Tramos y Esquemas de una Subestación

TRAMOS Y ESQUEMAS DE UNA SUBESTACIÓN

Disyuntor - Seccionador - Reconectador

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Disyuntores

     Un disyuntor es un elemento que interrumpe de manera automática la corriente eléctrica cuando supera una cierta intensidad. Se trata de un dispositivo de seguridad que, según características, permite proteger los aparatos eléctricos y la integridad de los usuarios.

La utilización de este término puede variar en distintas regiones para referirse a interruptores automáticos accionados por sobrecargas de un circuito o para interruptores automáticos accionados por pérdidas de energía fuera del circuito. Para este último caso véase Interruptor diferencial. Un disyuntor, interruptor automático (España), automático (Chile), breaker o pastilla (México) o taco (Colombia), es un aparato capaz de interrumpir o abrir un circuito eléctrico cuando la intensidad de la corriente eléctrica que por él circula excede de un determinado valor, o en el que se ha producido un cortocircuito, con el objetivo de evitar daños a los equipos eléctricos. A diferencia de los fusibles, que deben ser reemplazados tras un único uso, el disyuntor puede ser rearmado una vez localizado y reparado el problema que haya causado su disparo o desactivación automática. Los disyuntores se fabrican de diferentes tamaños y características, lo cual hace que sean ampliamente utilizados en viviendas, industrias y comercios.

Características

Los parámetros más importantes que definen un disyuntor son:

• Calibre o corriente nominal: corriente de trabajo para la cual está diseñado el dispositivo. Existen desde 5 hasta 64 amperios.

• Tensión de trabajo: tensión para la cual está diseñado el disyuntor. Existen monofásicos (110 - 220 V) y trifásicos (300 - 600 V).

• Poder de corte: intensidad máxima que el disyuntor puede interrumpir. Con mayores intensidades se pueden producir fenómenos de arcos eléctricos o la fusión y soldadura de materiales que impedirían la apertura del circuito.

• Poder de cierre: intensidad máxima que puede circular por el dispositivo al momento del cierre sin que éste sufra daños por choque eléctrico.

• Número de polos: número máximo de conductores que se pueden conectar al interruptor automático. Existen de uno, dos, tres y cuatro polos.

Los disyuntores tienen diferentes propiedades de acuerdo a su finalidad. Puede trabajar con distintas corrientes y tensiones, soportar hasta una determinada intensidad y recibir entre uno y cuatro polos.

Un disyuntor térmico es aquel que abre el circuito e interrumpe la corriente cuando detecta una sobrecarga. Esto es posible ya que la intensidad excesiva de la corriente lo dilata hasta que se produce su abertura. 

Un disyuntor magnético, por su parte, puede registrar las fallas vinculadas a un cortocircuito y abrir el circuito gracias a la creación de un campo magnético. También existen los disyuntores magneto térmicos, que combinan ambas prestaciones.

Un disyuntor diferencial, por otro lado, controla que por los distintos polos circule la misma corriente. Cuando la corriente tiene diferentes amperajes en los polos, el disyuntor interrumpe la circulación de forma física. Por su funcionamiento, los disyuntores diferenciales protegen la vida de las personas: si un individuo recibe una descarga debido a que se produce una pérdida de corriente en un sistema, el disyuntor interrumpe el paso apenas detecta que la corriente pasó a la tierra por el cuerpo del sujeto, sin volver al enchufe.

Aunque los disyuntores pueden instalarse junto a los aparatos que se pretende proteger, lo habitual es que se ubiquen en un tablero. Esto permite brindar protección a todos los equipos que se conectan a la red eléctrica de una casa, un comercio o una industria.

Tipos

                                   Diagrama de un interruptor magneto térmico unipolar.

Los disyuntores más comúnmente utilizados son los que trabajan con corrientes alternas, aunque existen también para corrientes continuas. Los tipos más habituales de disyuntores son:

• Disyuntor magneto térmico.

Un interruptor magneto térmico, interruptor termo magnético o llave térmica, es un dispositivo capaz de interrumpir la corriente eléctrica de un circuito cuando ésta sobrepasa ciertos valores máximos. Su funcionamiento se basa en dos de los efectos producidos por la circulación de corriente en un circuito: el magnético y el térmico (efecto Joule). El dispositivo consta, por tanto, de dos partes, un electroimán y una lámina bimetálica, conectadas en serie y por las que circula la corriente que va hacia la carga.

No se debe confundir con un interruptor diferencial.

Al igual que los fusibles, los interruptores magneto térmicos protegen la instalación contra sobrecargas y cortocircuitos

Al circular la corriente por el electroimán, crea una fuerza que, mediante un dispositivo mecánico adecuado (M), tiende a abrir el contacto C, pero sólo podrá abrirlo si la intensidad I que circula por la carga sobrepasa el límite de intervención fijado.

Este nivel de intervención suele estar comprendido entre tres y veinte veces (según la letra B, C, D, etc.) la intensidad nominal (la intensidad de diseño del interruptor magneto térmico) y su actuación es de aproximadamente unas 25 milésimas de segundo, lo cual lo hace muy seguro por su velocidad de reacción.

Esta es la parte destinada a la protección frente a los cortocircuitos, donde se produce un aumento muy rápido y elevado de corriente.

La otra parte está constituida por una lámina bimetálica (representada en rojo) que, al calentarse por encima de un determinado límite, sufre una deformación y pasa a la posición señalada en línea de trazos lo que, mediante el correspondiente dispositivo mecánico (M), provoca la apertura del contacto C.

