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8/10/2019 Subestaciones.docx

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SubestacionesDEFINICIN

Las subestaciones son las componentes de los sistemas de potencia en donde se modifican

los parmetros de tensin y corriente, sirven adems de punto de interconexin para facilitar

la transmisin y distribucin de la energa elctrica y pueden clasificarse de acuerdo a su

funcin y construccin.

CLASIFICACIN POR SU FUNCIN

ELEVADORAS

En este tipo de Subestaciones se modifican los parmetros principales en la generacin de la

energa elctrica por medio de los transformadores de potencia, elevando el voltaje y

reduciendo la corriente para que la potencia pueda ser transportada a grandes distancias con

el mnimo de prdidas. Son las subestaciones que generalmente se encuentran en las

Centrales Elctricas.

Algunos niveles tpicos de voltaje usados en los sistemas elctricos de potencia, se dan en la

tabla siguiente, agrupndolos en transmisin, subtransmision, distribucin y utilizacin.

Tabla 1.1 Niveles de voltaje usados preferentemente en Mxico.

Transmisin Subtransmision Distribucin Utilizacin

400 kV 115 kV 34.5 kV 400 V, 3

230 kV 69 kV 23.0 kV 220 V, 2

13.8 kV 110 V, 1

REDUCTORAS

En este tipo de Subestaciones se modifican los parmetros de la transmisin de la energa

elctrica por medio de transformadores de potencia, reduciendo el voltaje y aumentando la

corriente para que la potencia pueda ser distribuida a distancias medias a travs de lneas de

transmisin, subtransmisin y circuitos de distribucin, los cuales operan a bajos voltajes para

su comercializacin.


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DE MANIOBRA

En este tipo de Subestaciones no se modifican los parmetros en la transmisin de la energa

elctrica, nicamente son nodos de entrada y salida sin elementos de transformacin y son

utilizadas como interconexin de lneas, derivaciones, conexin y desconexin de

compensacin reactiva y capacitiva, entre otras.

CLASIFICACIN POR SU CONSTRUCCIN

TIPO INTEMPERIE

Son las construidas para operar expuestas a las condiciones atmosfricas (lluvia, nieve, viento

y contaminacin ambiental) y ocupan grandes extensiones de terreno.

Fig. 1 Tipo intemperie.TIPO INTERIOR

Son Subestaciones que se encuentran con proteccin de obra civil, similares en su forma a las

de tipo intemperie, con el fin de protegerlas de los fenmenos ambientales como son: la

contaminacin salina, industrial y agrcola, as como de los vientos fuertes y descargas

atmosfricas. Tambin existen, las Subestaciones compactas blindadas aisladas con gasHexafloruro de Azufre (SF6), las cuales proporcionan grandes ventajas, ya que adems de

poder ser diseadas para operar a la intemperie, estas pueden estar protegidas del medio

ambiente con cierta infraestructura civil, reduciendo los costos de mantenimiento; y se aplican

generalmente en:

Zonas urbanas y con poca disponibilidad de espacio.

Zonas con alto costo de terreno.Zonas de alta contaminacin y ambiente corrosivo.


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Zonas con restricciones ecolgicas.

Instalaciones subterrneas.

Fig. 2 Tipo interior.

SIMBOLOGA

SIMBOLOGA DE EQUIPO ELCTRICO

Para la operacin correcta y segura de las subestaciones, la nomenclatura para identificar

voltajes, estaciones y equipos, ser uniforme en toda la Repblica Mexicana. Deber adems,

facilitar la representacin grfica por los medios tcnicos o tecnolgicos disponibles en laoperacin.

Cada uno de los dispositivos elctricos de que consta una subestacin de potencia se

representa por medio de un smbolo simplificado como se muestra


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TRANSFORMADOR DE POTENCIA

Los transformadores son dispositivos basados en el fenmeno de la induccin

electromagntica y estn constituidos, en su forma ms simple, por dos bobinas devanadas

sobre un ncleo cerrado de hierro al silicio. Las bobinas o devanados se denominanprimario y

secundario. Segn correspondan a la tensin alta o baja, respectivamente. Tambin existen

transformadores con ms devanados, en este caso puede existir un devanado "terciario", de

menor tensin que el secundario.

Se denomina transformador a una mquina electromagntica que permite aumentar o disminuir

el voltaje o tensin en un circuito elctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. La

potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal, esto es, sin prdidas, es

igual a la que se obtiene a la salida. Las mquinas reales presentan un pequeo porcentaje de

prdidas, dependiendo de su diseo y tamao.

Fig.4 Transformador de potencia.

La razn tcnica para realizar esta operacin es la conveniencia de realizar el transporte de

energa elctrica a larga distancia a voltajes elevados para reducir las prdidas resistivas (P=

I2R), que dependen de la intensidad de corriente.

El Transformador es un dispositivo primario que, de acuerdo con su relacin modifica losparmetros elctricos, (tensin y corriente) operando como elevadores o reductores.

Se pueden considerar formado por tres partes principales:

Parte activa

Parte pasiva

Accesorios

Parte activa


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Est formada por un conjunto de elementos separados del tanque principal y que agrupa los

siguientes elementos:

1. Ncleo. Este constituye el circuito magntico, que est fabricado en lminas de acero al

silicio. El ncleo puede ir unido a la tapa y levantarse con ella, o puede ir unido a la

pared del tanque, lo cual produce mayor resistencia durante las maniobras mecnicasdel transporte.

2. Bobinas. Estas constituyen el circuito elctrico, se fabrican utilizandoalambre o solero

de cobre o de aluminio. Los conductores se forran de material aislante, que puede tener

diferentes caractersticas, de acuerdo con la tensin del servicio de la bobina, la

temperatura y el medio en que va a estar sumergida.

Los devanados deben tener conductos de enfriamiento radiales y axiales que permitan fluir el

aceite y eliminar el calor generado en su interior. Adems, deben tener apoyos y sujeciones

suficientes para soportar los esfuerzos mecnicos debidos a su propio peso, y sobre todo los

de tipo electromecnico que se producen durante cortocircuitos.

Parte pasiva

Consiste en el tanque donde se aloja la parte activa; se utiliza en los transformadores cuya

parte activa va sumergida en lquidos.El tanque debe ser hermtico, soportar el vaco absoluto sin presentar deformacin

permanente, proteger elctrica y mecnicamente el transformador, ofrecen puntos de apoyo

para el transporte y la carga del mismo, soportar los enfriadores, bombas de aceite,

ventiladores y los accesorios especiales.

La base del tanque debe ser lo suficientemente reforzada para soportar las maniobras de

levantamiento durante la carga o descarga del mismo.El tanque y los radiadores de un transformador deben tener un rea suficiente para disipar las

prdidas de energa desarrolladas dentro del transformador.

A medida que la potencia de diseo de un transformador se hace crecer, el tanque y los

radiadores, por si solos, no alcanzan a disipar el calor generado, por lo que en diseos de

unidades de alta potencia se hace necesario adicionar enfriadores, a travs de los cuales se

hace circular aceite forzado por bombas, y se sopla aire sobre los enfriadores, por medio de

ventiladores. A este tipo de eliminacin trmica se le llama enfriamiento forzado.

A i


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Los accesorios de un transformador son un conjunto de partes y dispositivos que auxilian en la

operacin y facilitan en labores de mantenimiento.

1. Tanque conservador. Es un tanque extra colocado sobre el tanque principal del

transformador, cuya funcin es absorber la expansin del aceite debido a los cambios

de temperatura, provocados por los incrementos de la carga. El tanque se mantienelleno de aceite aproximadamente hasta la mitad. En caso de una elevacin de

temperatura, el nivel de aceite se eleva comprimiendo el gas contenido en la mitad

superior si el tanque es sellado, o expulsando el gas hacia la atmosfera si el tanque

tiene respiracin.

2. Boquillas. Son los aisladores terminales de las bobinas de alta y baja tensin que se

utilizan para atravesar el tanque o la tapa del transformador.

3. Tablero. Es un gabinete dentro del cual se encuentran los controles yprotecciones de

los motores de las bombas de aceite, de los ventiladores, del cambiador de derivaciones

bajo carga, etc.

4. Vlvulas. Conjunto de dispositivos que se utilizan para el llenado, vaciado,

mantenimiento y muestreo del aceite del transformador.

