libro tecnologia electrica,sistemas de potencia esibilbao

8/4/2019 LIBRO Tecnologia Electrica,Sistemas de Potencia ESIBilbao

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TECNOLOGA ELCTRICA Imircoles, 13 de abril de 2005


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ASIGNATURA: TECNOLOGIA ELECTRICA I

DEPARTAMENTO: Ingeniera ElctricaAREA DE CONOCIMIENTO: Ingeniera ElctricaCRDITOS TOTALES: 6 (4,5 Tericos y 1,5 prcticos)CUATRIMESTRE: SegundoOBJETIVOS GENERALES Y ESPECFICOSLos objetivos de la asignatura son introducir al alumno en el diseo, funcionamiento y simulacin de los sistemas detransporte y distribucin.La asignatura consta de dos partes, una primera que trata el diseo y funcionamiento de las lneas y redes detransporte y distribucin, y una segunda que trata la tipologa de las redes de transporte y distribucin, lassubestaciones y los centros de transformacin as como los elementos y sistemas que los constituyen.

A) PROGRAMA DE TEORA Y PRACTICAS DE AULA (45 HORAS)Tema 1. El sistema elctrico de potencia(1 h)Tema 2. Parmetros elctricos de lneas areas (3 h)Tema 3. Modelos de lneas de transporte (3 h)Tema 4. Funcionamiento de una lnea de transporte (3 h)Tema 5. Lneas subterrneas (2 h)Tema 6. Faltas en sistemas elctricos (6 h)

Tema 7. Protecciones (4 h)Tema 8. Flujos de carga (3 h)Tema 9. Estabilidad (3 h)Tema 10. Operacin econmica (3 h)Tema 11. El sistema de transporte y distribucin de energa (2 h)Tema 12. Clculo mecnico de lneas areas de transporte y distribucin (6 h)Tema 13. Subestaciones de distribucin (4 h)Tema 14. Subestaciones compactas (1 h)Tema 15. Centros de transformacin (1 h)

BIBLIOGRAFA. R.M. Mujal Rosas, Tecnologa Elctrica, Edicions UPC, 2000.. W. Stevenson, Anlisis de Sistemas Elctricos de Potencia, Mc. Graw Hill, 1992.

. A.R. Bergen y V. Vittal, Power System Analysis, Prentice Hall, 2000.. Y. Wallach, Calculations & Programs for Power System Networks, Prentice Hall, 1986.

. Reglamento Tcnico de Lneas Elctricas Areas de Alta Tensin, Centro de publicaciones del Ministerio deIndustria y Energa.. Reglamento Electrotcnico para Baja Tensin, Centro de publicaciones del Ministerio de Industria y Energa.. L.M. Faulkenberry y W. Coffer, Electrical Power Distribution & Transmission, Prentice Hall 1996.. D.R. Patrick y S.W. Fardo, Electrical Distribution Systems, Fairmont Press, 1999.

CRITERIOS DE EVALUACINLa asignatura consta de dos partes o bloques:!"Bloque A: Teora y prcticas de aula.!"Bloque B: Prcticas de laboratorio.Para aprobar la asignatura es necesario aprobar el bloque A y el bloque B.Para aprobar el bloque A se debe obtener una calificacin de 5 o superior en un examen final con 2 3 preguntas a desarrollar y2 3 problemas..La calificacin del Bloque B ser solamente de Apto o No Apto.Para aprobar el bloque B existen dos opciones:c) Asistencia a las prcticas + Informe de resultados, od) Examen de laboratorio (para aquellos que no aprueben por el mtodo a)

EXAMEN : Viernes, 16 de Septiembre de 2.004 a las 9 h.Teora tipo test 75 a 80 %Problemas 1 2 20 a 25 % Tipos: Calculo de secciones Lneas, impedancia, etc.


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I N D I C E

Tema 1. El sistema elctrico de potencia

Introduccin Centrales de generacin Redes elctricas

Tema 2. Subestaciones

Misiones y esquemas Aparamenta

- Media tensin- Alta tensin

Clasificacin y caractersticas Aparamenta de maniobra y corte Seccionadores Interruptores

Trafos de medida Servicios auxiliares Pararrayos Protecciones

Tema 3. Lneas elctricas

Clasificacin Lneas areas Lneas subterrneas Modelizacin de lneas

Tema 4. Centros de transformacin

Clasificacin

Componentes de un centro de transformacinTema 5. Puestas a tierra

Funciones bsicas de una puesta a tierra Elementos constitutivos de una puesta a tierra Medida de la resistividad del terreno Tensin de paso y tensin de contacto Eleccin y dimensionamiento de los elementos de una puesta a tierra Puesta a tierra de proteccin y puesta a tierra de servicio

Tema 6. Baja Tensin

Esquemas de distribucin Protecciones de Baja Tensin

Instalaciones elctricas destinadas a viviendasTema 7. Instalaciones en viviendas

Profesor : Vctor ValverdeCompaeros de Clase:

Simn 615 755 833Edurne 667 626 948


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Tema 1. El sistema elctrico de potencia

Si tratamos de hacer una descripcin del sistema elctrico desde los puntos de produccin de la energa hasta losde consumo, podemos considerar los siguientes escalones.

1.- PRODUCCINSe realiza en las centrales generadoras, entre las que podemos distinguir tres grupos fundamentales:

- Hidrulicas- Trmicas (carbn, combustibles lquidos, gas)- Nucleares

Adems existen otros sistemas de produccin de menor importancia como por ejemplo la energa solar, elica,biomasa, etc.La energa se genera en los alternadores a tensiones de 3 a 36 kV en corriente alterna.

2.- ESTACIN ELEVADORADedicada a elevar la tensin desde el valor de generacin hasta el de transporte a grandes distancias. Normalmenteemplazadas en las proximidades de las centrales o en la central misma, elevan a tensiones de:

66 - 110- 132 - 220 - 380 kV.

3.- RED DE TRANSPORTEEsta red, partiendo de las estaciones elevadoras, tiene alcance nacional, uniendo entre s los grandes centros deinterconexin del pas y estos con los centros de consumo.Su misin es el transporte de potencias a grandes distancias. Las tensiones utilizadas en Espaa son:

110 - 132 - 220 - 380 kV.Las mayores tensiones empleadas en el mundo son: 550 kV. (EE.UU y U.R.S.S.), 735 kV. (Canad Y EE.UU.). En laactualidad existe una lnea experimental en EE.UU de 1000 kV.Estas redes por su caracterstica de interconexin son redes fundamentalmente malladas.

4.- SUBESTACIONES DE TRANSFORMACIN (S.E.T.)Su misin es reducir la tensin del transporte e interconexin a tensiones de reparto y se encuentran emplazadas ala entrada de los grandes centros de consumo.


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U tensin Nominal es el valoreficaz entre 2 fases

V tensin fase tierra

U = 3 V

Tierra f = 50 Hz

Si hay muchodesequilibrio entre ofertay demanda, puede variarla frecuencia y afecta alos equipos elctricos

5.- REDES DE REPARTOSon redes que, partiendo de las subestaciones de transformacin reparten la energa, normalmente medianteanillos que rodean los grandes centros de consumo hasta llegar a las estaciones transformadoras de distribucin.Las tensiones utilizadas son:

25 - 30 - 45 - 66 - 110 - 132 kV.

6.- ESTACIONES TRANSFORMADORAS DE DISTRIBUCIN (E.T.D.)Su misin es transformar la tensin desde el nivel de la red de reparto hasta el de la red de distribucin en media

tensin.Estas estaciones se encuentran normalmente intercaladas en los anillos formados en la red de reparto.

7.- RED DE DISTRIBUCIN EN MEDIA TENSINSon redes que, con una caracterstica muy mallada, cubren la superficie del gran centro de consumo (poblacin,gran industria, etc.) uniendo las estaciones transformadoras de distribucin con los centros de transformacin.Las tensiones empleadas son:

3 - 6 - 10 - 11 - 15 - 20 - 25 - 30 kV.

8.- CENTROS DE TRANSFORMACIN (C.T.)Su misin es reducir la tensin de la red de distribucin de media tensin al nivel de la red de distribucin de bajatensin.Estn emplazados en los centros de gravedad de todas las reas de consumo.

9.- RED DE DISTRIBUCIN DE BAJA TENSINSon redes que, partiendo de los centros de transformacin citados anteriormente, alimentan directamente los

distintos receptores, constituyendo pues, el ltimo escaln en la distribucin de la energa elctrica.Las tensiones utilizadas son:220/127 V. y 380/220 V.

BT , MT MT , AT , MAT , UAT BT , MT , AT

BT Baja Tensin Hasta 1.000 v (alterna y 1.500 v en continua )125 , 220 , 380 , 600 voltajes habituales

MT Media Tensin De 1 Kv a 36 Kv3 , 6 , 10 , 20 Kv

AT Alta Tensin De 36 Kv a 132 Kv36 , 45 , 132 , Kv

MAT Muy Alta Tensin De 132 a 400 Kv220 , 400 Kv

UAT Ultra Alta Tensin De 400 a 700 Kv

Se entiende Tensin Nominal es decir entre fases

El transporte nos interesa realizarlo a granvoltaje S = 3 U I, ya que si lo hacemos a granintensidad, adems de aumentarimportantemente las prdidas por efecto Joule P

= 3 I2R habra que realizar los cables de granseccin aumentando su coste por la seccincable y por los elementos que lo sustentan.

RED ELCTRICA pone a disposicin de losagentes del mercado una red de transporte fiable, garantizando el acceso a estared en condiciones de igualdad.Como operador del sistema, RED ELCTRICA garantiza el equilibrio entre laproduccin y el consumo de energa, asegurando la calidad del suministro elctricoen cada lugar y en todo momento y aportando al sistema de mercadola seguridad y la liquidez que necesita. Su especializacin garantiza suindependencia y el uso de criterios no discriminatorios en el acceso de los agentesal mercado de electricidad.

GENERACION TRANSPORTE DISTRIBUCION


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HidrulicasTurbinas de gas

29.000 Mw

TrmicasCiclo Combinado

Renovables22.000 Mw

TrmicasCiclo Combinado

Nucleares

Clasificacin de las centrales en funcin de la misin que desempea dentro del sistema elctrico.

Base. Proporciona la energa de base que demanda de forma continuada.

Punta. Suministra energa en horas de mayor demanda.

Intermedios. Su produccin varia a lo largo del da segn demanda.

Reserva. Centrales preparadas para entrar en servicio en caso de dficit.

Socorro. Unidades mviles para cubrir la demanda en zonas aisladas.

Acumulacin o bombeo. Su funcin es equilibrar la curva base.

