UNIDAD II - Equipos Asociados a Las Protecciones

Ingeniera en Electricidad

Ing. Fabin Cceres Cadogan Pg.: 1

Proteccin en sistemas Elctricos

Unidad II

Equipos asociados a las protecciones.

Se consideran como tales aquellos que suministran la informacin o realizan las

operaciones necesarias para que las protecciones puedan llevar a cabo su cometido.



1. TRANSFORMADORES DE MEDIDA

El operador de la red, debe conocer el estado de carga de los componentes, para decidir

operaciones o controlar su estado.

Los dispositivos automticos deben disponer de magnitudes representativas del estado de la

carga a fin de que produzcan sus acciones automticas.

Para el control y proteccin de los sistemas elctricos es necesario disponer de informacin

de su estado, es decir, conocer el valor de la tensin y de la intensidad.

No es posible manipular directamente las magnitudes presentes en la red, en general, las

magnitudes que se deben controlar o medir son tensiones y corrientes elevadas. Los

inconvenientes de utilizar directamente stas son evidentes. Por ello, cuando se inicio el uso

de corriente alterna se utilizaron transformadores de medida (1899) para obtener la

separacin galvnica de los circuitos, aparatos de medida y protecciones respecto a la alta

tensin, y reducir los valores de la intensidad y la tensin a niveles ms manejables, y esto

se hace para la corriente y la tensin con transformadores de medida que en sus secundarios

entregan magnitudes proporcionales a las primarias. En funcin de su utilizacin se

clasifican en:

Transformadores de intensidad (TC TI)

Transformadores de Tensin (TP TT)

1.1. Definiciones

Transformador de medida esta destinado a alimentar instrumentos de medida (indicadores,

registradores, integradores) rels o aparatos anlogos.

Transformadores de corriente en los cuales en condiciones de empleo definidas se tiene una

corriente secundaria proporcional a la corriente primaria y desfasada (con sentido

apropiado de las conexiones) de un ngulo prximo a cero.

Transformadores de tensin, corresponde una definicin anloga, la tensin secundaria es

proporcional a la primaria.

Relacin de transformacin se da como relacin entre las magnitudes primarias y

secundarias (segn corresponda corrientes o tensiones).

Varias caractersticas de los transformadores de medida son comunes a otros tipos de

aparatos, tensin mxima de referencia de la aislacin, tensiones de ensayo, frecuencia

nominal, aptitud para uso interior o intemperie, etc.



1.2. TRANSFORMADOR DE CORRIENTE



Los transformadores de corriente se utilizan para tomar muestras de corriente de la lnea y

reducirla a un nivel seguro y medible, para las gamas normalizadas de instrumentos,

aparatos de medida, u otros dispositivos de medida y control.

Los valores nominales de los transformadores de corriente se definen como relaciones de

corriente primaria a corriente secundaria. Unas relaciones tpicas de un transformador de

corriente podran ser 600 / 5, 800 / 5, 1000 / 5. Los valores nominales de los

transformadores de corriente son de 5 A y 1 A.

El primario de estos transformadores se conecta en serie con la carga,



1.2.1. Consideraciones Iniciales de los Transformadores de Corriente

El TC tiene el primario en serie con el circuito que se desea proteger. y la carga de este transformador esta constituida solamente por la impedancia del circuito que se conecta

a l.

Obedece al mismo principio de transformacin electromagntica, sin embargo con dos condiciones especiales de funcionamiento.

1) La corriente primaria es absolutamente independiente del transformador

propiamente dicho.

2) Funciona prcticamente en cortocircuito.

1.2.2. Representacin

1.2.3. Relacin de transformacin

KTC = I1/I2 = n2/n1

1.2.4. Errores introducidos

En un TC las impedancias primarias no ejercen influencia sobre la exactitud, el error se

debe a la corriente de magnetizacin Io.

I1 I2

V2 V1

Io

I I



I1 = I2 + Io

= (I1 I2)/(I1)*100% = Io/(I1)*100% Error de relacin

% = -100/(n1I1)*(n2ICos2+n2Isen2)% Error de fase

% = -3438/(n1I1)*(n2ICos2+n2Isen2) [min]

1.2.5. Causa de errores:

Los errores en un transformador de corriente son debidos a la energa necesaria para

producir el flujo en el ncleo que induce la tensin en el devanado secundario que

suministra la corriente a travs del circuito secundario. Los amperevueltas totales

disponibles para proporcionar la corriente al secundario son iguales a los amperevueltas del

primario menos los amperevueltas para producir el flujo del ncleo.

Un cambio en la carga secundaria altera el flujo requerido en el ncleo y vara los

amperevueltas de excitacin del ncleo; el flujo de dispersin en el ncleo cambia las

caractersticas magnticas del mismo y afecta a los amperevueltas de excitacin.

1.2.6. Clase de exactitud

Para medicin:

El error mximo admisible que el TC puede introducir en la medicin de potencia

Clases: 0,3%; 0,6%; 1,2% y 3%

Para proteccin:

Exactitud : Es el mximo valor admisible de error relativo entre las corrientes primarias y

la secundaria, desde la corriente nominal hasta 20 veces la corriente del transformador.

Clases: 5% y 10%

Como hemos visto, el error de precisin en los TCs es funcin de la corriente de magnetizacin, que est relacionada a la tensin E2 que aparece en el secundario por una

relacin no linear, que es dada por la curva de magnetizacin del transformador. Se puede

ver tambin que para una corriente secundaria I2 y un nmero de amperes-espiras

secundarios n2I2, aparecer en el secundario una tensin V2.



Mejora de la exactitud: para obtener una mejor precisin de un TC, se debe reducir Io al

mnimo, eso es posible de dos formas:

Utilizando ncleos con mejores cualidades magnticas

Disminuyendo la tensin en el secundario, por medio de disminuir la impedancia serie secundaria, es decir la carga secundaria en el TC.

1.2.7. Principales caractersticas

Aislacin :

De acuerdo con la clase de tensin; a seco, papel impregnado en aceite.

Para uso interno o externo

transformador de corriente de medicin: utilizado para adecuar los niveles de corriente al

alcance de los instrumentos de medida, y/o aislarlos de la red.

transformador de corriente de proteccin: utilizado para adecuar los niveles de corriente o

tensin, a los valores nominales de las protecciones elctricas de la red o equipos de

registros transitorios, y/o aislarlos de la red. Exclusivamente utilizados para ste fin. No

usados para medicin.

Aprovechado la caracterstica de saturacin de los materiales magnticos se puede definir el

lmite superior de la corriente secundaria. Los comportamientos de los ncleos magnticos

para TI de medicin y proteccin se muestran en la figura.



Para un mismo valor de corriente de cortocircuito (I1SC) se observa que en el caso del

ncleo de TI de medicin la corriente secundaria que se obtiene es mucho menor que el

caso de un ncleo de TI de proteccin.

1.2.8. Tipos constructivos

Bobinado

Barra

Ncleo bipartido

Tipo ventana

Pedestal

Uno o mas secundarios

Obs: cada secundario significa ncleo/bobinado Secundario de medicin diferente al secundario de proteccin, uno no

puede ser usado en substitucin del otro y viceversa.

En la mayora de los casos, un TC contiene varios ncleos, cada uno con un bobinado

secundario, sin embargo los bobinados primarios e aislamiento son comunes. Los ncleos

son destinados a diferentes funciones, como por ejemplo un ncleo que alimenta equipos de

medicin, y uno o varios otros destinados a alimentar rels de proteccin.

Se debe notar que para una construccin normal, el funcionamiento de cada ncleo

es independiente a los dems. Se puede, de acuerdo a las necesidades, seleccionar

relaciones de transformacin diferentes para optimizar la construccin y por ejemplo

definir el ncleo de medicin a partir de la mxima corriente de carga y los ncleos de

proteccin en funcin de la corriente de falla.

1.2.9. Seales padronizadas

(-) corrientes nominales de bobinas diferentes

(:) Para determinar relaciones nominales

(/) Separa corrientes primarias o relaciones obtenidas por derivaciones secundarias. Ej.:

150/200 5 A (x) separa corrientes primarias o relaciones obtenidas por bobinas serie-paralelas en el

primario.Ej.:100x200-5 A, Ej.:150x300x600-5 A



1.2.10. Las corrientes nominales de norma se indican en la siguiente tabla.

1.2.11. Caractersticas bsicas para la seleccin de TCs

Se seleccionan la corriente nominal normalizada siempre superior a la mxima corriente de

servicio y se verifica la condicin 20xIn en el caso de TCs de proteccin.