Esta parte es la encargada de proteger de corrientes que, aunque son superiores a las permitidas por la instalación, no llegan al nivel de intervención del dispositivo magnético. Esta situación es típica de una sobrecarga, donde el consumo va aumentando conforme se van conectando aparatos.

Ambos dispositivos se complementan en su acción de protección, el magnético para los cortocircuitos y el térmico para las sobrecargas. Además de esta desconexión automática, el aparato está provisto de una palanca que permite la desconexión manual de la corriente y el rearme del dispositivo automático cuando se ha producido una desconexión. No obstante, este rearme no es posible si persisten las condiciones de sobrecarga o cortocircuito.

Incluso volvería a saltar, aunque la palanca estuviese sujeta con el dedo, ya que utiliza un mecanismo independiente para desconectar la corriente y bajar la palanca.

El dispositivo descrito es un interruptor magneto térmico unipolar, por cuanto sólo corta uno de los hilos del suministro eléctrico. También existen versiones bipolares y para corrientes trifásicas, pero en esencia todos están fundados en los mismos principios que el descrito.

Se dice que un interruptor es de corte omnipolar cuando interrumpe la corriente en todos los conductores activos, es decir las fases y el neutro si está distribuido.

Las características que definen un interruptor termo magnético son el amperaje, el número de polos, el poder de corte y el tipo de curva de disparo (B, C, D, MA). (por ejemplo, Interruptor termo magnético C-16A-IV 4,5kA, que necesita unos 10x16A entre 5 y 10 veces el amperaje indicado para saltar en menos de un segundo y proteger el circuito. Si fuese B-16A-IV 4,5kA necesitaría unos 5x16 A (entre tres y cinco veces el valor nominal indicado). Una corriente mantenida de 16 A provocaría el disparo al cabo de una hora.

• Disyuntor magnético.

Un disyuntor magnético es un interruptor automático que utiliza un electroimán para interrumpir la corriente cuando se da un cortocircuito (no una sobrecarga). En funcionamiento normal, la corriente pasa por la bobina del electroimán creando un campo magnético débil. Si la intensidad es mayor de un determinado valor, el campo magnético creado es suficientemente fuerte como para poner en funcionamiento un dispositivo mecánico que interrumpe la corriente eléctrica. El valor de esta corriente suele ser entre tres y veinte veces mayor que la corriente nominal, protegiendo al circuito de cortocircuitos.

Se suelen usar para proteger motores con arrancadores cuando estos últimos disponen de protección térmica integrada (la protección térmica es la encargada de interrumpir la corriente en condiciones de sobrecarga).

• Guardamotor

Un guardamotor es un interruptor magneto térmico, especialmente diseñado para la protección de motores eléctricos. Este diseño especial proporciona al dispositivo una curva de disparo que lo hace más robusto frente a las sobre intensidades transitorias típicas de los arranques de los motores. El disparo magnético es equivalente al de otros interruptores automáticos pero el disparo térmico se produce con una intensidad y tiempo mayores. Su curva característica se denomina D o K.

Las características principales de los guardamotores, al igual que de otros interruptores automáticos magneto térmicos, son la capacidad de ruptura, la intensidad nominal o calibre y la curva de disparo. Proporciona protección frente a sobrecargas del motor y cortocircuitos, así como, en algunos casos, frente a falta de fase.

Pero contrariamente a lo que ocurre con los pequeños interruptores automáticos magneto térmicos, los guardamotores son regulables; resultado de lo cual se dispone en una sola unidad de las funciones que de otra manera exigirían por ejemplo la instalación de al menos tres unidades a saber: interruptor, contactor y relé térmico.

Seccionadores

Un seccionador es un componente electromecánico que permite separar de manera mecánica un circuito eléctrico de su alimentación, garantizando visiblemente una distancia satisfactoria de aislamiento eléctrico. El objetivo puede ser, por ejemplo, asegurar la seguridad de las personas que trabajen sobre la parte aislada del circuito eléctrico o bien eliminar una parte averiada para poder continuar el funcionamiento con el resto del circuito. ​

Un seccionador, a diferencia de un disyuntor o de un interruptor, no tiene mecanismo de supresión del arco eléctrico y por tanto carece de poder de corte. Es imperativo detener el funcionamiento del circuito con anterioridad para evitar una apertura en carga. En caso contrario, se pueden producir daños severos en el seccionador debidos al arco eléctrico.

Existen variaciones en la nomenclatura para algunos seccionadores según su uso. Por ejemplo, pero no solo:

·        Seccionador de puesta a tierra: Para trabajos y reparaciones en algunas partes de los circuitos eléctricos, suele ser un requisito de seguridad que dicha parte esté conectada a tierra durante los trabajos. En ese caso, se deben cerrar los correspondientes seccionadores de puesta a tierra.

·        Seccionador portafusibles: En baja tensión, el dispositivo incorpora en ocasiones un fusible, haciendo las veces de seccionador y portafusibles.

Tipos de seccionadores

Atendiendo a su forma constructiva y a la forma de realizar la maniobra de apertura, se distinguen cinco tipos de seccionadores empleados en alta y muy alta tensión.

- Seccionador de cuchillas giratorias: como su propio nombre indica, la forma constructiva de estos seccionadores permite realizar la apertura mediante un movimiento giratorio de sus partes móviles. Su constitución permite el uso de este elemento tanto en interior como en intemperie.