5. Conectores a tierra. Son unas piezas de cobre soldadas al tanque, dondese conecta el

transformador a la red de tierra.

6. Placa de caractersticas. Esta placa se instala en un lugar visible del transformador y en

ella se graban los datos ms importantes como son potencia, tensin, por ciento de

impedancia, nmero de serie, diagrama vectorial y de conexiones, numero de fases,

frecuencia, elevacin de temperatura, altura de operacin sobre el nivel del mar, tipo de

enfriamiento, por ciento de variacin de tensin en los diferentes pasos del cambiador

de derivaciones, peso y aos de fabricacin.

Operacin del Transformador:

a. Potencia, la potencia del transformador est determinada por la magnitud

de la carga que se alimentar y la perspectiva de aumentos futuros de

consumos.b. Cantidad, cuantos transformadores se requieren.


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c. Taps. cantidad y valores de las derivaciones en el primario ysecundario para

disponer de una mayor flexibilidad para optimizar los niveles de la tensin

secundaria.

d. Tensin del Primario y Secundario, corresponden a la tensin primaria

existente y la necesidad de tensin secundaria.

e. Aspectos constructivos. La disponibilidad de taps, La instalacin (intemperie,

bajo techo), Protecciones (incorporadas): temperatura,

Presin, Refrigeracin: Ventilacin forzada; Circulacin del aceite

forzada, Componentes de montaje, Cambiador de taps bajo carga.

f. Mantenimiento del Transformador, adems de chequearperidicamente

las condiciones generales del transformador y de su funcionamiento, se

debe analizar el estado del aceite, limpieza de aisladores. En generalestos elementos requieren de poco mantenimiento.

CONEXIONES TIPICAS

Conexin estrella-estrella. Esta conexin da un servicio satisfactorio si la cargatrifsica

es balanceada; si la carga es desbalanceada, el neutro elctrico tiende a ser

desplazado del punto central, haciendo diferentes los voltajes de lnea a neutro; esta

desventaja puede ser eliminada conectando a tierra el neutro. La ventaja de estesistema de conexiones es que el aislamiento soporta nicamente el voltaje de lnea a

tierra.

Conexin delta-delta. Este arreglo es usado generalmente en sistemas donde los

voltajes no son altos y cuando la continuidad del servicio debe ser mantenida aun si

unos de los transformadores fallan; si esto sucede, los transformadores pueden

continuar operando en la conexin delta-abierta, tambin llamada con esta conexin no se

presentan problemas con cargas desbalanceadas, pues prcticamente los voltajes

permanecen iguales, independientemente del grado de desbalance de la carga.

Conexin delta-estrella. Esta conexin se emplea usualmente para elevar el voltaje, como por

ejemplo al principio de un sistema de transmisin de alta tensin. Otra de sus ventajas es que

el punto de neutro es estable y no flota cuando la carga es desbalanceada. Esta conexin

tambin es muy usada cuando los transformadores deben suministrar carga trifsica y carga

monofsica; en estos casos, la conexin proporciona un cuarto hilo conectado al neutro.


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TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTOS

Son dispositivos electromagnticos cuya funcin principal es reducir a escala, las magnitudes

de tensin y corriente que se utilizan para la proteccin y medicin de los diferentes circuitos

de una subestacin, o sistema elctrico en general.

Los aparatos de medicin y proteccin que se montan sobre los tableros de una subestacin

no estn constituidos para soportar ni grandes tensiones, ni grandes corrientes.

Con el objeto de disminuir el costo y los peligros de las altas tensiones dentro de los tableros

de control y proteccin, se dispone de los aparatos llamados transformadores de corriente y

potencial que representan, a escalas muy reducidas, las grandes magnitudes de corriente o de

tensin respectivamente. Normalmente estos transformadores se construyen con sus

secundarios, para corrientes de 5 amperes o tensiones de 120 volts.

Los transformadores de corriente se conectan en serie con la lnea, mientras que los de

potencial se conectan en paralelo, entre dos fases o entre fase o neutro. Esto en s, representa

un concepto de dualidad entre los transformadores de corriente y los de potencial que se

puede generalizar en la siguiente tabla:

Tabla 3.1. Equivalencias de funciones en los transformadores de instrumentos

Transformadores

ConceptoPotencial

Corriente

TensinConstante Variable

Corriente Variable Constante

La carga se denomina por: Corriente Tensin

Causa de error: Cada de tensin Corriente derivadaen serie en paralelo

Conexin de transformador a la lnea: En paralelo En serie

Conexin de los aparatos alsecundario: En paralelo En serie


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TRANSFORMADORES DE POTENCIAL

Son aparatos en que la tensin secundaria, dentro de las condiciones normales de operacin,

es prcticamente proporcional a la tensin primaria, aunque ligeramente desfasada.

Desarrollan dos funciones: transformar la tensin y aislar los instrumentos de proteccin ymedicin conectados a los circuitos de alta tensin.

Fig. 5 Transformador de potencial (T`P).

El primario se conecta en paralelo con el circuito por controlar y el secundario se conecta en

paralelo con las bobinas de tensin de los diferentes aparatos de medicin y proteccin que se

requieren energizar.

Estos transformadores se fabrican para servicio interior y exterior, y al igual que los de

corriente, se fabrican con aislamientos de resinas sintticas para tensiones bajas o medias,

mientras que para altas tensiones se utilizan aislamientos de papel, aceite y porcelana.

A diferencia de los aparatos de corriente, los de potencial se construyen de un solo

embobinado secundario.

PARMETROS DE LOS TRANSFORMADORES DE POTENCIAL

Tensin. Las tensiones primaria y secundaria de un transformador de potencial deben estar

normalizadas de acuerdo con cualquiera de las normas nacionales o internacionales en uso.

Tensin primaria. Se debe seleccionar el valor normalizado inmediato superior al valor

calculado de la tensin nominal de la instalacin.

Tensin secundaria. Los valores normalizados, segn la ANSI son de 120 volts para aparatos


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Potencia nominal. Es la potencia secundaria expresada en volt-amperes, que sedesarrollan

bajo la tensin nominal y que se indica en la placa de caractersticas del aparato.

Carga. Es la impedancia que se conecta a las terminales del devanadosecundario.

Clase de precisin para medicin. La clase de precisin se designa por el error mximo

admisible en por ciento, que el transformador de potencia puede introducir en la medicin de

potencia operando con su tensin nominal primaria y la frecuencia nominal. La precisin de un

transformador se debe poder garantizar para los valores entre 90 y 110% de la tensin

nominal.

TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

Son aparatos en que la corriente secundaria, dentro de las condiciones normales de operacin,

es prcticamente proporcional a la corriente primaria, aunque ligeramente desfasada.

Desarrollan dos tipos de funcin; transformar la corriente y aislar los instrumentos de

proteccin y medicin conectados a los circuitos de alta tensin.

El primario del transformador se conecta en serie con el circuito por controlar y el secundario

se conecta en serie con las bobinas de corriente de los aparatos de medicin y de proteccin

que requieran ser energizados.

Fig. 6 Transformador de corriente (T`C).

Un transformador de corriente puede tener uno o varios secundarios, embobinados a su vez

sobre uno o varios circuitos magnticos. Si el aparato tiene varios circuitos magnticos, se

comporta como si fueran varios transformadores diferentes. Un circuito se puede utilizar para

di i i i i l d d tili t i P


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transformadores independientes.

La tensin del aislamiento de un transformador de corriente debe ser, cuando menos, al igual a

la tensin ms elevada del sistema al que va a estar conectado.

Para el caso de los transformadores utilizados en protecciones con relevadores estticos se

requieren ncleos que provoquen menos saturaciones que en el caso de los relevadores de

tipo electromagntico, ya que las velocidades de respuesta de las protecciones electrnicas

son mayores.

Los transformadores de corriente pueden ser de medicin, de proteccin o mixtos:

Transformadores de medicin. Los transformadores cuya funcin es medir, requieren

reproducir fielmente la magnitud y el ngulo de fase de la corriente. Su precisin debe

garantizarse desde una pequea fraccin de corriente nominal del orden del 10%, hasta un

exceso de corriente del orden del 20% sobre su valor nominal.

Transformadores de proteccin. Los transformadores cuya funcin es proteger el circuito,

requieren conservar su fidelidad hasta un valor de 20 veces la magnitud de la corriente

nominal.

