Operacion de subestaciones
Enviado por sontoby • 8 de Diciembre de 2015 • Apuntes • 11.279 Palabras (46 Páginas) • 221 Visitas
Explicación del Tema 1 | ||||||
La resistencia es la oposición al paso de la corriente eléctrica. Los conductores tienen menos resistencia que los aisladores, o dicho de otra forma, los conductores pueden transportar más fácilmente los electrones libres que los aisladores. La resistencia es lo contrario de la conductancia. La resistencia de un alambre será mayor mientras más largo sea este y menor mientras más corto. También se puede reducir la resistencia aumentando la sección transversal o elevarla disminuyendo la sección transversal. La resistencia de todos los materiales cambia con la temperatura. En la mayor parte de los casos, cuando la temperatura de un material aumenta, su resistencia también aumenta. Pero, con algunos materiales, el aumento de la temperatura hace que la resistencia se reduzca. La cantidad en que se modifica la resistencia por cada grado de cambio de temperatura se llama coeficiente de temperatura. Las palabras “positivo” y “negativo” se usan para indicar si la resistencia aumenta o disminuye al variar la temperatura. Inductancia.- Cuando un electrón se mueve a través de un campo magnético se ejerce una fuerza sobre dicho electrón. Por lo tanto, cuando se mueve un conductor a través de un campo magnético, se ejerce una fuerza sobre cada uno de los electrones de dicho conductor. Las fuerzas se suman y el efecto es que se genera o se induce una fuerza electromotriz ó fem. La magnitud de la fem inducida es directamente proporcional a la intensidad de campo magnético, a la longitud del conductor, a la velocidad y dirección con que se atraviese el campo y al ángulo con que se atraviese el campo magnético. Cuando una corriente alterna fluye en un conductor, varia constantemente en magnitud. Como resultado el campo magnético también cambia constantemente. Cuando en un conductor el campo magnético comienza a crecer desde cero, las líneas de fuerza o de flujo se expanden desde el centro del conductor hacia afuera. Al expandirse hacia afuera, se puede decir que cortan al conductor. Lo que ocurre es que se induce una fem. En este caso es el campo el que se mueve y no el conductor, lo interesante es que haya un movimiento entre ambos no importando cual se mueva. A esto se le llama autoinducción. El valor de la fem inducida es proporcional a la corriente y a la frecuencia de la corriente. Como se ha mencionado anteriormente la autoinducción se presenta en un conductor debido a la variación del campo magnético. Con la autoinducción se induce una fem que se opone a la tensión de la fuente por lo que más acertadamente se le llama fuerza contraelectromotriz ó fcem. Entonces inductancia se le llama al fenómeno que presentan los conductores al paso de la corriente alterna y más aun dispositivos llamados inductores, bobinas o chokes. Al aplicar un voltaje a una inductancia o un circuito puramente inductivo la corriente que se establece a través de ella presenta una característica importante, se atrasa 90º respecto al voltaje aplicado. Una inductancia es una medida de cuanta fcem se genera en un componente inductivo. La unidad de medida es el henry, llamada así en honor de Joseph Henry quien comparte con Michael Faraday el honor del descubrimiento de la inducción. Puesto que la oposición al paso de la corriente debe tener unidades de resistencia ó impedancia hay una manera de cambiar los henrys a ohms. Capacitancia.- La capacitancia puede definirse en términos generales como la propiedad de un circuito, que le permite almacenar energía eléctrica por medio de un campo electrostático y liberar esta energía posteriormente. Los dispositivos que introducen capacitancia a los circuitos se llaman capacitores. Físicamente, existe un capacitor siempre que un material aislante separe a dos conductores que tengan una diferencia de potencial o voltaje entre sí. La capacitancia es una medida de lo bien que un capacitor puede almacenar carga eléctrica. Más exactamente, la capacitancia es proporcional a la cantidad de carga que se almacena en el capacitor por cada volt que se le aplica. La unidad de capacitancia es el farad, nombre que se ha dado en honor del físico Michael Faraday. Un capacitor tiene una capacitancia de 1 farad cuando un voltaje de 1 volt aplicado en sus placas almacena 1 coulomb de carga. La capacitancia es otro de los fenómenos que presentan los conductores y los dispositivos llamados capacitores al paso de la corriente eléctrica. Una capacitancia ofrece oposición al flujo de una corriente eléctrica de c-a en forma similar a un resistor o a un inductor. Se sabe que la cantidad de corriente alterna que conduzca un capacitor depende de la frecuencia de la tensión aplicada y de la capacitancia. Puesto que la oposición al paso de la corriente debe tener unidades de resistencia ó impedancia hay una manera de cambiar los faradios a ohms. Para varias capacitancias en paralelo el cálculo de la capacitancia equivalente o total se hace al igual que se hace para las resistencias en serie. Características de las líneas de transmisión Una línea de transmisión consta de tres parámetros que determinan su característica para transportar energía eléctrica en un sistema:
Resistencia.- Depende propiamente del material del conductor. R = p (L/A) Inductancia.- Cuando circula una corriente por un conductor se produce un campo magnético alrededor del conductor, el flujo magnético encuentra oposición al circular en el aire lo cual se traduce en una oposición al paso de la corriente a través del conductor, provocando una reactancia inductiva. La inductancia se genera por tres componentes
[pic 1] [pic 2] [pic 3] Capacitancia.- La línea se puede comportar como un capacitor, derivado de la diferencia de potencial que existe entre un conductor y otro, esto hace que se carguen como las placa de un capacitor. La capacitancia de la línea está en función de la longitud de la misma. La reactancia capacitiva varía en forma inversa con el valor de capacitancia [pic 4] [pic 5] Cálculo Eléctrico de líneas cortas Se define línea corta como aquella línea que por el nivel de voltaje y por la longitud el valor de Xc (Reactancia capacitiva) puede considerarse infinito, por lo cual el valor de la corriente puede considerarse igual a =0 [pic 6] Cálculo Eléctrico de líneas transmisión de longitud media Para líneas de transmisión de longitud media, (voltajes mayores de 65 kv y longitudes comprendidas entre 60 y 120 km. Se puede considerar la capacitancia concentrada en algún o varios puntos. [pic 7] Cálculo Eléctrico de líneas transmisión de longitud larga Se puede considerar la capacitancia distribuida en todo lo largo de la línea. [pic 8] Impedancias de secuencia
Una de las herramientas más poderosas para tratar con circuitos polifásicos desbalanceados es el método de las componentes simétricas desarrollado por Fortescue en 1918. Sistema por unidad Desde la fuente al punto de falla, el sistema genera, transmite y distribuye a diferentes rangos de voltaje, lo que dificulta el manejo de las redes de secuencia para determinar valores de impedancia y corriente. Se hace necesario utilizar un sistema de unidades que homogenice las variables utilizadas. [pic 9] Se puede deducir una ecuación que nos permita efectuar un cambio de base, como se requiere generalmente para un transformador que especifica su impedancia en % a capacidad y voltaje nominales. [pic 10] Secuencia positiva y negativa La impedancia de secuencia positiva y negativa de una línea (que tiene el mismo valor) depende además de las características físicas del conductor, de la disposición con respecto a los otros conductores, del sistema trifásico.