- Seccionador de cuchillas deslizantes: el movimiento de sus cuchillas se produce en dirección longitudinal (de abajo a arriba). Son los más utilizados debido a que requieren un menor espacio físico que los anteriores, por el contrario, presentan una capacidad de corte menor que los seccionadores de cuchillas giratorias.

- Seccionadores de columnas giratorias: su funcionamiento es parecido al de los seccionadores de cuchillas giratorias, la diferencia entre ambos radica en si la pieza aislante realiza el movimiento de manera solidaria a la cuchilla o no. En los seccionadores de columnas giratorias, la columna aislante que soporta la cuchilla realiza el mismo movimiento que ésta. Están pensados para funcionar en intemperie a tensiones superiores a 30 kV.

- Seccionadores de pantógrafo: estos seccionadores realizan una doble función, la primera la propia de maniobra y corte y la segunda la de interconectar dos líneas que se encuentran a diferente altura. En este tipo de seccionadores se debe prestar especial atención a la puesta a tierra de sus extremos.

¿Por qué no se usan seccionadores unipolares en alta tensión?: por el desequilibrio entre fases que podría generar, la conexión o desconexión parcial de la totalidad de las líneas. Este hecho es más grave cuanto más alto es el valor nominal de la tensión.

  

Reconectadores

El Reconectador es un dispositivo de interrupción (interruptor) de carga eléctrica, con posibilidad de recierre automático ajustable, monitoreo y operación telemandada.

Está compuesto básicamente por:

01. Tanque	02. Placa del mecanismo	03. Solenoide de cierre
04. Barra impulsora de contacto	05. Interruptor de vacío	06. Conexión flexible
07. Bushings aislantes de EPDM/Goma siliconada	08. Transformador de tensión (opcional)	09. Bushings aislantes según normas DIN 47 636-630
10. Transformador de corriente	11. Cables protegidos	12. Solenoide de apertura
13. Módulo de entrada del cable de comunicación (SCEM)	14. Soporte para la instalación de los descargadores	15. Entrada del cable de comunicación
16. Resorte de apertura	17. Barra de apertura	18. Enganche
19. Resorte de contacto	20. Contactos	21. Cable al gabinete de control
22. Armadura de la barra de apertura	23. Gas de Hexafluoruro de azufre (SF6)

Funcionamiento

El Reconectador posee interruptores de vacío (5) contenidos en un tanque de acero inoxidable grado marino 316, totalmente soldado y sellado (1), especialmente diseñado para el montaje sobre poste. Dicho tanque está lleno de gas de hexafluoruro de azufre (SF6) (23), el cual tiene excelentes propiedades de aislación eléctrica, lo cual da por resultado un equipo compacto y con un mínimo de mantenimiento.

El gabinete de control, el cual se instala a poca altura para facilitar el acceso, es el que aloja al Panel de Control del operador y a la unidad de microelectrónica. Dicho gabinete cumple con las funciones de protección y controla y monitorea al reconectador. Se conecta al reconectador mediante un cable umbilical enchufable (22).

El reconectador junto con el gabinete de control constituyen un equipo de monitoreo y control a distancia. El reconectador se cierra mediante un impulso de corriente controlada que proviene de un capacitor que se encuentra en el gabinete de control y que se transmite a través del solenoide de cierre (3) éste atrae la placa (2), la cual, a su vez, cierra los contactos (21) en el interruptor de vacío (5) mediante las barras impulsoras (4).

Los contactos, a su vez, se mantienen en posición cerrada por medio de las lengüetas del enganche (18) que se apoyan en la barra de apertura (17). La apertura de los contactos se logra mediante la liberación de un impulso de corriente controlada desde un capacitor y a través de la bobina de apertura (15).

Dicho impulso atrae a la armadura de la barra de apertura (16) que hace girar a esta última (17) y libera el enganche (18). El resorte de apertura (19) y los resortes de contacto (20) aceleran esta apertura de los contactos (21).

La presencia de la conexión flexible (6) está destinada a permitir que ocurra el movimiento de dichos contactos. Asimismo, los bushings aislantes (9) sirven para aislar el tanque (1) de los conductores, y proporcionan un doble sello para el tanque.

Dichos bushings brindan la aislación necesaria, y sirven de soporte para los sensores de tensión, que están encapsulados, y para los transformadores de corriente (7). Estos bushings cumplen con la norma DIN 47 636-630 (opción roscada), lo cual permite otro tipo de conexión de cables si se lo deseara.

Los bushings de material polimérico (10) y los 3 metros de cable de aluminio de 185 mm2 para 400 A con aislación al agua (11), se proveen en forma standard para realizar el montaje en sitio.

Esta disposición de los elementos permite tener un reconectador de dimensiones compactas, pero que, al mismo tiempo, se puede conectar a un sistema conductor ya sea aislado o desnudo, según sean las necesidades. Este sistema de conexiones totalmente aisladas permite que el equipo esté a salvo de fallas provocadas por los pájaros y otras especies de vida silvestre.

El soporte para el montaje de los descargadores (14) brinda mayor comodidad y practicidad a la instalación, (también se puede proveer el reconectador para montaje en subestación).

Se requiere una fuente de alimentación de tensión auxiliar de 110, 220, 240 o 415 V para alimentar la unidad. Si ésta no fuera conveniente, existe la opción de compra de un transformador interno de tensión (8). El gabinete de control se conecta mediante un cable umbilical (22) a la parte inferior del tanque del Reconectador a través de un dispositivo cubierto (12 y 13).