Corrientes nominales de 1 A deben ser seleccionadas, siempre que la longitud del cableado

entre el TC y los equipos sean relativamente grandes, causando cadas de tensin por

encima de 10%.

En el caso de TCs con varias relaciones, todas ellas deben estar contenidas en las tablas.

Los TC`s deben ser seleccionados para los equipos de medicin de tal modo que la

corriente de servicio se encuentre entre 10 y 100% de la corriente nominal primaria.

Factor trmico: es un factor multiplicador de la corriente nominal, para el cual el TC podr

funcionar en rgimen permanente, sin exceder su lmite de temperatura.

Por norma ft : 1,0 1,2 1,3 1,5 2



Cargas padronizadas de los TCs. son designadas por la letra C seguida del nmero de

vol-amperes correspondientes a la corriente nominal secundaria. 0,5C25

1.2.12. Comparacin entre algunas normas:

1- Antigua norma Americana (ASA)

Las normas ASA han establecido las clasificaciones de precisin de los transformadores de

corriente para el servicio de protecciones, que consta de 3 factores: el lmite de error de

relacin porcentual, la clase de funcionamiento del transformador y el valor nominal de la

tensin en los bornes del secundario.

o Limite de error porcentual: Los porcentajes mximos de error en la relacin de transformacin son de 2.5 y 10%. Esta es la clase de precisin

normalizada.

o Valor nominal de tensin en bornes del secundario: Los valores establecidos de tensin en el secundario son: 10, 20, 50, 100, 400, y 800, correspondiente

a cargas normalizadas USA de 100 A.

o Clase de funcionamiento: Se designa con la letra L o H .

L (baja impedancia): Indica un transformador de corriente que es capaz de funcionar con

cualquier tipo de carga conectada hasta, incluso, una carga que produzca la clase de

precisin de la tensin de bornes del secundario a 20 veces la corriente nominal secundaria,



para una gama de corrientes que van desde la nominal hasta 20 veces la corriente

secundaria nominal, sin exceder la clase de precisin del limite de error porcentual.

H (alta impedancia): Indica un transformador de corriente que es capaz de producir

cualquier tensin de bornes del secundario hasta, inclusive, la clase de precisin de la

tensin con cualquier corriente secundaria para la gama de 5 a 20 veces la corriente

nominal secundaria, sin exceder la clase de precisin del lmite de error porcentual.

Por lo anterior para especificar completamente un transformador de corriente para el

servicio de proteccin, se debe designar por su clase de precisin, tipo y tensin mxima

secundaria. Estos valores definen completamente su comportamiento.

Por ejemplo, un transformador de corriente 2.5H800, indica un transformador con clase de

precisin de 2.5%, clase de funcionamiento H y tensin mxima secundaria en bornes

secundarios de 800 V.

Ejemplo: 10H100

2- Norma VDE Alemana:

A diferencia de las normas ASA, en estas normas no se hace un tratamiento diferenciado

entre transformadores de corriente para medida y proteccin. La nica diferencia entre ellos

es la clase de precisin y el ndice de sobrecorriente.

Las clases de precisin para protecciones son 1 y 3 para transformadores de hasta 45 KV y

1 para 60 KV hacia arriba.

En la clase 1 se garantiza esta precisin para corrientes entre 1 y 1,2 veces la corriente

nominal, y para cargas secundarias entre el 25% y 100% la nominal con F.P 0,80.

En la clase 3 se garantiza esta precisin para corrientes entre 0,5 y 1 veces la nominal, y

para cargas entre el 50 y 100% la nominal con F.P 0,8.

Finalmente, el ndice de sobrecorriente, se define como el mltiplo de la corriente primaria

para el cual el error de transformacin se hace igual a 10% con la carga nominal.

3- ANSI-C57.13 1078

La clase de exactitud para TCs de proteccin, designadas por dos smbolos que describen el desempeo para el rgimen permanente.

C- (calculted): son TCs en los cuales el flujo de dispersin en el ncleo no tiene efecto apreciable en la relacin de transformacin dentro del lmite de corrientes (1 a 20 In) y

carga padrn.

10% es la exactitud 100 Volts (20In) => Z=1 ohm o 25 VA

Tipo de alta impedancia



T- (Tested): son TCs en los cuales el flujo de dispersin en el ncleo tiene efecto apreciable en la relacin de transformacin dentro del lmite de corrientes (1 a 20 In) y

carga padrn.

Tambin se especifica una tensin secundaria nominal aquella que el TC presenta para una

determinada carga padrn, cuando la corriente secundaria es igual a 20 veces la corriente

nominal, el error no debe pasar 10% o 2,5 % conforme especificado.

Ejemplo: T100

4- ABNT-NBR6856 SET-1981

Los TCs de proteccin deben ser encuadrados en una de la las siguientes clases de exactitud. 5 o 10%.

Se considera que un TC est dentro de la clase de exactitud, si su error de relacin

porcentual no pasa el valor especificado, desde la corriente secundaria nominal hasta 20

veces la misma, con carga igual o inferior a la nominal.

B (Baja reactancia): el error de relacin porcentual puede ser determinado por clculo, una vez que la reactancia de dispersin del bobinado secundario puede ser despreciado.

A- (Alta reactancia): el error de relacin porcentual debe ser determinado por ensayos de exactitud.

Tensin secundaria nominal

Es la tensin que aparece en los terminales de la carga nominal impuesta al TC, cuando la

corriente alcanza 20 veces la corriente nominal secundaria, sin que el error exceda el valor

especificado (5 o 10%).

Ej.: 10A100.

Obs.: La clase de exactitud en TCs con derivacin en el secundario, se refieren solamente al funcionamiento con el mayor nmero de espiras.

Corriente trmica

Corriente trmica es el mayor valor eficaz de cortocircuito soportable durante 1 (un)

segundo, sin producirse daos trmicos.

ITH = 80xInominal



Corriente dinmica

Es el valor mximo de corriente de pico que el TC deber soportar sin ocurrir daos

mecnicos.

Idin= Ipico = fasxITH

El factor de asimetra fase es adoptado por norma = 2,5

1.2.13. Precauciones de seguridad:

El devanado secundario siempre debe estar cortocircuitado antes de desconectar la carga. Si

se abre el circuito secundario con circulacin de corriente por el primario, todos los

amperevueltas primarios son amperevueltas magnetizantes y normalmente producirn una

tensin secundaria excesivamente elevada en bornes del circuito abierto.

Todos los circuitos secundarios de los transformadores de medida deben estar puestos a

tierra; cuando los secundarios del transformador de medida estn interconectados; solo

debe ponerse a tierra un punto. Si el circuito secundario no esta puesto a tierra, el

secundario, se convierte, de hecho, en la placa de media de un condensador, actuando el

devanado de alta tensin y tierra como las otras dos placas.

1.2.14. Conexiones trifsicas

Es practica universal utilizar un transformador de corriente por fase, tres transformadores

de corriente para un sistema trifsico, en este caso los secundarios se conectan en estrella

con el nutro slidamente a tierra, tal como se ilustra en la siguiente figura.

Muy ocasionalmente, se conectan en triangulo; por ejemplo, en los circuitos de proteccin

diferencial de un transformador de potencia en conexin estrella triangulo.



1.3. TRANSFORMADOR DE POTENCIAL

Es un transformador devanado especialmente, con un primario de alto voltaje y un

secundario de baja tensin. Tiene una potencia nominal muy baja y su nico objetivo es

suministrar una muestra de voltaje del sistema de potencia, para que se mida con

instrumentos incorporados.



Adems, puesto que el objetivo principal es el muestreo de voltaje deber ser

particularmente preciso como para no distorsionar los valores verdaderos. Se pueden

conseguir transformadores de potencial de varios niveles de precisin, dependiendo de que

tan precisas deban ser sus lecturas, para cada aplicacin especial.

El enrollado primario de un transformador de potencial se conecta en paralelo con el

circuito de potencia y en el secundario se conectan los instrumentos o aparatos de

proteccin.

Estos transformadores se construyen para todas las tensiones de circuitos normalizados.

Normalmente son de tipo seco o moldeado para tensiones inferiores a 23 KV y en bao de

lquido para tensiones superiores.

