Máquinas Eléctricas
La energía eléctricaGENERACIÓNGENERACIÓN
TRANSPORTTRANSPORTEE
DISTRIBUCIÓDISTRIBUCIÓNN
CONSUMOCONSUMO
• Centrales Centrales hidraúlicashidraúlicas
• Centrales Centrales termoeléctricastermoeléctricas
• Centrales de Centrales de Energías Energías alternativasalternativas
• Generación de Generación de tensión (12 kV) tensión (12 kV) aprox.aprox.
• Elevación Elevación (trafos) (trafos) tensión 380 tensión 380 kV, 220 KvkV, 220 Kv
• Líneas de alta Líneas de alta tensióntensión
• SubestacioneSubestacioness
• Centros de Centros de distribución: distribución: subestacionessubestaciones
• Líneas de Líneas de baja tensión baja tensión (trafos)(trafos)
• Pequeños Pequeños consumidoresconsumidores: baja tensión: baja tensión
• Industria: alta Industria: alta tensióntensión
Las máquinas eléctricas están Las máquinas eléctricas están presentes en todas las etapas del presentes en todas las etapas del
proceso (rotativas en la generación y proceso (rotativas en la generación y consumo. Transformadores en consumo. Transformadores en
transporte y distribución)transporte y distribución)
La red eléctrica
GENERACIÓN (CENTRALES)
TRANSPORTE DISTRIBUCIÓN 1º (Subtransporte)
DISTRIBUCIÓN CONSUMO
100 – 1000 MVA 100 –1000 MVA 30 – 100 MVA 3 – 15 MVA 0,4 – 2 MVA 100 – 500 Km 20 – 100 Km 5 – 15 Km 100 – 500m
10 – 30 KV 730, 380, 220 KV 132, 66, 45 KV 11, 20, 30 KV 380, 220 V
FuenteFuenteprimariaprimariaTurbinaTurbina
GeneradorGenerador
Parque de Parque de transformaciótransformaciónnde La centralde La central
EstaciónEstacióntransformadotransformadoraraprimariaprimaria
SubestaciónSubestación
Centro de Centro de transformaciótransformaciónn
ConsumoConsumodomésticodoméstico
Muy grandesMuy grandesconsumidoresconsumidores
GrandesGrandesconsumidoresconsumidores
La red eléctricaEsquema simplificado de una parte de la red nacional de 400 kV
Se puede observar la Se puede observar la existencia de caminos existencia de caminos alternativos para el alternativos para el
suministrosuministro
Tecnología eléctrica – J. Roger et. AlTecnología eléctrica – J. Roger et. Al
La red eléctrica
SUBESTACIÓNSUBESTACIÓN
Centros deCentros detransformaciótransformaciónn
Red radial de distribución
Red de distribuciónen anillo
SUBESTACIÓNSUBESTACIÓN
SUBESTACIÓNSUBESTACIÓN
AveríaAvería
Las centrales eléctricas HIDRAÚLICASHIDRAÚLICAS
• Transformación de la energía potencial Transformación de la energía potencial acumulada por una masa de agua.acumulada por una masa de agua.
• Utilización turbina hidráulica.Utilización turbina hidráulica.• Gran rapidez de respuesta.Gran rapidez de respuesta.
TERMOELÉCTRICATERMOELÉCTRICASS
Utilización de carbón, fuel, o Utilización de carbón, fuel, o combus-tible nuclear para producir combus-tible nuclear para producir vapor.vapor.