[pic 13] Secuencia cero Depende de varias condiciones. Las propiedades del terreno, el número de hilos de guarda, características físicas de los mismos y su disposición respecto a los conductores del sistema trifásico. [pic 14] [pic 15]
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Explicación del Tema 2 | ||||||
Reglas del Despacho y Operación del Sistema Eléctrico Nacional Área de control Norte, Subáreas de Control, Operación Ciudad y/o CSC [pic 20] [pic 21] Reglas de despacho y operación del Sistema Eléctrico Nacional. (Disposiciones generales) Es la base normativa para que quienes prestan sus servicios en CFE, en las áreas operativas de la red eléctrica puedan desempeñar eficientemente y de manera segura las actividades que les han sido encomendadas en el logro de los objetivos básicos de la Operación del Sistema Eléctrico Nacional (SEN). El presente Reglamento es de carácter técnico operativo y tiene como objetivo establecer las reglas a las que deberán sujetarse todos los trabajadores y funcionarios que intervengan o deban intervenir en el despacho y la operación del SEN. Corresponde al CENACE la interpretación, aplicación y vigilancia de las disposiciones contenidas en el presente Reglamento. En caso de duda sobre el alcance o interpretación que debe dársele a este Reglamento, el CENACE tomará las medidas conducentes con carácter provisional en tanto se dicten las normas y el alcance o interpretación correspondiente. El despacho y la operación del SEN tienen como finalidad la de hacer eficiente el suministro de energía eléctrica y hacer que se cumpla con los siguientes objetivos básicos: Seguridad Continuidad Calidad Economia
Para que el CENACE cumpla adecuadamente con sus funciones de despacho y operación del SEN, se tienen 4 niveles operativos jerárquicos, coordinados por el CENAL y subordinados técnicamente entre sí: Primer Nivel.- Centro Nacional (CENAL)
Nomenclaturas Para la segura y adecuada operación, la nomenclatura para identificar voltajes, estaciones y equipos, será uniforme en toda la República Mexicana. Deberá además facilitar la representación gráfica por los medios técnicos o tecnológicos disponibles en la operación. 1.- Área Central La identificación de la estación, se hará con el número del Área de Control seguida de la combinación de tres letras, y es responsabilidad de cada Área de Control asignarla, evitando que se repita esta identificación dentro del Área.
La identificación de un equipo de una instalación determinada, se hará con CINCO dígitos. El orden que ocuparán de acuerdo a su función los dígitos , se hará de izquierda a derecha. PRIMERO Tensión de operación
[pic 22] [pic 23] [pic 24] [pic 25] 1.1.1 Niveles de Tensión Se usarán los siguientes colores en mímicos y unifilares: [pic 26]
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Explicación del Tema 3 | ||||||
Equipos y materiales asociados Una subestación eléctrica es un conjunto de dispositivos eléctricos, que forman parte de un sistema eléctrico de potencia; sus funciones principales son: transformar y derivar circuitos de potencia. Tipos de subestaciones
Subestaciones Blindadas
Las subestaciones aisladas en SF6 se pueden aplicar en cualquier sistema de alta tensión y por su costo son más comúnmente empleadas en:
Subestaciones Intemperie Estas subestaciones se construyen en terrenos expuestos a la intemperie y requieren de un diseño, aparatos y equipos capaces de soportar el funcionamiento bajo condiciones atmosféricas adversas (lluvia, nieve e inclemencias atmosféricas. Tipos de Subestaciones Intemperie
Subestaciones Convencionales Son aquellas que son construidas con fierro estructural y soportería de equipos normalizados, así como la aplicación de arreglos con barras a una altura considerable y utilización de principios de operación comunes. Subestaciones en bajo relieve
Elementos Principales de una Subestación Eléctrica
Otros Elementos de una Subestación Eléctrica
Transformador de potencia
Importancia del transformador Conforme la industria eléctrica fue teniendo un mayor crecimiento, la dificultad de trasladar este tipo de energía de un lugar a otro, fue haciéndose más evidente, pues los circuitos eléctricos trabajaban en base a corriente directa y a baja tensión, lo cual los hacía sumamente ineficientes para la transmisión. Principio de funcionamiento
CÓMO SE CLASIFICAN LOS TRANSFORMADORES
Partes principales del transformador Las partes que componen un transformador son clasificadas en cuatro grandes grupos los cuales comprenden:
Las boquillas o bushings son dispositivos que se utilizan para sacar las terminales del primario y del secundario del interior del transformador hacia el exterior.