En el caso de los relevadores de sobrecorriente, solo importa la relacin de la transformacin,

pero en otro tipo de relevadores, como pueden ser los de impedancias, se requiere adems de

la relacin de transformacin, mantener el error del ngulo de fase dentro de los valores

predeterminados.

Transformadores mixtos. En este caso, los transformadores se disean para unacombinacin

de los dos casos anteriores, un circuito con el ncleo de alta precisin para los circuitos de

medicin y uno o dos circuitos ms, con sus ncleos adecuados, para los circuitos de

proteccin.

PARMETROS DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTECorriente. Las corrientes primaria y secundaria de un transformador de corriente deben estar

normalizadas de acuerdo con cualquiera de las normas nacionales o internacionales.

Corriente primaria. Para esta magnitud se selecciona el valor normalizadoinmediato superior de la corriente calculada para la instalacin.

Para subestaciones de potencial, los valores normalizados son: 300, 400, 600, 800, 1200,

1500, 2000, y 4000 amperes.

Carga secundaria. Es el valor de la impedancia en ohms, reflejada en el secundario de lostransformadores de corriente, y que est constituida por la suma de las impedancias del


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secundario y que corresponde a la llamada potencia de precisin a la corriente nominal

secundaria.

Limite trmico. Un transformador debe soportar en forma permanente, hasta un20% sobre el

valor nominal de corriente, sin exceder el nivel de temperatura especificado.

Lmite de corto circuito. Es la corriente de cortocircuito mxima que soporta untransformador

durante un tiempo que vara entre 1 y 5 segundos. Esta corriente puede llegar a significar una

fuerza del orden de varias toneladas.

Tensin secundaria nominal. Es la tensin que se levanta en las terminales secundarias del

transformador al alimentar este una carga de veinte veces la corriente secundaria nominal.

Potencia nominal. Es la potencia aparente secundaria que a veces se expresa envolt-amperes

(VA) y a veces en ohms, bajo una corriente nominal determinada y que se indica en la placa decaractersticas del aparato

Clase de precisin para medicin. La clase de precisin se designa por el error mximo

admisible, en porciento, que el transformador puede introducir en la medicin, operando con su

corriente nominal primaria y la frecuencia nominal.

Clase de precisin para proteccin. Los transformadores con ncleos para proteccin, se

disean para que la corriente secundaria sea proporcional a la primaria, para corrientes con

valores de 20 veces el valor de la corriente nominal.

CAPACITORES

Son unos dispositivos elctricos formados por dos lminas conductoras, separadas por una

lmina dielctrica y que al aplicar una diferencia de tensin almacenan carga elctrica.


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Los capacitores de alta tensin estn sumergidos, por lo general, en lquidos dielctricos y todo

el conjunto est dentro de un tanque pequeo, hermticamente cerrado. Sus dos terminales

salen al exterior a travs de dos boquillas de porcelana, cuyo tamao depender del nivel de

tensin del sistema al que se conectaran.

Una de las aplicaciones ms importantes del capacitor es la de corregir el factor de potencia en

lneas de distribucin y en instalaciones industriales, aumentando la capacidad de

transformacin de las lneas, el aprovechamiento de la capacidad de los transformadores y la

regulacin del voltaje en los lugares de consumo.

En la instalacin de los bancos de capacitores de alta tensin hay que tomar en cuenta ciertas

consideraciones:

Ventilacin. Se debe cuidar que los capacitores estn bien ventilados para que su temperaturade operacin no exceda a la de diseo. La operacin a 10C arriba de la temperatura nominal

disminuye la vida medida del capacitor en ms de un 70%, debidos a los dielctricos son muy

sensibles, y en forma marcadamente exponencial, a las temperaturas de operacin.

APARTARRAYOS

Son unos dispositivos elctricos formados por una serie de elementos resistivos no lineales y

explosores que limitan la amplitud de las sobretensiones originadas por descargas

atmosfricas, operacin de interruptores o desbalanceo de sistemas.

Un dispositivo de proteccin efectivo debe tener tres caractersticas principales:

Comportarse como un aislador mientras la tensin aplicada no exceda cierto valor

determinado.

Convertirse en conductor al alcanzar la tensin de ese valor.

Conducir a tierra la onda de corriente producida por la onda de sobretensin.


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Fig. 8 Apartarrayos de la linea de alta tension.

Una vez desaparecida la sobretensin y restablecida la tensin normal. El dispositivo de

proteccin debe de interrumpir la corriente. Estas caractersticas se logran con el aparato

llamado apartarrayos (pararrayos).

Los apartarrayos cumplen con las siguientes funciones:

a) Descargar las sobretensiones cuando su magnitud llega al valor de la tensin disruptiva

del diseo.

b) Conducir a tierra las corrientes de descarga producidas por las sobretensiones.

c) Debe desaparecer la corriente de descarga al desaparecer las sobretensiones.

d) No deben operar con sobretensiones temporales, de baja frecuencia.

e) La tensin residual debe ser menor que la tensin que resisten los aparatos que

protegen.

La funcin del apartarrayos no es eliminar las ondas de sobre tensin, sino limitar su magnitud

a valores que no sean perjudiciales al aislamiento del equipo.

INTERRUPTORES DE POTENCIAEl interruptor es un dispositivo destinado al cierre y apertura de la continuidad del circuito

elctrico bajo carga, en condiciones normales, y esta es su funcin principal, bajo condiciones

de corto circuito.

Sirve para insertar o retirar de cualquier circuito energizado, mquinas, aparatos, lneas areas

o cables.

El interruptor es, junto con el transformador, el dispositivo ms importante de una subestacin,

su comportamiento determina el nivel de confiablidad que se puede tener en un sistema

elctrico de potencia.

El interruptor debe ser capaz de interrumpir corriente elctrica de intensidades y factores de

potencia diferentes, pasando desde la corriente capacitiva de varios cientos de amperes y las

inductivas de varias decenas de kilo amperes (corto circuito).El interruptor se puede considerar por:

Parte activa:

Constituida por las cmaras de extincin que soporta los contactos fijos y el mecanismo de

operacin que soporta los contactos mviles.

Parte pasiva:

Formado por una estructura que soporta uno o tres dispositivos de aceite, si el interruptor es

de aceite, en los que se aloja la parte activa.En s, la parte pasiva desarrolla las funciones siguientes:


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b) Ofrece puntos para el levantamiento y transporte del interruptor, as como espacio para

la instalacin de los accesorios.

c) Soporta los recipientes de aceite, s los hay, y el gabinete de control.Parmetros de los interruptores

A continuacin algunas de la magnitudes caractersticas que hay que considerar en un

interruptor.

Tensin nominal: Es el valor eficaz de la tensin entre fases de sistema en quese instala el

interruptor.

Tensin mxima: Es el valor mximo de la tensin para la cual est diseada el interruptor y

representa el lmite superior de la tensin, al cual debe operar, segn norma.

Corriente nominal: Es el valor eficaz de la corriente normal mxima que puede circular

continuamente a travs del interruptor sin exceder los lmites recomendables de elevacin de

temperatura.

Corriente de corto circuito inicial: Es el valor pico de la primera semionda de corriente,

comprendida en ella la componente transitoria.

Corriente de corto circuito: El valor eficaz de la corriente mxima de corto circuitoque puedeabrir las cmaras de extincin de arco. Las unidades son kiloamperes aun que comnmente se

dan en megavolt-amperes (MVA) de cortocircuito.

Tensin de restablecimiento: Es el valor eficaz de la tensin mxima de la primerasemionda

de la componente alterna, que aparecen entre los contactos de interruptor despus de la

extincin de la corriente. Tiene una influencia muy importante en la capacidad de apertura de

interruptor y presenta una frecuencia que es el de orden de miles de Hertz, de acuerdo con los

parmetros elctricos del sistema en la zona de operacin.

Esta tencin tiene dos componentes, una frecuencia nominal del sistema y la otra superpuesta

que oscila a la frecuencia natural del sistema.

Resistencia de contactos: Cuando una cmara de arqueo se cierra, se produce un contacto

metlico en un rea muy pequea formada por tres puntos, que es lo que en geometra

determina un plano. Este contacto formado por tres o ms puntos es lo que fija el concepto de

resistencia de contacto y que provoca el calentamiento del contacto, al pasar la corriente

nominal a travs de l.Cmara de extincin de arco: Es la parte principal de cualquier interruptorelctrico, en donde


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trate.

