensiones.Los procesos y requerimientos de las cargas, se pueden determinar examinandoprocesos existentes o cargas; cuando no se tiene informacin disponible,entonces lo mejor es tomar la experiencia de cargas similares. Algunas veces esnecesario tomar nota de cargas especiales para ciertos tipos de subestacioneselctricas industriales, algunas de estas son las siguientes:

Arranque de grades motores.

Hornos de arco.

Soldadura de resistencia.

Convertidores estticos de VAR (potencia reactiva).

Cargas electrnicas sensibles.

Alto nivel de ruido.

Cargas con corrientes armnicas.


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Coordinacin de la energa elctrica con otros sistemas de energa.

Como conclusiones del comportamiento de la carga, se pueden establecer las

siguientes: Requerimientos del suministro de potencia (cargas pico, demanda

mxima, factor de diversidad, factor de carga y factor de demanda). Requerimiento de confiabilidad (cargas crticas, esenciales y de

propsitos generales).

Requerimiento de calidad del suministro de la energa (voltajeconstante, depresiones de voltaje, presencia de armnicos, ondas desobretensiones, etctera).

Necesidad de seguridad fsica(subestaciones atendidas o no atendidas,

cuartos de motores, etctera).

En tercer lugar, se determina la carga total, factor de carga y de demanda, cuyadefinicin es la siguiente:

Carga pico. Es la mxima carga, ya sea en mximo instantneo o en mximopromedio en un periodo de tiempo.

Carga promedio. Es la carga promedio en un periodo de tiempo, que puede serun da, una semana, un mes o un ao.

Carga conectada.Es la suma de las capacidades normales de todas las cargasconectadas.

Demanda. Es la carga elctrica promedio durante un periodo de tiempo,usualmente se expresa en KW o KVA, promediando el tiempo en periodos de 15o 30 minutos o 1 hora.

Demanda mxima. La mayor de todas las demandas que ocurren durante unperiodo de tiempo especfico. El periodo para propsitos de facturacin es de 1mes.


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En cuarto lugar, se deben, considerar las necesidades futuras para el sistemapara los prximos 5, 10 y hasta 20 aos, tomando en consideracin no solocrecimiento de la demanda, tambin posibles cambios en los procesos y laincorporacin de accionamientos electrnicos para maquinas elctricas.

En quinto lugar, en particular para las subestaciones o sistemas elctricosindustriales, se debe tomar en cuenta, en ciertos casos, la posibilidad decogeneracin, si existen proyectos de autoabastecimiento o de compra de mayorcantidad de energa a una tarifa diferente. La generacin local generalmente

incrementa la confiabilidad del sistema elctrico para cargas locales.

1.1.- CRITERIOS DE DISEO

Se requiere de un criterio uniforme o estndar para los propsitos de seleccindel sistema o equipos, as como para comparar distintas alternativas de unproyecto. Una vez que los requerimientos de la carga se han establecido, esnecesario algn criterio bsico para que se seleccione un sistema de distribucin

apropiado; la comparacin entre distintos sistemas de distribucin, se debe hacersobre comunes, algunas de estas consideraciones bsicas son las siguientes:

Seguridad.

Confiabilidad.

Simplicidad de operacin.

Calidad de voltaje.

Mantenimiento.

Flexibilidad. Costos.

SEGURIDAD

La seguridad es una consideracin panormica durante la fase de diseo dedetalles, si no se pone suficiente atencin a los aspectos de seguridad, entoncesel personal puede ser puesto en riesgo durante la operacin y mantenimiento del


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sistema, puede ocurrir tambin una falla catastrfica del equipo y una falla en elsuministro de la energa, por lo que se deben seguir estrictamente todos losrequerimientos de las normas y cdigos; adicionalmente, algunas de las

consideraciones bsicas que permiten la seguridad son las siguientes:

Verificar la adecuada capacidad de los interruptores y dispositivos dedesconexin.

Los conductores energizados deben estar dentro de canalizaciones(ductos, tubos, conduits, charolas), o bien, colocados correctamente asuficiente altura.

Se deben bloquear convenientemente los desconectadores sin carga conlos interruptores.

Se deben mantener desenergizado solo el equipo que tiene tarjetas deseguridad o candado.

Minimizar el acceso a los cuartos de equipos elctricos y tener las salidasadecuadas.

Proteger todos los aparatos elctricos de posibles daos mecnicos, dejarlas reas accesibles solo para operaciones y mantenimiento.

Considerar las reas peligrosas. En caso necesario usar equipo a pruebade explosiones.

Colocar seales y letreros de alerta en bardas, compuertas, puertas yconduits.

Usar una conexin a tierra adecuada para el sistema elctrico de potenciay para el equipo.

Instalar alumbrado de emergencia para sealizar las seales de salida.

Proporcionar las capacidades correctas para el equipo.

Entrenar y capacitar al personal de operacin y mantenimiento.

CONFIABILIDAD

En requerimiento de confiabilidad para un tipo dado en sistema, se puede lograrpor distintos, mtodos, algunos aspectos a considerar son:

Seleccin de los niveles apropiados de los voltajes de suministro. Lossistemas de distribucin de las empresas suministradoras tienen por lo generalmenor confiabilidad que los sistemas de subtransmisin o de transmisin. Lossistemas de distribucin de clase 6.6 o 15 KV, se usan generalmente para


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alimentar cargas residenciales o comerciales y estn expuestos a muchosriesgos.

Los sistemas con voltajes mayores estn diseados con mayor cuidado y tienenpor lo tanto mayor proteccin incorporada.

Redundancia. Duplicar la trayectoria de alimentacin entre la fuente y la cargaproporciona confiabilidad adicional y permite tambin mantener en servicio unatrayectoria de alimentacin, mientras la otra est en mantenimiento.

Sistema de proteccin adecuado para el sistema y el equipo. Unacoordinacin de protecciones apropiada de los dispositivos de proteccin permitehacer selectiva la operacin de las protecciones, afectando al menor nmero decargas durante una falla.

Control y monitor.La instalacin de las alarmas apropiadas informa al personalde mantenimiento de problemas que se presenten, tan pronto como estosocurran, con lo que se puede tener una intervencin oportuna para resolver losproblemas, reduciendo los tiempos fueron de servicio.

Seleccin apropiada de equipo confiable. Los equipos cuyas capacidades seseleccionan en forma conservadora, proporcionarn servicio por periodos de

tiempo ms largos, es decir, se deben seleccionar para cumplir con un cierto ciclode trabajo durante su tiempo de vida esperado.