Pot. Demandada

Ratio cobertura demanda =

Pot. Instalada

Hidrulica 38 % 16.579 MW

Carbn 26 % 11.565 MW

Fuel/Gas 19 % 8.214 MW

Nuclear 18 % 7.816 MW

Potencia Instalada 44.000 MW

Ciclo de TrabajoBASE

Ciclo de TrabajoINTERMEDIO

Ciclo TrabajoPUNTA


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CENTRALES DE GENERACION

SUBSISTEMA DE PRODUCCIN CENTRALES ELECTRICAS

Aspectos a tener en cuenta en la clasificacin de las centrales

Aspectos Econmicos- Costes Fijos: La instalacin y el personal son proporcionales a la potencia de la central. Se mide en

/Kw ao

- Costes Variables: El combustible. Se mide en /Kwh

Aspectos Tcnicos

- Disponibilidad de la Energa Primaria. Es la capacidad de abastecimiento de su energa. Viento,combustible, agua, etc.

- Periodos de mantenimiento. En ellos hay que parar la central y no se produce.

- Velocidad de variacin de la carga. Debemos ajustarnos a la demanda.

- Tiempo de arranque. Respuesta frente a la demanda.

- FiabilidadMedio Ambientales

- Impacto ambiental

- Emisin de contaminantes

Eficiencia Energtica

- Rendimiento

CLASIFICACION DE LAS CENTRALES

Energa Primaria

- Hidrulicas- Trmicas

Combustibles FsilesNucleares

- Renovables. Tienen incentivos por generar energa. Energa verde

Ciclo de trabajo

- Base. Genera energa necesaria en todo momento. Zona por debajo de los 22.000 MW.Trmicas y Nucleares

- Intermedio- Punta. Rpido arranque y gran velocidad de carga

Grado de automatizacin

- Manual. Nucleares y Trmicas

- Automtico. Tienen un centro de control para varias centrales. Hidrulicas, elicas, etc.


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CENTRALES HIDROELCTRICAS

Epotencial Ecinetica Emecanica Eelectrica

Mediante presas, se embalsa el agua de la lluvia, se hace llegar desde cierta altura a unas turbinas hidrulicas queaccionan los alternadores para producir corriente elctrica. En el fondo de la presa se abren unas tuberas quecanalizan el agua a presin empuja las palas de la turbina moviendo el eje del alternador.Siendo la potencia de una central proporcional al caudal utilizable (cantidad de agua por unidad de tiempo) y al

desnivel (entre la central y la masa de agua que la alimenta), las centrales se instalan all donde hay grandes ros(central fluyente, en que la importancia del caudal compensa lo pequeo que suele ser el desnivel), cascadas, lagos(central de derivacin, situada a un nivel inferior al del lugar donde se efecta la toma de aguas, y hacia la cual secanaliza un caudal que puede ser bastante pequeo) y valles estrechos (central de acumulacin, en que el desnivelresulta de construir un embalse artificial y el caudal depende de la regularidad del ro).El corazn de toda central es la sala de mquinas, donde uno o ms turboalternadores generan la fuerzaelectromotriz (suele ser de unos 20.000 V); cerca de la sala hay una estacin transformadora para elevar la tensinde la corriente que se suministra a la red. Dependiendo de las caractersticas del caudal de agua disponible, seemplea uno de estos tres tipos de turbina: Pelton (con uno o ms inyectores, para grandes saltos y pequemoscaudales), Kaplan (pequeos saltos y grandes caudales) y Francis (saltos y caudales intermedios).El circuito recorrido por el agua consta de pequeas presas, canales de alimentacin o galeras perforadas bajo loslagos, en la central de derivacin; de una gran presa con aliviaderos y tomas de agua, en la central deacumulacin; y, en ambos casos, de cmaras de carga, tuberas forzadas, por donde se conduce el agua a presina la sala de mquinas, y canales de descarga que devuelven el agua a baja presin al ro. Mientras que la sala demquinas puede estar a kilmetros de las cascadas y lagos que alimentan las centrales de derivacin, en las de

acumulacin dicha instalacin se halla en la misma presa.Existen dos tipos de presas segn sea la tcnica constructiva que se utilice: la de gravedad (muro macizo detierra, piedra u hormign, cuyo peso aguanta el empuje del agua) y la de bveda (dique delgado de hormigncalculado para que el empuje del agua contra su cara convexa revierta sobre todo en las paredes de roca queforman el valle).En cuanto a sistemas de regulacin, la central dispone de dos: la cmara de carga (compensa las variacionesbruscas de caudal y evita el golpe de ariete) y el regulador automtico de la turbina. Este ltimo, ajustando elcaudal que llega a la turbina mediante vlvulas o compuertas, mantiene fija la velocidad de rotacin del eje, o lasube o baja lo justo para contrarrestar las fluctuaciones en sentido contrario del rotor del alternador (que tiende agirar ms despacio o ms rpido, segn que haya respectivamente ms o menos consumo en la red) y lograr, as,que la frecuencia de la corriente producida sea constante.

CLASIFICACIN:

Normales. Un embalse y turbinamos agua que luego va al ro

De bombeo. Son las flexibles, con 2 embalses. Turbinamos o bombeamos segn convenga por la oferta demandade energa.

VENTAJAS

Variacin de la carga 500 %/min

Velocidad de arranque 2 min

No hay emisin de contaminantes

Eficiencia energtica 90 %

DESVENTAJAS

Es limitada la energa primaria

No hay posibilidad de crecimiento, ya que todos los valles posibles estn ocupados

Gran impacto ambiental


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CENTRALES TERMICAS

Transforman la energa qumica de los combustibles en energa elctrica

CLASIFICACION

En funcin del combustible- Fsiles- Nucleares

En funcin del sistema motor- Turbina de vapor- Turbina de gas- Motores Diesel- Ciclos Combinados. Emplean turbina de gas y los gases de escape se aprovechan para calentar agua

y su vapor va a una turbina de vapor.- Cogeneracin. Aprovechan la energa residual de los vapores de escape para calentar agua u otros

usos

VENTAJAS

Gran disponibilidad de la energa primaria

DESVENTAJAS

Emisin de contaminantes

Bajas eficiencias energticas

PotenciasVelocidad de

variacinTiempo dearranque

Eficienciaenergtica

Nucleares 1.000 Mw 5 % / min1 h en caliente

24 h en frio33 %

Turbina de Vapor 50 600 Mw 3 6 % / min2 h en caliente

8 12 h en frio33 37 %

Turbina de Gas 10 40 Mw 30 % / min 10 min 30 %

Motor Diesel 20 Mw 30 40 %Ciclo Combinado 330 Mw 10 20 % / min 45 %

Cogeneracin 85 %


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CENTRALES TERMICAS DE COMBUSTIBLES FOSILES

Queman carbn, fuel oil, etc.

Funcionan en ciclo base intermedio

VENTAJAS

Gran disponibilidad de la energa primaria

DESVENTAJAS


Bajas eficiencias energticas

Coste elevado del combustible y variabilidad

La velocidad de variacin de la carga es lenta

Tiempos de arranque lentos

Turbina de vapor: La energa mecnica que mueve la turbina se produce por la expansin del vapor de altapresin procedente de una caldera convencional.

Turbina de gas: Se quema combustible en un turbo-generador, cediendo parte de su energa para producir

energa mecnica.Ciclo combinado: Los gases de salida de una turbina de gas se aprovechan para generar vapor y con otra turbinavolvemos a generar energa elctrica

Cogeneracin: Permite producir electricidad y calor en un solo proceso. Normalmente a base de gas natural enuna turbina de gas, producimos electricidad y con los gases de escape (calor residual) enfriados transmitimos calora un circuito de agua, antes de emitirlos a la atmsfera. El agua caliente sirve para procesos industriales,calefaccin urbana, calefaccin agrcola de invernaderos, etc.Es un sistema ms eficaz de obtencin de energa.


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CENTRALES TERMICAS DE CICLO COMBINADO

Aprovechan los gases de salida de una turbina de gas para generar vapor y volver a turbinar

Funcionan en ciclo base intermedio

VENTAJAS

Mejores rendimientosMayor flexibilidad de funcionamiento

Reduccin en plazos de ejecucin y costes de instalacin

DESVENTAJAS


Coste elevado del combustible y variabilidad


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CENTRALES TERMINAS NUCLEARES

Es un reactor nuclear el emisor de energa.

Funciona siempre en base

VENTAJAS

No emite CO2El coste de combustible es 1/4 a 1/6 del coste de los fsiles

DESVENTAJAS

Coste de la instalacin

1/3 de la instalacin se la lleva la seguridad (**)

Genera residuos radiactivos (**)


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RENOVABLES

CLASIFICACION:

Mini hidrulicas ( < 10 Mw ) con caractersticas parecidas a las hidrulicas

Solares- Heliotrmicas . Utilizan espejos

De Torre Central . De alta temperatura. De 10 a 30 Mw . Muchos espejos orientados a un punto y allobtenemos energa trmica

Las instalaciones para el aprovechamiento solar a alta temperatura de cara a la produccin deelectricidad ms extendidas son las centrales termoelctricas de receptor central. Constan de unasuperficie de espejos (heliostatos) que reflejan la radiacin solar y la concentran en un punto receptortransmitiendo un fluido (agua, sales fundidas, sodio, aire..) que circula por un circuito primario, este secalienta y es enviado a una caldera en la que convierte en vapor el fluido (generalmente agua) quecircula por un circuito secundario, este a su vez pone en movimiento un grupo turbina-alternadorproduciendo energa elctrica.


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De Colectores Solares Distribuidos DCS . De baja temperatura. Es un cilindro parablico y por el centrocircula un fluido. Este fluido es calentado hasta 400C aproximadamente y bombeado a travs de unaserie de intercambiadores de calor para producir vapor sobrecalentado que alimenta una turbinaconvencional que genera electricidad. Alcanzan 200 Mw . Su tendencia es combinarlo con las de ciclocombinado

Estas instalaciones constan de un conjunto de colectores de concentracin, generalmente de formacilndrico-parablica que recogen la energa solar y la transmiten a un fluido (aceite trmico p.e.) enforma de calor. Este fluido se calienta y transporta dicha energa calorfica por medio de un circuitoprimario, hasta una caldera en donde es transferida a otro fluido que circula por un circuito secundario.Este fluido (generalmente agua) se convierte en vapor a gran temperatura y es enviado a un grupoturbina-alternador para generar energa elctrica merced a un ciclo termodinmico convencional, o esutilizado para alimentar procesos industriales o sistemas de calefaccin. Las instalaciones de este tipoaprovechan la energa solar a temperaturas comprendidas entre los 100 y 300C.