Dichas cmaras deben soportar los esfuerzos electrodinmicos de la corriente de cortocircuito,

as como los esfuerzos dielctricos que aparecen al producirse la desconexin del banco de

reactores, capacitores y transformadores.

El fenmeno de interrupcin aparece al iniciarse la separacin de los contactos, apareciendo

un arco a travs de un fluido, que lo transforma en plasma y que provoca esfuerzo en las

cmaras, debido a las altas presiones y temperaturas. Al interrumpirse la corriente, durante el

paso de la onda por cero, aparece entre los contactos la llamada tensin transitoria de

restablecimiento.

LNEAS AREAS ELCTRICAS DE DISTRIBUCIN EN MEDIA YBAJA TENSIN

LNEAS ELCTRICAS

Una lnea de transmisin elctrica es bsicamente el medio fsico mediante el cual se realizala transmisin y distribucin de la energa elctrica, est constituida por: conductores,

estructuras de soporte, aisladores, accesorios de ajustes entre aisladores y estructuras desoporte, y cables de guarda (usados en lneas de alta tensin, para protegerlas de descargasatmosfricas); es de suma importancia el estudio de las caractersticas elctricas en losconductores de las lineas, estas abarcan los parmetros impedancia y admitancia, la primeraesta conformada por la resistencia y la inductancia uniformemente distribuidas a lo largo de lalnea y se representa como un elemento en serie. La segunda esta integrada por lasusceptancia y la conductancia y en este caso se representa como un elemento en paralelo, laconductancia representa las corrientes de fuga entre los conductores y los aisladores, esta esprcticamente despreciable por lo que no es considerado un parmetro influyente, lascaractersticas tanto de los elementos fsicos como elctricos se explicaran a continuacin.

1.1.1 CLASIFICACIN DE LAS LNEAS ELCTRICAS

Las lneas elctricas de se pueden clasificar por su funcin en:

a) Lneas de transmisin.

Son aquellas que se utilizan para transportar la energa elctrica a grandes distancias, aniveles de voltajes superiores a los 34.500v. Estas constituyen el eslabn de unin entre lascentrales generadoras y las redes de distribucin. Para la construccin de estas lneas seutilizan casi exclusivamente conductores metlicos desnudos, que se obtienen mediantecableado de hilos metlicos (alambres) alrededor de un hilo central.

b) Lneas de distribucin.

Son aquellas que van desde las subestaciones hasta los centros de consumo como son las


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los 34.500v. Los conductores en media tensin siguen siendo desnudos, pero en baja tensinse usan conductores aislados, para mayor seguridad en zonas urbanas.

1.1.2 COMPONENTES DE UN LNEA AREA

Las lneas areas estn constituidas tanto por el elemento conductor, usualmente cablesdecobre o aluminio, como por sus elementos de soporte, las Torres de alta tensin, y losaisladores

a) Conductores:

En la construccin de lneas areas de transmisin de energa elctrica, se utilizan casiexclusivamente conductores trenzados, los cuales son cables formados por alambres, encapas alternadas, enrolladas en sentidos opuestos. Esta disposicin alternada de las capas

evita el desenrollado y hace que el radio externo de una capa coincida con el interior de lasiguiente. El trenzado proporciona flexibilidad con grandes secciones transversales

El conductor trenzado puede realizarse con hilos del mismo metal, o de distintos metales,segn cuales sean las caractersticas mecnicas y elctricas deseadas. Si los hilos son delmismo dimetro, la formacin obedece a la siguiente ley:

nh = 3 c2+ 3 c + 1

siendo: nh = nmero de hilos ; c = nmero de capas

Por lo tanto es comn encontrar formaciones de 7, 19, 37, 61, 91 hilos, respectivamente 1 a 5

capasLos metales utilizados en la construccin de lneas areas deben poseer tres caractersticasprincipales: baja resistencia elctrica, elevada resistencia mecnica, de manera deofrecer resistencia a los esfuerzos permanentes o accidentales y bajo costo.

Los metales que satisfacen estas condiciones son relativamente escasos, los cuales son:cobre, aluminio, aleacin de aluminio y combinacin de metales (aluminio acero) Convienepara cada caso particular investigar el metal ms ventajoso, teniendo en cuenta lasobservaciones generales que siguen.

Cobre

El tipo de cobre que se utiliza en la fabricacin de conductores es cobre electroltico de altapureza. Se obtiene electrolticamente, por refinado: un electrodo de cobre hace de ctodo y unelectrodo de cobre con impurezas hace de nodo; el cobre electroltico se deposita cobre elctodo. Las caractersticas del cobre electroltico coinciden, casi exactamente con las del cobrepuro, ya que el contenido mnimo de cobre ha de ser de 99.9 %.Este tipo de cobre sepresenta en los siguientes grados de dureza o temple:

Cobre recocido. El cobre recocido llamado tambin cobre blando tiene una resistencia

a la rotura de 22 a 28 [Kg/mm2]. El cobre recocido a 20 C de temperatura ha sidoadoptado como cobre-tipo para las transacciones comerciales en todo el mundo. El


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conductores elctricos que no hayan de estar sometidos a grandes esfuerzosmecnicos.

Cobre semiduro.Tiene una resistencia a la rotura de 28 a 34 [Kg. /mm2] y no es tandctil ni maleable como el cobre recocido.

Cobre duro. El cobre duro trabajado, en fri tiene, adquiere dureza y resistenciamecnica, aunque a expensas de su ductilidad y maleabilidad. El cobre duro tiene unaresistencia a la rotura de 35 a 47 [Kg/mm2] y sus buenas propiedades mecnicas seemplea para conductores de lneas elctricas exteriores, donde han de estar sometidosa esfuerzos mecnicos elevados; este tipo de cobre no es muy empleado eninstalaciones interiores, debido a que se manipula ms difcilmente, que el cobrerecocido.

Aleaciones de Cobre

Los que son solubles en cantidad moderada en una solucin slida de cobre, telas como elmanganeso, el nquel, el zinc, el estao, el aluminio, etc., generalmente endurecen el cobre ydisminuyen su ductilidad, pero mejoran sus condiciones de laminado y de trabajo mecnico.

De una forma general se puede decir que las aleaciones de cobre mejoran algunas de laspropiedades mecnicas o trmicas del cobre puro, pero a excepcin de las propiedadeselctricas. Las aleaciones de cobre las utilizadas son las siguientes:

Latones

Los latones son aleaciones de cobre y zinc con un 50 % de este ltimo metal como mximo, yaque a partir de dicho porcentaje, las aleaciones resultan frgiles. La conductividad elctrica esrelativamente baja, por lo que su empleo no es tan extendido

Bronces

Los bronces son aleaciones de cobre y estao. Pero actualmente las aleaciones dejaron de serbinarias para pasar a ser ternarias, introduciendo un tercer elemento, adems del cobre y elestao, como fsforo, silicio, manganeso, zinc, cadmio, aluminio; segn el tercer elemento esel nombre del bronce, por ejemplo: bronce fosforoso, bronce silicioso, etc.

Cuando un conductor esta destinado a lneas areas, el mismo debe ser capaz de satisfacerlas exigencias mecnicas a las que estar sometido una vez tendido. Las mismas son delresultado de la accin de su propio peso y de los agentes mecnicos exteriores (viento, hielo,etc.). De ah que el conocimiento de su carga de rotura total a la traccin sea imprescindible.Con el objeto de aumentar en todo lo posible la resistencia especifica a la traccin, el materialdeber estar al estado puro, o sea su caracterstica metalogrfica bsica sern los granospequeos. Ello como es lgico, acarrea la disminucin de su conductividad elctrica, la cualdesciende ms cuanto mayor sea el grado de dureza obtenido. En la prctica se han definidoslo los estados extremos, y es as que se utilizan dos tipos de cobres, segn sea destinado alneas areas (cobre duro), o a usos no areos (cobre recocido, en el que es crtico el

conocimiento de su conductividad.)Pese a la menor resistencia elctrica y superiores aptitudes mecnicas el cobre ha dejado de


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Aluminio

El aluminio es el material que se ha impuesto como conductor de lneas areas, debido a sumenor costo y ligereza con respecto a los de cobre para un mismo valor de resistencia.Tambin es una ventaja el hecho de que el conductor de aluminio tenga un mayor dimetroque el de cobre con la misma resistencia. Con un dimetro mayor, las lneas de flujo elctricoque se originan en el conductor, se encuentran ms separadas en su superficie para el mismovoltaje. Esto significa que hay un menor gradiente de voltaje en la superficie del conductor yuna menor tendencia a ionizar el aire que rodea al conductor. La ionizacin o descargaselctricas debido a la ruptura del dielctrico del aire producen un fenmeno indeseablellamado Efecto Corona.