SIMPLICIDAD DE OPERACIN

Se debe seleccionar un sistema simple, es decir, que sea sencillo de operar, lossistemas diseados en forma simple pueden proporcionar el servicio que la cargarequiere, esto parecera obvio, pero es una consideracin muy importante que sedebe hacer, ya que los sistemas sencillos son seguros y ms confiables.

CALIDAD DE VOLTAJE

La calidad del voltaje se suministro ha venido a ser en los ltimos aos unaconsideracin importante, debido al incremento de las cargas sensibles, comoson los equipos controlados en forma electrnica, los equipos que incluyencomputadoras, los requerimientos particulares para la calidad del suministro de


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energa elctrica; mismo que se deben establecer en forma tpica. Los conceptosa considerar son los siguientes:

Regulacin de voltaje.

Depresiones (Sags) y elevaciones (swells) de voltaje. Control de frecuencia

Distorsin de la forma de onda (armnicas).

Interferencia electromagntica.

Transitorios de voltaje.

REQUERIMIENTO DE MANTENIMIENTO

El mantenimiento apropiado es un elemento clave para asegurar la continuidad y

la calidad en el suministro de energa, por lo tanto, se deben incorporar todas lasprevisiones necesarias para tener un mantenimiento efectivo y eficiente, esto sedebe hacer desde las consideraciones del diseo de detalles mismo. Algunos delos aspectos relacionados con el mantenimiento, que se deben considerar desdela fase de diseo, son los siguientes:

Limpieza.

Control de humedad y polvo.

Ventilacin adecuada.

Reduccin del efecto de corrosin.

Inspecciones trmicas. Inspecciones visuales.

Pruebas regulares.

Conservacin de registros.

Aplicacin de normas, cdigos y recomendaciones de los fabricantes.

FLEXIBILIDAD

El sistema se debe disear de manera que cuando sea necesario se pueda

aumentar o cambiar sin problema, esto incluye cada nivel de voltaje, comenzandopor los tableros de bajo voltaje a 127/220 V y hacia arriba. Se deben proveerespacios, aun cuando no estn proporcionados, por los fabricantes, para losinterruptores que los requieren. Los transformadores de potencia deben tenersuficiente capacidad para aumentos futuros de carga. Se debe permitir msespacio para ampliaciones futuras.


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COSTOS

En todas las decisiones de ingeniera, el costo de los sistemas se debe

balancear contra la confiabilidad que estos sistemas deben tener, de hecho, laconfiabilidad de los sistemas est dictada por los requerimientos de las cargas, demanera que los arreglos de los equipos y las caractersticas de los mismos debenestar en concordancia con la confiabilidad deseada por el sistema.

1.2.- ASPECTOS DEL DISEO

Hay seis aspectos principales que deben ser consideradosen el diseo de

los sistemas elctricos de potencia, que son:

La seleccin del nivel de tensin

El conocimiento del nivel del cortocircuito.

La forma de aislar las fallas a tierra.

La liberacin rpida de fallas

La operacin selectiva de la proteccin

La prevencin da la operacin con fallas monofsicas.

LA SELECCIN DEL NIVEL DE TENSION

Este es un concepto importante para los aspectos econmicos yoperacionales de un sistema, a un voltaje ms alto se tiene una menor corrientepara cualquier carga. En el caso de las instalaciones elctricas de baja o mediatensin, el tamao del conductor y la cada de voltaje en los alimentadores estndirectamente relacionados con la corriente a conducir, por ampacidad y por cadade voltaje; sin embargo, si los conductores son muy pequeos, no tendrn lasuficiente capacidad mecnica para ser manejadas en todas las condiciones. Eluso de tensiones altas tiende a ser ms caro, debido al incremento en el nivel de

aislamiento. A continuacin se da, para el nivel de tensiones de utilizacinindustrial y comercial, la relacin entre voltaje, corriente y cargas.

VOLTAJE(V)

CORRIENTE KVA CARGA 80 % KVA

200 166 133

400 333 266


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480

600 500 400

800 667 532

1200 1000 800

1600 1330 10652000 1663 1330

3000 2500 2000

4000 3325 2660

2400

400 1663 1330

800 3333 2660

1200 5000 4000

2000 8313 6650

4160

600 4325 3460

1200 8650 6920

2000 14410 115303000 21600 17280

12470

600 13720 10975

1200 25920 20735

2000 43200 34560

3000 64700 51835

13200

600 13720 10975

1200 27435 21950

2000 45725 36580

3000 68590 54870

13800

600 14340 114751200 28680 22950

2000 47800 38345

3000 71700 57365

EL CONOCIMIENTO DEL NIVEL DE CORTOCIRCUITO

El nivel de cortocircuito y el nivel de tensin en un sistema elctrico estn

interrelacionados, un interruptor tiene la misma capacidad interruptiva a cualquiernivel de voltaje, esto es un interruptor diseado para operar en bajo voltaje tienela misma capacidad interruptiva en medio voltaje, pero a medida que el voltaje delsistema aumenta, el valor de los KVA que se deben interrumpir aumentan; por lotanto, los grandes sistemas necesitan operar a altos voltajes.


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LA FORMA DE AISLAR LAS FALLAS DE TIERRA

Este aspecto del diseo conduce a la proteccin por relevadores, en primera

instancia para las fallas de lnea a tierra en un punto del interruptor ms cercano ala misma, dado que la mayora de las fallas en los sistemas elctricos arrancancomo una falla de lnea a tierra; la interrupcin de tales fallas en formainstantnea (2 a 4 ciclos), da como resultado un mnimo dao permanente.

Los sistemas de voltaje medio de 2.4 a 13.8 KV, deben estar conectados a tierraa travs de resistencia, para limitar el dao de las fallas a tierra que puede ocurriren las maquinas cuyos neutros estn slidamente conectados a tierra en estenivel de voltaje. Con un relevador sensor de tierra (50GS), las corrientes tan bajascomo 15-30 A, se pueden detectar y hacer operar al relevador de formainstantnea.

LIBERACION RAPIDA DE FALLAS

Para sistemas elctricos con tensin media del tipo industrial, este rango debeestar entre 8 y 10 ciclos a la frecuencia del sistema, y los interruptores parasistemas de mayor tensin, deben permitir la interrupcin de fallas en tiemposque permitan la interrupcin de fallas en tipos que permitan la estabilidad delsistema.