1.3.1. Representacin:

1.3.2. Caractersticas Particulares de los Transformadores de Tensin

Estos se conectan en derivacin, entre fases (en tensiones bajas y medias) o entre fase y

tierra cualquiera sea la tensin.

La conexin fase tierra es muy til, ya que entrega tensiones que permiten reconstruir tanto

las tensiones simples como las compuestas, mientras que las tensiones obtenidas de las

conexiones fase fase no permiten reconstruir las tensiones fase tierra, y bajo circunstancias

especiales (por ejemplo cuando se desea conocer el contenido armnico) es importante

poder conocer las tensiones simples.

En ciertos casos se considera como mas econmica la solucin con dos transformadores

conectados en V, aunque esto es cierto la economa no debe buscarse en diseos que

generan posibles dificultades futuras de trabajo, es mas lgico que el esfuerzo econmico se

haga en otras direcciones (quizs cuestionndose si no es posible realizar menos puntos de

medicin, pero los que se hacen deben ofrecer solucin a todo problema que pueda

aparecer).

Los transformadores de tensin funcionan prcticamente a tensin constante, a induccin

constante, y no presentan efectos de saturacin tan notables como los transformadores de

corriente.

La tensin nominal primaria coincide con la tensin nominal del sistema , o si conectados

fase tierra ser la tensin nominal del sistema sobre raz de 3.

La prestacin del transformador no esta condicionada a la carga que efectivamente se

alimentara.



Debe observarse que en cambio la precisin de la medida puede ser afectada por los cables

de conexin (seccin y longitud) y la corriente que por ellos circula, cantidad de aparatos

que alimentan.

Es entonces conveniente separar los circuitos por sus funciones en un lugar prximo al

ncleo.

Como en la red se pueden presentar condiciones de sobretension en relacin al estado del

neutro de la red, y la presencia de fallas, el transformador debe soportar estas situaciones.

Factor de tensin es la relacin respecto de la tensin nominal primaria, del valor mas

elevado de tensin con el cual se pretende que el transformador satisfaga prescripciones de

calentamiento, y otras eventuales prescripciones.

Esta caracterstica esta asociada al tiempo de funcionamiento (limitado o no) y se

selecciona teniendo en cuenta la forma de conexin del arrollamiento primario y la

condicin del neutro de la red.

Para transformadores conectados fase fase este factor es 1.2, para transformadores que se

conectan fase tierra en redes con neutro aislado se requiere 1.9 por 8 horas, si la falla se

elimina en tiempo breve en cambio 30 segundos.

Relacin de transformacin.

Prestacin.

Sobretensiones permanentes, fallas.

Transformadores de tipo inductivo y capacitivo.

Cada en los cables, error.

Aprovechamiento para algn servicio auxiliar.

1.3.3. Circuito equivalente.

Los transformadores de potencial se comportan en forma similar a un transformador

convencional de dos bobinas. Por lo tanto el circuito equivalente referido al secundario es

el siguiente.

Zeq2 = Impedancia equivalente, referida al secundario.



ZL = Impedancia del instrumento (vlmetro, similar).

V2 = Tensin secundaria que deber ser fiel reflejo de la primaria.

Y0 0

La ecuacin de malla en el secundario es:

V1/V2 = ILZeq2 +V2 IL = V2/Z2

Por lo tanto

V1/V2 = (Zeq2/ZL + 1) * a

Se observa que la razn de transformacin V1/V2 difiere de a en el coeficiente:

(Zeq2 / ZL + 1)

Debido a que ese valor es un nmero complejo, se observa que existe un error de magnitud

y un error de fase.

1.3.4. Errores en los transformadores de potencial

En los transformadores de potencial existen 2 tipos de errores que afectan a la precisin de

las medidas hechas con transformadores de potencial.

Error de relacin: Es la diferencia entre la relacin verdadera entre la tensin del primario

y secundario y la relacin indicada en la placa caracterstica.

Error de ngulo: Es la diferencia en la posicin de la tensin aplicada a la carga

secundaria y la tensin aplicada al devanado primario.

El error de ngulo se representa con el smbolo (g ), est expresado en minutos y se define

como positivo cuando la tensin aplicada a la carga, desde el terminal secundario marcado

al no marcado, est adelantada respecto a la tensin aplicada al primario desde el terminal

marcado al no marcado.

1.3.5. Clasificacin de los errores.

En el transformador de potencial interesa que los errores en la relacin de transformacin y

los errores de ngulo entre tensin primaria y secundaria se mantengan dentro de ciertos

limites. Esto se obtiene sobredimensionado tanto el ncleo magntico como la seccin de

los conductores de los enrollados.

La magnitud de los errores depende de la caracterstica de la carga secundaria que se

conecta al transformador de potencial.

Para su clasificacin desde el punto de vista de la precisin (error mximo en la relacin de

transformacin) las diversas normas sobre transformador de potencial exigen que los

errores se mantengan dentro de ciertos valores para determinadas caractersticas de la

carga.



a) Norma Americana ASA

Estas normas han clasificadoras caractersticas de precisin de los transformadores para el

servicio con aparatos de medicin.

La clase y limites de precisin definidas por norma ASA, pueden verse en la siguiente

tabla.

Tabla 1: Carga normalizada para transformadores de potencial

Designacin de Volt amperes Factor de potencia

la carga secundarios de la carga

W 12.5 0.1

X 25 0.7

Y 75 0.85

Z 200 0.85

ZZ 400 0.85

Tabla 2. Lmites del factor de correccin del transformador de potencial

clase de lmites del factor de correccin

Lmites del factor de potencia

precisin del transformador de la carga medida (en retardo)

Mnimo Mximo Mnimo Mximo

1.2 0.988 1.012 0.6 1

0.6 0.994 1.006 0.6 1

0.3 0.997 1.003 0.6 1



Finalmente con esta normalizacin los transformadores de potencial se designan por la

clase de precisin y la letra correspondiente a la carga normalizada para la cual se garantiza

la precisin. En un transformador designado 0,6W, el error mximo de la relacin de

transformacin no sobrepasa un 0,6% de la razn nominal, con un factor de potencia 0,1 y

al variar la tensin entre 10% ms y 10% menos de la nominal.

b) Norma Alemana VDE

Esta norma VDE, normaliza para cada clase de precisin, la capacidad de los enrollados del

transformador de potencial en VA.

Las clases de precisin son 3-1-0,5-0,2-0,1 y ella debe mantenerse para cuando el voltaje

primario no vare ms all del 20% sobre su tensin nominal, excepto en los de clase 3 en

que se garantiza solo para su tensin nominal

Tabla 3. Errores mximos admisibles para transformadores de potencial

Clase de Rango de voltaje

Error mximo

Error mximo

exactitud primario de voltaje de fase

0.1 0.8 - 1.2 Vn 0.1% 5min

0.2 0.8 - 1.2 Vn 0.2% 10min

0.5 0.8 - 1.2 Vn 0.3% 20min

1 0.8 - 1.2 Vn 1.0% 40min

3 1.0 Vn 3.0%

Con respecto al voltaje secundario nominal estn normalizados

Norma ASA

115 V 120 V

66.4 V 69.5 V

Norma VDE

110 V 115 V

110/ 3 V

115/ 3 V

110/3 V 115/3 V



1.3.6. Conexiones trifsicas

Para conectar transformadores de potencial en forma trifsica se usan dos tipos de

conexiones usualmente, estas son:

a. Conexin estrella-estrella: Se utiliza cuando se requiere neutro en el secundario.

b. Conexin en V: Esta conexin se utiliza cuando no se requiere neutro secundario, es ms econmica ya que. se requiere solo dos transformadores de potencial.

C

A

B

Primario

Secundario

a b c

A

B

C

Primario

Secundario

a b c



2. MANIOBRAS EN LA RED ELECTRICA, SECCIONAMIENTO E INTERRUPCION

2.1. Maniobras en la Red Electrica

En la red elctrica es necesario ejecutar maniobras, variar su configuracin, su topologa.

Ciertas maniobras son necesarias para simplemente conectar cargas, se debe establecer

corriente en condiciones que se presumen normales, pero a veces la maniobra origina una

falla.

El aparato sometido a estos requerimientos debe ser capaz de soportar la condicin previa a

la maniobra, asegurar la aislacin de la carga, luego establecer la corriente normal o cuando

la falla existe, la corriente de falla.

Si ocurre falla algn aparato deber encargarse de la interrupcin, ser adecuado para ello,

soportando los fenmenos que suceden inmediatamente.