Un indicador de tamaño adecuado y de conexión directa al mecanismo del equipo muestra la posición de los contactos (Abierto/Cerrado) de un modo confiable, y es fácilmente visible desde el piso a 100 m de distancia. El reconectador se puede abrir desde el piso mediante el uso de una pértiga.

Posteriormente, dicho reconectado se puede bloquear aislando las bobinas de apertura y de cierre desde el Panel de Control del Operador.

Subestaciones Eléctricas

Subestaciones eléctricas.

Equipo primario

 

Introducción

Los equipos primarios en las subestaciones, como su nombre lo indica, es la parte más importante ya que de estos depende la calidad y el servicio de la energía eléctrica que será entregada al cliente. Cada uno de ellos elabora un papel muy importante en el sistema eléctrico nacional, desde los transformadores, capaces de transformar diferentes valores de voltaje-corriente, hasta los interruptores, que son muy utilizados para proteger y realizar maniobras para mantener los demás equipos en buen estado.

En el presente documento se expone cuáles son sus equipos primarios y que tipos hay, sus definiciones, sus partes, etc.

 

Definición, clasificación y elementos constitutivos de una subestación

Los elementos primarios que constituyen una subestación, según Enríquez, Harper (2005), son los siguientes:

1. Transformador.

2. Interruptor de potencia.

3. Restaurador.

4. Cuchillas fusibles.

5. Cuchillas desconectadoras y cuchillas de prueba.

6. Apartarrayos.

7. Tableros duplex de control.

8. Condensadores.

9. Transformadores de instrumento.

Sus respectivas definiciones, clasificaciones y (en algunos casos) elementos se exponen a continuación:

 

Transformadores de potencia

Un transformador es un aparato eléctrico que por inducción electromagnética transfiere energía eléctrica de uno o más circuitos, a uno o más circuitos a la misma frecuencia, usualmente aumentando o disminuyendo los valores de tensión y corriente eléctrica.

Los elementos básicos de un transformador de potencia son los siguientes:

1. Núcleo de circuito magnético.

2. Devanados.

3. Aislamiento.

4. Aislantes.

5. Tanque o recipiente.

6. Boquillas.

7. Ganchos de sujeción.

8. Válvula de carga de aceite.

9. Válvula de drenaje.

10. Tanque conservador.

11. Tubos radiadores.

12. Base para rolar.

13. Placa de tierra.

14. Placa de características.

15. Termómetro.

16. Manómetro.

17. Cambiador de derivaciones o taps.

Cabe mencionar que, debido al diseño del transformador, puede tener más elementos o menos de los mencionados.

CLASIFICACIÓN DE TRANSFORMADORES.

Los transformadores se pueden clasificar por:

a) La forma de su núcleo.

1. Tipo columnas.

2. Tipo acorazado.

3. Tipo envolvente.

4. Tipo radial.

b) Por el número de fases.

1. Monofásico.

2. Trifásico.

c) Por el número de devanados.

1. Dos devanados.

2. Tres devanados.

d) Por el medio refrigerante.

1. Aire.

2. Aceite.

3. Líquido inerte.

e) Por el tipo de enfriamiento.

1. Enfriamiento O A.

2. Enfriamiento O W.

3. Enfriamiento O W /A.

4. Enfriamiento O A /A F.

5. Enfriamiento O A /F A/F A.

6. Enfriamiento F O A.

7. Enfriamiento O A/ F A/F O A.

8. Enfriamiento F O W.

9. Enfriamiento A/A.

10. Enfriamiento AA/FA.

f) Por la regulación.

1. Regulación fija.

2. Regulación variable con carga.

3. Regulación variable sin carga.

g) Por la operación.

1. De potencia.

2. Distribución

3. De instrumento

4. De horno eléctrico

5. De ferrocarril

TIPOS DE ENFRIAMIENTO EN TRANSFORMADORES.

Para prevenir el rápido deterioro de los materiales aislantes dentro de un transformador, se deben proveer los medios de enfriamiento adecuados, tanto para el núcleo como para los devanados.

Los transformadores con potencias inferiores a 50 KVA se pueden enfriar por medio del flujo de aire circundante a los mismos. La caja metálica que los contiene se puede habilitar con rejillas de ventilación, de manera que las corrientes de aire puedan circular por convección sobre los devanados y alrededor del núcleo. Los transformadores un poco mayores se pueden construir de la misma manera, pero se puede usar la circulación forzada de aire limpio llamados tipo seco y se usan por lo general en el interior de edificios, retirados de las atmósferas hostiles.

Los transformadores del tipo distribución, menores de 200 KVA, están usualmente inmersos en aceite mineral y encerrados en tanques de acero. El aceite transporta el calor del trasformador hacia el tanque, donde es disipado por radiación y convección hacia el aire exterior del transformador. Debido a que el aceite es mejor aislante que el aire, se usa invariablemente en los transformadores de alta tensión.

En el caso de los transformadores enfriados por aceite, según Harper, los tanques se construyen de lámina o placa de acero común. Estos tanques pueden ser lisos, con paredes onduladas o con tubos radiadores, según sea la capacidad de disipación deseada.

Por tanto, los tipos de enfriamiento para transformadores se clasifican en:

Tipo OA.

Sumergido en aceite con enfriamiento propio. Por lo general en transformadores de más de 50 kva se usan tubos radiadores o tanques corrugados para disminuir las pérdidas; En capacidades mayores de 3000kva se usan radiadores del tipo desmontable. Este tipo de transformador con voltajes de 46kv o menores puede tener como medio de enfriamiento líquido inerte aislante en vez de aceite.