LA OPERACIN SELECTIVA DE LA PROTECCION

Este aspecto se refiere a la conveniencia de minimizar el efecto de las fallas, esdecir, hacer ms cercano selectiva la proteccin de manera que opere actuandosobre el elemento ms cercano a una falla y en ese orden, tratando dedesconectar al menor nmero de elementos; es decir. Cuando no opera el mscercano a la falla, lo debe hacer el siguiente, ms cercano y as sucesivamente,con tiempos que permitan establecer la selectividad.

LA PREVENCION DE LA OPERACIN DE FALLAS MONOFASICAS

Un motor trifsico de induccin es eficiente y opera desarrollando el parnecesario, en la medida que sus tres devanados estn energizados, si el circuitode alimentacin al motor est protegido por fusibles y opera uno de estos,momentneamente se queda el motor en dos fases y se sobre excita, el par sereduce y la corriente aumenta hasta el punto en que se puede sobrecalentar; por


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esta razn, no se recomienda en muchos casos no usar fusibles, a pesar de queson de menor costo que otros dispositivos de desconexin.

1.3.- EL DIAGRAMA UNIFILAR

Uno de los aspectos fundamentales del diseo conceptual o ingeniera bsica esla preparacin de un diagrama unifilar preliminar, que se usa durante la fase deestudio e incluye las principales componentes del sistema. Normalmente no seincluyen los detalles que se van adicionando durante la fase del diseo detalladode un proyecto, es decir, se incluyen transformadores de potencia, interruptores,cuchillas desconectadoras, cables, buses o barras, transformadoras deinstrumento, apartarrayos, etctera. Tambin se puede incorporar la parte de la

red asociada a los datos en el punto de conexin con la compaasuministradora, as como los niveles mnimos y mximos de cortocircuito. Eldiagrama unifilar se usara para las especificaciones, detalles de instalacin,pruebas de equipo y sistema.

Un diagrama unifilar completo, debe incluir lo siguiente:

Fuentes de alimentacin o puntos de conexin a la red, incluyendo valoresde voltajes y de cortocircuito.

Generadores (en su caso), incluyendo su potencia en KVA o MVA, voltaje,

impedancia (sncrona, transitoria, subtransitoria, secuencia negativa ysecuencia cero) y mtodo de conexin a tierra.

Tamao y tipo de todos los conductores, cables, barras y lneas areas.

Tamao de transformadores, voltajes, impedancia, conexiones y mtodosde conexin a tierra.

Dispositivos de proteccin (fusibles, relevadores, interruptores).

Transformadores de instrumentacin (potencia y corriente).

Apartarrayos y bancos de capacitores.

Capacitores para mejora del factor de potencia.

Identificacin de cargas (en su caso), incluyendo grandes motoreselctricos e impedancias.

Tipos de relevadores.

Ampliaciones futuras.

La cantidad de detalle en un diagrama unifilar est determinada por su usorelativo, el diagrama unifilar conceptual no debe contemplar toda la informacindescrita anteriormente.


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La simbologa usada en los diagramas unifilares es la que se indiaca en la tablasiguiente

Los smbolos ms utilizados en instalaciones elctricas son los siguientes:

Smbolo Descripcin

Pantalla , Blindaje

Por ejemplo, para reducir lapenetracin de camposelctricos o electromagnticos.

El smbolo debe dibujarse conla forma que convenga.

Conductor

Conductores(unifilar)

Las dos representaciones soncorrectasEjemplo: 3 conductores

Transformador

Unin

Punto de conexin

Conexin en T

Corriente continua

Corriente alterna

Corriente rectificada concomponente alterna.

(Si es necesario distinguirla deuna corriente rectificada yfiltrada)


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Polaridad positiva

Polaridad negativa

Neutro

Tierra

Se puede dar informacinadicional sobre el estado de latierra si su finalidad no esevidente.

Acometida

Fusible

Fusible-Interruptor

Pararrayos

1.4.- LA RED DE TRANSMISION

La red de transmisin se usa para transmitir grandes cantidades de potenciaelctrica de las plantas generadoras a los centros de cargas ms importantes ypara facilitar el intercambio de potencia entre empresas elctricas. En formasimilar a las platas generadoras, la red de transmisin se debe disear para una

mxima confiabilidad y flexibilidad de operacin. Las lneas de transmisin seconectan entre subestaciones, saliendo de las subestaciones de las centraleselctricas o plantas generadoras para intersectar sistemas elctricos que seanvecinos. En el siguiente diagrama, se muestra un ejemplo de red de transmisin.


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1.5.- TIPOS DE SUBESTACIONES ELECTRICAS

Dependiendo del nivel de voltaje, potencia que manejan, objetivo y tipo deservicio que prestan, las subestaciones se pueden clasificar como:

Subestaciones elevadoras

Subestaciones reductoras

Subestaciones de enlace

Subestaciones en anillo

Subestaciones radiales Subestaciones de switcheo

SUBESTACION ELEVADORA

Este tipo de subestaciones se usa normalmente en las centrales elctricas,cuando se trata de elevar los voltajes de generacin a valores de voltaje detransmisin.

SUBESTACION REDUCTORA

En estas subestaciones, los niveles de voltaje de transmisin se reducen alsiguiente (subtransmisin), o de subtransmisin a distribucin o eventualmente autilizacin.


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Estas son subestaciones que se encuentran en las redes de transmisin,subtransmisin o distribucin y constituyen el mayor nuero de subestaciones enun sistema elctrico.

SUBESTACIONES DE ENLACE

En los sistemas elctricos, se requiere tener mayor flexibilidad de operacin paraincrementar la continuidad del servicio y consecuentemente la confiabilidad, por loque es conveniente el uso de las llamadas subestaciones de enlace.

SUBESTACIONES EN ANILLO

Estas subestaciones se usan con frecuencia en los sistemas de distribucin parainterconectar subestaciones que estn interconectadas a su bes con otras.

SUBESTACIONES RADIALES

Cuando una subestacin tiene un solo punto de alimentacin y no seinterconectan con otras, se denomina RADIAL.

SUBESTACIONES DE SWITCHEO

En estas subestaciones no se tienen transformadores de potencia, ya que no serequiere modificar el nivel de voltaje de las fuentes de alimentacin y solo sehacen operaciones de conexin y desconexin (maniobra o switcheo).

1.6.- ARREGLO DE BARRAS EN SUBESTACIONES

Las subestaciones elctricas en transmisin y distribucin se disean tambinpara tener, en la medida de lo posible, una mxima confiabilidad y flexibilidad deoperacin. La facilidad para switchear o desconectar equipos y sacarlo de serviciopara salidas para la operacin confiable de los sistemas.