Los conductores en base a aluminio utilizados en la construccin de lneas areas sepresentan en las siguientes formas:

Conductor homogneo de aluminio puro (AAC)El aluminio es, despus del cobre, el metal industrial de mayor conductividad elctrica. Esta sereduce muy rpidamente con la presencia de impurezas en el metal, por lo tanto para lafabricacin de conductores se utilizan metales con un ttulo no inferior al 99.7%, condicin estaque tambin asegura resistencia y proteccin de la corrosin. Los conductores de aluminio1350 de se clasifican de la siguiente forma:

Clase AA: Conductores normalmente usados en lneas de transmisin areas.

Clase A: Conductores a ser recubiertos por materiales resistentes al clima y conductoresdesnudos con alta flexibilidad.

Clase B: Conductores a ser aislados con diversos materiales y conductores querequieren mayor flexibilidad.

Clase C: Conductores que requieren la ms alta flexibilidad.

Figura 1.3 Conductores homogneos de aluminio

Conductor homogneo de aleacin de aluminio (AAAC)

Se han puesto a punto aleaciones especiales para conductores elctricos. Contienenpequeas cantidades de silicio y magnesio (0.5 0.6 % aproximadamente) y gracias a unacombinacin de tratamientos trmicos y mecnicos adquieren una carga de ruptura que duplica

la del aluminio (hacindolos comparables al aluminio con alma de acero), perdiendo solamenteun 15 % de conductividad (respecto del metal puro).


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Utilizado normalmente para distribucin elctrica primaria y secundaria. Posee una alta relacinresistencia/peso .La aleacin de aluminio del cable AAAC ofrece mayor resistencia a lacorrosin que el cable ACSR. Una de las aleaciones de aluminios ms conocida es elARVIDAL.

Conductor mixtos aluminio con alma de acero (ACSR)

Estos cables se componen de un alma de acero galvanizado recubierto de una o varias capas

de alambres de aluminio puro. El alma de acero asigna solamente resistencia mecnica delcable, y no es tenida en cuenta en el clculo elctrico del conductor.

Figura 1.4 Seccin transversal de un conductor con refuerzo de acero con 7 hilos de acero y 24 dealuminio

En la Figura 1.4 se muestra la seccin transversal de un cable de aluminio con refuerzo deacero (ACSR). El conductor que se muestra tiene 7 hilos de acero que forman el ncleo centralalrededor del cual hay dos capas de hilos de aluminio. Hay 24 hilos de aluminio en las capasexternas. El conductor trenzado se especifica como 24 A1/7 St, o simplemente 24/7. Seobtienen diferentes esfuerzos de tensin, capacidades de corrientes y tamaos de conductoresal usar diferentes combinaciones de acero y aluminio. Otros tipos de ASCR son:

ACSR/AW - Conductor de Aluminio con Refuerzo de Acero Aluminizado: El conductorACSR/AW ofrece las mismas caractersticas de fortaleza del ACSR pero la corriente mximaque puede soportar el cable y su resistencia a la corrosin son mayores debido al aluminizadodel ncleo de acero. Provee mayor proteccin en lugares donde las condiciones corrosivas delambiente son severas.

ACSR/TW - Conductor de Aluminio con Refuerzo de Acero:Las estructuras a utilizar debenser evaluadas cuidadosamente debido al gran peso de este conductor.

ACSR/AE - Conductor de Aluminio con Refuerzo de Acero: Como su nombre lo indica, el

ACSR/AE (Air Expanded) ACSR es un conductor cuyo dimetro ha sido incrementado o"expandido" por espacios de aire entre las capas exteriores de aluminio y el ncleo de acero.

Figura 1.5 Conductor ASCR/AE


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EL ACAR tiene un ncleo central de aluminio de alta resistencia rodeado por capas deconductores elctricos de aluminio.

Independientemente de las caractersticas elctricas y mecnicas que conducen a la eleccinde un tipo de conductor u otro, no se deben perder nunca de vista los principios bsicos de usode conductores de aluminio:

1) Los conductores de aluminio se utilizan siempre en forma de conductores trenzados, debido

a que poseen mejor resistencia a las vibraciones que los conductores de un nico alambre.2) Expuestos a la intemperie se recubren rpidamente de una capa protectora de xidoinsoluble y que protege al conductor contra la accin de los agentes exteriores. Pese a estodeber prestarse atencin cuando hay ciertos materiales en suspensin en la atmsfera, zonasde caleras, cementeras, etc. exigen seleccionar una aleacin adecuada.

3) Ciertos suelos naturales atacan al aluminio en distintas formas, por lo que no es aconsejableutilizarlo para la puesta a tierra de las torres, al menos cuando se ignoran las reacciones que elsuelo puede producir.

4) El aire marino tiene una accin de ataque muy lenta sobre el aluminio, de todos modosnumerosas lneas construidas en la vecindad del mar han demostrado ptimo comportamiento,en estos casos se deben aumentar las precauciones en lo que respecta al acierto en laeleccin de la aleacin y su buen estado superficial, en general el ataque ser ms lentocuanto menos defectos superficiales existan. Los defectos superficiales son punto de partidade ataques locales que pueden producir daos importantes, si no se presentan entalladuras orebabas (que pueden ser causadas por roces durante el montaje) los hilos sern menossensibles al ataque exterior.

5) El aluminio es electronegativo en relacin a la mayora de los metales que se utilizan en lasconstrucciones de lneas, y por esto se debe tener especial cuidado en las uniones.

6) La temperatura de fusin del aluminio es 660 grados C (mientras el cobre funde a 1083grados C) por lo tanto los conductores de aluminio son ms sensibles a los arcos elctricos.

A su vez los conductores de aleacin de aluminio presentan algunas ventajas respecto de losde aluminio acero, a saber:

Mayor dureza superficial, lo que explica la ms baja probabilidad de daos superficialesdurante las operaciones de tendido, particularidad muy apreciada en las lneas de muy altatensin, ya que como consecuencia se tendrn menos prdidas por Efecto Corona, y menorperturbacin radioelctrica. Menor peso, por lo que es ms econmico.

Una desventaja que debe sealarse para la aleacin de aluminio es que por ser suscaractersticas mecnicas consecuencia de tratamientos trmicos, el cable es sensible a lasaltas temperaturas (no debe superarse el lmite de 120 grados C) por lo que debe prestarseespecial atencin al verificar la seccin para las sobre corrientes y tener particularmente encuenta la influencia del cortocircuito.

Para concluir, el conductor es el componente que justifica la existencia de la lnea, por lo tantotoda la obra se hace para sostenerlo, y entonces es valida la afirmacin de que su eleccinacertada es la decisin ms importante en la fase de proyecto de una lnea.

Adems no debe olvidarse de respetar los lmites de temperatura con la corriente de rgimen, ycon la mxima solicitacin de cortocircuito, no se debe alcanzar una temperatura tal queprovoque una disminucin no admisible de la resistencia mecnica del conductor. En la


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PropiedadesAluminio99,5%

Cobre

Densidad a 20C 2,7 8,90

temperatura defusin o de fusin

incipiente C

658 1.083

Coeficiente dedilatacin linealentre 20 y 100C

23.10-6 16,4.10-6

Calor especficocal/g C a 20C

0,28 0,09

Conductibilidadtrmica

cal.cm/cm2.seg.Ca20C

0,52 0,92

ResistividadelctricaOhm.cm2/ma 20C

0,0285 0,017

Mdulo deelasticidad kg/mm2

6.900 11.200

Tabla 1.1 Caractersticas del cobre y el aluminio

Aluminio Cobre

A IGUALCONDUCTIBIDADELECTRICA

Relacin de las secciones 1.64 1

Relacin de los dimetros 1.28 1

Relacin de los pesos 0.50 1

Relacin de las cargas a larotura

0.78 1

A IGUALCALENTAMIENTO

Relacin de las secciones 1.405 1


A IGUAL SECCION

Relacin de lasconductividades

0.61 1


Tabla 1.2 relacin de caractersticas entre cobre y aluminio


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Sirven de apoyo y soporte a los conductores, al mismo tiempo que los mantienen aislados detierra. El material ms utilizado para los aisladores es la porcelana, aunque tambin se empleael vidrio templado y materiales sintticos.