Segn sea la red se presentarn distintas condiciones que podemos analizar en detalle, pero

la corriente que debe establecerse e interrumpirse puede adems tener distintas

caractersticas, capacitiva, inductiva, tener distintos valores, incluir una componente

continua, armnicas, etc.

Ciertas maniobras se ejecutan sin establecer o interrumpir corriente, se las llama maniobras

de seccionamiento, para distinguirlas de las de interrupcin.

2.2. Seccionamiento

El aparato que cumple esta funcin se llama seccionador, y se trata de un aparato

electromecnico cuya funcin es estando abierto soportar la aislacin entre dos partes del

circuito, en cualquier condicin mantener la aislacin hacia masa, y estando cerrado

conducir corrientes normales permanentemente, y sobrecargas y cortocircuitos por tiempos

establecidos.

El seccionador en principio solo puede establecer e interrumpir corrientes despreciables, o

con diferencias de potencial despreciables entre sus extremos.

Sus caractersticas son abiertas aislacin entre contactos, en cualquier posicin aislacin a

masa, cerrado conduccin de corriente permanente, o sobrecorrientes por tiempos definidos

(breves).



2.3. Interrupcin

El interruptor suma a las caractersticas antes enumeradas la capacidad de interrumpir

corrientes de cualquier tipo y valor hasta las corrientes de cortocircuito mximas, y por

cierto establecer estas corrientes.

Lgicamente la duracin de los contactos, del medio aislante, de las cmaras que contienen

los fenmenos que se producen limitan la cantidad de maniobras que pueden hacerse en

distintas condiciones, sin mantenimiento (se produce desgaste de los contactos, de las

cmaras, del medio de interrupcin).

Cada tipo de interrupcin presenta caractersticas que pueden ser distintas, y que adems

dependen del principio de funcionamiento del interruptor.

Los aparatos que no pueden llegar a interrumpir cortocircuitos no son interruptores, se los

llama interruptores de maniobra, y cuando cumplen ciertas condiciones (de aislacin)

seccionadores bajo carga

Si comparamos las caractersticas de aislacin que fijan las normas para interruptores y

seccionadores, notaremos diferencias en la aislacin entre contactos abiertos, en alta

tensin en particular el interruptor siempre se encuentra asociado a seccionadores por lo

que la funcin de seguridad de la aislacin se ha asignado a estos ltimos.

Los interruptores tienen dos posiciones estables en las que pueden encontrarse, abiertos, o

cerrados, y tienen una duracin mecnica en cuanto a maniobras que pueden hacer, esta

duracin en comparacin con otros aparatos parece limitada.



2.4. Definiciones

Las normas IEC (internacionales) se han ocupado de establecer definiciones que permiten

encuadrar los distintos aparatos permitiendo su utilizacin correcta.

Interruptor es un aparato mecnico de conexin, que tiene dos posiciones de reposo, capaz de establecer, soportar, e interrumpir corrientes en condiciones

normales de circuito, as como en condiciones predeterminadas establecer,

soportar por un lapso definido, e interrumpir corrientes en condiciones

anormales especificadas de circuito tales como las de cortocircuito.

Seccionador es un aparato utilizado para abrir o cerrar un circuito con una corriente despreciable (como ser corriente capacitiva de barras, conexiones,

longitudes muy cortas de cables, corriente de transformadores de tensin y

divisores capacitivos) bien con un cambio insignificante de tensin entre sus

terminales.

Estamos utilizando dos palabras que conviene buscarlas en el diccionario, aparato y

dispositivo, veamos que significan:

Aparato: apresto, preparativo, conjunto de cuanto se necesita o requiere para un objeto dado. Anatoma - conjunto de rganos que concurren a desempear una

funcin. Reunin y combinacin de medios y elementos mecnicos dispuestos

para ser empleados en la ejecucin de movimientos, experiencias, labores, y

maniobras.

Dispositivo: dcese de lo que dispone.

2.5. Mecanismos de Interrupcin de la Corriente Electrica

Si se intenta interrumpir una corriente elctrica separando contactos se observa la

formacin de un arco elctrico, que sigue sosteniendo la corriente, presentando

simultneamente cierta diferencia de potencial entre contactos.

Las corrientes mas elevadas se presentan cuando se producen cortocircuitos, las reactancias

son preponderantes, la corriente esta desfasada casi 90 grados respecto de la tensin.

Si la diferencia de potencial entre contactos es pequea, la corriente de arco (ver lamina) se

modificara muy poco respecto de la que hubiera habido de no haberse formado arco, se dice

que se ha presentado un arco de baja resistencia; obsrvese el lapso mientras los contactos

permanecen cerrados (1), el lapso a partir del inicio del movimiento de los contactos, hasta

la anulacin de la corriente (2), la corriente que finalmente se anula (4), la tensin de arco

que es muy pequea en el caso examinado por lo que la resistencia de arco es tambin

reducida (3), la tensin inmediatamente despus de la interrupcin que por oscilaciones

amortiguadas alcanza la tensin impuesta por la fuente (5).



Si en cambio la corriente presunta (ver lamina) es muy distinta a la corriente que

efectivamente se presenta, entonces la resistencia del arco es relativamente grande, por eso

modifica la corriente; la separacin de contactos inicia en (t0), la corriente se extingue en

(toff), la tensin de arco crece a medida que pasa el tiempo desde el inicio de la separacin

de contactos (UB), la corriente se modifica respecto de la que se tendra con tensin de arco

nula, obsrvese la corriente (i) que se interrumpe en fase con la tensin debido a que la

resistencia de arco se hizo preponderante en el circuito.

Mientras la corriente es relativamente grande, el arco no se interrumpe, una columna

ionizada, plasma, conduce la corriente entre los electrodos.

En corriente alterna la corriente pasa por cero y luego se invierte, en ese instante la

columna puede perder conductividad, y si esto ocurre se interrumpe la corriente.

En los instantes sucesivos se presenta cierto potencial aplicado entre los contactos, si la

rigidez dielctrica de la interrupcin crece (o se mantiene superior a la tensin aplicada),

esta habr tenido xito, si en cambio se restablece la corriente, habr que esperar el

sucesivo pasaje por cero para opinar respecto del xito de la interrupcin.



En corriente alterna merced a esta situacin se puede efectuar la interrupcin aun con

resistencias de arco bajas, en corriente continua no ocurre lo mismo, debe lograrse

intercalar suficiente resistencia de arco, y una suficiente reduccin de corriente para lograr

interrumpir.

2.5.1. El Arco Elctrico

Los arcos estables han sido estudiados desde largo tiempo, mientras que los arcos en

corriente alterna, con variaciones de la posicin de los electrodos (los contactos que se

separan) son mucho mas difciles de estudiar, en rigor los interruptores que utilizan estos

principios se ensayan en condiciones prximas a las reales y establecidas por normas.

El modelo del interruptor apto para ser utilizado a los fines del proyecto esta todava lejos

de la posibilidad de realizacin tcnica, el desarrollo de un prototipo de interruptor es una

tarea eminentemente experimental.

Si el arco en su evolucin se convierte en un arco de elevada resistencia al final se tratara

de interrumpir una corriente resistiva (corriente y tensin en fase), si en cambio es de baja

resistencia la interrupcin ser particularmente sensible a las condiciones de corriente y

tensin que se presentan en la proximidad del cero de corriente (corriente y tensin

desfasadas, hay tensin con corriente nula).

Analicemos el fenmeno en dicho instante, supongamos que intentamos interrumpir una

corriente resistiva, en el momento en que la corriente se anula tambin la tensin entre

contactos es nula, a partir de ese instante crecer en el tiempo en igual forma que la tensin

de la fuente.

Pensemos ahora en la interrupcin de una corriente inductiva, en el momento en que la

corriente pasa por cero observemos la tensin en los contactos, un instante antes era nula, si

la interrupcin tiene xito, un instante despus la tensin tendr un elevado valor, que

corresponde a la que impone la fuente...

Hemos despreciado en nuestros razonamientos las capacitancias parsitas que hay entre los

contactos del interruptor, en rigor la tensin pasara de cero al valor final, a travs de un

transitorio con importantes sobretensiones del orden de 2 veces.

Hemos analizado una corriente de cortocircuito en bornes del interruptor y su interrupcin,

y hemos observado la tensin entre los contactos.