Se utiliza para indicar la temperatura del nivel superior del líquido aislante del transformador
Esta sirve para efectuar el drenado del aceite del transformador en su parte inferior
Interruptores de potencia
En este tipo de extinción el arco producido calienta el aceite dando lugar a una formación de gas muy intensa, que aprovechando el diseño de la cámara empuja un chorro de aceite a través del arco, provocando su alargamiento y enfriamiento hasta llegar a la extinción del mismo.
En general se usan en tensiones y potencias medianas. Este interruptor.
Los contactos están dentro de botellas especiales en las que se ha hecho el vacío absoluto, al abrir los contactos dentro de la cámara de vacío, no se produce ionización y , por tanto, no es necesario el soplado del arco ya que este se extingue prácticamente al paso por cero después del primer ciclo. El inconveniente principal de este tipo de interruptores es que por algún defecto o accidente se pueda perder el vacío de la cámara y al entrar aire y producirse el arco, pueda reventar la cámara. Las ventajas de este tipo de interruptores es:
En este tipo de interruptores las cámaras de extinción operan dentro de un gas llamado hexafluoruro de azufre que tiene una capacidad dieléctrica superior a otros fluidos dieléctricos conocidos, esto hace más compactos y mas durables los interruptores desde el punto de vista de mantenimiento. Ventajas del SF6:
Desventajas del SF6:
Cuchillas desconectadoras La cuchilla desconectadora es un elemento que sirve para separar o desconectar físicamente un circuito eléctrico. Por lo general opera sin carga, pero con ciertos aditamentos se pueden operar con carga, hasta ciertos límites. Clasificación de cuchillas desconectadoras:
Apartarrayos La función del Apartarrayos dentro de líneas y subestaciones de distribución ó transmisión, es de evitar que las sobretensiones generadas por medios atmosféricos dañen el equipo a proteger, al reducir su magnitud de onda. Su principio de operación se basa en la utilización de explosores con distancia con distancia previamente ajustada al voltaje de operación, donde al existir sobrevoltajes mayores a los de ajuste provoca un arco eléctrico estableciendo conexión a tierra. Su fabricación básicamente se hace de dos tipos que son: Autovalvulares: Empleados en voltajes elevados y consisten en varias capas de explosores seriada por resistencias variables para obtener mayor sensibilidad. Transformadores para medición Los altos valores de corriente y voltaje que se manejan en sistemas de potencia dificultan mediciones directas, haciendo necesaria la utilización de transformadores auxiliares para obtener valores reducidos y alimentar equipos de medición como wattmetros, voltímetro, amperímetro, etc. La capacidad de aparatos de medición a conectarse en transformadores de medición, dependerá de su capacidad de volt-amperes nominales, debiendo tener excesivo cuidado en no sobrecargarlo para evitar saturaciones de núcleo, disminuciones en la precisión y errores en la medición o protección. Los valores de relación de transformación son diferentes de acuerdo a voltaje y corriente de operación, pero sus secundarios serán siempre 67/120 volts y 5 amperes respectivamente. Tablero de control Es un dispositivo eléctrico que permite operar, analizar, transferir, proteger y sincronizar equipo eléctrico localizado a cierta distancia de acuerdo a normas de seguridad logrando esto por medio del equipo siguiente:
Clasificación de tableros:
Red de tierras Los sistemas de tierra tienen como función principal la de cuidar la seguridad del personal que atienda las instalaciones, de manera tal que no existan diferencias de potencial que pongan en peligro su vida cuando se presten condiciones de falla. Adicionalmente cumple funciones de operación al dar una referencia para los neutros de los transformadores, evitando se generen sobretensiones que dañen el equipo o bien limitar valores de corriente a tierra para que no se rebase los niveles de aislamiento. Estructuras La estructura metálica dentro de la construcción, operación y mantenimiento de subestaciones, juega un papel muy importante al permitirnos que por medio de ella se soporte, monte y sujete el equipo eléctrico necesario para operar subestaciones de potencia, guardando distancias de libramiento recomendables para evitar riesgos al personal. Buses Los buses pueden ser de tubo, cobre o aluminio o de cable, Cobre o ACSR; que interconectan varios equipos entre sí. Puede decirse que un bus es un multi-nodo. Los buses cumplen la función de recibir y distribuir energía. | ||||||
Explicación del Tema 4 | ||||||
La protección de los sistemas de Distribución ha evolucionado con el tiempo, desde los primitivos fusibles, hasta los equipos sofisticados cuyo funcionamiento está basado en el empleo de microprocesadores. Sin embargo, independientemente de los avances logrados para el desarrollo de los diversos dispositivos de protección disponibles en la actualidad, pueden identificarse 4 tipos fundamentales de equipos de protección, en función de su aplicación y principio de operación principalmente. Relevadores Los relevadores de protección son dispositivos que identifican condiciones anormales de operación del sistema. Estos son ajustados para operar bajo condiciones de falla, abriendo ó cerrando contactos propios o de sus auxiliares, para desconectar automáticamente los interruptores asociados al equipo fallado. Los relevadores proporcionan una indicación de su operación mediante banderas o señales luminosas. Los relevadores auxiliares se utilizan para disparar ó bloquear el cierre de algún(os) interruptor(es) y otras funciones de control y alarma. En la figura se representa en forma elemental un esquema de protección de sobrecorriente. El relevador recibe en su bobina de operación "B" la señal de corriente secundaria "Is" del transformador de corriente "TC". Esta corriente es proporcional a la corriente primaria "Ip". Cuando la corriente que sensa el relevador, "Is" es mayor al valor de arranque (puesta en operación, "pick-up"), su contacto "C" puede cerrarse en un tiempo instantáneo o retardado, y energizar la bobina de disparo "BD" del interruptor de potencia "52", para abrir y aislar del sistema la zona afectada. El contacto auxiliar (normalmente abierto) "52a", es utilizado para desenergizar la bobina de disparo una vez que éste ha ocurrido. El banco de baterías "BB" proporciona la energía confiable para abrir el interruptor. Esquema elemental de protección de sobrecorriente [pic 27] Tipos y características de operación de relevadores de sobrecorriente Por sus características de construcción los relevadores de sobrecorriente se pueden clasificar como:
Por sus características de tiempo de operación pueden ser:
Por sus características de tiempo-corriente, pueden ser:
Por sus características de rango de corriente y forma de conexión, pueden ser:
En la mayoría de los tableros de protección, control y medición construidos hasta 1980, se encuentran operando relevadores de sobrecorriente del tipo electromecánico (monofásicos). Con el avance de la tecnología se ha incrementado la producción de relevadores de estado sólido o microprocesado, lográndose una reducción considerable en el espacio empleado en los tableros, así como incrementar sus funciones. La similitud en las características de tiempo-corriente de los relevadores electromecánicos y microprocesados, hace posible coordinar los tiempos de operación entre relevadores electromecánicos y microprocesados ó viceversa. Definiciones. Relevador de Sobrecorriente Instantáneo (50). Es un relevador con "respuesta instantánea" para un valor pre-determinado de corriente. Su tiempo de respuesta u operación es menor a 3 ciclos (0.05 segundos). Relevador de Sobrecorriente con Retardo de Tiempo (51). Es un relevador con una "respuesta retardada" la cual se ajusta a una curva característica de tiempo-corriente definida o inversa que funciona cuando la corriente en el circuito excede de un valor pre-determinado. Se conoce como tiempo inverso a la característica de tiempo-corriente en que a mayor corriente, menor es el tiempo de "respuesta" del relevador; y consecuentemente a menor corriente, mayor será el tiempo de operación del relevador. Es decir, existe una relación de inversidad entre el comportamiento de ambos parámetros. Relevador de sobrecorriente electromecánico. Por su principio de funcionamiento se clasifican en:
Relevador de atracción electromagnética Se utiliza básicamente en la construcción de relevadores de sobrecorriente instantáneos. Generalmente es un electroimán cuya bobina es alimentada por un transformador de corriente. El émbolo construido de material ferromagnético, es atraído por el flujo en el entrehierro o mantenido en reposo (restricción) por la acción de un resorte o gravedad, como lo indica la figura. [pic 28] RELEVADORES DE ATRACCIÓN ELECTROMAGNÉTICA La fuerza de atracción del elemento móvil, es proporcional al cuadrado del flujo en el entrehierro. La fuerza actuante total puede expresase por la siguiente ecuación: F = K1 I2 - k2 de donde: F = Fuerza neta (operación). K1 = Constante de conversión de la fuerza. I2 = Valor eficaz de la corriente al cuadrado. K2 = fuerza de la retención (reposición). El contacto N.A. que cierra durante la puesta en operación (pick-up) del relevador es utilizado para el control de apertura o disparo de uno o varios interruptores. En los relevadores de sobrecorriente instantáneo (50), existe un tornillo de ajuste alojado en la parte superior. Variando la separación o altura del entrehierro se modifica la fuerza actuante. La operación del relevador se identifica por medio de una bandera coloreada, cuyo color depende de la marca del fabricante. Relevador de inducción electromagnética El relevador de sobrecorriente de inducción electromagnética es un motor de inducción de fase auxiliar con contactos. La fuerza actuante se desarrolla en un elemento móvil, que es un disco de material no magnético conductor de corriente, por la interacción de los flujos electromagnéticos con las corrientes parásitas (de Eddy) que se inducen en el rotor por estos flujos. Los relevadores más utilizados tienen la estructura del tipo watthorímetro. El rotor que es un disco, en su flecha se encuentra alojado un contacto móvil, en el armazón del relevador se localiza el contacto fijo. La mayor ó menor separación de los contactos se obtienen ajustando el ó la palanca y por consiguiente el tiempo de operación de los relevadores. RELEVADOR DE INDUCCION ELECTROMAGNETICA [pic 29] Un resorte en forma de espiral, cuyos extremos se encuentran fijados a la flecha ó disco y a una sección estática del relevador, proporciona al disco un par de reposición ó antagónico. Cuando el par de reposición del disco es ligeramente menor al par producido por la corriente que alimenta al relevador, el disco se "arranca". Al valor de ésta corriente expresada en amperes es conocido como el "pick-up" del relevador. Por otra parte este tipo de relevadores tienen disponible un rango de taps o derivaciones de la bobina de corriente. La regleta de Taps alojada en la parte superior del relevador, tiene un número determinado de orificios con rosca. Uno para cada derivación de la bobina que es conectada al TC. Por medio de un tornillo se selecciona el tap del relevador, y el valor de éste representa la corriente mínima de operación. Es decir, el tap seleccionado corresponde a la corriente secundaria capaz de "arrancar" al relevador. La corriente primaria de arranque es el producto de: Ipick-up = Tap x RTC Donde: Ipick-up : Corriente primaria de arranque RTC : Relación de transformación de corrientes. Tap : Ajuste de corriente secundaria del relevador. Aunque la mayoría de los relevadores dispone de un amplio rango de Taps, se recomienda hasta donde sea posible no ajustar al relevador en un tap mayor de 5 amperes, en razón de proteger el circuito secundario del TC, al prevenir su saturación evitando la circulación de corrientes superiores