Bajo el punto de vista elctrico, los aislantes deben presentar mucha resistencia ante lascorrientes de fuga superficiales y tener suficiente espesor para evitar la perforacin ante elfuerte gradiente de tensin que deben soportar. Para aumentar la resistencia al contacto, semoldean en forma acampanada

Bajo el punto de vista mecnico, deben ser suficientemente robustos para resistir los esfuerzosdebidos al peso de los conductores. Existen 2 tipos principales:

Aisladores Fijos:

Unidos al soporte por un herraje fijo y no pueden, por consiguiente, cambiar normalmente deposicin despus de su montaje.

Figura 1.6 Aisladores fijos

Aisladores en cadenas

Constituidos por un nmero variable de elementos segn la tensin de servicio; formando unacadena mvil alrededor de su punto de unin al soporte. ste es el tipo de aislador msempleado en media y en alta tensin.


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Figura 1.7 Aisladores en cadena

Existen diversos tipos de aisladores de cadena, que a continuacin se detallan:

Caperuza-vstago, este aislador se compone de una campana de porcelana o vidriotemplado, en forma de disco y que lleva en su parte inferior algunas ondulaciones. En la partesuperior de la campana est empotrada una caperuza de fundicin o acero, y en su parteinferior en un hueco bastante reducido, lleva un vstago sellado al aislador. La figura 1.8muestra la disposicin de los aisladores en una cadena de suspensin o en una cadena deamarre.

Figura 1.8 Aisladores en cadena de suspensin y aisladores en cadena de amarre

Campana (discos), este elemento est constituido por un ncleo cilndrico de porcelana dedimetro comprendido entre 60 y 85 mm., y provisto de dos faldas anchas. La unin de losaisladores campana entre s se hace con un pequeo vstago cilndrico terminado en dosrtulas (figura 1.9). La diferencia esencial entre el aislador campana y el elemento caperuza-vstago, reside en el hecho de que el primero es rigurosamente imperforable en servicio,mientras que el segundo puede, en ciertas circunstancias, perforarse antes de ser

contorneado, especialmente por la accin simultnea de esfuerzos mecnicos y accioneselctricas.


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Figura 1.9 Aislador tipo campana

Figura 1.10 Elemento de la cadena de aisladores

La sujecin del aislador al poste se realiza por medio de herrajes .En la figura 1.11 semuestran los diferentes tipos de herrajes

Figura 1.11 Herrajes

c) Estructuras Soportes

Estas deben mantener los conductores a suficiente altura sobre tierra y distanciados entres. En la parte ms alta de la torre, se ponen conductores desnudos, llamados de guarda, que


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de acero y se conectan solidariamente a tierra en cada torre. Las torres se conectansolidariamente a tierra, tomndose grandes precauciones para asegurar que la resistencia atierra sea baja.

Las estructuras de una lnea pueden ser clasificadas en relacin a su funcin, la forma deresistir los esfuerzos, y los materiales constructivos.

Por su funcin las estructuras se clasifican en:

Estructuras de suspensin.

Los conductores estn suspendidos mediante cadenas de aisladores, que cuelgan de lasmnsulas de las torres. Resisten las cargas verticales de todos los conductores (tambin loscables de guarda), y la accin del viento transversal a la lnea, tanto sobre conductores comosobre la misma torre. No estn diseadas para soportar esfuerzos laterales debidos al tiro delos conductores, por lo que se instalan en tramos rectos.

Figura 1.12 Torre de suspensin de doble terna

Estructuras de retencin

Son para los lugares en donde la lnea debe soportar esfuerzos laterales, producto del cambiode direccin o finales de lnea bsicamente se distinguen tres tipo:

Terminal.

La disposicin de los conductores es perpendicular a las mnsulas, la torre se dimensionalpara soportar fundamentalmente el tiro de todos los conductores de un solo lado, y en general

es la estructura ms pesada de la lnea. Angular.

Se ubica en los vrtices cuando hay cambio de direccin de la lnea, la carga ms importanteque soporta es la componente del tiro (debida al ngulo) de todos los conductores.

Rompetramos.

Algunas normas de clculo sugieren el uso de estas estructuras con la finalidad bsica delimitar la cada en cascada (domin) de las estructuras de suspensin, y para facilitar el tendidocuando los tramos rectilneos son muy largos. Cuando el diseo de las suspensiones se hace

con criterio de evitar la cada en cascada el uso de estructuras rompetramo se haceinnecesario.


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Figura 1.13 Torre de retencin angular

Respecto de los esfuerzos, puede decirse que las estructuras de la lnea resisten en generaltres tipos de esfuerzos en condiciones normales:

Cargas verticales debidas al peso propio, conductores, aisladores.Cargas transversales debidas al viento sobre estructuras y conductores.

Cargas longitudinales debidas al tiro de los conductores.

Los materiales empleados usualmente para realizar la estructura son: madera, hormign, aceroy en zonas de difcil acceso en algunos casos se emplea el aluminio.

CONDUCTORES AISLADOS

Los cables aislados consisten, esencialmente, en uno o ms conductores aislados mediantematerial enrollado sobre los conductores; adems, dependiendo del tipo de cable y de latensin para la que sta diseado, existen otros elementos que tienen principalmente porobjeto lograr el mejor aprovechamiento de las cualidades de los aislamientos y la preservacinde esas cualidades. Estos cables pueden clasificarse en cable monopolar y cable tripolar

En el caso general pueden distinguirse las siguientes partes componentes en un cable:

Figura 1.15 cable unipolar

a) El conductor: puede ser de cobre o aluminio y presentar una de las formas siguientes:solid compacto o concntrico


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Figura 1.16 conductores subterrneos

b)Cubierta Semiconductora

La cubierta semiconductora que se coloca inmediatamente sobre el conductor, tiene por objetouniformar el gradiente elctrico en la superficie del conductor, eliminando las distorsiones delcampo elctrico debidas a las protuberancias constituidas por los hilos de la capa exterior. Eluso de materiales semiconductores se debe a que en esta forma se reduce la intensidad de lascargas elctricas que pueden producir ionizacin, con respecto a la que se tendr si seutilizasen cubiertas metlicas.

La cubierta semiconductora puede estar constituida por una cinta de papel de papel saturadoen carbn coloidal, enrollada directamente sobre el conductor. Esta disposicin se usa, porejemplo, en los cables aislados con papel impregnado. En cables con aislamientos extradosde construccin moderna, la cubierta semiconductora se aplica por extrusin usando unmaterial semiconductor adecuado.

c)El Aislante, puede ser de:

Papel impregnado fue uno de los primeros materiales utilizados para el aislamiento de los

cables para la transmisin de energa elctrica y continua siendo el mejor aislamiento paracables de alta tensin. Sus principales caractersticas son las siguientes:

Alta rigidez dielctrica, bajas prdidas dielctricas, resistencia elevada a las descargasparciales (ionizacin), posee buenas caractersticas trmicas

Su gran desventaja consiste en que es muy higroscpico y que la absorcin de la humedaddeteriora considerablemente sus cualidades dielctricas, por esta razn el aislamiento de papeldebe secarse perfectamente durante el proceso de fabricacin del cable y protegerse con unforro hermtico.

Para realizar este tipo de aislamiento se enrolla sobre el conductor cintas de papel,helicoidalmente, en capas superpuestas, hasta obtener el espesor de aislamiento deseado; acontinuacin se seca y se desgasifica el aislamiento calentndolo y sometindolo a un vacoelevado y se impregna con aceite mineral. Este aceite mineral para la impregnacin se mezclacon una resina vegetal para aumentar su viscosidad y evitar as la migracin del aceite aislantepor gravedad hacia las partes ms bajas de la instalacin. En cables para tensiones mselevadas, el aislamiento se mantiene bajo presin por diferentes medios.