Si el cortocircuito se establece en lnea, (a alguna distancia del interruptor) la interrupcin

presenta dos tensiones de distintas caractersticas, del lado fuente la tensin variara en

forma parecida a la indicada, partiendo del valor correspondiente a la cada de tensin en

lnea, mientras del lado lnea se presentara un fenmeno de onda viajera, que causa en el

borne del interruptor una onda diente de sierra.

La tensin entre bornes crece con gran velocidad, y para que la interrupcin tenga xito, la

distancia entre contactos debe soportar estas condiciones, impuestas por la lnea, circuito de

parmetros distribuidos.

Un efecto parecido puede presentarse cuando se interrumpe un cortocircuito secundario de

un transformador, desde el interruptor el transformador es visto como una capacitancia con

una inductancia en paralelo, esta es una simplificacin demasiado drstica, pero el



fenmeno observado es con oscilaciones del lado del transformador, y una tensin del lado

de alimentacin con oscilaciones parecidas (aunque menores) que para el cortocircuito

franco.

La interrupcin de la corriente de un reactor derivacin, o un cortocircuito con reactor serie

tambin son anlogas.

Totalmente distintas son las condiciones cuando se interrumpe una corriente capacitiva,

banco de capacitores, cables en vaco, lneas areas en vaco.

En este caso al pasar la corriente por cero, se interrumpe, de un lado queda el capacitor

cargado, del otro la fuente la tensin sigue variando con la frecuencia de la red.

Si la interrupcin tiene xito un cuarto de ciclo despus se tendr sobre los contactos

aplicada la mxima diferencia de tensin.

Si en cambio se presenta falla dielctrica del interruptor, se establecer una corriente con un

pico muy grande, aparecer una oscilacin de gran amplitud, y el capacitor podr quedar

cargado con doble tensin, siendo la situacin final con tensin an mas alta, este

fenmeno es llamado reencendido, y hace que ciertos interruptores no sean adecuados para

largas lneas, cables o capacitores.

Tambin la interrupcin de pequeas corrientes inductivas puede presentar efectos de

reencendido, pero no con los desastrosos efectos acumulativos antes comentados,

simplemente al aumentar la distancia entre contactos la interrupcin finalmente tiene xito,

pero sucesivas interrupciones y reencendidos crean trenes de ondas viajeras que pueden

daar las aislaciones.

Una corriente particular puede presentarse en caso de cortocircuito en una lnea que parte

de un nodo prximo a una batera de capacitores, el interruptor de la lnea deber

interrumpir la corriente de cortocircuito, con superpuesta la corriente de descarga de los

capacitores, de frecuencia relativamente alta, quizs presentando varios pasajes por el cero

en escasos milisegundos...

Las normas suponen que la corriente es de amplitud constante como corresponde cuando se

esta a distancia (elctrica) relativamente grande de las maquinas generadoras. La presencia

de los fenmenos transitorios y de la componente continua en proximidad de generadores,

puede ser causa de que la corriente de falla no pase por cero durante cierto nmero de

ciclos, presentndose entonces al interruptor una situacin de gran dificultad.

No olvidemos que tambin en casos normales, con elevada constante de tiempo de la

componente continua, los dos semiciclos sucesivos son de amplitud totalmente distinta, y

ofrecen distinto grado de dificultad al xito de la interrupcin.

Mientras el interruptor esta cerrado el efecto joule en los contactos es la nica magnitud

que produce efecto apreciable, calentamiento de los contactos, en cuanto los contactos se

separan puede medirse la tensin de arco, puede hablarse de potencia de arco, e

integrndola en el tiempo, energa de arco.

La comparacin de como evoluciona esta energa, con la que el interruptor es capaz de

controlar, es la que seala el posible xito o fracaso de la interrupcin, y es el factor que el

proyectista estudia relacionando tensin, corriente, tiempo, energa.



2.5.2. Principios Constructivos de Los Equipos de Maniobra

El ingenio humano ha dado pruebas significativas en la historia de los interruptores, las

soluciones fueron sucedindose con rapidez unas a otras, las nuevas soluciones presentaban

nuevos problemas, y la tcnica exiga soluciones completas y generales.

Las tcnicas de interrupcin comenzaron utilizando el aire natural, e inmediatamente

buscaron otros fluidos, aceite, agua, aire comprimido, SF6, las formas y el tamao de los

aparatos fue cambiando, llegndose finalmente a soluciones compactas actuales.

Actualmente los interruptores de baja tensin utilizan cmaras de interrupcin deion, con

varias chapas metlicas que dividen el arco aumentando la tensin de arco (resistencia),

cuando las corrientes nominales son relativamente bajas de modo que los contactos son

livianos y pueden ser fcilmente acelerados, se realizan interruptores con caractersticas

limitadoras, que deforman notablemente la corriente de cortocircuito, impidiendo que se

presente el pico mximo.

Parece que tendrn futuro los interruptores en vaco, y los de estado slido (sin contactos de

interrupcin mviles...).

En media tensin las tcnicas actualmente difundidas son el vaco, el gas SF6 en versiones

autosoplante, de arco rotativo, todava en aplicaciones especiales se utiliza el aire

comprimido, y el aire a deionizacion magntica.

Los interruptores en pequeo volumen de aceite, fueron los mas difundidos en el pasado, y

todava sern utilizados por muchos aos, aunque ya casi no se fabrican.

En media tensin se utilizan interruptores de limitado poder de interrupcin (llamados

seccionadores bajo carga o interruptores de maniobra, incapaces de interrumpir el

cortocircuito), la buena tcnica solo ha dejado subsistir los autoneumaticos en aire y en

ambiente cerrado de SF6.

En alta tensin la tcnica avanzo en direccin de soluciones modulares de cmaras en serie,

el pequeo volumen de aceite, el aire comprimido, el SF6 tipo autosoplante, fueron las

soluciones que mas xito tuvieron, y la decadencia de cada solucin tcnica apareci al

alcanzar sus limites naturales de aplicacin.

En el futuro puede preverse la utilizacin del vaco, multicamara.

En todos los casos el interruptor en su concepcin actual debe tener un comando que

mecnicamente debe ser optimo, las buenas cualidades elctricas de la cmara de

interrupcin deben estar acompaadas por sobresalientes caractersticas mecnicas, despus

de haber quedado cerrado mucho tiempo se exige siempre una buena actuacin, rpida,

oportuna, todava hoy este proyecto presenta importantes desafos.

El vaco es un mtodo de interrupcin que en algunas aplicaciones trae aparejadas

sobretensiones que se propagan en los circuitos solicitando en modo inconveniente algunos

componentes, por lo que debe estudiarse atentamente su aplicacin. Quizs esto sea

consecuencia de ser el mtodo de interrupcin mas joven.

La tensin en los interruptores multicamara debe repartirse con oportunos capacitores que

regulan la solicitacin en cada una, tambin influyen controlando la tensin de retorno que

se presenta.



Ejemplo interruptor en el mercado.

Interruptor SF6

( Tcnica auto-compresin)

1 a 40.5KV

GROUPE SCHNEIDER

1. Terminal superior de corriente.

2. Superficie aislante.

3. Contacto principal fijo.

4. Contacto fijo arco.

5. Movimiento contacto arco.

6. Boquilla aislante.

7. Contacto principal (movimiento).

8. Pistn (movimiento).

9. Cmara de presin.

10. Terminal inferior de corriente.

11. Barra de conexin.

12. Biela.

13. Sello.

14. Ventilacin o extraccin de residuos.

15. Canasto molecular.

16. Base.



INTERRUPTOR SF6 UTILIZADO (TECNICA CON AUTO-COMPRESION SF6 )

OPERACION DEL INTERRUPTOR SF6

Contacto principal y contacto de arco

estn inicialmente cerrado

Pre-compresin: Cuando empiezan

abrirse, el pistn comprime el gas

SF6 en la cmara de presin.

Periodo de arco: El arco que se forma

entre el contacto. El pistn continua en

movimiento, una pequea cantidad de

gas es inyectada al arco (boquilla

aislante), con esto va disminuyendo la

corriente en el arco y se va enfriando

por conveccin.

El movimiento de las partes

termina y la inyeccin de gas fro

contina hasta estar

completamente abierto los

contactos.



2.5.3. Caractersticas Funcionales de Interruptores

Las caractersticas funcionales, sirven para especificar los aparatos, definindolos.