a la nominal secundaria durante periodos prolongados de tiempo. De esta manera el TC queda protegido por el propio relevador. Montado sobre el eje del disco se encuentra el contacto móvil. En la parte superior del eje, se tiene fijado un dial numerado de 0 a 10 (dependiendo del fabricante la numeración también puede ser de 0 a 11, ó de 0 a 1.0). La posición del dial determina la separación entre los contactos (fijo y móvil) del relevador. A este ajuste se le conoce como "PALANCA" y permite establecer un juego de curvas tiempo-corriente similares. Los ajustes de tiempo y corriente pueden ser determinados en las gráficas tiempo-múltiplo tap (corriente). Estas gráficas son familias de curvas proporcionados por el fabricante del relevador, indican el tiempo requerido en cerrar sus contactos para cada posición del dial, cuando la corriente es referida como múltiplo del tap seleccionado. El múltiplo de tap es obtenido de la siguiente relación [pic 30] Siendo: I= Corriente primaria ó de falla en amperes RTC= Relación de transformación del TC en P.U. Tap= Derivación de ajuste de corriente del relevador en amperes. Resumiendo los dos últimos incisos, se puede generalizar al relevador de sobrecorriente electromecánico como un relevador monofásico, alojado en una caja con tapa transparente y desmontable. en el interior se aloja una unidad de sobrecorriente instantánea (50) o una unidad de sobrecorriente de tiempo (51) o ambas unidades (50/51) con características de tiempo-corriente propias del relevador que no pueden ser modificadas. La unidad o unidades operadas son señalizadas por medio de banderas. Relevador de sobre-corriente estático. Los primeros diseños de relevadores estáticos se desarrollaron en la década de los 70's, fueron basados en la alta confiabilidad del transistor planar de silicio, esto marcó el inicio para el desarrollo de los circuitos integrados, compuertas digitales y circuitos lógicos; le siguieron circuitos digitales y más tarde memorias y microprocesadores. Con estos componentes se mejoraron las características de velocidad, sensibilidad, inmunidad a vibraciones, reducción en sus dimensiones y libre de mantenimiento. Las funciones de estos relevadores son semejantes a las obtenidas con los del tipo electromecánico, a pesar de que los relevadores estáticos carecen de partes móviles, la terminología relativa al ajuste y operación es similar a la empleada en los relevadores electromecánicos. Los relevadores de sobre-corriente utilizan los siguientes circuitos básicos:
Cada uno de estos circuitos, configuran una parte de los relevadores de sobre-corriente con retardo de tiempo, ilustrado en el diagrama de bloques de la figura. La corriente alterna que alimenta el relevador es convertida en voltaje de C.D. por medio de un transformador de corriente, un puente rectificador y una resistencia de carga conectada en paralelo, este voltaje es comparado con un nivel prefijado en el detector de nivel No. 1, el cual genera un pulso al temporizador cuando el nivel es excedido. El temporizador responde a un tiempo (en segundos). En el caso de relevadores de tiempo, es proporcional a la magnitud de la corriente de entrada. Para este caso, un circuito de forma es requerido. Generalmente el temporizador carga un capacitor, de manera que al alcanzar al valor prefijado en el detector de nivel No. 2, se genera un pulso de salida. Los pulsos para la operación del elemento instantáneo son obtenidos por medio del detector de nivel No. 3. El cual opera al pasar por alto al temporizador. Diodos emisores de luz (led's) son utilizados para abanderar la operación de los relevadores, los cuales están normalmente apagados. Se iluminan cuando uno de los valores de ajuste (pick-up) es superado. Pulsando el botón "Reset" se reponen. [pic 31] Relevador de sobre-corriente digital (numérico o microprocesado). Con la aplicación de microprocesadores se han desarrollado relevadores que además de cumplir con las funciones de protección, efectúan otras adicionales como son: medición, registro de eventos, localización de fallas y oscilografía. Lo anterior se realiza mediante el muestreo y manipulación de los parámetros eléctricos, los cuales son utilizados en forma numérica para resolver cada uno de los algoritmos que calcula el microprocesador para cumplir con las tareas anteriormente descritas. Estos relevadores son trifásicos y en un solo módulo están contenidas las unidades de fase y de neutro, reduciendo considerablemente sus dimensiones y el espacio ocupado por ellos en los tableros de control, medición y protección. Los relevadores microprocesados están constituidos básicamente de la siguiente manera:
En la figura se presenta un relevador digital en forma esquemática. [pic 32] Relevador digital de sobrecorriente Las curvas características de operación de los relevadores digitales son seleccionables y responden a ecuaciones matemáticas, las cuales han sido estandarizadas internacionalmente por la norma ANSI C57.11. En la figura se muestran dichas características. Las curvas mencionadas están determinadas por las ecuaciones indicadas en la tabla y son utilizadas por el microprocesador para determinar el tiempo (de operación) en segundos, bajo una condición de sobrecorriente dada. Ecuaciones normalizadas que definen diferentes características de operación tiempo-corriente, para relevadores microprocesados. [pic 33] [pic 34] CURVAS CARACTERÍSTICAS DE RELEVADORES DE SOBRECORRIENTE MICROPROCESADOS Equipo asociado a los relevadores de sobrecorriente. Los relevadores de sobrecorriente al operar, actúan sobre un interruptor de potencia o sobre un relevador auxiliar y éste sobre el interruptor. Por otra parte, su corriente de operación es recibida a través de los transformadores de corriente. Es decir, no existe una conexión directa entre éste dispositivo de protección y el sistema o equipo eléctrico al cual protege, tal y como la tienen el resto de los dispositivos descritos en incisos anteriores de éste capítulo; de ahí su alta