El transformador OA es el tipo básico y sirve como norma para capacidad y precio de otros.

Tipo OA/FA.

Sumergido en aceite con enfriamiento propio, por medio de aire forzado. Este básicamente un transformador OA con adición de ventiladores para aumentar la capacidad de disipación de calor.

Tipo OA/FA/FOA.

Sumergido en aceite con enfriamiento propio a base de aire forzado y aceite forzado. Este transformador es básicamente un OA, con adición de ventiladores y bombas para la circulación de aceite

Tipo FOA.

Sumergido en aceite, enfriado con aceite forzado y con enfriador de aire forzado. Este tipo de transformadores se usa únicamente donde se desea que operen al mismo tiempo las bombas de aceite y los ventiladores; tales condiciones absorben cualquier carga a pico a plena capacidad.

Tipo OW.

Sumergido en aceite y enfriado con agua. En este tipo de transformadores el agua de enfriamiento es conducida por serpentines, los cuales están en contacto con el aceite aislarte del transformador. El aceite circula alrededor de los serpentines por convicción natural.

Tipo AA.

Tipo seco, con enfriamiento propio, no contiene aceite ni otros líquidos para enfriamiento; son usados en voltajes nominales menores de 15 Kv en pequeñas capacidades.

Tipo AFA.

Tipo seco, enfriado por aire forzado. Estos transformadores tienen una capacidad simple basada en la circulación de aire forzado por ventiladores o sopladores.

AISLAMIENTOS EN TRANSFORMADORES.

Los tipos de aislamientos para transformadores de potencia se dividen en 4:

Clase A: Diseñados para operar a no más de 55°C de elevación de temperatura, que es el próximo al punto de embullición del agua, pero en el caso de los transformadores tipo seco, previene accidentes con materiales combustibles en el área con el transformador.

Clase B: La elevación de temperatura puede no exceder los 80°C en las bobinas, por lo general estos transformadores son más pequeños que los que usan aislamientos clase A.

Clase F: Se relaciona con elevaciones de temperaturas en las bobinas de hasta 115°C.

Clase H: Permiten diseñar para elevaciones de temperatura de 150°C cuando está operando el transformador a una temperatura ambiente de 40°C, para que alcance hasta 190°C y con el punto más caliente no exceda a 220°C.

CONTROL DE TEMPERATURA DEL TRANSFORMADOR.

La temperatura de un transformador se lee por medio de termómetros de mercurio y, en algunos casos, por medio de termopares colocados en los devanados que alimentan a milivóltmetros calibrados en °C.

Existen varios métodos para controlar la temperatura; los mas modernos son el control de temperatura por medio del dispositivo de imagen térmica con relevador T.R.O., y la protección por relevador Buchholz.

El método de IMEGEN TERMICA se basa en que cualquier sobrecarga o corto circuito dentro del transformador se manifiesta como una variación de corriente. El dispositivo está constituido por un a resistencia de calefacción o caldeo; alrededor se encuentra una bobina cuya función es recibir la corriente de falla en los devanados, que se detecta por medio de un transformador de corriente.

La corriente que circula por la bobina, al variar, crea una cierta temperatura en la resistencia, y esto se indica en un milivóltmetro graduado en °C.

El milivóltmetro se conecta por medio de un puntero o un relevador T.R.O. que consiste de 3 micro-switch: el primero opera a una temperatura de terminada y acciona una alarma, el segundo lo hace a una temperatura límite y acciona a la bobina de disparo del interruptor, quedando e transformador fuera de servicio.

También el relevador Bochholz nos sirve para controlar la temperatura del transformador. Se usa en los transformadores que usan tanque conservador; su principio de operación se basa en que toda falla interna del transformador va acompañada de una producción de gases.

El relevador Buchholz se conecta en el tubo que va del transformador al tanque conservador, de manera que los gases producidos en aquel hagan que el aceite del tubo suba de nivel,: Al variar el nivel se mueven y los flotadores que tienen en su interior el relevador. Los flotadores, a moverse, accionan un circuito de alarma, y si la falla es mayor accionan el disparo.

La presión en los transformadores se controla normalmente por medio de manómetros que pueden tener accionamiento automático.

El nivel de aceite se controla mediante indicadores de nivel que así mismo pueden tener accionamiento automático. La rigidez dieléctrica del aceite se controla tomando muestras periódicamente del aceite del transformador por medio de la válvula de muestra que se encuentra colocada por lo general en la parte inferior del transformador.

Conexión de transformadores.

Conexión delta-delta.

La conexión delta-delta en transformadores trifásicos se emplea normalmente en lugares donde existen tensiones relativamente bajas; en sistemas de distribución se utiliza para alimentar cargas trifásicas a 3 hilos.

Conexión delta-estrella.

Esta conexión se emplea en aquellos sistemas de transmisión en que es necesario elevar voltajes de generación. En sistemas de distribución es conveniente su uso debido a que se pueden tener 2 voltajes diferentes (fase y neutro).

Conexión de transformadores monofásico en bancos trifásicos.

Los transformadores monofásicos se conectan en bancos trifásicos principalmente en dos tipos de circuitos:

Conexión de transformadores monofásicos en bancos trifásicos.

Los transformadores monofásicos se conectan en bancos trifásicos principalmente en dos tipos de circuitos:

a) En circuitos de muy alto voltaje.

b) En circuitos donde se requiera continuidad en el servicio. Normalmente se dispone de cuatro transformadores monofásicos, tres en operación y uno de reserva.