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De Discos parablicos . De alta temperatura. De parecido tipo, en su foco se coloca un motor Stirling, de10 a 30 Mw. Tienen mucha proyeccin.

- Fotovoltaicas . Utilizan clulas fotovoltaicas. Se genera corriente continua que se transforma en alterna.Son muy competitivas donde no llega la red elctrica. Dependen de la radiacin solar.Rendimientos del 20 %

Plantas de mediana potencia de 3 a 5 Mw De tejado de 5 Mw


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Elicas . Aprovechan la fuerza del viento . Interesa que el viento sea constante. Velocidades del viento de 5 15m/seg. Un parque elico puede llegar a 20 Mw. Un solo molino aerogenerador a 850 Kw

VENTAJASRendimiento del 90 %

DESVENTAJASDepende del viento

Impacto visualMortandad de aves migratoriasGeneran activa pero consumen reactiva, que otros tienen que producir.

S Aparente

Q Reactiva

P Activa


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Biomasa . De 10 a 30 Mw- Utilizacin de residuos forestales, agrcolas e industriales orgnicos.- Cultivos energticos, residuos ganaderos e industriales para generar biogs

Lea Madera para combustible

Caa de azcar y otros mediante fermentacin Etanol como combustible

Desperdicios orgnicos biomasa mediante un digestor biolgico biogs como combustible


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Residuos Slidos Urbanos RSU

Incineracin de los residuos slidos urbanos con emisin de contaminantes.


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Geotrmicas . Se aprovechan los giseres

Maremotrices- Energa de las mareas- Energa de las olas- Energa del gradiente trmico del agua

AGENTES DEL SISTEMA ELECTRICO

Generadores Compaas privadas que generan a un precio de 2 3 cent/Kwh

Operador del sistema REE Se encarga de organizar la Red Elctrica de Espaa

Empresas Distribuidoras Distribuye la energa elctrica

Empresas comercializadoras Venden al consumidor

Consumidores


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REDES ELECTRICAS

Las Redes de Transporte conectan grandes centros de generacin con grandes centros de consumo. Trabajan enMAT y UAT. Normalmente son redes malladas

TIPOS DE REDES E TRANSPORTE Redes de transporte Redes de Subestaciones Reparto Redes de distribucin de MT Redes de distribucin de BT

MEDIA TENSION

Tensin de RepartoAlta Tensin

Anillo

BAJA TENSIN

Radiales

Media TensinMuy Mallada

Muy Alta TensinRed Mallada


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CLASIFICACIN DE LAS REDES

Podemos hacer una primera clasificacin de las redes elctricas segn su disposicin y modo de alimentacin en lostres tipos siguientes.

- Red radial o en antena. En Baja Tensin- Red en bucle o en anillo. En tensiones de reparto (Alta Tensin)- Red mallada. En Muy Alta Tensin y Media Tensin

La red radial se caracteriza por la alimentacin por uno solo de sus extremos transmitiendo la energa en formaradial a los receptores. Como ventajas resaltan su simplicidad y la facilidad que presentan para ser equipadas deprotecciones selectivas. Como inconveniente su falta de garanta de servicio.

El flujo de potencia siempre tiene el mismo sentido. Siempre va desde el extremo ms cercano a la generacin alms cercano a la carga.

En el momento que hay un fallo se queda sin carga todo lo que va detrs.


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La red en bucle o en anillo se caracteriza por tener dos de sus extremos alimentados, quedando estos puntosintercalados en el anillo o bucle. Como ventaja fundamental podemos citar su seguridad de servicio y facilidad demantenimiento, presentando el inconveniente de una mayor complejidad y sistemas de proteccin as mismo mscomplicados.La red mallada es el resultado de entrelazar anillos y lneas radiales formando mallas. Sus ventajas radican en laseguridad de servicio, flexibilidad de alimentacin y facilidad de conservacin y manutencin. Sus inconvenientes, lamayor complejidad, extensiva a las protecciones y el rpido aumento de las potencias de cortocircuito.

Si se rompe un elemento de la malla no hay interrupcin del suministro. Hay otro camino. Cualquier nodo de lamalla es accesible por 2 caminos diferentes. Es la que se usa en Alta Tensin, ya que afecta a un gran nmero declientes

Nos proporciona una mxima seguridad en el suministro y este grado de seguridad depende:

Del grado de mallado Del n de circuitos que unen los nodos El n de fuentes de alimentacin


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Tema 2. Subestaciones

MISIONES Y ESQUEMAS

INTERRUPTOR : Es un aparato que tiene capacidad para cortar la intensidad. Normalmente va en serie con dosseccionadores.

SECCIONADOR : No tiene capacidad de corte. Se abren cuando ya est cortada la lnea. Abrimos los seccionadorescomo forma de seguridad para el operario. Es visible su corte

TRAFO DE INTENSIDAD : Baja el nivel de intensidad. Para medir el nivel de intensidad, no hay ampermetro paramedir la intensidad que circula,

TRAFO DE TENSIN : Baja el nivel de tensin. No hay voltmetros para medir la tensin tan alta.

SUBESTACIN : Es una agrupacin de la aparamenta elctrica necesaria y precisa para conectar, seccionar yalimentar varios sectores partes de la red.Aqu se hacen labores de control del sistema que son:

De medida De vigilancia

De proteccinPARTES PRINCIPALES DE UNA SUBESTACION

BARRAS : Son donde se conectan los circuitos elctricos que llegan a la subestacin.

CIRCUITOS : Estn formados por interruptores, seccionadores y transformadores de medida.

SISTEMAS DE CONTROL : Asegura la explotacin de la subestacin

SISTEMA DE COMUNICACIONES : Interconecta subestaciones entre si y las dirige.

TIPOS DE SUBESTACIONES

- Segn su funcin :

Elevadoras : Elevan la tensin de la generacin hasta la alta tensin

De transporte y Distribucin : Escalonan los niveles de tensin segn por donde vayamos

De seccionamiento interconexin : Actan como nodos en la red. Llega una lnea y salen varias. Sitambin baja la tensin ser tambin transformadora.


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- Segn los niveles de tensin que aguantan :

De 1 categora : tensiones > 66 Kv

De 2 categora : 30 66 Kv

De 3 categora : 1 30 Kv

- Segn su solucin tipo constructivo : Intemperie : Al aire libre . De muy alta tensin

De interior : De Media y Baja tensin

FUNCIONES

Generales :

Seguridad Explotacin Interconexin . Nodos

Detalladas :

1. Interconecta los centros de produccin con las redes de transporte2. Interconecta las redes de transporte entre compaas elctricas y naciones

3. Necesidad de seccionamiento y conexin de grandes redes de transporte4. Evitar grandes cadas de tensin en la red5. Minimizar o concentrar grandes potencias de cortocircuito6. Reparto ptimo y mejora de distribucin de cargas7. Compensacin de energas reactivas. Interesa que sea lo menor posible8. Compensacin de efectos capacitivos en las grandes lneas de transporte. Normalmente hay fugas por la

intensidad capacitiva.9. Transformacin de la tensin de explotacin a valores ptimos10. Elevar el suministro de energa a zonas industriales especiales.

CONFIGURACIONES ELECTRICAS POSIBLES DE UNA SUBESTACIN

1. SIMPLE BARRA (AT , MT)2. BARRA PARTIDA (SECCIONADA , H) (MT)

3. SIMPLE BARRA CON BY-PASS (AT)4. SIMPLE BARRA CON BARRA DE TRANSFERENCIA (MT)5. DOBLE BARRA (AT , MT)6. DOBLE BARRA CON BY-PASS7. DOBLE BARRA CON BARRA DE TRANSFERENCIA8. INTERRUPTOR Y MEDIO (AT)9. DOBLE BARRA Y DOBLE INTERRUPTOR (AT)10. ANILLO (MT)

Ms usadas 1 3 5 8 10

CRITERIO Y SELECCIN A LA HORA DE ELEGIR LA CONFIGURACIN

Segn la calidad del servicio Segn la fiabilidad

Segn la capacidad de explotacin Segn el mantenimiento Segn las posibles futuras ampliaciones

Embarrado Conjunto de barras metlicas (una por fase), donde se conectan todos los elementos que estn a undeterminado nivel de tensin.

Se queda sin tensin la lnea

Nunca se queda sin tensin la lnea


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PRINCIPAL

TRANSFERENCIA

SIMPLE BARRA

En estas lneas se puede parar la lnea. Estarn en lneas malladas.

Ventajas :- Coste ms bajo

Inconvenientes :

- Un fallo en las barras realizar el mantenimientosupone una parada de la subestacin- La barra no puede ser ampliada sin

desenergizacin- Conexin a cargas interrumpibles o con

alimentacin adicional- Se utiliza en redes malladas para que llegue la

energa por otro camino si la paramos.

BARRA PARTIDA

BARRA SECCIONADA- En la barra se coloca un seccionador- Se para la subestacin, se abre el seccionador y se vuelve a poner en marcha, una parte funciona,

haciendo labores de reparacin o mantenimiento en ella.- Necesitamos ms de un transformador de entrada, sino no nos vale para nada.

BARRA CON PARTICION- Es lo mismo pero con un interruptor- Se puede desconectar sin parar la subestacin- Ms fciles las labores de mantenimiento- Se acomete ms de una lnea en doble circuito

BARRA EN H- Llegan lneas de doble circuito- Normalmente la unin intermedia est abierta- Cuando hay que realizar labores de mantenimiento, se corta y se da corriente por la parte

intermedia.- No hace falta poner interruptor en la zona del transformador- Tienen gran flexibilidad y fiabilidad- Se utilizan para transformar de AT a MT

SIMPLE BARRA CON BY-PASS- Se pueden hacer labores de mantenimiento en el

interruptor, cerrando el otro seccionador- Necesitamos dejar sin energa la barra

r , s , t nombre de los cables de trifsica

En realidadson 3 barrasen trifsica

Suelen ir ahtransformadoresde intensidad


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SIMPLE BARRA CON TRANSFERENCIA- No necesitamos dejar sin energa la barra- Se utilizan en MT- Si falla la barra principal falla toda la subestacin

La barra de transferencia se energiza para hacer el mantenimiento de los interruptores, cuando falle alguno deellos.

DOBLE BARRA

Las dos barras estn en tensin constantementeSi hago labores de mantenimiento en el interruptor 1. Se quedar la lneasin tensin. Nos da la garanta de que cuando una barra falle tenemos la otra.Podemos hacer mantenimiento en una de ellas y seguir con la otra.En estas lneas necesitamos la continuidad del suministro. Es ms seguro.

Necesitamos garantizar el suministro y necesitamos un transformador para cadabarra

DOBLE BARRA CON BY-PASS

Slo hay un momento sin tensin que escuando abrimos el seccionador.