Existen varios arreglos de barra para las subestaciones, que son usados por lasdistintas empresas elctricas para satisfacer el rendimiento de una operacinconfiable y flexible del sistema. Algunos de estos arreglos se usan en lassubestaciones de los sistemas elctricos de potencia, pero tambin eninstalaciones para grandes usuarios industriales y comerciales.


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La seleccin de un arreglo de barra en particular y su representacin en undiagrama unifilar, de los llamados simplificados, requiere de un estudio previodonde se determinen: los requerimientos de la demanda de energa, las

ampliaciones del sistema y la afectacin que esto pueda tener, la flexibilidad yfacilidad para el mantenimiento, as como los costos asociados a la cantidad deequipo que intervienen en cada tipo de arreglo de barra. Los arreglos de barrasms comunes son los que se indican a continuacin, en orden de complejidad ycosto.

a) Barra simple o sencilla.b) Barra seccionadora.c) Barra principal y barra de interconexin.d) Barra principal y barra de transferencia.e) Barra principal y barra auxiliar.f) Barra principal, barra auxiliar y barra de transferencia.g) Interruptor y medio.h) Doble barra, doble interruptor.

Una descripcin genrica de alguno de los arreglos de barra ms comunes o deuso ms generalizado se da a continuacin.

ARREGLO DE BARRA SENCILLA

Son subestaciones que constan solamente de una barra para cada tensin, por loque no ofrecen mayor grado de flexibilidad, ya que una falla en barras produce lasalida total, por lo que se procura que tenga la capacidad de poder serseleccionada a travs de cuchillas. El mantenimiento en ellas se dificulta al nopoder transferir el equipo, su utilizacin es principalmente en subestaciones depequea capacidad o de tipo industrial pequeas.


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ARREGLO DE BARRA RADIAL

El esquema de barra radial mostrado en la siguiente figura, representa el arregloms econmico en trminos de requerimiento del equipo. Obsrvese que solo setiene un interruptor por cada terminacin de lnea, sin ninguna previsin paraalimentar una lnea de otra barra dentro de la subestacin; por lo tanto, laconfiguracin radial ofrece la menor flexibilidad operativa. Se usa ensubestaciones de distribucin de distribucin o de subtransmisin.

ARREGLO DE BARRA EN ANILLO

En el esquema de barra en anillo, que se muestra en la siguiente figura, elnmero de interruptores e igual al nmero de las lneas que terminan en lasubestacin. La barra en anillo es un diseo ms econmico que el denominado


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de interruptor y medio, pero tambin ofrece menor confiabilidad y flexibilidad deoperacin.

El nombre de barra o bus en anillo, viene del hecho de que los interruptores ybus de trabajo forman un anillo elctricamente.

ARREGLO DE BARRA DE TRANSFERENCIA

El arreglo con barra de transferencia puede tener algunas variables, en este tipode arreglos cada linea de transmision esta conectada a la barra principal pormedio de una cuchilla desconectadora, como se muestra en la figura. La barra obus de transferencia esta conectada a la barra o bus principal por medio de uninterruptor de transferencia, entonces el bus de transferencia sirve entonces comouna alternativa de suministro para cualquiera de las linea de transferencia. Encondiciones normales de operacin, el bus de transferencia y el bus principal etanenergizados.


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Cuando es necesario retirar de servicio alguno de los interruptores de lnea, sepuede seguir el orden de desconexin que se indica:

Disparar o desconectar el interruptor de transferencia. Se cierra el interruptor del bus de transferencia de la lnea afectada. Se recierra el interruptor del bus de transferencia. Se dispara o abre el interruptor de la lnea afectada. Se abre la cuchilla desconectadora para aislar el interruptor.

Este orden se desconexin es solo una posibilidad, ya que el orden dependeprincipalmente del arreglo de la subestacin y de los procedimientos de operacinde la empresa elctrica.

ARREGLO DE INTERRUPTOR Y MEDIO

El esquema de interruptor y medio mostrado en la figura, se usa normalmente ensubestaciones elctricas de la red de transferencia, en voltajes de 220 Kv, 230 Kvo superiores. En este esquema de arreglo de barras para subestaciones, hay dosbarras o buses principales con tres interruptores que conectan a dos barras. Laslneas de transferencia terminan en un punto elctricamente entre cualquiera de


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En algunas ocasiones, una subestacin puede estar diseada para un arreglo deinterruptor y medio y estar operando como un arreglo de bus en anillo, dejando

fuera dos de los interruptores, como se muestra en la figura siguiente.

Cuando el sistema requiere de una confiabilidad adicional, se pueden agregar losotros dos interruptores.

.

1.7.- TECNOLOGIA DE LAS SUBESTACIONES ELECTRICAS

Existen tres tipos de tecnologasde las subestaciones elctricas

SUBESTACION AISLADAS EN AIRE

Este tipo de subestaciones, el aire sirve como medio aislante y, por lo tanto, seusa principalmente en exteriores. En el caso de subestaciones de alta y extratensin, tiene el inconveniente de que ocupan un espacio importante para suconstruccin, por lo que su aplicacin en reas urbanas densamente pobladas


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est restringida a la disponibilidad de terrenos. De hecho, las subestacionesaisladas en aire tienen dos variantes constructivas:

1. Subestaciones tipo intemperie2. Subestaciones tipo pedestal

SUBESTACIONES TIPO INTERPERIE

Estas subestaciones se construyen en terrenos o reas expuestas al medioambiente (intemperie) y, por lo tanta requieren de un diseo, aparatos y mquinaque sean capases de soportar el funcionamiento en condiciones atmosfricasadversas (lluvia, viento, contaminacin area, nieve, descargas atmosfricas,etctera).

Esta modalidad se unas en condiciones atmosfricas adversas para alto y extraalto voltaje.

SUBESTACIONES TIPO INTERIOR

Este tipo de subestaciones, los equipos y maquina usadas estn diseadas paraoperar en interiores, esta es una solucin que ha cado en desus para lassubestaciones aisladas en aire, con la creciente utilizacin de subestaciones

aisladas en hexafluoruro de azufre; sin embargo, como diseo, sique siendo unaopcin en ciertos casos de subestaciones localizadas en reas urbanas.

Comparacin de las configuraciones de Buses

Para dar una idea relativa de los niveles de configuracin y los costos para losdistintos tipos de arreglos de barra, se da una comparacin con una subestacincon seis lneas de transmisin.