precisión al trabajar con magnitudes de baja tensión. Así entonces, el principal equipo asociado a un esquema de relevador(es) de sobrecorriente es: a) Interruptor de potencia. b) Transformadores de corriente. INTERRUPTOR DE POTENCIA. Es un dispositivo que cierra o abre circuitos eléctricos con o sin carga, o con corriente de falla. Para circuitos o alimentadores de distribución los interruptor son trifásicos. Se seleccionan en base a la tensión del sistema, carga y corriente de cortocircuito en el punto de instalación, es decir, su capacidad interruptiva debe ser mayor que el valor de falla en el punto de instalación. La conexión ó desconexión se efectúa a través del movimiento relativo de los contactos del interruptor. El arco eléctrico es interrumpido dentro de la cámara de extinción. El medio de extinción puede ser aceite, aire, vacío o gas SF6. El control de interruptor ejerce las funciones de apertura y cierre, es alimentado a través de una fuente confiable de C.D. Utiliza una fuente de C.A. o C.D. para cargar el elemento mecánico que hace la apertura o cierre. Este elemento, puede ser neumático, hidráulico o de resorte. Para efectos de control eléctrico, la acción de liberar un trinquete o abrir una válvula, se efectúa a través de electroimanes que se energizan con ese control. Los electroimanes reciben el nombre de bobinas de cierre y disparo. Transformadores de corriente. Los dispositivos que proporcionan las señales de corriente del sistema de distribución a los relevadores son los transformadores de corriente. Sus funciones básicas son:
Un transformador de corriente trabaja bajo el mismo principio de funcionamiento de un transformador ideal. Refiriéndose a la figura 5-33 pueden establecerse las siguientes consideraciones:
[pic 35] Circuito equivalente de un transformador de corriente En esta figura se identifican las siguientes magnitudes: IP = Corriente primaria N = Relación de las espiras secundarias a primarias Zp = Impedancia arrollamiento primario Ze = Impedancia secundaria de excitación Ie = Corriente secundaria de excitación Es = Tensión secundaria de excitación Zs = Impedancia propia del devanado de baja tensión Is = Corriente secundaria Vt = Tensión final secundaria Zc = Impedancia de la carga La corriente primaria se transforma sin error de relación ó de ángulo de fase a una corriente IP / N, "conocida como corriente primaria referida al secundario". Parte de ésta corriente es consumida por la excitación del núcleo (Ie), la restante (IS) es la verdadera corriente secundaria. La corriente de excitación del núcleo es una función de la tensión secundaria de excitación (Ee) y de la impedancia secundaria de (Ze). La gráfica que relaciona el voltaje de excitación con la corriente de excitación es conocida como curva de saturación de un TC. La figura representa las curvas de saturación de un TC tipo boquilla, relación múltiple. Estas curvas son proporcionadas por el fabricante o determinadas mediante pruebas de campo. El efecto presentado por la disminución de la impedancia de magnetización del núcleo de TC, se observa con un aumento no proporcional en la corriente secundaria de excitación (localizada arriba de la rodilla de la curva de saturación). Este efecto es conocido como SATURACIÓN. Cuando se presenta, provoca en la mayoría de los casos un retraso en la operación de las protecciones de sobrecorriente: De lo explicado anteriormente puede analizarse el comportamiento de un TC ante diferentes situaciones, como las descritas a continuación:
La corriente primaria "IP" crece, la corriente IP/N crecerá proporcionalmente a la primera. Supongamos que la corriente "IP" es mayor a la especificada en el diseño de TC, las corrientes secundarias de excitación (Ie) y carga (IS), crecerán también. Al crecer la "Ie", la excitación del núcleo será mayor y como ya habíamos dicho, el efecto que se presentará será similar a la disminución de la impedancia secundaria de magnetización (Ze), provocando un crecimiento mayor de la corriente “Ie” que de la "IS". El aumento de la "Ie", presenta el efecto de la histéresis del núcleo magnético, traerá consigo un calentamiento y por lo mismo un daño si la exposición es prolongada.
Cuando la impedancia de carga (ZC) tiene una magnitud mayor a la que el TC puede alimentar, la tensión final secundaria (VT) será mayor para el valor de Ip que el transformador normalmente puede soportar sin problemas. Al ser mayor VT, la corriente de magnetización crecerá, logrando un efecto similar al anterior.
Cuando el circuito secundario abierto, toda la corriente primaria servirá para magnetizar el núcleo, provocando que el voltaje secundario "Vt" crezca hasta un valor dado por : Que normalmente es lo suficiente grande para provocar la ruptura del aislamiento entre espiras, explosión del TC o daños al personal. Clasificación ansi de la precisión. Los TC's son fabricados de acuerdo a las normas ANSI, la cual establece la capacidad del TC mediante una nomenclatura conformada por dos símbolos: una letra "C" ó "T" y un número que indica la capacidad del voltaje secundario en los bornes. Un TC de clase C-400, puede suministrar una corriente máxima de 20 veces la corriente secundaria nominal (5 X2 0 = 100 A), soportando un voltaje de hasta 400 volts en sus bornes, sin exceder el error de 10% permitido para estos casos. [pic 36] Las clases nominales de un TC están dadas en la siguiente tabla, donde se relacionan tanto con la potencia que puede suministrar el TC, como la máxima carga que es posible alimentar sin demérito de sus características de funcionamiento óptimo. CLASE NOMINALES EN TRANSFORMADORES DE CORRIENTE PARA APLICACIÓN DE PROTECCIONES [pic 37] Para los TC's de relación múltiple, la clase está dada para la relación máxima y ésta sigue una proporción directa al tomar una relación menor. EJEMPLO. [pic 38] Quedando para esa relación una capacidad de un "TC" clase C-200 EJEMPLO. Se tiene un TC de: Clase : C-400 La RTC de 200/5 determina la corriente de falla máxima que puede soportar