Las conexiones se hacen en transformadores monofásicos para formar bancos trifásicos son en general las mismas que se llevan a cabo en los transformadores trifásicos.

Conexión estrella-estrella.

Esta conexión se emplea en tensiones muy elevadas, ya que se disminuye la cantidad de aislamiento. Tiene la desventaja de no presentar oposición a las armónicas impares; en cambio puede conectarse a hilos de retorno.

Conexión estrella-delta.

Se utiliza esta conexión en los sistemas de transmisión de las subestaciones receptoras cuya función es reducir voltajes. En sistemas de distribución es poco usual; se emplea en algunas ocasiones para distribución rural a 20 Kv.

Conexión delta abierta-delta abierta.

Esta puede considerarse como una conexión de emergencia en transformadores trifásicos, ya que si en un transformador se quema o sufre una avería cualquiera de sus fases se puede seguir alimentando carga trifásica operando el transformador a dos fases, solo que su capacidad disminuye a un 58.8% aproximadamente.

Los transformadores en V-V se emplean en sistemas de baja capacidad y usualmente operan como auto- transformadores.

Interruptores de potencia

Definición y tipos de interruptores.

Un interruptor es un dispositivo cuya función es interrumpir y restablecer la continuidad en un circuito eléctrico.

Si la operación se efectúa sin carga (corriente), el interruptor recibe el nombre de desconectador o cuchilla desconectadora.

Si la operación de apertura o de cierre la efectúa con carga(corriente nominal), o con corriente de corto circuito (en caso de alguna perturbación), el interruptor recibe el nombre de disyuntor o interruptor de potencia.

Los interruptores en caso de apertura, deben asegurar el aislamiento eléctrico del circuito.

Existen distintas formas de clasificar a los interruptores, una de ellas, según Harper, es por medio de extinción, pudiendo ser: interruptores en aceite (que ya no se utilizan), interruptores neumáticos, interruptores en vacío e interruptores en hexafloruro de azufre.

También se clasifican los interruptores como de construcción de "Tanque muerto" o de "Tanque vivo". De tanque muerto significa que el tanque del interruptor y todos sus accesorios se mantienen al potencial de tierra y que la fuente externa y conexiones a la carga se hacen por medio de boquillas convencionales. De tanque vivo significa que las partes metálicas y de porcelana que contienen el mecanismo de interrupción se encuentran montadas sobre columnas de porcelana aislante y están, por lo tanto, al potencial de línea. En la siguiente tabla se clasifican por medio de su interrupción y su disponibilidad.

Interruptor de aceite.

Los interruptores de aceite se pueden clasificar en 2 grupos:

1. Interruptores de gran volumen de aceite.

2. Interruptores de pequeño volumen de aceite.

Interruptores de gran volumen de aceite.

Estos interruptores reciben ese nombre debido a la gran cantidad de aceite que contienen. Generalmente se constituyen de tanques cilíndricos y pueden ser monofásicos. Los trifásicos son para operar a voltajes relativamente pequeños y sus contactos se encuentran contenidos en un recipiente común, separados entre sí por separadores (aislante). Por razones de seguridad, en tensiones elevadas se emplean interruptores monofásicos (uno por base de circuitos trifásicos.

Las partes fundamentales en los interruptores son:

Tanque o recipientes, 

Boquillas y contactos fijos, 

Conectores (elementos de conexión al circuito), 

Vástago y contactos móviles, 

Aceite de refrigeración, 

Cuando opera el interruptor debido a una falla, los contactos móviles se desplazan hacia abajo, separándose de los contactos fijos.

Al alejarse los contactos móviles de los fijos, se va creando una cierta distancia entre ellos, y en función de esta distancia está la longitud del arco eléctrico.

El arco da lugar a la formación de gases, de tal manera que se crea una burbuja de gas alrededor de los contactos, que desplaza una determinada cantidad de aceite. En la siguiente figura, se aprecia el proceso de interrupción.

Conforme aumenta la separación entre los contactos, el arco crece y la burbuja se hace mayor, de tal manera que al quedar los contactos en su separación total, la presión ejercida por el aceite es considerable, por lo que en la parte superior del recipiente se instala un tubo de fuga de gases.

Los interruptores de grandes capacidades con gran volumen de aceite originan fuertes presiones internas que en algunas ocasiones pueden explosiones. Para disminuir estos riesgos se idearon dispositivos donde se forman las burbujas de gas, reduciendo las presiones a un volumen menor. Estos dispositivos reciben el nombre de "cámaras de extracción" y dentro de estas cámaras se extingue el arco. El procedimiento de extinción es el siguiente:

1. Al ocurrir una falla se separan los contactos que se encuentran dentro de la cámara de extinción.

2. Los gases que se producen tienden a escapar, pero como se hallan dentro de la cámara que contiene aceite, originan una violenta circulación de aceite que extingue el arco.

3. Cuando el contacto móvil sale de la cámara, el arco residual se acaba de extinguir, entrando nuevamente aceite frío a la cámara.

4. Cuando los arcos se han extinguido, se cierran los elementos de admisión de la cámara.

En la siguiente figura se expone un diagrama de un interruptor de gran volumen de aceite con "Cámara de extinción".

El elemento de desconexión en los interruptores de gran volumen de aceite lo constituyen los contactos móviles. Estos contactos se pueden accionar en general de 3 maneras distintas:

·  Mecánicamente, por medio de sistemas volante-bielas o engrane-bielas.