ARREGLO DEBARRAS

COSTOS

APROXIMADOS PORUNIDAD

CONFIABILIDAD

Radial 1.00 6Radial seccionado 1.17 5Barra principal y de

transferencia1.29 4

Doble barra coninterruptor de amarre

1.29 4


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1. 1L/1T= BARRA SENCILLA CON 1 LNEA Y 1 TRANSFORMADOR.2. 2L/2T = BARRA SENCILLA CON 2 LINEAS Y 2 TRANSFORMADORES

SIN INTERRUPTOR DE BARRA.3. 2L/2T-A = BARRA SENCILLA CON INTERRUPTOR DE AMARRE

(BARRA SECCIONADORA, CON 2 LINEAS Y 2 TRANSFORMADORES,

SIN INTERRUPTOR DE BARRA).4. 2L/2T-BA = BARRA SENCILLA CON INTERRUPTPR DE AMARRE YINTERRUPTPR DE BANCO PARA 2 LINEAS Y 2 TRANSFORMADORES.

5. 4L/4T = COMBINACION DE ARREGLO PARA 4 LINEAS Y 4TRANSFORMADORES.

Actualmente, las subestaciones aisladas en gas (SF6) se construyen en nivelesde tensin de hasta 800 KV en varias configuraciones y con distintosrequerimientos de comportamiento, y aun cuando los costos de inversin inicialde una subestacin en SF6 pueden ser mayores que los de una subestacin

equivalente de tipo convencional (aislada en aire), las subestaciones en SF 6puede resultar ventajosa en el proyecto global.

SUBESTACION COMPACTA

A estas subestaciones tambin se les conoce como subestaciones unitarias y sonmuy usadas en instalaciones industriales y comerciales, reciben la energa, en el


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caso de las grandes industrias, de subestaciones primarias, paras ser distribuidasa distintos puntos en las instalaciones. Generalmente estn cerradascompletamente por medio de placas metlicas, de manera que no tiene partes

vivas o energizadas expuestas al contacto de personas. Bsicamente existen trestipos de arreglos para este tipo de subestaciones: el radial, secundario selectivo yprimario selectivo.

Las subestaciones unitarias ofrecen ventajas que las hacen recomendables, tantoen instalaciones industriales como comerciales, as como grandes edificios dondeel valor de la carga es considerable. Por lo general, son diseo modular con lasventajas siguientes:

Los mdulos se disean para su conexin en distintos arreglos y sepueden equipar con distintos tipos de equipos: de proteccin, medicin oequipos mayores como: interruptores, fusibles. Desconectadores,apartarrayos, etctera.

Tienen un tamao compacto.

Se pueden instalar en recintos que son de acceso general, con algunasrestricciones mnimas.

Estn protegidos contra efectos o gentes externos.

Las subestaciones unitarias estn constituidas, como se mencion antes, por

mdulos o unidades, que tienen bsicamente tres componentes:

1. Unidad de alta tensin.2. Unidad del transformador.3. Unidad de baja tensin.

Segn sean las exigencias del servicio o la instalacin, puede haber mdulos ounidades adicionales con dispositivos, de acuerdo a las necesidades especficas.


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CAPITULO IIELEMENTOS CONSTITUTIVOS EN UNA

SUBESTACIONLos elementos que constituyen una subestacin se pueden clasificar enelementos principales o primarios y elementos secundarios.

ELEMENTOS PRINCIPALES O PRIMARIOS:

1. Transformador2. Interruptor de potencia3. Restaurador

4. Cuchillas fusibles5. Cuchillas desconectadoras y cuchillas de prueba6. Apartarrayos7. Tablero dplex de control8. Condensadores9. Transformadores de instrumento

ELEMENTOS SECUNDARIOS

1. Cables de potencia2. Cables de control3. Alumbrado4. Estructura5. Herrajes6. Equipos contra incendios7. Equipo de filtrado de aceite8. Sistema de tierras9. Carrier10. Intercomunicacin

11. Trincheras, ductos, conducto, drenajes12. Cercas


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2.1.- TRANSFORMADOR

Un transformador en un dispositivo que:

1. Transfiere energa elctrica de un circuito a otro conservando la frecuenciaconstante,

2. Lo hace bajo el principio de induccin electromagntica.3. Tiene circuitos elctricos que estn eslabonados magnticamente y

aislados elctricamente.4. Usualmente lo hace con un cambio de voltaje, aunque esto no es

necesario.

ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN UN TRANSFORMADOR:

1. Ncleo de circuito magntico2. Devanados3. Aislamientos4. Aislantes5. Tanque o recipiente6. Boquillas7. Ganchos de sujecin

8. Vlvula de carga de aceite9. Vlvula de drenaje10. Tanque conservador11. Tubos radiales12. Base para rolar13. Placa de tierra14. Placa de caractersticas


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15. Termmetro16. Manmetro.17. Cambiador de derivaciones o taps.

CARACTERSTICAS DE LOS TRANSFORMADORES

Los transformadores se pueden clasificar por:

a. La forma de su ncleo:

1. Tipo columnas2. Tipo acorazado3. Tipo envolvente4. Tipo radial

b. Por el nmero de fases:

1. Monofsico2. Trifsico

c. Por el nmero de devanados


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1. Dos devanados2. Tres devanados

d. Por el medio refrigerante

1. Aire2. Aceite3. Liquido inerte

e. Por el tipo de enfriamiento

1. Enfriamiento OA2. Enfriamiento OW3. Enfriamiento OW/A4. Enfriamiento OA/AF5. Enfriamiento OA/AF/AF6. Enfriamiento FOA7. Enfriamiento OA/FA/FOA8. Enfriamiento FOW9. Enfriamiento A/A10. Enfriamiento AA/FA

f. Por la regulacin

1. Regulacin fija2. Regulacin variable con carga3. Regulacin variable sin carga

g. Por la operacin

1. De potencia2. Distribucin3. De instrument

4. De horno elctrico5. De ferrocarril


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2.2.-AISLAMIENTO EN TRANSFORMADORES

Con la mayora de las maquinas elctricas, en su vida, prcticamente lostransformadores dependen del comportamiento de sus aislamientos para lascondiciones normales de operacin. Por esta razn, las asociaciones defabricantes de equipo elctrico y las normas nacionales e internacionales handesignado bsicamente cuatro tipos de aislamientos con especificaciones y lmitede temperatura. Esta clasificacin es la siguiente:

Aislamiento clase A. Diseado para operar a no ms de 55C de elevacin detemperatura que es el prximo al punto de ebullicin del agua, pero en el caso delos transformadores tipo seco, previene accidentes con materiales combustiblesen el aire con el transformador.