DOBLE BARRA CON TRANSFERENCIA

Nunca se queda sin tensin

B 1

B 2

B T

1 2

B1

B2


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DOBLE BARRA CON INTERRUPTOR Y MEDIO

Por cada lnea tenemos un interruptor y medio (1,5 interruptores)El interruptor central normalmente abierto

Ventajas :- Ms fiabilidad y seguridad- Cada barra puede ponerse fuera de servicio en cualquier

momento para su mantenimiento- Una falta en barras no deja fuera de servicio ningn

circuito de alimentacin

Inconvenientes :- Interruptor y medio por circuito, ms caro, ms

mantenimiento- La proteccin es complicada puesto que el interruptor

central debe reaccionar en cualquiera de sus circuitosasociados

- El interruptor central necesita un control complicado

DOBLE BARRA DOBLE INTERRUPTOR

Ventajas :- Cada circuito tiene asociados dos interruptores- Alimentacin desde cualquiera de las dos barras- Mantenimiento del interruptor sin interrumpir servicio

Inconvenientes :- Es ms caro- Cuantos ms interruptores, ms mantenimiento

ANILLO

Se emplea para transformaciones a media tensin

Ventajas :- Bajo coste- No es necesario interrumpir carga durante el mantenimiento

del interruptor- Necesita un solo interruptor por circuito lnea- Cada circuito se alimenta por dos interruptores- Se pueden hacer labores de mantenimiento sin dejar las

lneas fuera de servicio.

Inconvenientes :- El control de los rels de proteccin y reenganche es complejo- Ocupa ms espacio. Sus estaciones son mayores


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APARAMENTA

La aparamenta elctrica son todos los aparatos y dispositivos que se encuentran en una red elctrica y que realizanlabores de maniobra, control, regulacin, seguridad y canalizacin.

Todos los dispositivos de generacin, transformacin, transporte y utilizacin de la energa elctrica NO seranaparamenta.

Las funciones que realizan son :

De Control

De Proteccin

Clasificacin y criterios :

Segn la funcin que desempean :- De maniobra y corte- De proteccin- De medida- De regulacin- De control- Bobinas de reactancia y condensadores

Segn la tensin a la que trabajan :- Baja tensin- Media tensin- Alta tensin- MAT Muy alta tensin

Segn el emplazamiento :- De intemperie. Normalmente los aparatos que trabajan en alta tensin- De interior

Segn la proteccin :- Protegidos ( abiertos)- No protegidos

Segn su situacin :- Instalaciones domsticas- Instalaciones industriales- Redes elctricas

Caractersticas :

Tensin Nominal : Es la tensin normal de funcionamiento. Tensin de funcionamiento en condicionesnormales.

Tensin Nominal ms elevada : Mxima tensin que es capaz de aguantar el aparato en funcionamientonormal. Un 20 % mayor que la nominal. En el sistema de potencia hay sobretensiones por la oferta y lademanda.

Corriente Nominal : Corriente capaz de soportar el aparato en condiciones nominales de servicio eindefinidamente.

Nivel de aislamiento : Aptitud de los aparatos para soportar:

- Sobretensiones a frecuencia industrial- Sobretensiones de origen atmosfrico : Rayos- Sobretensiones de maniobra: Cierre de un interruptor da lugar a un rgimen transitorio.

El nivel de aislamiento se mide a travs de ensayos:1. Ensayo a la frecuencia industrial2. Ensayo de impulso tipo rayo3. Ensayo de impulso tipo maniobra

SeccionadoresInterru tores

Trafo de tensinTrafo de intensidad


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PROBLEMAS FUNDAMENTALES DEBIDO A LAS SOBRETENSIONES Y SOBREINTESIDADES

1. Calentamiento . Prdidas por efecto Joule, podran fundir los conductores. Tambin por arco elctrico.

2. Aislamiento . Es la aptitud para soportar las sobretensiones y sobreintensidades. Define el progreso estosaparatos.

3. Esfuerzo mecnico .- Por fuerzas electrodinmicas. Los bobinados producen fuerzas electromagnticas.- Por esfuerzos debidos a dilataciones . Debido al calentamiento puede haber importantes

dilataciones. Variaciones invierno / verano.- Por esfuerzos por resonancia . El material no debe tener la misma frecuencia que la frecuencia de

pulsacin de la onda.


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APARAMENTA DE MANIOBRA Y CORTE

Caractersticas Generales: Son aparatos destinados a la conexin y desconexin de energa elctrica

Funciones :

Garanta de suministro : Garantiza un servicio continuo a los consumidores en condiciones normales Permitir la maniobra : Para labores de mantenimiento y para conexin de circuitos alternativos Labores de proteccin

Tipos de aparamenta de maniobra y corte

Seccionadores Interruptores

- Interruptores- Interruptores Seccionadores- Interruptores automticos disyuntores

SECCIONADORES

Permiten aislar tramos de circuito de forma visible Permiten maniobrar en vaco No pueden trabajar con carga, aunque algunos si con intensidades pequeas. Tienen que ser capaces de soportar :

- Corrientes nominales en funcionamiento normal- Sobreintensidades, si se producen debido a posibles fallos en otros puntos de la lnea- Corrientes de cortocircuito. Cuando se produce un corte falta en la red (a tierra), la intensidad

se dispara y los seccionadores deben de poder aguantar durante un tiempo. Cuando pasa estohay medidores de intensidad (trafos de intensidad) que mandan a un rel actuar sobre uninterruptor. Durante ese tiempo debe aguantar el seccionador.

INTERRUPTORES

INTERRUPTORES

Son aparatos mecnicos de corte. Su funcin es cortar. Tienen que ser capaces de soportar:

- Corrientes nominales en funcionamiento normal- Sobreintensidades, si se producen debido a posibles fallos en otros puntos de la lnea

- Corrientes de cortocircuito. Cuando se produce un corte falta en la red (a tierra) El operario da la orden desde un centro de control

INTERRUPTORES SECCIONADORES

Es un interruptor como el anterior, pero la apertura de los seccionadores es visible. Van integrados el interruptorcon los seccionadores.

INTERRUPTOR AUTOMATICO

Mide automticamente la intensidad y manda automticamente orden de apertura. Vamos a suponer que son as deahora en adelante. Son los ms usados.

CARACTERSTICAS PRINCIPALES DE LA APARAMENTA DE MANIOBRA Y CORTE

1. Poder de ruptura y corte . Poder de desconexin. Es el valor eficaz mximo de corriente que puede cortarun interruptor con toda seguridad, y con slo un ligero deterioro de sus contactos, trabajando a tensinnormal. IN = IMAX / 2 . Se mide en KA (KiloAmperios)

2. Poder de desconexin nominal. Es el valor instantneo mximo que puede alcanzar la corriente decortocircuito en el momento de cierre de un interruptor, con todas las garantas de seguridad.

3. Corriente de corta duracin admisible . Es el valor mximo de corriente que puede soportar el aparatodurante un tiempo especfico.

4. Secuencia de maniobra . Es la sucesin de maniobras de apertura y cierre en condiciones de cortocircuitoque el aparato es capaz de soportar sin deterioro apreciable.

5. Intensidad lmite trmica . Valor mximo de corriente (intensidad) a partir del cual los esfuerzos trmicosadicionales ocasionados en el aparato no resultan admisibles para el mismo.

6. Intensidad lmite dinmica . Valor mximo de corriente (intensidad) a partir del cual los esfuerzoselectrodinmicos debidos a los campos magnticos ocasionados en el aparato no resultan admisibles para elmismo.

ARCO ELECTRICOEn la maniobra de apertura de un interruptor al iniciarse el despegue de los contactos la ligera capa del medioextintor que se opone entre ellos es atravesada por la corriente, lo que determina una elevacin rapidsima de la


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temperatura en los contactos, que origina la aparicin de vapores metlicos. El medio que rodea el arco sufre unviolento calentamiento que origina igualmente su descomposicin, pasando a ser conductor. Se forma una columnagaseosa que debido a la alta temperatura se convierte en conductora. La conductividad se produce portermoionizacin y la columna gaseosa fuertemente ionizada se convierte en plasma.

El arco elctrico se manifiesta como una columna gaseosa incandescente, segn una trayectoria ms o menosrectilnea entre los electrodos que pueden alcanzar temperaturas del orden de 5.000 a 10.000 C.

Con el arco se va produciendo un desgaste de los contactos con las temperaturas elevadas.La termoionizacin hace que se realice una columna gaseosa conductora que se transforma en plasma. Tenemosuna columna gaseosa incandescente.

Son extremadamente mviles. Se mueven con corrientes de aire y con campos magnticos.

Cuanto ms largo sea el arco elctrico mayor ser la resistencia y mayor ser la corriente entre electrodos y cuandosea mucho se cortar.

Se ceban con cualquier elemento metlico cercano que no est aislado. Por ello, todo debe estar derivado a tierra.

Cualquier problema de ruptura en un circuito elctrico es un problema de arco elctrico.

( en el arco ) Ua = a + L a = UA + UC L = Long. del arco = caida de tensin / L


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Tensin de reencendido Ur

Es la tensin entre electrodos necesaria para reencender el arco al extinguirse ste por el paso natural de lacorriente por cero.

El arco elctrico pasa por cero al ser alterno f = 50 Hz, si pudiramos lo haramos en 0, sera un interruptorideal, lo debera hacer en 0,1 ms y actualmente es imposible, los ms rpidos de hoy da son de 20 ms, losnormales tardan 4 ciclos

Tensin permanente del arco Ua

Es la tensin entre electrodos durante el tiempo de permanencia estable del arco. Energa desarrollada por elarco.

Tensin de extincin Ue

Es el pico de la tensin del arco que se tiene al aproximarse la intensidad a su valor nulo.

FORMAS DE EXTINGUIRLO

a) Aumentando la tensin entre bornes, con ello alargamos el arco. Se emplea en BT y cc.

b) Conseguir una rpida desionizacin del medio. Se emplea en MT y AT. Normalmente ambos mtodos secombinan.


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SECCIONADORES

CARACTERSTICAS :

No poseen capacidad de corte. No se pueden desconectar en carga.

Su corte es visible Son aparatos lentos. Actan por telemando, no funcionan automticamente (por rels), es el operario el

que lo abre o manda abrir.

Se colocan en serie con el interruptor, uno antes y otro despus.

FUNCIONAMIENTO :

Apertura . Primero funciona el interruptor y luego los seccionadores.

Cierre . Primero cerramos los seccionadores y luego actuamos sobre el interruptor.

El caso de varias lneas :- Desconexin de la zona de menor tensin a la zona de mayor tensin.- Conexin de las de mayor tensin a las de menor.