·  Magnéticamente, por medio de un electroimán conocido como bobina de disparo que acciona el trinquete de retención de los contactos móviles al ser energizado; se puede energizar manualmente (por medio de botón) o automáticamente (por medio de relevador).

· La acción de conexión o desconexión se puede efectuar substituyendo el volante o los engranes con un motor eléctrico que puede operarse a control remoto.

Interruptores de pequeño volumen de aceite.

Los interruptores de reducido volumen de aceite reciben este nombre debido a que su cantidad de aceite es pequeña en comparación con los de gran volumen. (Su contenido varía entre 1.5 y 2.5% del que contiene los de gran volumen.)

Se constituyen para diferentes capacidades y voltajes de operación y su construcción es básicamente una cámara de extinción modificada que permite mayor flexibilidad de operación.

El funcionamiento de este interruptor es el siguiente:

1. Al ocurrir una falla se desconecta el contacto móvil 3 originándose un arco eléctrico.

2. A medida que sale el contacto móvil, se va creando una circulación de aceite entre las diferentes cámaras que constituyen el cuerpo.

3. Al alcanzar el contacto móvil su máxima carrera al aceite que circula, violentamente extingue el arco por completo.

4. Los gases que se producen escapan por la parte superior del interruptor.

Interruptores de aire.

Debido al peligro de explosión e incendio que representan los interruptores en aceite, se fabrican los interruptores neumáticos, en los cuales la extinción del arco se efectúa por medio de un chorro de aire a presión.

El aire a presión se obtiene por un sistema de aire comprimido que incluye una o varias impresoras, un tanque principal, un tanque de reserva y un sistema de distribución en caso de que sean varios interruptores.

El proceso general es el siguiente:

1. Cuando ocurre una falla la detecta el dispositivo de control, de tal manera que una válvula de solenoide acciona a la válvula principal, ésta se abre, permitiendo el acceso de aire a los aisladores huecos.

2. El aire a presión que entra en los aisladores huecos presiona por medio de un embolo a los contactos.

3. Los contactos accionan a los contactos que operan simultáneamente abriendo el circuito.

4. Como los aisladores huecos se encuentran conectados directamente a las cámaras de extinción, al bajar los contactos para accionar a los contactos el aire a presión que se encuentra en los aisladores entra violentamente a la cámara de extinción  extinguiéndose el arco.

Interruptores de vacío.

Los mejores conductores de electricidad, según Harper, son aquellos materiales que ofrecen la mayoría de electrones libres y, por el contrario, los mejores aisladores o dieléctricos ofrecen el mínimo número de electrones libres. Debido a que el vacío constituye una ausencia de cualquier substancia y, por lo tanto, una ausencia de electrones, en teoría, representa el mejor dieléctrico.

Basado en esta teoría, pueden haber grandes ventajas que se pueden realizar, si operan mecánicamente los contactos eléctricos cuando abren en una cámara de vacío.

La mayoría de los fabricantes han sido capaces de construir tales dispositivos para su uso en alta tensión. Dentro de las ventajas que se tienen, se pueden mencionar los siguientes: son más rápidos para extinguir el arco eléctrico, producen menor ruido durante la operación, el tiempo de vida de los contactos es mayor y elimina o reduce sensiblemente el riesgo de explosiones potenciales por presencia de gases o líquidos.

El mantenimiento de estos interruptores es reducido y se pueden usar en casi cualquier lugar, debido a que no son afectados por la temperatura ambiente u otras condiciones atmosféricas. En la siguiente figura se muestran las partes principales de tal interruptor.

Interruptores en hexafloruro de azufre (SF6).

El SF6 tiene excelentes propiedades aislantes y para extinguir arcos eléctricos, razón por la que ha sido usado exitosamente, por más de veinte años en la construcción de equipo en alta tensión. En el caso de los interruptores, el uso del SF6 representa una solución ventajosa, funcional y económica. Otra ventaja es el mantenimiento reducido en comparación con los demás. Harper (2003) indica que se fabrican en tensiones de hasta 800 kV y corrientes de corto circuito de hasta 63 kA con dos cámaras de interrupción por polo; dependiendo del voltaje y de la capacidad interruptiva, se encuentran distintas versiones:

·           Como cámara sencilla hasta 245 kV y 50 kA.

·           Como dos cámaras y columnas sencillas entre 245-550 kV y 63 kA.

·           Como cuatro cámaras y dos columnas hasta 800 kV y 63 kA.

Cada polo de un interruptor consiste ya sea de una, dos o cuatro cámaras interruptivas arregladas en serie.

Especificaciones para interruptores de potencia.

Existe una gran diversidad y al igual que en los transformadores se deben especificar generalidades, función del interruptor en la subestación, si la subestación es de tipo interior o intemperie, si es de accionamiento manual o automático.

Entre los datos técnicos que se deben proporcionar se pueden mencionar como funcionamiento los siguientes:

a) Tensión normal de operación.

b) Corriente nominal.

c) Corriente de ruptura en KA.

d) Capacidad de ruptura en MVA.

e) Capacidad de ruptura para S SRG, de duración de falla.

Algunas capacidades comerciales de interruptores son:

Tipo "GC" Un solo tanque.

Características. 14.4 KV 100, 250, 500 MVA.

TIPO "G" Tres tanques.

Características. 14.4 hasta 69 KV, -500 hasta 2500 MVA. Usado en transmisiones de potencia.

TIPO "GM" Montado sobre el piso.

Características. 69 hasta 1614 KV, -1500 hasta 1500 MVA. Empleando en sistemas de trasmisión.