Aislamiento clase B.La elevacin de temperatura puede no exceder los 80Cenlas bobinas, por lo regular esto transformadores son ms pequeos que los que

usan aislamiento clase A

Aislamiento clase F. Esta clasificacin se relaciona con elevaciones detemperatura en la bobinas hasta de 115C. Por lo general, corresponde atransformadores pequeos tipo distribucin de hasta 25C.

Aislamiento clase H.Esta clase de materiales periten disear para elevacionesde temperatura de 150C cuando est operando el transformador a una


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temperatura ambiente de 40C, para que alcance hasta 190C y con el punto mscaliente no exceda los 220C. Los materiales aislantes de clasificacin Hconsisten de materiales o combinaciones de materiales, tales como: mica, fibra

de vidrio, asbesto, elastmero y silicones o resinas de base de estos. En laactualidad, la mayora de los transformadores tipo seco, usan aislamiento tipo H.Las normas americanas ANSI y NEMA establecen que un aislamiento tipo Hpuede operar a 150C hasta 20 000 horas.

2.3.- METODOS DE ENFRIAMIENTO

Para prevenir el rpido deterioro de los materiales aislantes dentro de untransformador, se deben proveer los medios de enfriamiento adecuados, tanto

para el ncleo como para los devanados.

Los transformadores con potenciales inferiores a 50 KVA, se pueden enfriarpor medio del flujo de aire circundante a los mismos. La caja metlica quecontiene se puede habilitar con rejillas de ventilacin, de manera que corrientesde aire puedan circular por convencin sobre los devanados al rededor delncleo. Los transformadores un poco mayores se pueden construyen de la mismamanera, pero se puede usar la circulacin forzada de limpio. Estotransformadores, llamados de tipo seco, se usan por lo general en el interior deedificios, retirados de las atmosferas hostiles.

Los transformadores del tipo distribucin, menores a 200 KVA, sonusualmente inmersos en aceite mineral y encerrados en tanques de acero, elaceite transporta el calor del transformador hacia el tanque. Debido a que elaceite e menor aislante que el aire se usa invariablemente en transformadores dealta tensin.


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Tipos de tanques para transformadores enfriados por acero

a) Tanque lisob) Tanque ondulado

c) Tanques con tupos Radiales


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Algunos transformadores grande se desean para tener una capacidad variable,segn el tipo de enfriamiento usado, de tal forma que hay transformadores quepueden tener triple capacidad, dependiendo si son enfriado por circulacin de airenatural, circulacin forzada de aire de enfriamiento, por medio de ventiladores ocirculacin forzada de aceite acompaada de circulacin forzada de aire(OA/FA/FA), o en el segundo caso FOA, o bien un combustible OA/FA/FOA.

CONTROL DE TRANSFORMADOR Temperatura del transformador

Presin de transformador Nivel de aceite o lquido

Rigidez del aceite (Dielctrico)


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2.4.- CONTROL DE TEMPERATURA DEL TRANSFORMADOR

La temperatura de un transformador se lee por medio da termmetros de

mercurio y, en algunos casos, por medio de termopares colocados en losdevanados que alimentan a milivoltmetros calibrados en C.

Existen varios mtodos para controlar la temperatura; los ms modernos son elcontrol de temperatura por medio del dispositivo de imagen trmica con relevadorT.R.O. y la proteccin por relevador Buchholz.

El mtodo de IMAGEN TRMICA se basa en que cualquier sobrecarga o cortocircuito dentro del transformador se manifiesta como una variacin de corriente.

El dispositivo est constituido por una resistencia de calefaccin o caldeo,alrededor se encuentra una bobina cuya funcin es recibir la corriente de falla en/os devanados, que se detecta por medio de un transformador de corriente. Lacorriente que circula por la bobina, al variar, crea una cierta temperatura en laresistencia, y estos e indica en un milivoltmetro graduado en C.

El milivoltmetro se conecta por medio de un puntero a un relevador T.R.O. queconsiste en tres micro-switch, el primero opera a una temperatura determinada yacciona una alarma, el segundo lo hace a una temperatura limite y acciona a labobina de disparo del interruptor, quedando el transformador fuera de servicio.

Tambin el relevador Buchholz nos sirve para controlar la temperatura deltransformador. Se emplea a los transformadores que usan tanque conservador.Su principio de operacin se basa en que toda falla interna del transformador vaacompaada de una produccin de gases.


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El relevador Buchholz se conecta en el tubo que va del transformador al tanqueconservador, de manera que los gases producidos en aquel hagan que el aceitedel tubo suban de nivel; al variar el nivel se mueven unos flotadores que tiene en

su interior el relevador. Los flotadores, al moverse accionan un circuito de alarma,si a falla es mayor, accionan el disparo.


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La presin de los transformadores se controla normalmente por medio demanmetros que pueden tener accionamiento automtico.


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El nivel de aceite se controla mediante indicadores de nivel que tambin puedentener accionamiento automtico. La rigidez dielctrica se controla tomandomuestra peridicamente del aceite del transformador, por medio dela vlvula de

muestra que se encuentra colocada por lo general en la parte inferior deltransformador.

2.5.- INTERRUPTORES

Genricamente, un interruptor es un dispositivo cuya funcin es interrumpir yrestablecer la continuidad en un circuito elctrico.

Si la operacin se efecta sin carga (corriente), el interruptor recibe el nombre de

desconectadora o cuchilla desconectadora.

Si en cambio la operacin de apertura o cierre la efecta con carga (corrientenominal) o con corriente de corto circuito (en caso de alguna perturbacin), elinterruptor recibe el nombre de DISYUNTOR O INTERRUPTOR DE POTENCIA.Los interruptores, en caso de apertura, deben asegurar el aislamiento elctricodel circuito.

Estudiaremos inicialmente los interruptores de potencia, por considerarse comouno de los elementos bsicos de las subestaciones elctricas, en particular de las

de gran capacidad.

INTERRUPTOR DE POTENCIA

Los interruptores de potencia, como ya se mencion, interrumpen y restablecen lacontinuidad de un circuito elctrico. La interrupcin la deben efectuar con carga ocorriente de corto circuito. Se construyen en los tipos generales:

a) Interruptor de aceite.b) Interruptor Neumtico.

c) Interruptor en hexafloruro de azufre (SF6)

Para comprender el proceso de interrupcin de cualquier tipo de interruptor depotencia, consideremos que se pone un generador 6 en corto circuito al cerrar uninterruptor D, como se ilustra en la figura. Al hacer esto, circula una corriente muygrande que hace que opere automtico el interruptor D.