Utilización de turbinas de vapor.Utilización de turbinas de vapor. Elevada inercia, especialmente en Elevada inercia, especialmente en
las nucleares. Producción constante.las nucleares. Producción constante.NO NO
CONVENCIONALESCONVENCIONALES
EólicasEólicas SolaresSolares MareomotricesMareomotrices
DE BOMBEODE BOMBEO Utilizan agua previamente Utilizan agua previamente
bombeadabombeada Son idénticas a las hidraúlicasSon idénticas a las hidraúlicas
Con turbinas de gasCon turbinas de gas De ciclo combinadoDe ciclo combinado
Las centrales eléctricas
Porcentaje de uso de las centrales eléctricas según su tipo Hidraúlicas Nucleares Carbón y fósiles Otros
28% 36% 30% 6%
Carbón yCarbón y fósilesfósiles
OtrasOtras
HidraúlicasHidraúlicas
Nucleares
Curva de demanda de energía eléctricaCurva de demanda de energía eléctrica
HoraHora242416168800 Tecnología eléctrica – J. Roger et. AlTecnología eléctrica – J. Roger et. Al
Las máquinas eléctricas
EstáticaEstáticass
RotativaRotativass
TransformadorTransformadoreses
MotoresMotores GeneradoresGeneradores
SISTEMASISTEMAELÉCTRICOELÉCTRICO
SISTEMASISTEMAELÉCTRICOELÉCTRICO
MEDIO DEMEDIO DEACOPLAMIENTACOPLAMIENT
OO
SISTEMASISTEMAELÉCTRICOELÉCTRICO
SISTEMASISTEMAMECÁNICOMECÁNICO
MEDIO DEMEDIO DEACOPLAMIENTACOPLAMIENT
OO
MÁQUINAS MÁQUINAS ELÉCTRICASELÉCTRICAS
TransformadorTransformador
TransformadorTransformador
GeneradorGenerador
MotoMotorr
Los Transformadores
TransformadoresTransformadores
De potenciaDe potencia
De medidaDe medida
EspecialesEspeciales
Monofásicos o Monofásicos o trifásicostrifásicos
Monofásicos o Monofásicos o trifásicostrifásicos
Monofásicos o Monofásicos o trifásicostrifásicos
Existen distintos tipos de transformadores de Existen distintos tipos de transformadores de
potenciapotenciaLos de medida pueden medir tensiones o corrientesLos de medida pueden medir tensiones o corrientes
Las Máquinas Eléctricas Rotativas
MotoresMotores
Corriente ContinuaCorriente Continua
AsíncronosAsíncronos
SíncronosSíncronos
EspecialesEspeciales Imanes Imanes permanentespermanentes
Monofásicos o Monofásicos o trifásicostrifásicos
MonofásicosMonofásicos
Monofásicos o Monofásicos o trifásicostrifásicos
Monofásicos o Monofásicos o trifásicostrifásicos
Las Máquinas Eléctricas Rotativas
GeneradoresGeneradores
SíncronosSíncronos
AsíncronosAsíncronos
Corriente Corriente continuacontinua
Turboalternadores (térmicas) y alterna-Turboalternadores (térmicas) y alterna-dores de centrales hidraúlicasdores de centrales hidraúlicas
Generadores eólicos. Generadores eólicos. Alternadores micentrales Alternadores micentrales hidraúlicashidraúlicas
Máquinas muy poco Máquinas muy poco frecuentes: aplicaciones frecuentes: aplicaciones especialesespeciales
Gran potencia: velocidad cte.Gran potencia: velocidad cte.
Potencia media y baja: velocidad variablePotencia media y baja: velocidad variable
El Principio de El Principio de ReversibilidadReversibilidad
Todas las Todas las máquinas máquinas eléctricas eléctricas
rotativas son rotativas son reversiblesreversibles
Pueden funcionar Pueden funcionar como motor o como motor o
como generadorcomo generador
MotoMotorr
Conversión de Energía Conversión de Energía Eléctrica en Energía Eléctrica en Energía MecánicaMecánica
GeneradoGeneradorr
Conversión de Energía Mecánica Conversión de Energía Mecánica en Energía Eléctricaen Energía Eléctrica
Balance Energético de Balance Energético de una Máquina Rotativauna Máquina Rotativa
Pérdidas Pérdidas rotacionalrotacional
eses
Pérdidas Pérdidas en el en el
cobre del cobre del rotorrotor
PérdidaPérdidas en el s en el hierrohierro
Pérdidas Pérdidas en el en el
cobre del cobre del estatorestator
Potencia Potencia eléctrica eléctrica consumidconsumid
a a (P(Pee))
ESTATORESTATOR ROTORROTOR Potencia Potencia mecánicmecánica útil del a útil del motor motor (P(Puu))
e
uPP
%90
Clase de Aislamiento
Clase deaislamiento
Temperaturamáxima ºC
Y 90A 105E 120B 130F 155H 180
200 200220 220250 250
Temperatura máxima que elmaterial del que está construidoel aislamiento puede soportarsin perder sus propiedades.
Se obtiene “ensayando el materialy comparando los resultados conlos de materiales patrón de efica-cia conocida” (Norma UNE-CEI)
Grados de ProtecciónEn la norma UNE 20-324 se establece un sistema de En la norma UNE 20-324 se establece un sistema de
especificación general en función del grado de especificación general en función del grado de protección que se consigue en cualquier material protección que se consigue en cualquier material
eléctrico. El grado de protección se designa con las eléctrico. El grado de protección se designa con las letras IP seguidas de tres cifras, de las cuales en las letras IP seguidas de tres cifras, de las cuales en las
máquinas eléctricas máquinas eléctricas sólo se utilizan dossólo se utilizan dos..