La especificacin de un dispositivo se hace con el objetivo de obtenerlo en el mercado, o

construirlo especialmente.

Cuando el objetivo de la especificacin es la construccin de un equipo especial, el nico

limite a lo que se especifica esta dado por la posibilidad constructiva, y los riesgos de que la

construccin no tenga xito.

Generalmente es preferible comprar dispositivos normales, existentes, por lo que la

especificacin debe identificar suficientemente bien las caractersticas de inters,

definiendo adecuadamente el objeto de compra.

Frecuentemente el proyectista de instalaciones debe hacer esfuerzo en lograr una

instalacin donde puedan utilizarse los dispositivos mas abundantes del mercado, y para

esto quizs haya que esforzarse en replantear el proyecto mas veces.

La primera caracterstica del interruptor es su tensin nominal:

baja tensin

media tensin

alta tensin

altsima tensin

Un mismo interruptor de baja tensin puede ser aplicado en instalaciones de distintas

tensiones nominales, por ejemplo 230 V, 400, 500, 660, 750, 1000 V (a veces no todos los

valores, sino solo algunos), es as que frente a una especificacin se pueden obtener

soluciones muy distintas.

En media tensin en cambio los aparatos pueden utilizarse en unas pocas tensiones

nominales, las medias tensiones utilizadas en nuestro pas 2.3 kV, 3.6, 5, 7.2, 11, 13.2, 13.8,

36 kV utilizan aparatos de tensiones nominales que dependen del pas de origen del aparato

(o de su licencia de fabricacin) por ejemplo aparatos de origen europeo de tensin nominal

17.5 kV se utilizan para las tensiones nominales de 7.2 hasta 13.8 kV, lamentablemente

entonces no se pueden aprovechar al mximo...

En alta tensin los fabricantes plantean soluciones para su mercado de mas importancia, y

esa adopcin la ofrecen a los otros mercados, por ejemplo una solucin para 145 kV se

ofrece para redes de 123 kV, una solucin para 170 kV se lo ofrece para 145 kV.

A medida que la tensin crece aparecen soluciones modulares, cmaras mltiples en serie,

es as que deben observarse soluciones de 245 kV, 362 (altsima tensin), 420, 550, 765 -

800 kV que cada fabricante ha desarrollado, notndose que cada fabricante ha tratado de

minimizar la cantidad de cmaras en serie, para reducir el costo, en el transcurso de los

aos a medida que una solucin se sustituyo por otra la tensin nominal de la cmara

modular fue creciendo as en los aos 70 un interruptor de hexafluoruro de 362 kV tenia



tres cmaras, hoy (en el 2000) se ofrece con dos, solucin que tambin alcanza para algn

fabricante para 550 kV, es decir que la cmara es de tensin nominal 245 kV.

Asociada a la tensin nominal, se presentan las caractersticas de aislacin, tensin de

ensayo a frecuencia industrial, tensin de ensayo a impulso.

La otra caracterstica es la corriente nominal, en baja tensin los valores que se presentan

estn asociados a los rels de proteccin integrados al interruptor, cada tipo de interruptor

cubre hasta cierta corriente nominal mxima, 63 A, 100, 1250, 2500, 4000, 6300 A.

En media tensin los fabricantes han reducido las opciones que ofrecen, 800 A, 1250, 1600,

2500, en general solo 2 de estos valores, y es difcil encontrar aparatos de corriente nominal

elevada.

Los interruptores para generadores cubren necesidades por arriba de los 10000 A.

En alta tensin las soluciones se orientaron a corrientes nominales 2000 o 3000 A,

buscando en las soluciones de los aos 70 observamos soluciones de 1250 A, y menos.

El otro tema es la corriente de interrupcin, en baja tensin 1 kA, 10 hasta 100 (los

interruptores limitadores).

En media y alta tensin esta caracterstica es 20 kA, 40, 63. En altsima tensin las

soluciones de menores corrientes (para una misma tensin) son en general con menor

cantidad de cmaras.

2.5.4. Exigencias que se presentan al interruptor

Un folleto de 1970 propona que un interruptor no puede ser juzgado solo en base al poder

de interrupcin normal de cortocircuito, y explicaba que pocas veces, quizs nunca en su

vida, el interruptor deba interrumpir dicha corriente.

Pero todos los das, para un servicio seguro y tranquilo, que no incremente el precio de

adquisicin (inicial), por la continuidad y calidad de servicio, para la proteccin de los

aparatos, las maquinas, las lneas, los cables, y para la seguridad de las personas, un

verdadero interruptor, cualquiera sea su poder de interrupcin, aun si muy superior al que

corresponde al punto donde fue instalado, debe:

ser mecnicamente simple y de seguro funcionamiento en el tiempo.

Realizar en cualquier condicin de servicio ciclos de recierre rpido

Interrumpir pequeas corrientes inductivas, con sobretensiones limitadas (menores de 2.5 - 2), por ejemplo fallas en el secundario de transformadores.

Interrumpir pequeas corrientes magnetizantes de transformadores en vaco, con sobretensiones limitadas.

Interrumpir lneas y cables en vaco sin reencendidos.

Interrumpir con seguridad fallas en lnea (kilomtricas).

Interrumpir fallas consecutivas

Interrumpir en oposicin de fase



Interrumpir cortocircuitos repetidos sin requerir mantenimiento.

Se trata de una excelente sntesis, que conviene repasar frente a la necesidad de comparar

entre si distintos interruptores, con el objetivo de tomar una decisin, que seguramente no

puede ser orientada por el solo precio, sino debe ser antes calificada por la comparacin

pesada de estas prestaciones.

2.5.5. Descripcin de distintos tipos de interruptores

El interruptor es un aparato esencialmente formado por contactos que se separan con

importante velocidad para pasar rpidamente de condiciones de conduccin a aislacin, y

un mecanismo de comando con energa acumulada para lograr satisfacer las condiciones de

movimiento.

Los comandos son de distintos tipos, pero todos se caracterizan por disponer de energa

acumulada, y deben ser adecuados al tipo de interruptor, ya que entre comando y cmaras

de interrupcin se debe lograr la solucin optima:

comando a solenoide (combinado con resortes)

comando a resortes (helicoidales, y espirales, cargados con motor elctrico, o a mano)

comando de aire comprimido, de un efecto (combinado con resortes) o de doble efecto

comando de aceite a presin, fluodinamico

comando de gas (hexafluoruro) a presin, y resortes.

Intentar explicar el desarrollo de estas distintas tcnicas y sus variantes, y como se

encadenaron y evolucionaron es dificultoso y complicado, en forma arbitraria se han

seleccionado una serie de figuras encontradas en revistas que muestran caractersticas de

distintos tipos de aparatos, y que cubren casi 100 aos de desarrollo tecnolgico alrededor

de estos temas.

Puede ser de inters observar como ha variado para los distintos tipos de interruptores la

faja de mercado que han cubierto durante cierto periodo del siglo XX.

Se puede resumir el comportamiento de los distintos tipos de interruptores en un nico

concepto, los contactos se separan, se forma el arco, y este puede ser de baja resistencia o

de alta resistencia, y en relacin con el, es el comportamiento de la tensin de retorno (ver

figura) que aparece inmediatamente.

El desarrollo de los interruptores es esencialmente experimental, el desarrollo terico o de

gabinete es complementario, de los ensayos se extrae informacin que sirve para juzgar

fortalezas y debilidades del proyecto y que orienta hacia nuevas mejoras, pero no se puede

encarar un desarrollo sin la disponibilidad de un laboratorio de pruebas que permita simular

condiciones elctricas reales de la interrupcin.



Existen distintos tipos de interruptores de potencia a saber:

Aire libre: El proceso de interrupcin del arco se basa en la desionizacin natural de los gases por la accin refrigerante del aire circundante que se encuentra a menor

temperatura. Para facilitar el corte de corriente se somete al arco a un proceso de

estiramiento con el fin de aumentar su resistencia y favorecer su enfriamiento.

Tambin se pueden emplean diversos mtodos para facilitar el corte como son la

divisin y la constriccin del arco.

Aceite: aqu se incluyen los interruptores de gran volumen como los de pequeo volumen ya que ambos tienen el mismo proceso de interrupcin de la corriente: los

contactos se encuentran inmersos en aceite y al comenzar a separarse, el arco

elctrico que se forma vaporiza el aceite y lo descompone en hidrgeno, metano y

etileno; enfriando energticamente la columna del arco, consiguindose as al

apagado del arco.