CLASIFICACIN :

De cuchillas . Se utilizan en MT . Pueden ser de interior y de exterior. Pueden cortar las corrientes de fuga,capacitivas, etc. del orden de 10 A

- Cuchillas giratorias . Son de constitucin sencilla con :Base (metlica)Aisladores (porcelana)Contacto fijo (pinza)Contacto mvil (cuchilla)

- Cuchillas deslizantes . Lo utilizamos por razones de espacio . Tienen un 70 % menos de capacidad

de corte


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Seccionador de columnacentral con elseccionador abierto.Estn las 3 fases.

De columna giratoria . Son siempre a la intemperie, en el exterior y se utilizan para tensiones > 30 Kv- De columna central . Tiene una columna central que

evita el contacto al girar . Se utilizan para tensiones delorden de 45 400 Kv y 630 1.350 A


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- Dos columnas . Hasta 110 Kv y de 800 2.000 A

Cuchilla de puesta a tierra

Las cuchillas de puesta atierra no estn conectadas,ahora deberan subir

Seccionadores de 2 columnasuno abierto y otro cerrado


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De pantgrafo . De 132 400 Kv y 800 1.600 A. Conexin directa entre lneas y embarrados (barras). Seusan cuando tenemos problemas de espacio.

PARTES:1. Barra superior del seccionador2. Mecanismo3. Aislador soporte4. Columna giratoria5. Contacto6. Trapecio7. Conexin inferior8. Tubo de acoplamiento9. Mando10. Soporte

Abierto Cerrado


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MANDO DE SECCIONADORES . MECANISMOS QUE LOS ACTIVAN

Deben asegurar la posicin tanto de apertura como de cierre . Deben ser robustos.

1. Por Prtiga

2. Mecanismo a distancia

a. Mecanismo de biela manivela

b. rbol y transmisin

c. Cadena de Galle y piones

3. Servomotor

a. Motor elctrico con reduccin

b. Grupo motor bomba (hidrulico)

c. Grupo motor compresor (neumtico)

1 y 2 en MT y 3 con los seccionadores de columnas giratorias y pantgrafos.


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INTERRUPTORES

Tienen capacidad de corte. Son los encargados de extinguir el arco elctrico. Van en serie con los seccionadores.

Si fuera posible cortar la tensin cuando pasa por cero, sera un interruptor ideal. Actualmente es imposible, luegohay que hacerlo a travs del arco elctrico.

PROCESO DE CORTEFASE 1. Separacin de contactos y formacin del arco elctrico.

FASE 2. Extincin del arco elctrico

FASE 3. Reforzamiento dielctrico del medio. Conseguimos que el medio sea suficientemente aislante para que novuelva a saltar el arco elctrico.

METODOS PARA LA EXTINCIN DEL ARCO ELECTRICO

Estamos intentando pasar de una resistencia prcticamente nula a una prcticamente infinita, en un espacio muycorto de tiempo. Esto supone un gasto de energa muy grande.En el caso ideal, el gasto sera mnimo al pillar a la tensin en 0.

1. Desionizacin del medio

2. Aumento de tensin entre bornes (alargamos el arco).

En funcin del medio donde se produzca el arco puede ser:

a. Ruptura en aire

b. Ruptura en aceite

c. Ruptura en vaco ruptura en aire comprimido

d. Ruptura en SF6 (Exafluoruro de azufre). Es el mayor aislante gaseoso que se conoce.

e. Ruptura esttica (a travs de semiconductores)

DIELECTRICO: Cuerpo mal conductor dela electricidad, como el mbar, vidrio,mica, sustancias cermicas, parafina,aceite, aire seco, etc. Se usan para lafabricacin de condensadores.


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A) RUPTURA EN AIRE

El medio extintor es el aire atmosfrico, que tiene una rigidez dielctrica (nos da idea del aislante) a 1 atm. Y 25 Cde 30 Kv/cmEs la mxima tensin que puede aguantar sin que se produzca descarga elctrica.Se usa en MT, en redes rurales y centros de transformacinPrincipio en que se basa:Busca la desionizacin natural de los gases por la accin refrigerante del aire, esto favorecido por el alargamiento

del arco (en todas las tcnicas favorece). El fro favorece la desionizacinVentajas :

El aire mantiene sus propiedades dielctricas Tiene una alta constante de ionizacin Se renueva constantemente No cuesta nada

Inconvenientes: En el momento de la ruptura del arco se produce una alta energa disipada y resulta caro. Se necesitan cmaras de corte de tamao grande. Se necesita mucho volumen de aire. La distancia entre los aislamientos debe ser elevada.

TIPOS:1. Alargamiento del mismo . Buscamos aumentar la resistencia, que es proporcional a la longitud2. Confinamiento del arco . Conducimos el arco a una cmara donde aumenta la presin, aumenta la tensin

necesaria para que el arco no se mantenga .

3. Enfriamiento . Bajamos la temperatura y por tanto la tensin para mantener la ionizacin de los gasessera mayor.4. Divisin . Se divide en pequeos arcos en serie, aumentamos la tensin necesaria.En funcin de cmo se combinen puede ser:

a) Ruptura brusca en aire .Se basa en la desionizacin de los gases por enfriamiento. Fue la primera en utilizarse.Necesita una velocidad de apertura de contactos muy elevada, sin embargo, el proceso en conjunto eslento, ya que el mecanismo de apertura se realiza cargando unos muelles para realizar el disparo. Lavelocidad de carga de los muelles es lenta.Se emplea para proteccin de transformadores de distribucin rurales en BT y MT

b) Soplado magnticoConsiste en alargar el arco por la accin de un campo magntico.Se pone en serie una bobina con los contactos, al pasar la corriente por la bobina, se genera un campomagntico y el arco tambin genera un campo magntico y ambos se repelen, y empuja el arco,producindose su alargamiento.

Durante este soplado suele haber en los contactos unos cuernos de soplado por donde va el arco hastala cmara de extincin. Los cuernos de soplado suelen ser de cobre.La cmara de extincin es aislante, con material refractario y gran absorcin de calor.Ventajas:

- Robustez . Es muy seguro.- Facilidad de mantenimiento.- Permite un elevado n de maniobras- Produce una mayor seguridad el confinamiento del arco.

Inconvenientes:- Si lo queremos utilizar en AT, sus proporciones seran desmesuradas, slo se usa en MT y BT.- No se usa en corriente continua.- El campo magntico es 0 tambin cuando pasa la tensin por 0, disminuyendo en ese instante el

empuje.c) Autoformacin gases extintores

Consiste en laminar el arco entre 2 placas gasgenas (suelen ser resina de urea), las placas sedescomponen formndose gases que absorben el calor del arco y aumentan la presin del medio.Este aumento de presin favorece la apertura de los contactos, se utiliza hasta 24 Kv y admite hasta200 MVA.No precisa de sistemas auxiliares, por lo que el mantenimiento es mnimo.

d) Soplado autoneumticoConsiste en un soplado longitudinal del arco con aire comprimido. Cilindro con pistones y airecomprimido, que sale a gran velocidad y presin.Se utiliza hasta 24 Kv y 1 KA. Se pone en serie con fusibles de ruptura por la poca intensidad queadmiten.

Dibujo de sopladoautoneumtico


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B) RUPTURA EN ACEITE

El medio extintor es el aceite mineral. Necesitamos cortar tensiones mayoresy las de aire no son suficientes, ya que necesitan espacios muygrandes.

La rigidez dielctrica es d 125 Kv/cm en aceite nuevo y en usado 90 Kv/cm.Es muy sensible a la humedad, por lo que hay que tenerlo aislado dela humedad.

Peso especfico 0,85 0,95 gr/cm3Punto inflamacin 140 180 CSe descompone el aceite y se evapora produciendo gases a base de absorberuna gran energa que hace que disminuya la temperatura del medio, luegoenfriamos el arco.Los gases producto de la descomposicin son:

- Hidrgeno (70 %)- Metano (10%)- Etileno (20%)- Carbn libre

El agente extintor importante es el hidrgeno con una gran conductividad trmica y baja constante dedesionizacin, por lo que es un excelente agente extintor.Los contactos estn en una cuba de aceite cerrada con unos orificios para que no aumente la presin de formapeligrosa y explote la cuba.

Para aumentar la capacidad de ruptura del arco necesitamos aumentar la longitud del arco y aumentar la energa,aumenta la vaporizacin de aceite en la bolsa de gases, aumenta la presin y aumenta el tamao de la cuba.Se utiliza una cmara de ruptura. Es una cmara aislante, que resiste altas presiones y tiene una abertura para elpaso del vstago mvil (borna) con esta vstago sale de la cmara y arrastra partculas de aceite y gases. Laspartculas de aceite chocan contra el vstago enfrindolo y alargndolo, favoreciendo la ruptura del arco.

Los interruptores en aceite se clasifican en :- Ruptura libre . Hasta 2.500 MVA y 50 KA. No utilizan cmara de ruptura. Pequeo volumen de

aceite. La cmara de ruptura est en el interior de unos pequeos tubos aislantes y disminuimosel volumen hasta en 20 veces. El aceite no acta de aislante, slo como medio extintor.

- Ruptura controlada . Utiliza cmara de ruptura. De gran volumen de aceite . Gran capacidad deruptura.

Ventajas: Es mejor aislante La separacin necesaria entre contactos es menor.

Inconvenientes:

Inflamabilidad del aceite Riesgo de explosin, por los gases producidos. Esto nos lleva a un gran mantenimiento. No son aptos para corriente continua.

C) RUPTURA EN AIRE COMPRIMIDO

Esta tcnica se desarroll por la explosin de muchos interruptores de aceite.Consiste en soplar el arco con aire a una alta presin, mediante la apertura de una vlvula.Rigidez dielctrica :

10 bar 90 Kv/cm

20 bar 135 Kv/cm

Suelen tener cmaras de extincin, y suele haber varias en serie :

Cmaras de extincin 2 4 6

Tensin 80 Kv 150 Kv 220 Kv

Cuantas ms cmaras, podemos trabajar con mayor tensin

MT MAT

Presiones 10 14 b 30 50 bar

Es fundamental la presin y las cmaras en este interruptor

VENTAJAS: El aire cuesta poco Son de operacin rpida Hay pocas probabilidades de incendio Tenemos 2 parmetros ( presin y n de cmaras) para trabajar a varias rupturas. Para arcos cortos se suele conseguir la ruptura del arco en el primer paso de la corriente por cero.

INCONVENIENTES:

Trabajamos a presiones altas y lleva riesgo de explosinNecesitamos equipo exterior para comprimir el aire, esto lleva a gastos de mantenimiento y problemas de

espacio.