Termoplsticos: Son materiales orgnicos sintticos obtenidos por polimerizacin. Se vuelveplstico al aumentar la temperatura lo que permite aplicarlos por extrusin en caliente sobre losconductores, solidificndose despus al hacer pasar el cable por un bao de agua fra. Lostermoplsticos ms utilizados como aislamientos de cables elctricos son el cloruro de polivinil(PVC) y el polietileno. El PVC mezclado con otra sustancia se utiliza extensamente como


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mezclas adecuadas, temperaturas de operacin que van desde 60 C a 150 C. Tiene elinconveniente de tener una constante dielctrica elevada y en consecuencia prdidas elctricasaltas, lo que limita su empleo en tensiones ms elevadas. Actualmente se fabrica cable conaislamiento de PVC para tensiones hasta de 23000V.

El polietileno que se obtiene por polimeracin de gas etileno, tiene excelentes caractersticascomo aislante elctrico: rigidez dielctrica comparable a la del papel impregnado y prdidasdielctricas menores. Tienen tambin una conductividad trmica mayor que el papelimpregnado, lo que facilita la disipacin del calor. Las desventajas del polietileno es que puedeproducirse deterioro del aislamiento debido a descargas parciales producidas por ionizacin, supunto de fusin es bastante bajo del orden de los 110 C lo que limita la temperatura deoperacin de los cables aislados con polietileno a 75 C. Para mejorar las caractersticastrmicas se han desarrollado el polietileno de alta densidad y el polietileno vulcanizado o decadena cruzada. El polietileno de alta densidad tiene un punto de fusin de 130 C mejorescualidades mecnicas y un costo menor.

Termofijo: Los aislamiento agrupados bajo el nombre de termofijos estn constituidos pormateriales que se caracterizan porque, mediante un proceso de vulcanizacin, se hace

desaparecer su plasticidad y se aumenta su elasticidad y la consistencia mecnica. stos seaplican generalmente por extrusin y se someten a un proceso de vulcanizacin elevando latemperatura a los valores requeridos. Los ms usados son el hule natural y los hules sintticos,conocidos con el nombre genrico de elastmeros y ms reciente algunos derivados delpolietileno.

d) La pantalla: Esta constituida por una capa conductora colocada sobre el aislamiento yconectada a tierra, que tiene por objeto principal crear una superficie equipotencial paraobtener un campo elctrico radial en el dielctrico. La pantalla sirve tambin para blindar elcable contra potenciales inducidos por campos elctricos externos y como proteccin para el

personal, mediante su conexin efectiva en tierra. Puede realizarse mediante una cinta depapel metalizado o una cinta de un metal no magntico (cobre o aluminio) de un espesor delorden de los .8 mm, enrollada sobre el aislamiento.

En los cables para alta tensin en los que los gradientes elctricos aplicados al aislamiento sonbajos, no se requiere un control de la distribucin del campo elctrico y por lo tanto puedeprescindirse de la pantalla metlica; sin embargo sta se usa en ocasiones en cables de bajatensin, para evitar la induccin de potenciales en los conductores, debidos a los camposelctricos externos.

e) Cubierta, Esta se coloca para proteger al cable contra agentes externos: humedad, calor,

agentes qumicos, esfuerzo mecnico durante el tendido. Puede ser metlica (plomo),termoplstica (PVC), elastomrica (neopreno) o textil (yute impregnado en asfalto), segn laaplicacin del cable. En cables empleados en las redes de distribucin, se recubre todoadems con cinta de acero para proteccin mecnica (flejes de acero), en cuyo caso el cablese llama "armado".

CALIBRE DE LOS CONDUCTORES

Se entiende por calibre, el rea de la seccin transversal, o cualquier otro parmetro que ladefina (radio o dimetro). Existen dos sistemas internacionales aceptados, para definir elcalibre de los conductores, estos son:

Sistema AWG

Sistema MCM


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El sistema AWG, proviene de las iniciales inglesasAmerican Wire Gaje, en el sistema loscalibres son definidos por una escala numrica, que cumple con que la relacin entre nmerossucesivos de calibre es constante, entonces obedece a una progresin geomtrica (cuya raznes 1.2610)

La clasificacin de los conductores AWG, resulta bastante acertada para los conductores deaplicacin general, residencial e industrial, pero en la transmisin de grandes bloques deenerga, en los sistemas de potencia, el calibre de los conductores supero los valoresestablecidos por la AWG, siendo necesario implementar un sistema que admitiera calibresmayores, y es donde nace el concepto de MILS.

Un mils es una unidad de longitud inglesa, que se define como la milsima de una pulgada.

(1.1)

En funcin de esta unidad de longitud se puede definir el rea de la seccin transversal que

especifican los conductores, por lo que se adopta el circular mil, que corresponde al rea deuna circunferencia cuyo dimetro es un mil (1/1000pulg.)

(1.2)

(1.3)

(1.4)

Entonces, debe ser bien comprendido que un circular mil es una unidad de rea que relacionael calibre del conductor con su rea. Es utilizado para especificar alambres slidos yconductores trenzados, si se desea conocer el rea del conductor, siendo conocido sudimetro en pulgadas, solo se debe operar por

(1.5)

Donde d es expresado en pulgadas.

Se puede realizar un equivalente entre unidades inglesas y las americanas:

(1.6)

Los conductores que transmiten grandes bloques de potencia, requieren de secciones

transversales grandes, por lo que el cmil, es una unidad muy reducida para la definicincotidiana de conductores, en vez de sta se ha definido el mcmil, que corresponde a un milcmil


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INSTALACIN ELCTRICA EN CASA HABITACION.

La instalacin elctrica de uso domstico es un tipo de instalacin destinado al uso de la

energa elctrica dentro de un edificio de viviendas.

ACOMETIDA ELCTRICA Y DISTRIBUCIN HASTA NUESTRA VIVENDA.

Lo primero que veremos son los elementos necesarios para suministrar esta energa desde lared elctrica exterior hasta nuestra vivienda:

DERIVACIN INDIVIDUAL

LNEA DE CONTADORES

LNEA REPARTIDORA

CAJA GENERAL DEPROTECCIN

TOMA DE TIERRA

LNEA DE ACOMETADA

LNEA DE ACOMETIDA

Conecta la red de distribucin con la caja general de proteccin. Tanto la lnea de acometidacomo la red de distribucin pertenecen a las compaas elctricas.

Es el punto de entrega de energa elctrica por parte de las compaas suministradoras. Las

acometidas se realizan de forma area o subterrnea, dependiendo del origen de la red dedistribucin a la cual se conectan.

El nmero de conductores que forman una lnea de acometida es determinado por la empresa

distribuidora, siendo por lo general 3 conductores (negro, gris y marrn) + neutro (azul).

CAJA GENERAL DE PROTECCIN

Es el primer elemento de distribucin con el que cuenta la instalacin de un edificio, y losl i i (f ibl ) l i l i l


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La entrada de sta caja delimita la propiedad de los usuarios. stacaja pertenece a la comunidad de vecinos.

LNEA REPARTIDORA

Conecta la caja general de proteccin con el cuarto destinado a lacentralizacin de contadores.

En las viviendas unifamiliares la lnea repartidora no existe ya que la caja general deproteccin, enlaza directamente con el contador del abonado.

CENTRAL DE CONTADORES.

Es el lugar destinado dentro del edificio a la colocacin de los

contadores de media energa, que nos indicaran el consumo deenerga.

El encargado de la compaa elctrica lee en el contador la

energa consumida durante un periodo determinado para anotar

la cantidad en el recibo de la luz. Las cajas que contienen los

contadores son transparentes y tienen puertas precintadas, ya

que de sta forma los contadores no pueden manipularse y

puede verse la lectura sin necesidad de abrirse.

La central de contadores cuenta adems con un embarrado donde se realiza la conexin

individual de cada usuario. Esta consiste, en la mayora de los casos, en una conexin con una

fase (se reparten las tres entre los vecinos) y el neutro.

DERIVACIN INDIVIDUAL

Las derivaciones individuales unirn el contador de cada abonado con el interruptor de controlde potencia, instalado en el interior de cada vivienda.

TOMA DE TIERRA

Se emplea en las instalaciones elctricas para evitar el paso de corriente al usuario por un fallodel aislamiento de los conductores activos.

La toma a tierra es un camino de poca resistencia a cualquier corriente de fuga para que cierreel circuito "a tierra" en lugar de pasar a travs del usuario.