1ª cifra1ª cifra: indica la protección de las personas : indica la protección de las personas frente a contactos bajo tensión y/o piezas en frente a contactos bajo tensión y/o piezas en movimiento en el interior, así como la protección movimiento en el interior, así como la protección de la máquina frente a la penetración de cuerpos de la máquina frente a la penetración de cuerpos sólidos extraños.sólidos extraños.
2ª cifra2ª cifra: indica la protección contra la penetración : indica la protección contra la penetración de agua.de agua.
3ª cifra3ª cifra: indicaría la protección contra daños : indicaría la protección contra daños mecánicos.mecánicos.
Primeracifra Grado de protección
caracterís-tica Descripción abreviada Definición0 No protegido Ninguna protección especial
1 Protegido contra cuerpos sólidossuperiores a 50mm.
Una gran superficie del cuerpohumano, por ejemplo la mano (peroninguna protección contra unapenetración deliberada). Cuerpossólidos de más de 50mm de diámetro.
2Protegido contra cuerpos sólidos
superiores a 12mm.
Los dedos u objetos de tamañossimilares que no excedan de 80 mm delongitud. Cuerpos sólidos de más de12 mm de diámetro.
3Protegido contra cuerpos sólidos
superiores a 2.5mm.Herramientas, alambres, etc., dediámetro o de espesores superiores a2.5mm. Cuerpos sólidos de más de 2.5mm de diámetro.
4 Protegido contra cuerpos sólidossuperiores a 1mm.
Alambres o bandas de espesorsuperior a 1.0mm. Cuerpos sólidos demás de 1.0mm de diámetro.
5 Protegido contra el polvoNo se impide del todo la penetracióndel polvo, pero este no puede penetraren cantidad suficiente como paraperjudicar el buen funcionamiento delmaterial.
6 Totalmente protegido contra elpolvo
No hay penetración de polvo
Protección frente a la penetración de cuerpos extraños: Primera cifra
Segundacifra Grado de protección
caracterís-tica Descripción abreviada Definición0 No protegido. Ninguna protección especial.
1 Protegido contra las caídas verticales degotas de agua.
Las gotas de agua (que caenverticalmente) no deben producirefectos perjudiciales.
2 Protegido contra las caídas de agua conuna inclinación máxima de 15º.
La caída vertical de gotas de aguano debe producir efectosperjudiciales cuando la envolventeestá inclinada hasta 15º de suposición normal.
3Protegido contra el agua en forma de
lluvia.
El agua que caiga en forma delluvia en una dirección que tengarespecto a la vertical un ánguloinferior o igual a 60º no debeproducir efectos perjudiciales.
4 Protegido contra proyecciones de agua.El agua proyectada sobre elenvolvente desde cualquierdirección, no debe producir efectosperjudiciales.
5 Protegido contra los chorros de agua.El agua lanzada sobre elenvolvente por una boquilla desdecualquier dirección, no debeproducir efectos perjudiciales.
6Protegido contra los embates del mar.
Con mar gruesa o mediantechorros potentes, el agua nodeberá penetrar en la envolventeen cantidad perjudicial.
7 Protegidos contra los efectos de lainmersión.
No debe ser posible que el aguapenetre en cantidad perjudicial enel interior de la envolventesumergida en agua, con unapresión y un tiempo determinado.
8 Protegido contra la inmersiónprolongada.
El material es adecuado para lainmersión prolongada en agua enlas condiciones especificadas porel fabricante.
Protección frente a entrada de agua
Placa de características 1
Typ 2
3 4 Nr 5
6 7 V 8 A
9 10 11 cos 12
13 /min 14 Hz
15 16 V 17 A
18 IP 19 20 t
21
33 Clase de corriente (alterna o continua). Clase de corriente (alterna o continua).44 Forma de trabajo (motor o generador). Forma de trabajo (motor o generador).55 Número de serie de la máquina. Número de serie de la máquina.66 Conexión del devanado estatórico ( o ). Conexión del devanado estatórico ( o ).77 Tensión nominal. Tensión nominal.88 Corriente nominal. Corriente nominal.99 Potencia nominal. Potencia nominal.1010 Abreviatura de unidad de potencia (kW). Abreviatura de unidad de potencia (kW).1111 Clase de servicio. Clase de servicio.1212 Factor de potencia nominal. Factor de potencia nominal.1313 Velocidad nominal. Velocidad nominal.1414 Frecuencia nominal. Frecuencia nominal.