Aire atmosfrico :1 atm y 25 C 30 Kv/cm


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Mientras la apertura el gas debe ser ventilado, tras la ruptura del arco, son cmaras cerradas. Son ruidosos Tienen menos rigidez dielctrrica frente al SF6

D) RUPTURA EN SF6

Utilizan SF6. Es un gas sinttico, no se encuentra en la naturaleza. Se obtiene en laboratorio. Es un octaedro deenlaces covalentes.

No es inflamable y no txico, inodoro, incoloro, muy estable y a temperaturas inferiores a 500 C no ataca a otrosmateriales (corrosin, acidez, etc.)A partir de 500 C se descompone.Es conductor del calor y no es conductor de la electricidad.Coeficiente de transmisin de calor a 1 atm 1,6 veces la del aire

a 2 atm 2,5 veces la del aireRigidez dielctrica a 1 atm 3 veces la del aire (30 Kv/cm)El aire queda encerrado por un estrecho conducto que es conductor y se haya envuelto por una corona de gas queno es conductora de la electricidad, pero si del calor. El gas contenido en el interior de la cmara de ruptura esempujado a una presin considerable con la accin de los pistones. El choro de gas enfra y estira el arcointerrumpindolo.Se regenera rpidamente el medio.VENTAJAS

Gran evacuador del calor Permite una disociacin perfectamente reversible sin prdida de gas Es el mejor gas extintor conocido Los contactos apenas se desgastan por este sistema, lo que permite una gran vida del interruptor Una rpida regeneracin dielctrica del medio, lo que hace que su construccin sea simple Un gran rango de aplicaciones, desbancando al resto de los interruptores

E) RUPTURA EN VACIO

Utilizan cmaras de ruptura aislantes que mantienen el vaco permanentemente, del orden de 10-6 y 10-7 mm Hg y

proporcionan unas rigideces dielctricas de 199 Kv/cm.No tenemos medio extintor, es el vaco. Se producen vapores metlicos y stos soportan el arco. No hay molculasde gas ionizado. Llevan incorporados unas placas especiales para condensar los vapores metlicos, obteniendo unaregeneracin rpida del medio, volviendo a las condiciones iniciales, evitando que se reencienda el arco.VENTAJAS:

Nos garantizan el aislamiento en la interrupcin del arco La extincin suele ser rpida del orden de 15 ms Tiene una gran rigidez dielctrica Rpida desionizacin del medio, de los vapores La separacin entre contactos para cortar entre 15 y 25 mm Permiten desconexiones rpidas y repetitivas. No hay desgaste entre contactos Larga vida til De construccin simple Se aplica en centros de distribucin

DESVENTAJAS: Rango pequeo de aplicacin < 50 Kv, por sobretensiones grandes Si se pierde el vaco en la cmara de extincin, pueden reventar

El contacto inferior baja, se forma el arco elctrico, los pistones quietos empujan el SF6 hacia arriba,actuando de soplado del arco.


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F) RUPTURA ESTATICA O DE SEMICONDUCTORES

Utiliza diodos semiconductoresLos semiconductores tienen poca resistencia en el ciclo positivo y casi infinita al invertirse la polaridad.Aqu no hay separacin de contactos. No hay arco elctrico, estn permanentemente en contactoAl paso de la corriente por 0 cambia la polaridad y R se hace casi infinita.VENTAJAS:

Seran rupturas ideales. No hay sobretensiones de maniobra.

No tenemos problemas de desgaste El consumo de energa es muy pequeo para realizar la ruptura.

INCONVENIENTES: Son incapaces de soportar fuertes sobrecargas, incluso en breves tiempos Actualmente estn en investigacin


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TRANSFORMADORES DE MEDIDA Y PROTECCIN

Su funcin est destinada a alimentar los instrumentos de medida.Si quiero saber la intensidad de la fase R, no podemos poner un ampermetro, no resistira, por lo que reducimos latensin y la intensidad con los transformadores de medida y proteccin

Reduce a valores proporcionales menores: 500 A 5 Ay stos si son admisibles para el ampermetro. Con los detensin pasa igual.Un transformador est compuesto por un bobinado primario yuno secundario. En el primario tendramos la lnea y en elsecundario medimosLos aparatos nos deben dar proteccin a los operarios que midenlos valores. Se toman medidas y con seguridad.

Precisin del aparato clase El error que se introduce entre el valor real del primario y lo que mide en elsecundario (error en el transformador)

TRANSFORMADORES DE INTENSIDAD

Son para medir intensidades. Reduce los valores a otros proporcionales menores. N1.I1 = N2.I2El bobinado del primario tiene muchas menos espiras que el del secundario, ya que queremos disminuir laintensidad.

El ncleo tiene forma toroidal. La seccin delas espiras del primario ser mayor que las delsecundario. El primario se coloca en serie conel circuito de la intensidad que se quiere

medir. Podemos tener varias salidas delprimario 1 2 4 secciones, en funcin decmo trabajemos con ellas, podemos admitirvarias intensidades, si las pongo en serie o enparalelo, en serie menos intensidad puedoaguantar y en paralelo ms. Esto nos daversatilidad a la hora de trabajar con ellos.En el secundario tambin puedo tener variassalidas, pero debera tener otro ncleomagntico y el primario abrazara los dosncleos.No pueden trabajar nunca con el circuitoabiertoN1.I1 = N2.I2 El transformador se puede

quemar.Ampermetro R 0 Voltmetro R Pueden ser :

De medida De proteccin

TRANSFORMADOR : Un ncleo magntico se activa al pasar

corriente por el primario, en el secundario aparece unacorriente inducida (espira del secundario)

R

S

WA V

V

Transformador deIntensidad

En serie con elcircuito

Transformador deTensin

En paralelo con elcircuito

Watmetro midepotenciasS = 3 U IL

U = 380

Circuito paramedir fase-tierra V

U =3 V


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TRANSFORMADORES DE INTENSIDAD PARA MEDIR

Estn diseados para estar conectados con aparatos de medida o contadores y se les exige una gran precisin.Miden intensidades en un rango cercano a la intensidad nominal. Por el primario circula la intensidad nominalTienen una gran clase de precisin que nos marca el rango de error que se permite en el transformador, para unacarga nominal de 25% a 100%Carga de precisin es la mxima potencia por el secundario de forma que el transformador siga manteniendo lascaractersticas indicadas en la placa de caractersticas, medido en VA

Error de fase, es el desfase entre la intensidad del primario y la del secundario, medido en minutos.Si estamos trabajando a valores mayores de 120% de intensidad, estaremos trabajando en la gama extendida.

TRANSFORMADORES DE INTENSIDAD PARA PROTECCIN

Se utilizan para alimentar rels de proteccin (miden intensidades y si es muy elevada, salta dando una alarma orespuesta).Est diseado el primario para soportar intensidades superiores a la nominal.No se les exige la precisin tanto como a los de medida.Podemos tener en un mismo aparato de medida y proteccin, pero son independientes sus bobinados.

Primarios de 10 a 75 A Secundario de 1 a 5 ASe define el error compuesto:

T100 1

c (%) = (Kn.is ip)2 . dtIP T 0

Es el valor eficaz de la diferencia integrada de la intensidad instantneade la relacin de transformacin entre el primario y el secundarioEl error compuesto nos va a definir la precisin de los transformadoresde proteccin.

100 / 5 15 VA 5 P 20

Kn = I1 / I2Relacin de transformacinis e ip valores de la intensidad instantneadel primario y del secundario.

Relacin detransformacin 100A en primario y 5 Aen secundario

Carga deprecisin

Clase de precisinpara un valor 20veces la intensidadnominal del primario100 x 20, y se nospermite un errorcompuesto mximodel 5 %

Mxima potenciaen el secundariosin estropearse


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TRANSFORMADORES DE TENSIN

Queremos reducir la tensin del primario a un valorproporcional y medible en el secundario. La tensin en elprimario y el n de espiras son mayores que en el secundario.Conectamos el transformador en el primario entre los bornesque queremos medir. Su ncleo es rectangular. Si queremos 2salidas por el secundario, bobinariamos la otra sobre el mismo

ncleo magntico.

TRANSFORMADORES DE TENSIN DE MEDIDACon iguales funciones que en el caso de la intensidadEl error de tensin en %Lmite de tensin entre los que se tiene que mantener la precisin entre el 80% y el 120% de la tensin nominal,para cargas entre el 25 y 100% de la carga nominal.

PARA MEDIDA


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VV

TRANSFORMADORES DE TENSIN DE PROTECCINLa clase de precisin se expresa 3P y 6P, e indican el % de error altrabajar al 5% de la tensin nominal.3 P Quiere decir que se permite un error en la tensin del

3% al trabajar al 5% de la tensin nominalLos de tensin no pueden trabajar nunca con el secundario encortocircuito, se puede quemar el transformador, suelen aguantar 1

seg.TRANSFORMADORES DE TENSIN CAPACITIVASon transformadores formados por un divididor capacitivo de unelemento electromagntico.El divisor capacitivo estcompuesto por 2condensadores conectadosen serie. Entre los dos seconecta una bobina yobtenemos eltransformador de tensininductivo.El conjunto es el TTCSe utilizan para tensionesnominales > 72,5 Kv

Miden tensiones fase-tierraSu respuesta en rgimen transitorio no es tan rpida como la de lostransformadores inductivos


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PLACA DE CARACTERSTICAS DE UN TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD

SEALIZACION

Ith Intensidad lmite tcnica. Es el valoreficaz ms elevado de la intensidad del primarioque puede soportar el transformador por efectoJoule durante 1 seg. y trabajando con elsecundario en cortocircuito.

Idyn Intensidad lmite dinmica. Mximo

valor de cresta de la primera amplitud de laintensidad que puede soportar el transformadortrabajando con el secundario en cortocircuito.

Fabricante

Lo marca el fabricante

400 en el primario y 3 salidas en elsecundario 5 / 1 / 5

Intensidad nominal del primario

Como se denominan entrada y salida delprimario, los bornes

Intensidad nominal del secundario

Terminales del secundario, su nomenclatura

Carga de precisin en VA en las 3 salidasdel secundarioClase de precisin 0,5 es de medida segn latabla, los otros 2 es el error compuesto, son deproteccin. Para un valor de la tensin 10 vecesla nominal nos permite un error del 10% mximo

Hasta que porcentaje de la intensidad sehan realizado las pruebas o mediciones.

Frecuencia a la que est preparado

7,2 tensin ms elevada, 20 tensin soportadaasignada al transformador de corta duracin a lafrecuencia industrial, 60 tensin soportadaasignada al transformador de corta duracin para

un impulso tipo rayo.