Aire comprimido: Estos interruptores basan su accin en soplar el arco que se forma entre los electrodos mediante la apertura de una vlvula de aire comprimido que

estira y enfra el arco. El sentido del flujo de aire los divide en de soplo axial, radial

o cruzado.

Vaco: Estos interruptores poseen los contactos inmersos en una cpsula con alto vaco que es el encargado de apagar el arco elctrico debido a la altsima rigidez

dielctrica que alcanza el aire a una presin de 10-4 10-5 [Pa]. Existen

combinaciones en serie de hasta cinco cmaras con lo cual se logra alcanzar

tensiones de 132 [kV].

Semiconductores: En teora, el semiconductor se aproxima mucho ms que el arco elctrico, al paso por cero de la corriente y cambiar de sentido, al interruptor ideal.

La resistencia elctrica de un semiconductor es reducida cuando la corriente circula

en sentido convencional (nodo-ctodo) y prcticamente infinita, dentro de ciertos

lmites, cuando circula en sentido contrario; ste hecho es el que alienta la

investigacin de interruptores de este tipo aunque solo se trate de teora para

interruptores de potencia.



3. SERVICIOS AUXILIARES

3.1. Generalidades.

Los sistemas de proteccin y control de las instalaciones elctricas de alta tensin se

alimentaran mediante corriente continua procedente de bateras de acumuladores asociados

con sus cargadores alimentados por corriente alterna..

En condiciones normales de explotacin, el equipo de carga de la batera ser capaz de

suministrar los consumos permanentes y adems de mantener la batera en condiciones

optimas.

En caso de falta de corriente alterna de alimentacin al equipo de carga o fallo por avera

del mismo, deber ser la propia batera de acumuladores la encargada de efectuar el

suministro de corriente continua a los sistemas de proteccin y control de instalacin.

El proyectista deber fijar el tiempo de autonoma en estas condiciones, teniendo en cuenta

las particularidades que concurran en sus sistemas de control y proteccin, as como la

tensin mnima que deber mantenerse al final de la descarga de la batera, que deber

coincidir con la tolerancia de los equipos alimentados por la misma.

3.2. Tensiones Nominales.

En el diseo de los sistemas de proteccin y control, se tendr en cuenta la normalizacin

de las tensiones nominales de corriente continua que se establece a continuacin:

12 - 24 - 48 - 125 - 220 voltios.

Las citadas tensiones nominales sern utilizadas como referencia por el usuario y

permitirn definir el nmero de elementos de acumulador que contendr la batera, as

como la tensin de flotacin que deber suministrar el equipo de carga.

3.3. Eleccin de las Bateras de Acumuladores.

3.3.1. Tipos de bateras de acumuladores.

Los tipos de bateras de acumuladores que se utilizaran normalmente sern los siguientes:

Bateras cidas, tambin denominadas de plomo, en las versiones de vaso abierto o cerrado.

Bateras alcalinas en las versiones de vaso semiestanco o hermtico.

3.3.2. Datos bsicos para su eleccin.

En la eleccin del tipo de bateras, se tendr en cuenta el valor de los puntas de descarga, el

consumo permanente y la capacidad de las bateras. Se emplearan bateras de tipo lento

cuando las puntas sean pequeas en relacin con el consumo permanente y bateras de

descarga rpida cuando las puntas sean importantes en relacin con el citado consumo

permanente.



3.4. Instalacin.

En los proyectos y posteriores realizaciones de instalaciones de bateras de acumuladores,

han de tenerse en cuenta dos aspectos fundamentales:

Requisitos mnimos que han de reunir los locales destinados a su emplazamiento.

Condiciones mnimas que han de cumplirse en las instalaciones propiamente dichas de las mismas.

3.4.1. Locales.

Las bateras de acumuladores elctricos que puedan desprender gases corrosivos o

inflamables en cantidades peligrosas se emplazaran de acuerdo con las recomendaciones

siguientes:

El local de su instalacin estar destinado exclusivamente a este fin, ser seco y bien ventilado a ser posible con ventilacin natural.

El local estar protegido contra temperaturas extremas y aislado, en lo posible, de aquellos lugares o instalaciones donde se puedan producir vapores, gases, polvo,

trepidaciones u otros agentes nocivos.

Cuando la batera de acumuladores sea cida y los vasos de la misma sean abiertos, se evitara la comunicacin directa entre el local de instalacin de la batera de

acumuladores y las salas de maquinas o locales donde se hallen instalados los

cuadros u otros equipos elctricos cuyos aparatos puedan ser afectados en su

funcionamiento por los gases corrosivos procedentes de la batera.

Los materiales empleados en la construccin de los locales destinados a la instalacin de la batera de acumuladores sern resistentes bien por si mismos, o

bien mediante preparacin por recubrimientos adecuados, a la accin de los gases

que puedan desprender los acumuladores. Este extremo se tendr particularmente en

cuenta en el pavimento, el cual se recomienda disponerlo con una ligera pendiente y

un drenaje en forma tal que permita la evacuacin en caso de derrame del electrolito

y facilite su lavado con agua abundante.

Cuando la batera de acumuladores no despida gases corrosivos o inflamables en cantidades

peligrosas (como puede ser los de tipo alcalino o cido en vasos cerrados y hermticos), se



podrn emplazar en locales debidamente ventilados, destinados a otros fines (salas de rels,

control o similares) recomendndose su instalacin en el interior de armarios metlicos.

Dichos armarios pueden llevar o no incorporados los equipos de carga.

3.4.2. Condiciones de la instalacin.

La instalacin de los acumuladores debe ser tal, que permita el eventual relleno de

electrolito, la limpieza y la sustitucin de elementos sin riesgo de contactos accidentales

peligrosos para el personal de trabajo.

En lugar visible del local en que este instalada la batera de acumuladores o en el interior de

los armarios metlicos, cuando la instalacin sea de este tipo, se dispondr un cartel donde

estn debidamente especificadas las caractersticas principales de la batera, as como las

instrucciones precisas para realizar sus cargas peridicas y su mantenimiento.

3.4.2.1. Bateras cidas abiertas.

En el caso de que la instalacin se realice en locales destinados exclusivamente a contener

acumuladores del tipo cido, con vasos abiertos, se tendr adems en cuenta que los

pasillos intermedios de acceso no podrn tener un ancho inferior a 75 cm.

Los acumuladores estarn aislados de sus soportes y estos del suelo mediante piezas de

materias aislantes no higroscpicas, permitindose la utilizacin de maderas tratadas.

En estos locales no existir otra instalacin elctrica adems de la propia de la batera, que

la correspondiente al alumbrado, Que se realizara segn lo indicado en la instruccin MI

BT 027 del Reglamento Electrotcnico de Baja Tensin. Se prohibe expresamente el uso de

cualquier tipo de toma de corriente.

Las protecciones elctricas a las que se refiere el apartado 5 de esta Instruccin se situaran

fuera de estos locales y las conexiones de salida hasta estas protecciones se realizara

tomando las debidas precauciones para evitar cortocircuitos.

Se recomienda disponer en estos locales de espacio para almacenar el electrolito, as como

de un grifo y pila de agua corriente que permita el rpido lavado del personal que

incidentalmente haya tenido contacto con los cidos.

3.4.2.2. Bateras alcalinas o cidas en vasos cerrados.

Las bateras de acumuladores alcalinas o cidas en vasos cerrados, que estn instaladas en

armarios metlicos, podrn ubicarse a la intemperie siempre que dichos armarios metlicos

sean apropiados para este tipo de instalacin y estn dotados de ventilacin adecuada y

provistos de un aislamiento trmico que evite temperaturas peligrosas.



3.5. Protecciones Elctricas de la Batera de Acumuladores.

Como norma general de los dos polos de la batera de acumuladores estarn aislados de

tierra.

Las protecciones mnimas que debern ser previstas son:

A la salida de la batera de acumuladores y antes de las barras de distribucin deben instalarse cartuchos fusibles calibrados o interruptor automtico.

Sobre las barras de distribucin se instalara un detector de tierras que como mnimo facilite una alarma preventiva en caso de una eventual puesta a tierra de cualquier

polo.

Todos los circuitos a los distintos servicios deben ir equipados con cartuchos fusibles calibrados o con interruptores automticos.

Se instalara un dispositivo detector que indique la falta de alimentacin a la batera.