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En el instante de cerrar el interruptor, se produce una corriente de cortocircuitocuyo valor est limitado por la resistencia del circuito inducido y la reactancia dedispersin. Pero, como se sabe, la resistencia del inducido es despreciable encomparacin con la reactancia de dispersin, entonces, la corriente de corto

circuito inicial est limitada nicamente por la reactancia de dispersin; debido alefecto electromagntico de la corriente, su valor disminuye y, en consecuencia,disminuye el valor de F.e.m.. a que sta da lugar. De tal manera que la corrienteadquiere un valor permanente que depende del campo inducido y que estlimitado por la reactancia sncrona.

Si en el instante de cerrar el interruptor D el voltaje es mximo, la corriente decortocircuito recibe el nombre de corriente de cortocircuito simtrica y suoscilograma es semejante a la siguiente figura:

Si el interruptor se cierra en cualquier otro instante, entonces la I de corto circuitorecibe el nombre de asimtrica.

Como hemos considerado que al cerrar el interruptor D y producirse la corriente


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de cortocircuito este interruptor D se desconecta automticamente, entonces lasmagnitudes caractersticas a considerar durante el proceso de cierre* aperturason las siguientes:

1. Voltaje nominal.2. Corriente inicial de cortocircuito.3. Corriente de ruptura.4. Capacidad interruptiva P.5. Voltaje de restablecimiento.

VOLTAJE NOMINALSe debe considerar porque es el voltaje normal de operacin del interruptor.

CORRIENTE INICIAL DE CORTO CIRCUITOEs el valor instantneo de la corriente de falla.

CORRIENTE DE RUPTURAEs el valor permanente de la corriente de corto circuito.

CAPACIDAD INTERRUPTIVAEs la potencia de interrupcin a una corriente Iv de ruptura para trifsicos P.

VOLTAJE DE RESTABLECIMIENTOEs el voltaje que se presenta en el interruptor despus de la desconexin.

En la siguiente figura, se presenta el proceso de interrupcin de un interruptorautomtico.

2.6.- RESTAURADORES

En los sistemas de distribucin, adems del problema de la proteccin de losequipos elctricos, se presenta el de la continuidad del servicio, es decir, laproteccin que se planea en las redes de distribucin se hace pensando en losdos factores mencionados anteriormente. Para satisfacer esta necesidad se ideun Interruptor de operacin automtica que no necesita de accionamiento manualpara sus operaciones de cierre o apertura (la operacin manual se refiere almando por control remoto), es decir, construido de tal manera que un disparo oun cierre est calibrado de antemano y opera bajo una secuencia lgica


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predeterminada y constituye un interruptor de operacin automtica concaractersticas de apertura y cierre regulables de acuerdo con las necesidadesde la red de distribucin que se va a proteger. Este interruptor recibe por tales

condiciones el nombre de restaurador.

Un restaurador no es ms que un interruptor de aceite con sus tres contactosdentro de un mismo tanque y que opera en capacidades interruptivarelativamente bajas y tensiones no muy elevadas.

Los restauradores normalmente estn construidos para funcionar con tresoperaciones de recierre y cuatro aperturas, con un intervalo entre una y otracalibrado de antemano en la ltima apertura, et cierre debe ser manual ya queindica que la falla es permanente.

OPERACINDEUNRESTAURADOR

El restaurador opera en forma semejante a un interruptor trifsico, ya que suscontactos mviles son accionados por un vstago comn, conectando ydesconectando en forma simultnea.

El proceso de Apertura y recierre se puede describir brevemente como sigue:

1. Cuando ocurre una falla la bobina de disparo se energiza y acta sobre un

trinquete mecnico que hace caer a los contactos mviles.2. Los contactos mviles disponen de resortes tensionados de tal forma que la

apertura es rpida. Al caer los contactos mviles energizan la bobina derecierre que se encuentra calibrada para operar con cierto intervalo.

3. La bobina de recierre acciona un dispositivo mecnico que opera loscontactos mviles, conectndose nuevamente con los contactos fijos.

4. Si la falla es transitoria, el restaurador queda conectado y preparado paraotra falla; si la falle es permanente, repetir todo el proceso anterior hasta

quedar fuera segn sea el nmero de recierres para el cual se ha calibrado.La interrupcin del arco tiene lugar en una cmara de extincin que contiene alos contactos.


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RESTAURADOR TIPO R

El restaurador tipo R es semejante en su construccin al tipo W, pero se empleapara capacidades menores. A continuacin se dan algunos datos de este tipo derestaurador.

Voltaje nominal 2.4 - 14.4 KV.

Corriente nominal 25 * 400 Amp. Voltaje de diserto 15.5 KV

RESTAURADOR TIPO W

Se construye trifsico, en forma parecida al tipo R, pero es un poco ms robusto.

Voltaje nomina12.4 - 14.4 KV.


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operar con carga hasta ciertos lmites.

2.8.- APARTARRAYOS

Las sobretensiones que se presentan en las instalaciones de un sistema puedenser de dos tipos:

1. Sobretensiones de origen atmosfrico.2. Sobretensiones por fallas en el sistema.

En el estudio que ahora nos ocupa trataremos la proteccin contrasobretensiones de origen atmosfrico.

Apartarrayos. El apartarrayos es un dispositivo que nos permite proteger lasinstalaciones contra sobretensiones de origen atmosfrico.

Las ondas que se presentan durante una descarga atmosfrica viajan a lavelocidad de la luz y daan el equipo si no se le tiene protegido correctamente;para la proteccin del mismo se deben tomar en cuenta los siguientes aspectos:

1. Descargas directas sobre la instalacin.2. Descargas indirectas.

De los casos anteriores, el ms interesante, por presentarse con mayorfrecuencia, es el de las descargas indirectas.

El apartarrayos, dispositivo que se encuentra conectado permanentemente en elsistema, opera cuando se presenta una sobretensin de determinada magnitud,descargando la corriente a tierra.

Su principio general de operacin se basa en la formacin de un arco elctricoentre dos explosores, cuya separacin este determinada de antemano de

acuerdo con la tensin a la que va a operar.


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Las sobretensiones originadas por descargas indirectas se deben a que se

almacenan sobre las lneas cargas electrostticas que al ocurrir la descarga separten en dos y viajan en ambos sentidos de la lnea a la velocidad de la luz.

Los apartarrayos protegen tambin a las instalaciones contra descargas directas,para lo cual tiene un cierto radio de proteccin. Para dar mayor seguridad a lasinstalaciones contra descargas directas se instalan unas varillas conocidas comobayonetas e hilos de guarda semejantes a los que se colocan en las lneas detransmisin.