TIPO "GW" 230 KV a 345 KV 1200 a 1600 Amp.

Este interruptor se emplea para circuitos de líneas de alto voltaje en que se requiere una capacidad de interrupción muy rápida, y con características de reenganche rápido efectivo.

Cuchillas y fusibles

Definición y operación de cuchillas desconectadoras.

la cuchilla desconectadora es un elemento que sirve para desconectar físicamente un circuito eléctrico. Por lo general se operan sin carga, pero con algunos aditamentos se puede operar con carga, hasta ciertos límites.

1.4.2 Cuchilla fusible.

La cuchilla fusible es un elemento de conexión y desconexión de circuitos eléctricos. Tiene dos funciones: como cuchilla desconectadora, para lo cual se conecta y desconecta, y como elemento de protección.

El elemento de protección lo constituye el dispositivo fusible, que se encuentra dentro del cartucho de conexión y desconexión. El dispositivo fusible se selecciona de acuerdo con el valor de corriente nominal que va a circular por él, pero los fabricantes tienen el correspondiente valor de corriente de ruptura para cualquier valor de corriente nominal.

Los elementos fusibles se construyen fundamentalmente de plata (en casos especiales), cobre electrolítico con aleación de plata, o cobre aleado con estaño.

Criterios de selección.

Según Harper, los criterios generales para la selección de las cuchillas son:

·   Garantizar un aislamiento dieléctrico a tierra y sobre todo en la apertura. Por lo general, se requiere entre puntos de apertura de la cuchilla un 15 o 20% de exceso en el nivel de aislamiento con relación al nivel de aislamiento a tierra.

·   Conducir en forma continua la corriente nominal sin que exista una elevación de temperatura en las diferentes partes de la cuchilla y en particular en los contactos.

·   Debe soportar por un tiempo especificado (generalmente 1 segundo) los efectos térmicos y dinámicos de las corrientes de cortocircuito.

·  Las maniobras de cierre y apertura se deben realizar sin posibilidad de que se presenten falsos contactos o posiciones falsas aún en condiciones atmosféricas desfavorables.

Apartarrayos

Naturaleza de las sobretensiones y sus efectos

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

1. sobretensiones de tipo atmosférico.

2. sobretensiones por fallas en el sistema.

1.5.2 Definición y operación de apartarrayos.

El apartarrayos es un dispositivo que nos permite proteger las instalaciones contra sobretensiónes de tipo atmosférico.

Las ondas que presentan durante una descarga atmosférica viajan a la velocidad de la luz y dañan al equipo si no se tiene protegido correctamente; para la protección del mismo se deben tomar en cuenta los siguientes aspectos:

1. descargas directas sobre la instalación

2. descargas indirectas

De los casos anteriores el mas interesante, por presentarse con mayor frecuencia, es el de las descargas indirectas.

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

Su principio general de operación se basa en la formación de un arco eléctrico entre dos explosores cuya operación esta determinada de antemano deacuerdo a la tensión a la que va a operar.

Se fabrican diferentes tipos de apartarayos, basados en el principio general de operación; por ejemplo: los más empleados son los conocidos como "apartarrayos tipo autovalvular" y "apartarrayos de resistencia variable".

El apartarrayos tipo autovalvular consiste de varias chapas de explosores conectados en serie por medio de resistencias variable cuya función es dar una operación más sensible y precisa. se emplea en los sistemas que operan a grandes tensiones, ya que representa una gran seguridad de operación.

El apartarrayos de resistencia variable funda su principio de operación en el principio general, es decir, con dos explosores, y se conecta en serie a una resistencia variable. Se emplea en tensiones medianas y tiene mucha aceptación en el sistema de distribución.

La función del aparterrayos no es eliminar las ondas de sobretensión

Presentadas durante las descargas atmosféricas, sino limitar su magnitud a valores que no sean perjudiciales para las máquinas del sistema.

Las ondas que normalmente se presentan son de 1.5 a 1 microseg. (Tiempo de frente de onda). La función del apartarrayos es cortar su valor máximo de onda (aplanar la onda).

Las sobretensiones originadas por descargas indirectas se deben a que se almacenan sobre las líneas cargas electrostáticas que al ocurrir la descarga se parten en dos y viajan en ambos sentidos de la línea a la velocidad de la luz.

Los apartarrayos protegen también a las instalaciones contra descargas directas, para lo cual tiene un cierto radio de protección. Para mayor seguridad a las instalaciones contra las cargas directas se instalan unas varillas conocidas como bayonetas e hilos de guarda semejantes a los que se colocan en las líneas de transmisión.

La tensión a que operan los apartarrayos se conoce técnicamente como tensión de cebado del apartarrayos.

El condensador se emplea como filtro con los apartarrayos de los generadores.

Mantenimiento a equipo primario

Es el cuidado que se debe tener en cualquier tipo de máquinas durante su operación, para prolongar su vida y obtener un funcionamiento correcto.

En el caso particular de los transformadores se requiere poco mantenimiento, en virtud de ser maquinas estáticas. Sin embargo, conviene que periódicamente se haga una revisión de alguna de sus partes, como son:

1. Inspección ocular de su estado externo en general, para observar fugas de aceite, etc.

2. Revisar si las boquillas no están flameadas por sobre tensiones de tipo externo o atmosférico.

3. Cerciorarse de que la rigidez dieléctrica sea la correcta, según las normas.

4. Observar que los aparatos indicadores funcionen debidamente.

5. Tener cuidado que los aparatos de protección y control operen en forma correcta.