Ejemplo: 100/5 15 VA 5P20


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PLACA DE CARACTERSTICAS DE UN TRANSFORMADOR DE TENSION

SERVICIOS AUXILIARES DE UNA SUBESTACIN (SSAA)

Son todos aquellos sistemas encargados de alimentar los elementos de control de una subestacin. Son sistemas enBaja Tensin y pueden trabajar en corriente alterna y en corriente contnua.Se les denomina auxiliares, pero son bsicos, sin ellos la subestacin no puede funcionar.

En corriente alterna 380/220 vEn corriente continua 220 110 v

Los sistemas de comunicaciones en corriente continua de 48 24 v. Y tiene un sistema aparte del resto.Elementos tpicos :

1 - Motores de Organos de Control.Podran ser los motores que comprimen los muelles de un interruptor en la ruptura brusca en aire(corriente continua). Los motores para la compresin del aire en la ruptura con aire comprimido (corrientealterna)

2 - Equipos de Refrigeracin de TransformadoresRefrigeracin de transformadores en corriente alterna

3 - Equipos de calefaccin. En corriente alterna4 - Cargadores de baterias . En corriente alterna5 - Equipos de proteccin. En corriente contnua6 - Equipos de proteccin de la red equipos de automatismos. Alimentacin de rels. En corriente continua.7 - Sistemas de Control. En corriente continua.8 - Sealizacin y alarmas. En corriente continua9 - Telemandos. En corriente continua

10 - Comunicaciones. En corriente continua.11 - Sistemas de alumbrado. En corriente alterna12 - Mantenimiento

RYF Factor de tensin

asignado. Puede aguantar 1,9veces la tensin nominal durante8 horas. Es caracterstica depuesta a tierra

Fabricante

Lo marca el fabricante

Tensin simple del primario

Tensin del secundario

Tensin nominal del primario

Terminales del primario: A-N fase-tierraA-B entre fases

Tensin del secundario

Terminales del secundario

Carga de precisin en voltamperios

Clase de Precisin: 1 de medida,3P de proteccin


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13 - Accionamiento del Aparellaje. En corriente alterna14 - Sistemas de alimentacin ininterrumpida. (SAI) En corriente alterna

Segn su importancia se clasifican en :

Aparatos EsencialesNo pueden fallar, ni faltar. Si fallan comprometen el servicio de la subestacinEquipos:

- Automatismos- Equipos de proteccin- Comunicaciones

Se alimentan con bateras asociadas a rectificadores. As aseguramos la alimentacin, excepto lascomunicaciones que tienen un sistema de alimentacin independiente.

Seguros PrincipalesNos permiten una falta pero de muy corta duracin. Si perdura la subestacin tendra problemas.Se alimenta de la propia red. Por si acaso la red falla hay un grupo auxiliar electrgeno que aportara en lafalta.Equipos:

- Motores de los interruptores y seccionadores- Alimentadores de los rectificadores de las bateras- Equipos de refrigeracin de trafos.

Servicios Auxiliares Normales

Soportan una falta de alimentacin prolongada del servicioEquipos:

- Sistemas de calefaccin- Sistemas de alumbrado

TIPOS O FUENTES DE ALIMENTACIN

ExternasNo guardan ninguna relacin con la estacin a la que alimentan. Estaran abastecidas con otra lnea cercana.

LocalesAlimentados por equipos que se encuentran en el entorno de la estacin. Un transformador reductor dentro de lasubestacin, grupo electrgeno...

Elegiremos en funcin de la disponibilidad y la fiabilidad que queramos dar al servicio.En Media Tensin se puede obtener alimentacin:

- De lneas de media tensin ajenas a la instalacin- De terciarios transformadores de potencia- De la barras de distribucin de una subestacin- De grupos electrgenos en baja tensin 380 v

Se suelen dotar de 2 3 vas de alimentacin por si falla.


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ESQUEMA

Prtico de entrada ala subestacin

Seccionador

Columna de porcelanaTrafo de tensin

Columna de porcelanaTrafo de intensidad

Interruptor


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rst

Vt

PARARRAYOS

SOBRETENSION

Es toda aquella perturbacin que se aade superpone a la tensin nominal de un circuito. Son de carcteraleatorio.

Nos basamos en datos histricos y estadsticos.Se clasifican:

Segn el modo de aparicin:-Modo diferencial. La sobretensin aparece entre dos fases-Modo normal, aparece entre fase y tierra

Segn su origen:

-Sobretensiones a frecuencia industrial. Son aquellas que se producen a frecuencias 500 HzPueden ser debido a:

Defecto de aislamiento. Una rama que cae y una derivacin a tierraEl cable se puede partir y caer a tierra. Si Vt = 0 Vr y Vs se venmultiplicados por 3, alcanzan el valor de la tensin compuesta. Neutroaislado impedante. Tenemos sobretensin. Las fases que no estn enfalta se multiplican por 3.Lnea larga en vaco. Es una lnea con una lnea donde en un extremo est

en generacin y el otro en vaco, hay descarga brusca de la red. Son lneaslargas .Por ej. 300 Km tiene un factor de sobretensin de 1,05

500 Km de 1,116Ferrorresonancia. Se producen cuando tenemos condensadores y circuitos magnticos saturables(transformadores). Tiene que ver con las histresis de los ncleos de los transformadores

-Sobretensiones de maniobra. Son producidas por la modificacin brusca de la estructura de la red. Abrimosun interruptor por ejemplo. Se produce una sobretensin de una alta frecuencia de tipo aperiodico oscilatorio y con un gran amortiguamiento. Por ejemplo conmutacin con cargas inductivas y conmaniobras con circuitos capacitivos.

-Sobretensiones de origen atmosfrico. Normalmente son rayosRayos Directos. El rayo cae directamente sobre la lnea. Es un impulso de corriente. Una granintensidad en muy poco tiempo

Rayos indirectos . Caen en la propia torre en las cercanas de la lnea en el cable de guarda

rst

i corriente inyectada del rayo

i/2 i/2Para cada lado ir i/2 y puede fundir losconductores, tanta intensidad. La tensin que segenera U = ZC . i/2ZC = Impedancia homopolar de la lnea

Nube conCarga Negativa (-)

Tierra conCarga Positiva (+)

90 % de los casos

TORMENTASEn el 10% de los casos lapolaridad es al revs y sonlas tormentas ms bruscas

y ms peligrosas

CABLE DE GUARDA . Es un cable que unelas partes superiores de las torres. Estconectado a tierra y tiene la funcin de

absorber el rayo. Es para proteger a losconductores del rayo directo. Tambin iri/2 por cada lado y

U = R i/2 + L/2 . di/dt

autoinduccin

Resistencia al frente de onda


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CUADRO DE SOBRETENSIONES

Tipo de sobretensin(causa)

Coeficiente desobretensin MT - AT

DuracinPendiente del frente

frecuencia (f)Amortiguamiento

Frecuencia Industrial(defecto aislamiento)

3Larga duracin

> 1 segFrecuencia Industrial Dbil

Maniobra(Interrupcinde cortocircuito)

2 a 4Corta

1 msegMedia

1 200 KHzMedio

Origen Atmosfrico(cada directa rayo)

> 4Muy corta

1 10 segMuy elevada

1.000 Kv/segFuerte


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Tienen riesgo para las personas y perjudican a los equiposPara evitar los riesgos hay que realizar una

COORDINACIN DEL AISLAMIENTO

Es una disciplina que nos permite obtener determinar lascaractersticas de aislamiento de los diferentes elementosde la red. Ser tanto mayor su eleccin en cuanto mayor

sea la tensin.Hay que llegar a un compromiso entre los costes delpropio aislamiento, de los protectores y de las averas sino lo ponemos.

Con la coordinacin del aislamiento las 2 primerasSobretensiones podemos asegurarlas, sin embargo, en lasde origen atmosfrico no se pueden asegurar, podemostener estimaciones, y por eso se disean los pararrayos.

Distancia de aislamiento a tener en cuenta:

Distancia en el gasSera la distancia que hay entre 2 conductores activos (a diferente potencial). Nuestro aislamiento debepoder soportarlo.

Lnea de fugaSera la distancia que hay entre 2 conductores pero apoyndose en un medio que sera el mismo aislante,y pasara la corriente de fuga. Sera sobre todo en dias hmedos, de niebla.

Pararrayos ( Autovlvulas)Su misin es proteger contra sobretensiones, pero no slo atmosfricas, tambin las debidas a maniobras.No evitan la sobretensin, slo limitan el valor de esa sobretensin a valores admisibles por los aparatos que yotenga conectados.Siempre van a ser monofsicos (un aparato por fase)Estn conectados entre fase y tierra.Es como una resistencia variable con la tensin (a tensin nominal, presenta una R muy elevada) cuando aparece lasobretensin, la R disminuye y conduce esa I a tierra.Se sitan a la entrada de la lnea a la subestacin.


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PARARRAYOS ( AUTOVLVULAS)

Es un dispositivo diseado para absorber lasSobretensiones que se producen en la red y quepudieran llegar a aparatos y daarlos.El pararrayos siempre est conectado entre lnea ytierra, de forma que slo acte cuando detecte unasobretensin, no puede actuar en condiciones nominales

de servicio.Conseguiremos derivar la sobretensin a tierra evitandoque llegue a los aparatos.Antes slo se utilizaban para los rayos y hoy dia paratodo tipo de Sobretensiones (Surge Arrester)Se colocarn a las entradas de los centros detransformacin de MT y BT. Tambien en puntosexpuestos a Sobretensiones, barras y transformadores.Obtenemos un punto dbil del aislamiento de la redpara que se descargue porah.

Clasificacin de los pararrayos:

Explosores de varillasBsicamente son 2 varillas enfrentadas enforma de cuernos. Una es el electrodo de fasey el otro el electrodo de tierra.Queremos que en condiciones normales nominales est abierto, pero cuando llegueuna sobretensin se produce un arco elctricoy se deriva a tierra.El nivel de proteccin lo regulamos en funcinde la distancia entre las varillas. Luego

queremos que el arco desaparezca y vuelva alestado primitivoCuanto mayor sea el nivel de tensin, menostiempo tarda en actuar. Cuanto antes acte elpararrayos mejor.INCONVENIENTES:

- Se produce una gran sobretensin enlas varillas.

- Hay una importante dispersin de latensin de cebado. Depende de lascondiciones atmosfricas. El nivel decebado depende del nivel de lasobretensin

- El retardo de cebado es mayorcuanto menor nivel debil es la

sobretensin.- Si no se extingue el arco tenemosuna conexin a tierra y es una falta,un defecto franco a tierra.