el TC. (20 veces la In) "C" indica devanado uniformemente distribuido sobre el núcleo, evitando dispersión de flujo, con un error máximo permitido de 10%. "400" es la tensión máxima permitida en los bornes secundarios sin exceder el máximo error permitido de 10% "200/5" La corriente máxima de falla en el punto donde será colocado el TC no deberá exceder a 20 veces la I primaria del TC: 20 X 200 = 4000 A. primarios A 100 amperes secundarios, el TC puede soportar un voltaje máximo de 400 volts en sus bornes, sin exceder el error permitido de 10% VS = 400 volts. La impedancia máxima que se puede conectar a este TC es: Zmax = 400 / 100 = 4 Ohms. Es importante observar que la sumatoria de la impedancia propia del TC, conductores y relevadores no rebase la impedancia máxima del Burden. EJEMPLO. Se tiene un TC tipo boquilla de relación múltiple, cuyas curvas de saturación se muestran en la figura 5-16, que alimentará a un relevador de fase de las siguientes características. Tap 10 con 1.0 Ohms de Zrelevador Tap 6 con 1.6 Ohms de Zrelevador Tap 5 con 2.0 Ohms de Zrelevador Tap 4 con 2.5 Ohms de Zrelevador Tap 3 con 3.2 Ohms de Zrelevador. La impedancia de conductores incluye la propia del TC y es: 2 Ohms El TC debe operar con una corriente primaria de 100 amp Seleccionando una RTC de 100/5 (N=20) nos proporcionaría una I de 5 amperes Seleccionando Tap 5 en el relevador N = 20 VS = IS (Zcables + Zrelevadores) VS = 5 (2.0 + 2.0) = 20 volts Con esta tensión se ingresa a la curva de saturación para determinar la corriente de excitación para la RTC de 100/5. Encontramos que es de 2 amperes, localizada arriba de la rodilla de la curva de saturación. La corriente primaria será: IP = N IS + N Ie IP = 20(5) + 20(2) IP = 140 ampEste valor de la corriente es demasiado alto comparado a los 100 amperes esperados, representando un error del: [pic 39] Seleccionando una RTC de 200/5 (N = 40), la Isecundaria es de 2.5 amperes, y disminuyendo el Tap del relevador a 3 amperes: VS = 2.5 (3.2 + 2.0) = 15.6 volts Entrando de nuevo en la curva de saturación para determinar Ie, para una relación de 200/5, se tiene que corresponde a un valor de 0.2 amperes. Calculando nuevamente la I primaria, para determinar el porciento de error: IP = 40(2.5) + 40(0.2) = 108 amp. [pic 40] Otra manera de evaluar el TC es mediante la gráfica de características de precisión estándar de la norma ANSI de transformadores de corriente clase C, ilustrada en la figura donde se muestran los valores de corriente máxima que puede suministrar el TC, según su clase, sin excederse al 10% de error permitido por la norma. Estas curvas están directamente relacionadas con la capacidad de carga del TC en Ohms. Es importante aclarar que un TC de relación múltiple con una clase determinada, la gráfica es válida solo para la relación máxima, para relaciones inferiores, la capacidad se reduce en forma proporcional a la RTC. Además de las curvas de excitación, el fabricante debe suministrar la siguiente información: a.- Sobrecorriente de corta duración para la capacidad térmica y mecánica para un segundo. b.- Resistencia de los devanados secundarios. La capacidad mecánica del TC para corrientes de corta duración se refiere a la capacidad de soportar el valor rms de una corriente con la onda de corriente totalmente desplazada. La capacidad térmica se refiere a la máxima corriente que puede soportar el TC durante un segundo, antes de alcanzar una temperatura de 250 °C. [pic 41] TIPOS DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE. Los TC's pueden estar integrados al equipo primario o separados de el. Los TC' integrados son del tipo boquilla (dona), se encuentran alojados en la parte inferior de las boquillas, en interruptores y transformadores de potencia. Los que se instalan por separado al equipo primario son del tipo "devanado" o "pedestal" su costo es superior debido a que su tipo de aislamiento es similar al equipo primario. Pueden tener uno o varios devanados secundarios, embobinados a su vez sobre uno o varios circuitos magnéticos. Si el TC tiene varios circuitos magnéticos, se comporta como si fueran varios transformadores, diferentes. El circuito de mayor precisión es utilizado para medición y los demás para protección. Los devanados pueden ser de relación fija, doble relación o relación múltiple. La relación de transformación de corriente se expresa con un número quebrado. El numerador es el valor de la corriente primaria (en amperes), el denominador es la corriente secundaria (5 amperes nominales). En la figura se representa un diagrama de devanado desarrollado para un secundario con relación múltiple, se indican los Taps o derivaciones con su número de espiras entre terminales para un TC de 1200/5 A. Es importante observar las marcas de polaridad instantánea de las corrientes. Correspondientemente en la tabla se indican las diferentes relaciones de transformación disponibles para dicho TC. [pic 42] TRANSFORMADOR DE CORRIENTE DE RELACIÓN MÚLTIPLE RELACIONES DE TRANSFORMACIÓN DISPONIBLES PARA EL TC DE RELACIÓN MÚLTIPLE DE LA FIGURA [pic 43] CONEXIONES DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE. Los tipos de conexiones de TC's más usados en los esquemas de protección por sobrecorriente son: a.- Conexión monofásica b.