Consiste en una pieza metlica (pica) enterrada en una mezcla especial de sales y conectada

a la instalacin elctrica a travs de un cable. En todas las instalaciones interiores, segn elreglamento, el cable de tierra se identifica por ser su aislante de color verde y amarillo. Suele

i t d l difi i


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COMPONENTES DEL CUADRO GENERAL DE PROTECCIN

Conocido ya el funcionamiento del magnetotrmico y del diferencial, veremosahora los elementos que lo componen.

INTERRUPTOR DE CONTROL DE POTENCIA (ICP): Forma parte del equipo de

medida y que controla la potencia mxima contratada con la compaa elctrica.

Su misin es controlar la potencia mxima demandada por la instalacin, por lo

que se le considera elemento de control y no de seguridad. Es un interruptor

magnetotrmico y provoca la apertura instantnea de la instalacin como

consecuencia de un exceso de consumo sobre la potencia contratada. Al ser unmagnetotrmico nos protege tambin de cortocircuitos y sobrecargas, aunque esta

no es su funcin principal.

El lmite de intensidad del ICP viene definido por la potencia contratada. Vemoslocon un ejemplo:

Potencia (P) = Tensin (V) x Intensidad (I)

Potencia contratada = 5500 W I = P / V

Tensin de la red = 220 VI = 5500 /220

Intensidad = ? I = 25 A

La potencia contratada viene determinada por los distintos aparatos queconsumen energa en nuestra vivienda. Esta suele ser 3300 W, 5500 W, 8800 W,etc.

Para calcular la potencia a contratar, ten en cuenta que no siempre vas a tener


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todos los aparatos encendidos a la vezSe trata de un interruptor magnetotrmico que detecta altas intensidades decorriente y cortocircuitos, y que salta automticamente, desconectando todo elsistema elctrico de la vivienda cuando se produce un fallo serio. Un Interruptorgeneral automtico (IGA) protege al circuito de la instalacin contra intensidades

altas y cortocircuitos.

Su clculo, al igual que todos los elementos de proteccin, es muy importante ya

que no se trata de poner un IGA de mucho amperaje. El IGA debe tener una

intensidad nominal tal que sea la mxima que soporte nuestra instalacin,

independientemente de la potencia contratada.

INTERRUPTOR DIFERENCIAL (ID): Se encarga de detectar posibles

derivaciones a tierra y proteger a las personas de los contactos indirectos

(contactos con masas metlicas puestas accidentalmente bajo tensin). Un

interruptor diferencial (ID) protege de posibles derivaciones a tierra a travs del

cuerpo. Provocar la apertura automtica de la instalacin cuando detecta una

fuga de corriente. Gracias a l, el peligro de que nos electrocutemos es mnimo.

Existen distintos niveles de corte de la corriente (sensibilidad). Normalmente este

valor es de 30 mA aunque en instalaciones provisionales (obras) se puede poner

un valor menos sensible de 300 mA.

Para que el diferencial pueda funcionar correctamente necesita de un adecuadatoma de tierra. Si esta no existe pudiera suceder que la intensidad atravesara

nuestro cuerpo y retornara al neutro sin que el ID lo detecte

PEQUEO INTERRUPTOR AUTOMTICO (PIA): Se trata de interruptores

magnetotrmicos que salen del ID y parten los diferentes circuitos interiores de la

vivienda protegiendo individualmente cada uno de ellos. Se desconectan cuando

se produce una sobrecarga por exceso de consumo o bien un cortocircuito. Su

nmero vara segn las dimensiones de la vivienda o edificio aunque suele ser

habitual 4, 5 o 6 circuitos.Es importante entender que cada PIA protege su circuito por lo que si conectamos,

por ejemplo, un horno con mucha potencia a un circuito con un PIA de 10 A

(alumbrado) lo ms probable es que este se dispare cuando conectemos el horno.

Algunos de los circuitos que podemos encontrar en nuestra vivienda, segn elreglamento de baja tensin (ITC-BT-25) para una electrificacin bsica son:


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C1: Puntos de iluminacin

C2: Tomas de corriente de uso general y el frigorfico.

C3: Cocina y el horno.

C4: Lavadora, lavavajillas.

C5: Tomas de corriente de la cocina y bao.

GRADOS DE ELECTRIFICACIN Y POTENCIA CONTRATADA.

Las viviendas se clasifican a efecto de disear la instalacin elctrica por su grado

de electrificacin (ITC-BT-25); esta clasificacin se hace de acuerdo con la

potencia mxima simultnea que puede soportar la instalacin y con la instalacin

elctrica que como mnimo debe tener la vivienda. El grado de electrificacin se

calcula sumando las potencias de todos los electrodomsticos que tiene el usuario

y aplicando una reduccin del 40 por ciento, ya que se supone que no se van autilizar todos los aparatos a la vez.

El grado de electrificacin determinar la potencia mxima que puede consumir la

vivienda (recuerda, a efectos de diseo). Existen cuatro grados de electrificacin:

- El grado mnimo (3000 W) permite usar aparatos de alumbrado, pequeoselectrodomsticos, frigorfico y televisor.

- El grado medio (5000 W) adems de lo permitido por el grado mnimo,

tolera lavavajillas, lavadora y cocina.- El grado elevado (8000 W) adems de lo permitido por el grado medio, sepueden utilizar aparatos de calefaccin y aire acondicionado, cocinas

vitrocermicas, etc.

- El grado especial no tiene un valor fijo de potencia.

La Potencia contratada es un valor comercial que nosotros decidimos pero debestener en cuenta que cuando lo sobrepases el ICP cortar el suministro.

FASE, NEUTRO Y TOMA DE TIERRA.

Todos los circuitos que se montan en una vivienda se alimentan mediante dosconductores, la fase y el neutro, que transportan corriente alterna a una tensin de220 V:

FASE: es el conductor por el que entra la corriente elctrica.

NEUTRO: es el conductor por el que la corriente vuelve a salir de la vivienda,


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despus de haber cumplido su misin de llegar a enchufes y luminarias.

TOMA DE TIERRA: Consiste en una serie de conductores que van desde las

tomas de corriente, enchufes, luces, termo, etc. hasta el cuadro de distribucin. De

ah se conecta a la toma de tierra del edificio. Como ya explicamos en el

interruptor diferencial, permite la derivacin de corrientes elctricas a tierra (a

travs de nuestro cuerpo) para que de esta forma sea detectado por el diferencial

y abra el circuito. De no existir, estas corrientes pasaran por nuestro cuerpo sin

ser detectado por el diferencial y nos electrocutaramos.

La mayor parte de la instalacin elctrica de una vivienda est oculta, empotradaen las paredes, en el interior de tubos.

En general, los conductores que se emplean en las instalaciones ocultas de las

viviendas son conductores rgidos de un solo alma o hilo. Para instalaciones vistas

o superficiales y aparatos y electrodomsticos porttiles, se utilizan cablesflexibles.

Para poder identificar los distintos conductores de la instalacin elctrica oculta deuna vivienda, se ha adoptado un cdigo de colores:

La fase es siempre el conductor que est aislado con PVC de color negro,marrn o gris. Depende del color de la fase que se tom en la derivacinindividual desde el cuadro de contadores.

El neutro est aislado con un PVC de color azul. El conductor de toma de tierra es bicolor, a rayas amarillas y verdes. Estos

colores tienen la ventaja de ser reconocibles hasta para los daltnicos.


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Instituto tecnolgico de Tlalnepantla

Ingeniera mecnica

Materia: Cisc. Y Maq. Elect.

Prof.: Matas Rodrguez Jos Octavio

Alumno: Ovando Aguilar Hugo Esteban

Nm. De Control: 11251189

Grupo: 1M6

Trabajo: Nm. 4 para entregar: Subestaciones ylneas de distribucin


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Fechar de entrega: 26-09-2014

Instituto tecnolgico de Tlalnepantla

Ingeniera mecnica

Materia: Cisc. Y Maq. Elect.

Prof.: Matas Rodrguez Jos Octavio

Alumno: Ovando Aguilar Hugo Esteban

Nm. De Control: 11251189

Grupo: 1M6

Trabajo: Nm. 3 para entregar.- 3 ejemplos deflujo magntico


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Fechar de entrega: 26-09-2014

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Subestaciones.docx