Se instalaran sistemas de alarma de falta de corriente continua en los circuitos esenciales, tales como proteccin y maniobra.

3.6. Equipo de carga de Bateras de Acumuladores.

Las bateras de acumuladores debern ir asociadas a un equipo de carga adecuado, que

cumpla las siguientes condiciones mnimas:

En rgimen de flotacin debe ser capaz de mantener la tensin de flotacin en bornes de batera dentro de una banda de fluctuacin de 1 %, para una variacin del

10 % de la tensin de alimentacin, debiendo compensar en las condiciones

anteriores, la autodescarga propia de la batera y adems dar el consumo

permanente del sistema de proteccin y control de la instalacin.

Habr que mantener el factor de rizado mximo, en cualquier condicin de carga, que exijan los equipos alimentados por el conjunto batera- equipo de carga.

Estar dotado de un mnimo de alarmas que permitan detectar un mal funcionamiento del equipo.

El rgimen normal de funcionamiento ser el de flotacin. Si se emplean otros sistemas se justificara debidamente su utilizacin.



4. EQUIPOS DE SEALIZACIN

La finalidad de estos equipos es suministrar la informacin bsica que permite analizar el

comportamiento de las protecciones y aparatos de interrupcin y maniobra,

Lo usual en instalaciones poco complejas es el clsico equipo de sealizacin por medio de

lmparas. En caso de incidente suena una alarma acstica y se iluminan las lmparas

correspondientes a los rels e interruptores que han actuado. El operador toma nota de las

lmparas encendidas y, acto seguido pulsa el botn borrado.

Es importante no caer en el error de que sea el mismo pulsador el que anule la alarma

acstica y reponga las lmparas. Tambin es un error fijar el tiempo que las lmparas van a

mantenerse encendidas.

Conforme las instalaciones crecen en complejidad, se hacen necesario no solo instalar

protecciones ms sofisticadas, sino tambin equipos de sealizacin acordes con las

circunstancias. Para estos casos son tiles los equipos osciloperturbograficos y los

registradores cronolgicos

El registrador cronolgico sustituye los equipos de sealizacin de lmparas, con la

particularidad de que el operador ya no debe tomar nota de las sealizaciones aparecidas en

caso de incidente. Su gran ventaja es que las seales se registran sobre papel de forma

cronolgica, con tal precisin que permite analizar con todo pormenor el incidente. Las

seales se muestran normalmente codificada, pero tambin puede utilizarse impresora de

mayor nmero de columnas que permite la inscripcin literal de cada alarma recibida

Un equipo oscilografico permite, merced a su memoria mecnica o electrnica, visualizar

las magnitudes de tensiones e intensidades antes, durante y despus del incidente. Otras

lneas de registro permiten controlar el estado (abierto o cerrado) de interruptores y la

actuacin de rels de proteccin



5. EQUIPOS DE AUTOMATISMO

Son aquellos equipos que desempean, con mayor o menor complejidad, una labor de

automatizacin con influencia sobre las protecciones o, en otros casos, condicionada a

stas.

Un ejemplo de la primera posibilidad podra ser la modificacin automtica de la relacin

de transformacin de un transformador. Como por ejemplo de la segunda posibilidad podra

hablarse de un equipo de reposicin automtica que en caso de incidente desconecte y

conecte interruptores en una secuencia programada y atendiendo a las condiciones

particulares de cada elemento.

Uno de los equipos de automatismo ms comn en las estaciones es el denominado

genricamente de sincronismo.

Previamente a la conexin de todo interruptor que tenga la posibilidad de acoplar dos

sistemas, es necesario comprobar que existen condiciones de sincronismo entre ellos, es

decir, que el mdulo, argumento y frecuencia de las tensiones a ambos lados del interruptor

son iguales. La conexin de dos sistemas fuera de sincronismo es equivalente a un

cortocircuito trifsico cuyas proporciones dependern de las diferencias entre las tensiones

en el momento de la conexin, as como de las potencias de cortocircuito de cada uno de

los dos sistemas independientes.

La comprobacin de sincronismo puede efectuarse ocularmente por medio de un simple

voltmetro alimentado por la tensin diferencial (Vl Vb) de las tensiones de una misma fase a ambos lados (lneas y barras) del interruptor. Cuando esta tensin es mnima, indica

que existen condiciones para la conexin.

Otro automatismo de utilizacin generalizada es el reconectador automtico, tambin

denominado equipo de recierre. Este automatismo se instala de forma casi exclusiva asociada a interruptores automticos de lneas areas.

6. EQUIPOS DE COMUNICACIN ASOCIADOS A LAS PROTECCIONES

El progresivo aumento de las cargas en las redes elctricas y los efectos de los

cortocircuitos sobre los grandes grupos de generacin van imponiendo unos tiempos de

eliminacin de las faltas imposibles de obtener sin la utilizacin de protecciones del tipo

cerrado, esto es, con intercambio de informacin entre los extremos del elemento protegido.

Cuando estos elementos tienen interruptores prximos, como en el caso de

transformadores, este intercambio se puede realizar fcilmente, pero en casos, por ejemplo

de lneas, en que sus extremos estn a gran distancia, es necesario establecer enlaces de

telecomunicacin, en cuyo caso el sistema de proteccin puede considerarse compuesto por

las siguientes partes.

6.1. Equipo de proteccin.

6.2. Equipo de teleproteccin

6.3. Equipo de telecomunicacin



En funcin del tipo de informacin que deba transmitirse los sistemas de teleproteccin se

clasifican en analgicos y lgicos.

Los sistemas analgicos son aquellos en los que se transmite una informacin analgica a

los extremos para ser comparada con la informacin local. Corresponden a este tipo de

sistemas de proteccin las protecciones de comparacin de fases, diferencial, etc.

En los sistemas lgicos se utiliza la seal transmitida como informacin auxiliar para las

protecciones.

A su vez, las teleprotecciones pueden ser clasificadas en:

6.4. Bloqueo: Cuando la Seal que se transmite sirve para impedir el disparo de la proteccin.

6.5. Permiso: La seal transmitida sirve para permitir la actuacin de un rel cuyo disparo esta eventualmente bloqueado

6.6. Orden: la seal transmitida sirve para la realizacin de un cambio en los ajustes de la proteccin.

Una aplicacin especial de las comunicaciones es el teledisparo, en el cual la orden recibida

acta directamente sobre el interruptor sin estar condicionada a la actuacin de las

protecciones locales.

Los sistemas de telecomunicacin pueden clasificarse en exclusivos, cuando se utilizan slo

para proteccin, y compartido, cuando se utilizan para otros cometidos (por ejemplo,

telefona) y conmutan toda la potencia para la teleproteccin cuando es necesario.

Las vas empleadas son:

6.7. Hilos Pilotos

6.8. Ondas portadoras superpuestas a las lineas de A.T.

6.9. Enlace por radio

6.10. Enlace por fibra optica

Los requerimientos de los sistemas de teleproteccin en un sistema de proteccin dependen

de su configuracin. No sern necesarios los mismos requerimientos para un sistema de

teledisparo que para uno de permiso. As, en el primer caso se necesitar una alta seguridad,

mientras en el segundo una alta fiabilidad.

Los parmetros ms significativos de los sistemas de teleproteccin y que afectan a la

seguridad y fiabilidad, son:

6.11. Tiempo de transmisin

6.12. Ancho de banda

6.13. Relacin seal-ruido

6.14. Proteccin contra interferencias.



En principio, el usuario de los sistemas de teleproteccin desea un tiempo de transmisin

muy corto, baja probabilidad de seales falsas, alta probabilidad de captura de la seal,

potencia de transmisin mnima y un ancho de banda lo ms pequeo posible.

Es evidente que no se pueden dar estos requerimientos conjuntamente y lo lgico es

establecer las relaciones equilibradas entre los diferentes parmetros.

Un tiempo de transmisin muy corto implica que el canal de teleproteccin debe ser ancho

(esto es debido a que el receptor puede ser influenciado por mucho ruido) y que el tiempo

de decisin o proceso de la seal recibida debe ser corto. Esto implica empeorar la

fiabilidad y la seguridad.

Permitir tiempos ms largos implica en permitir un menor ancho de banda para la

transmisin, mejorando la relacin seal-ruido; al disponerse de un mayor tiempo de

decisin se reduce el nmero de errores y, por tanto, se mejoran las caractersticas del

sistema.

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UNIDAD II - Equipos Asociados a Las Protecciones