- Conexión estrella La conexión monofásica se emplea para conducir las corrientes de secuencia cero (3I0) que circulan a través del neutro de un transformador. Esta corriente es sensada por un relevador de sobrecorriente a tierra como se muestra en la figura. [pic 44] La conexión estrella es usada en sistemas trifásicos. La corriente secundaria de cada fase es conducida y conectada en serie con los circuitos de relevadores de fase, que al igual que los devanados de los secundarios están conectados en estrella. Según el tipo de protección empleada, se puede contar o no con un relevador en el neutro (ver figura). Debe cuidarse que la conexión de los puntos de polaridad sea la correcta para las 3 fases. La inversión de una o dos fases desbalanceara la estrella, provocando una corriente residual en el neutro. La inversión de las polaridades de las 3 fases, invertirá únicamente la dirección de las corrientes secundarias. Esta acción no afecta a los esquemas de protección por sobrecorriente no direccionales. [pic 45] CONEXIÓN TRIFÁSICA DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE EFECTOS DE LAS CORRIENTES DE FALLA EN LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE. De la misma manera que las corrientes de falla afectan a equipos eléctricos tales como transformadores, conductores, etc.; los transformadores de corriente deben seleccionarse adecuadamente para evitar su daño o el causar problemas a los relevadores de protección. Los efectos térmicos y dinámicos obligan a dimensionar adecuadamente el primario de los TC´s. Las normas ANSI C57.13 e IEC 44 indican que los transformadores de corriente para aplicación en sistemas de protección, deben ser clase C; correspondiendo a aquellos cuyo bobinado esta uniformemente repartido, siendo por tanto despreciables las pérdidas de flujo. Esta clase de transformadores de corriente tiene un error de relación menor del 10 % hasta 20 veces la corriente nominal. Por estar conectados en serie en las líneas y redes de distribución, los transformadores de corriente están sometidos a las mismas sobretensiones y sobrecorrientes que existen en el sistema. En general las sobrecorrientes son considerablemente superiores a las corrientes nominales de los transformadores de corriente y originan efectos térmicos y dinámicos que pueden dañar a estos equipos. La corrientes de corto circuito crean problemas tanto térmicos como dinámicos a los transformadores de corriente, debiendo ser estos capaces de soportar su intensidad de calentamiento nominal, sin que la temperatura de los arrollamientos sobrepase el valor admisible según la clase de aislamiento. Se considera que todo el calor producido queda almacenado en el conductor primario, cuyo calentamiento máximo se determina en cada norma De acuerdo con las normas ANSI solo se admiten dos tipos de transformadores de corriente, desde el punto de vista de calentamiento: los de clases 55 y 30 grados centígrados respectivamente. Lo anterior da como resultado que los valores de intensidad de calentamiento sean de acuerdo a normas ANSI de 1.00, 1.33, 1.50, 2.00, 3.00 y 4.00; además la normativa mencionada específica para cada una de estas clases una variación de intensidad limite térmica (r.f.). Los esfuerzos dinámicos o mecánicos son función del valor máximo de cresta de la corriente de corto circuito. La intensidad dinámica de cortocircuito se obtiene a partir de la térmica, teniendo en cuenta que esta viene dada en valor eficaz y aquella en valor de cresta máxima. Por lo tanto la resistencia mecánica de los T.C.¨s. al corto circuito está dada en función de la intensidad del límite térmico y dinámico. Para el caso en CFE, y de acuerdo a la normativa internacional vigente, se ha establecido que los T.C.¨s. soporten hasta 20 veces su corriente nominal sin ningún problema. Por lo tanto en el lugar donde se instalen este tipo de equipos, el nivel de corto circuito por ningún motivo debe de superar 20 veces la corriente nominal primaria del transformador de corriente. EJEMPLO. Si en un alimentador la carga es de 80 Amperes podría pensarse que un transformador de corriente de 100/5 es suficiente, lo cual es correcto si el nivel de corto circuito es menor de 2000 Amp. Sin embargo en el caso de que el nivel de corto circuito sea de 4700 Amperes, entonces debe seleccionarse otra relación. En este caso debe ser cuando menos de: 4700 / 20 = 235 Por lo tanto tiene que seleccionarse una relación de 250/5 ó mayor, según la disponibilidad del equipo. Con un mayor detalle, en la sección de apéndices de este procedimiento se incluye un documento relativo a la selección de transformadores de corriente para propósitos de protección. | ||||||
Explicación del Tema 5 | ||||||
SISTEMA DE COMUNICACIONES EN INSTALACIONES DE 115 KV
SISTEMA DE CONTROL SUPERVISORIO EN INSTALACIONES DE 115 KV
SISTEMA OPLAT El Sistema OPLAT (Onda Portadora por Línea de Alta Tensión) emplea las Líneas de Alta Tensión, para transmitir Señales telefónicas , telemaniobra (control supervisorio) ,telegráficas y de protecciones , utilizando el procedimiento de banda lateral única con supresión de la portadora y Modulación de Amplitud en la banda de frecuencias de ( 35 a 500 ) Khz, ofreciendo este Sistema: a.- Grandes alcances (hasta 400 Kms) Por aprovecharse la energía al máximo para la transmisión de los mensajes. Para conectar el Equipo OPLAT , se debe cuidar que ni el personal de servicio, ni los Equipos conectados tengan peligro debido a la Alta Tensión, requiriéndose lo siguiente: [pic 46]
EQUIPO OPLAT ES500 [pic 49] TRAMPA DE ONDA HORIZONTAL [pic 50]
TRANSFORMADOR DE POTENCIAL CAPACITIVO
FACTORES A CONSIDERAR PARA DISEÑO DE ENLACE OPLAT
FACTORES QUE AFECTAN A ENLACES OPLAT
SISTEMA VHF-FM El Sistema VHF-FM, es el medio de Comunicación inalámbrico utilizado para efectuar las labores diarias de los diferentes Departamentos y Áreas de CFE, empleando el ancho de banda de (146 a 174) Mhz, a través de Radios Portátiles, Móviles, Bases y Repetidores. FACTORES A CONSIDERAR PARA DISEÑO DE ENLACE POR RADIO
SISTEMA UHF-FM (CONTROL SUPERVISORIO) El Sistema UHF-FM, es el medio de Comunicación inalámbrico utilizado para transportar las señales del Control Supervisorio en las Subestaciones de 115 KV., empleando el ancho de banda de (449 a 470) Mhz., a través de Radios Móviles adecuados como Radios Bases, manejando la velocidad de los datos de (300 a 1200) Baudios. SISTEMA DE CONTROL SUPERVISORIO (UNIDAD TERMINAL REMOTA) La UTR (Unidad Terminal Remota) es un Sistema Electrónico que recibe señales de campo digitales ( Indicación de apertura o cierre ) y analógicas (Mediciones) , así como salidas digitales (óordenes de apertura o cierre) para efectuar controles.
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