2.9.- TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTACION

Los aparatos de medida y los rels de proteccin no pueden soportar, por logeneral, ni elevadas tensiones ni elevadas corrientes, ya que de lo contrario seencarecera sobremanera su construccin. Por otra parte es conveniente evitar lapresencia de elevadas tensiones en aquellos dispositivos que van a estar alalcance de las personas.

Son stas las principales razones para la utilizacin de los transformadores demedida y proteccin, a travs de los cuales se pueden l levar seales de tensin y

corriente, de un valor proporcional muy inferior al valor nominal, a los dispositivosde medida y proteccin. Se consigue adems una separacin galvnica, (entrelas magnitudes de alta y baja tensin), de los elementos pertenecientes a loscuadros de mando, medida y proteccin con las consiguientes ventajas en cuantoa seguridad de las personas y del equipamiento.


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Como las mediciones y el accionamiento de las protecciones se hallan referidas,en ltima instancia, a la apreciacin de tensin y corriente, se dispone de dostipos fundamentales de transformadores de medida y proteccin:

a) TRASNFORMADORES DE POTENCIAb) TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

Normalmente estos transformadores se construyen con sus secundarios, paracorrientes de 5 1 A y tensiones de 100, 110, 100/ 3, 110/ 3 V.

Los transformadores de corriente se conectan en serie con la lnea, mientras quelos de tensin se conectan en paralelo, entre dos fases o entre fase y neutro. Estoen s, representa un concepto de dualidad entre los transformadores de corrientey los de tensin que se puede generalizar en la siguiente tabla y que nos ayudapara pasar de las funciones de un tipo de transformador al otro:

A continuacin se ven, por separado, las caractersticas principales de cada unode los dos tipos de transformadores arriba mencionados. Ambos pueden utilizarsepara proteccin, para medicin, o bien, para los dos casos simultneamentesiempre y cuando las potencias y clases de precisin sean adecuadas a la

funcin que desarrollen.

TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

Son aparatos en que la corriente secundaria, dentro de las condiciones normalesde operacin, es prcticamente proporcional a la corriente primaria, aunqueligeramente desfasada. Desarrollan dos tipos de funcin: transformar la corrientey aislar los instrumentos de proteccin y medicin conectados a los circuitos dealta tensin.


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El primario del transformador, que consta de muy pocas espiras, se conecta enserie con el circuito cuya intensidad se desea medir y el secundario se conecta en

serie con las bobinas de corriente de los aparatos de medicin y de proteccinque requieran ser energizados.

Las espiras del arrollamiento primario suelen ser una o varias, las cuales sepueden a su vez dividir en dos partes iguales y conectarse en serie o paralelopara cambiar la relacin, y atraviesan el ncleo magntico, cuya forma suele sercerrada tipo toroidal o puede tener un cierto entrehierro, sobre el cual se arrollanlas espiras del secundario de una forma uniforme, consiguiendo as reducir almnimo el flujo de dispersin. Este arrollamiento es el que se encarga dealimentar los circuitos de intensidad de uno o varios aparatos de medidaconectados en serie.

Se puede dar tambin la existencia de varios arrollamientos secundarios en unmismo transformador, cada uno sobre su circuito magntico, uno para medida yotro para proteccin. De esta forma no existe influencia de un secundario sobreotro.

Si el aparato tiene varios circuitos magnticos, se comporta como si fueran variostransformadores diferentes. Un circuito se puede utilizar para mediciones querequieren mayor precisin, y los dems se pueden utilizar para proteccin. Porotro lado, conviene que las protecciones diferenciales de cables otransformadores de potencia y de distancia se conecten a transformadores de

corriente independientes.

Los transformadores de corriente se pueden fabricar para servicio interior oexterior. Los de servicio interior son ms econmicos y se fabrican para tensionesde servicio de hasta 36 kV, y con aislamiento en resina sinttica. Los de servicio


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exterior y para tensiones medias se fabrican con aislamiento de porcelana yaceite, o con aislamientos a base de resinas que soportan las condicionesclimatolgicas. Para altas tensiones se continan utilizando aislamientos a base

de papel y aceite dentro de un recipiente metlico, con aisladores pasatapas deporcelana. Actualmente se utilizan resinas dentro de un aislador de porcelana, ogas SF6 y cubierta de porcelana.

La tensin del aislamiento de un transformador de corriente debe ser, cuandomenos, igual a la tensin ms elevada del sistema al que va a estar conectado.

Para el caso de los transformadores utilizados en protecciones con rels digitalesse requieren ncleos que provoquen menores saturaciones que en el caso de losrels de tipo electromagntico, ya que las velocidades de respuesta de lasprotecciones electrnicas son mayores.

Los transformadores de corriente pueden ser de medicin, de proteccin, mixtoso combinados.

Transformador de medicin. Los transformadores cuya funcin es medir,requieren reproducir fielmente la magnitud y el ngulo de fase de la corriente. Suprecisin debe garantizarse desde una pequea fraccin de corriente nominal delorden del 10%, hasta un exceso de corriente del orden del 20%, sobre el valornominal.

Transformadores de proteccin. Los transformadores cuya funcin es protegerun circuito, requieren conservar su fidelidad hasta un valor de veinte veces lamagnitud de la corriente nominal, cuando se trata de grandes redes con altascorrientes puede ser necesario requerir treinta veces la corriente nominal.

En el caso de los rels de sobrecorriente, slo importa la relacin detransformacin, pero en otro tipo de rels, como pueden ser los de impedancia,se requiere adems de la relacin de transformacin, mantener el error del ngulode fase dentro de valores predeterminados.

Transformadores mixtos. En este caso, los transformadores se disean parauna combinacin de los dos casos anteriores, un circuito con el ncleo de altaprecisin para los circuitos de medicin y uno o dos circuitos ms, con susncleos adecuados, para los circuitos de proteccin.

Transformadores combinados. Son aparatos que bajo una misma cubiertaalbergan un transformador de corriente y otro de tensin. Se utilizan enestaciones de intemperie fundamentalmente para reducir espacios.


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TRANSFORMADORES DE POTENCIA

Un transformador de tensin es un dispositivo destinado a la alimentacin deaparatos de medicin y /o proteccin con tensiones proporcionales a las de la reden el punto en el cual est conectado. El primario se conecta en paralelo con elcircuito por controlar y el secundario se conecta en paralelo con las bobinas detensin de los diferentes aparatos de medici

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Elaboracion Del Diagrama de La Subestacion Electrica y Planta de Emergencia (Trabajo de Investigacion)