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Carburo de Silicio y explosoresEstn formados por varias resistencias en serie, de carburo de

silicio, conectadas a unos explosores metlicos.Todo ello en una envolvente metlica (normalmenteinterruptores y otros elementos todos ellos en envolventescermicas)Estas resistencias tienen la particularidad de que no son lineales.Tenemos una conexin a tierra eyectable. Las resistenciascontrolan la derivacin a tierra.Particularidad: Cuanto mayor es la intensidad que les llegamenor resistencia oponen al paso de corriente.Los explosores se conectan en serie con las resistencias por unode sus extremos y por el otro va conectado a tierra. Su funcines aislar a las resistencias de la lnea en condiciones nominales.La conexin a tierra eyectable es para cuando el arco se hacebado y no se extingue, con esta conexin es capaz dedesconectarse a tierra. Primero explosores y luego resistencia

conectado a tierra.xidos metlicosTenemos varistancias conectadas en serie (resistenciasvariables) de xido de Zn (ZnO). Son resistencias variables concomportamiento no lineal.Aqu no hay explosores. Las resistencias pueden variar de 1,5M en condiciones nominales a 15 M cuando derive a tierra.Tienen mayor fiabilidad y mayor capacidad de limitacin. En una subestacin es difcil

distinguir los aparatos, ya queestn todos en envolvente decermica.


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FALTAS EN LINEAS DE TRANSPORTE

Es importante conocer el comportamiento de la lnea ante una situacin de falta, se va a producir unasobreintensidad muy elevada, lo cual provoca una un efecto trmico (calentamiento) y un efecto electromecnico(fuerzas que aparecen entre conductores). Habr que disear la instalacin de forma que soporten estos efectos.Faltas asimtricas:

Falta fase-tierra: una fase entra en contacto con tierra. La ms comn (70%)Falta fase-fase: cortocircuito entre dos fases (15%)Doble falta fase-tierra: dos fases entran en contacto con tierra (10%)Faltas trifsicas: cortocircuito entre las tres fases 85%). Se cae una torre


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PROTECCIONESAl sistema elctrico de potencia se le exige:

Continuidad de suministro (No la podemos almacenar) Calidad de suministro

Esto lo mantenemos mediante los sistemas de proteccin. Van a estar destinados a problemas de falta (aumentan o

disminuyen las magnitudes de la lnea tensin, intensidad saliendo del rango de la lnea)Si hay un gran desequilibrio entre generacin y consumo puede producir un cambio de la frecuencia. Estos sonriesgos que debemos evitar.El 90 % de las faltas que se producen en lneas areas, suelen ser faltas fase-tierra. Son las ms expuestas.El sistema de proteccin es el conjunto de equipos necesarios para detectar y aislar una perturbacin en la red.Se deben minimizar los efectos de las faltas.

Fases de actuacin en una falta:

1. El sistema de proteccin debe desconectar el circuito en falta

2. actuar sobre el resto de circuitos, aunque no les afecte de forma directa, si les pude afectar de formaindirecta.

3. Restituir el sistema a las condiciones iniciales.

BENEFICIOS QUE NOS APORTA:

- Gestionar la seguridad en la red- Estabilidad- Disminucin en tiempos y costes de reparacin- Disminucin en los equipos de reserva necesarios- Mayor disponibilidad de los elementos. El sistema solo desconecta los elementos afectados por la

falta. Es un sistema selectivo.

ESTRUCTURA DE UN SISTEMA DE PROTECCIN

Se estructura en base a 2 tipos:- Protecciones Primarias. Son aquellas que se encargan de despejar la falta de forma instantnea.- Protecciones de Apoyo. Si las primarias no han actuado en un tiempo prudencial saltan las de

apoyo.El sistema de proteccin debe estar diseado de forma que en ningn momento est desprotegido el sistemaelctrico.Alrededor de los interruptores se definen unas zonas de proteccin primaria y estn solapadas para mayor

fiabilidad.Si se produce una falta actan los interruptores. No tenemos garanta que un interruptor funcione.Caractersticas de un sistema de proteccin:

a) Sensibilidad. Debe ser capaz de distinguir entre falta y no falta.b) Selectividad. Debe ser capaz de discernir si se ha producido dentro de su zona de actuacin o no.c) Rapidez. El tiempo de actuacin tiene que ser el mnimo posible.

- Instantneas. Al momento- Tiempo diferido. Deja un tiempo antes de actuar.

d) Fiabilidad. Que operen correctamente.e) Economa y simplicidad. Debemos llegar a un compromiso tcnico.f) Seguridadg) Obedienciah) Precisini) Facilidad de mantenimiento

j) Facilidad de pruebas

k) Autodiagnsticol) Modularidad

ELEMENTOS DE UN EQUIPO DE PROTECCIN

Son todos aquellos componentes destinados a detectar y despejar la falta:1. Bateras de Alimentacin. No se debe alimentar el sistema de proteccin de la propia red, ya que su

principal funcin es detectar si hay una falta. Se alimenta a travs de unas bateras de alimentacin.Tienen que tener un sistema de alimentacin propio. Las bateras si se alimentan de la red directamente atravs de los cargadores de bateras y tienen una autonoma de 10 a 12 horas.

2. Trafos de medida y proteccin. Su funcin es reducir a valores proporcionales los valores de tensin eintensidad, para medirlos. Son las magnitudes fundamentales del sistema elctrico de potencia.Muy importante la clase de precisin para que el sistema sea ms fiable.

- De medida no tan precisos- De proteccin ms precisos

3. Rels de proteccin. Es el cerebro del sistema de proteccin. En funcin de los datos que lleguen detensin e intensidad de los trafos de medida, acta. Da orden de actuacin al interruptor automticodespus de analizar los datos que recibe.


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Retardo independiente

instantneoIO I

t

tO

t1

4. Interruptores Automticos. Estn diseados para maniobra de reenganche. El interruptor automtico seabre con una orden del rel y al cabo de 0,2 seg se cierra. Si siguen los valores inapropiados el relvolver a mandar abrir y luego a los 10 seg y 150 seg se volver a cerrar sin recibir rdenes.Las faltas tienen un carcter transitorio y por ello hay que volver a reenganchar y la lnea volver acondiciones normales.

A veces para aumentar la seguridad se duplican los sistemas de proteccin con el fin de dar ms fiabilidad en casosnecesarios.

RELE DE PROTECCIN

Es el elemento ms importante del sistema. Se tiende a denominar con su nombre a todo el sistema de proteccin.Acta de cerebro, recibe la informacin de los trafos, procesa la informacin y en funcin de ello toma decisiones yordena o no la actuacin si es necesario.

Tiene tres etapas:a) Acondicionamiento de la seal. Al rel le llegan unos valores instantneos y con ellos no puede

trabajar. Le llega la sinusoide y de ella se queda con los valores eficaces, con los valores mximos y conellos se queda. Valores digitales

b) Aplicacin de las funciones de proteccin. En funcin del valor que le llegue tiene que tener unoscriterios de decisin. Operaciones internas.

c) Lgica de disparo. Tiene que abrir un interruptor, dar una alarma. Cmo debe actuar.

Clasificacin:a) En funcin de la magnitud medida

De Tensin- De Sobretensin- De Subtensin- De Tensin Nula- De Frecuencia (debe estar siempre alrededor de 50 Hz en un margen pequeo de variacin)

De Intensidad- De sobreintensidad- Mnima intensidad

Producto- Vatmetro

Segn la Impedancia coeficiente- Rel de impedancia

b) Segn el tiempo de actuacin del rel Instantneos. Actan inmediatamente

Retardados (con temporizador)- Independientes. Tarda un tiempo antes de disparar, independientemente de la sobretensin.- Dependientes. El disparo tiempo depende del valor de la intensidad.

c) Segn la actuacin del interruptor Sistemas directos. Son aquellos que el elemento de medida y el elemento de corte es el mismo o

van juntos Sistemas indirectos. Son diferentes el elemento de medida y de corte. El rel y el mando estn enlugares diferentes de la subestacin.

S = 3 U ICP = 3 U IC cos

El rel acta si I > Io y dependerde I, cuanto > es I, el tiempo deactuacin es menor.A partir de IC o valor crticosiempre acta en tC

IO IC I

t

tC


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IMEDIDA > IAJUSTE

89 Seccionador

d) Segn la constitucin Electromecnicos. Son los ms antiguos. Electrnicos

- Analgicos o estticos- Digitales. Llevan incorporado un microprocesador. Son los ms novedosos

CLASIFICACIN GENERAL

1.

Funciones de nivel de 1 sola magnitud. El rel se fija slo en una sola magnitud, tensin intensidad frecuencia. Funciones de sobretensin, sobreintensidad, frecuencia. Mide el valor eficaz valor mximo y enfuncin de ellos opera.

2. Funcin de cociente de 2 magnitudes. Mide 2 magnitudes y opera entre ellas, calculando algunaoperacin entre ellas. La tpica es la proteccin de impedancia. Z = V/I (Impedancia). Se suele utilizar enprotecciones de distancia.

3. Funcin de comparacin de fase. Mide la diferencia entre los ngulos de fase de 1 2 magnitudes. Secentra en el desfase. Proteccin tpica, la proteccin direccional, que mide la direccin del flujo de potencia.

4. Funcin de comparacin de magnitud. Compara 2 magnitudes medidas en 2 puntos diferentes. Ejemplotpico la proteccin diferencial.

PROTECCIN DE SOBREINTENSIDADBsicamente compara el valor de intensidad medido por la proteccin con un valor de referencia llamado AJUSTETARADO. Si la intensidad medida es mayor que el de referencia, el sistema se dispara.El rel tiene implementado el valor de ajuste, el de medida le viene deltransformador.

El valor de referencia depende: Del punto donde est situado el rel sobretodo. Del valor de carga Del valor de falta

Este valor hay que ir reajustando, segn el sistema elctrico de potencia y sus cambio (nuevo parque elico, nuevoedificio de viviendas, nueva lnea, etc.)

TIPOS DE RELES DE SOBREINTENSIDAD

Por la magnitud observada por el rel- De fase. No lleva nomenclatura, nada adicional.- De neutro (N)


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Segn el tipo de actuacin- Instantneos (50)- Temporizados (51). El ajuste de los temporizados se realiza en funcin de la intensidad de operacin

intensidad normal por variaciones de carga- De tipo fijo

- De tipo dependiente. (51 y 51 N) El tiempo de actuacin depende del valor de la intensidad ycuanto mayor sea el valor de la intensidad medida menor ser el tiempo de actuacin.Tanto las curvas ANSI como las CEI tienen 3 familias de curvas:

Caracterstica inversa Caracterstica muy inversa Caracterstica extremadamente inversa

Si los rels son digitales

libro tecnologia electrica,sistemas de potencia esibilbao

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