1515 Excitación en motores CC, Rotor en motores inducción de rotor bobinado. Excitación en motores CC, Rotor en motores inducción de rotor bobinado.1616 Tensión de Exc. en máquinas de CC. Tensión rotorica en motores de rotor bobinado. Tensión de Exc. en máquinas de CC. Tensión rotorica en motores de rotor bobinado.1717 Corriente de excitación máquina CC. Corriente rotórica en motores de rotor bobinado. Corriente de excitación máquina CC. Corriente rotórica en motores de rotor bobinado.1818 Clase de aislamiento. Clase de aislamiento.1919 Grado de protección. Grado de protección.2020 Peso. Peso.2121 Fabricante. Fabricante.
Todas las magnitudes son NOMINALES: Todas las magnitudes son NOMINALES: aquéllasaquéllaspara las que la máquina ha sido diseñadapara las que la máquina ha sido diseñada
Códigos refrigeración transformadores
Según que la circulación del fluido refrigerante Según que la circulación del fluido refrigerante se deba a convección natural o forzada se deba a convección natural o forzada (impulsado por una bomba) se habla de (impulsado por una bomba) se habla de refrigeración natural (refrigeración natural (NN) o forzada () o forzada (FF))
Las normas clasifican los sistemas de Las normas clasifican los sistemas de refrigeración de los transformadores según el refrigeración de los transformadores según el refrigerante primario (en contacto con partes refrigerante primario (en contacto con partes
activas) y secundario ( el utilizado para enfriar activas) y secundario ( el utilizado para enfriar al primario). Se utilizan al primario). Se utilizan aire, aceite natural, aire, aceite natural,
aceite sintético y aguaaceite sintético y agua..
Códigos refrigeración transformadores
SE UTILIZAN 4 SE UTILIZAN 4 DÍGITOSDÍGITOSCOMO CÓDIGOCOMO CÓDIGO
XX XX XX XX
Tipo de circulación del refrigerante secundario (N) o (F). Tipo de refrigerante secundario
(A) aire, (W) agua.
Tipo de circulación del refrigerante primario (N) o (F).
Tipo de refrigerante primario (A) aire, (O) aceite mineral, (L) aceite sintético.
Ejem Ejem OFAFOFAF
Códigos Refrigeración Motores
XX XX XX XX XX
Tipo de circulación del refrigerante secundario: 0 Convección libre, 1 Autocirculación, 6 Com-ponente independiente, 8 Desplazamiento relativo
Tipo de refrigerante secundario: A aire, W agua
Tipo de circulación del refrigerante primario: 0 Convección libre, 1 Autocirculación, 6 Componente independiente
Tipo de refrigerante primario: A aire
Tipo de circuito de refrigeración: 0 circulación libre circuito abierto, 4 carcasa enfriada exterior
SE UTILIZAN 5 SE UTILIZAN 5 DÍGITOSDÍGITOS
Ejem Ejem IC4A11IC4A11Ejem IC0A1Ejem IC0A1
ICIC
Clase de Servicio en Clase de Servicio en Maquinas RotativasMaquinas Rotativas
S1S1 - - SServicio continuoervicio continuo:: lla máquina trabaja a carga a máquina trabaja a carga constante, de modo que alcanza la temperatura de constante, de modo que alcanza la temperatura de régimen permanente.régimen permanente.
S2S2 - - SServicio temporal o de corta duraciónervicio temporal o de corta duración:: lla máquina a máquina trabaja en régimen de carga constante un tiempo trabaja en régimen de carga constante un tiempo breve, no se llega a alcanzar una temperatura estable. breve, no se llega a alcanzar una temperatura estable. Permanece entonces paraPermanece entonces para--da hasta alcanzar de nuevo da hasta alcanzar de nuevo la temperatura ambiente. la temperatura ambiente.
S3, S4 y S5S3, S4 y S5 - - SServicios intermitenteservicios intermitentes:: cconsisten en una onsisten en una serie continua de ciclos iguales, compuestos por serie continua de ciclos iguales, compuestos por periodos de carga constante (S3), incluyendo el tiempo periodos de carga constante (S3), incluyendo el tiempo de arranque (S4) o arrande arranque (S4) o arran--ques y frenados (S5), ques y frenados (S5), seguidos de periodos de reposo sin que se alcance seguidos de periodos de reposo sin que se alcance nunca una temperatura constante.nunca una temperatura constante.
S6, S7 y S8S6, S7 y S8 - - SServicios ininterrumpidoservicios ininterrumpidos:: ssimilares imilares respectivarespectiva--mente a S3, S4 y S5 pero sin periodos de mente a S3, S4 y S5 pero sin periodos de reposo.reposo.
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