8.1 Subestaciones

UNIDAD 3. “FUERZA ELÉCTRICA” Alumnas: Albarán Torres Linda Del Ángel Salgado Anahid Osornio Velázquez Ma. Cecilia Pérez Montoya Luz Mariana Urban Urban Ma. de la Luz Grupo: IQ-181

Asignatura: Ingeniería de Servicios Auxiliares

Profesor: M. en C. e I. William Sánchez Ortiz

CONTENIDO GENERAL

Subestaciones eléctricas

Introducción

Transformadores

INTRODUCCIÓN

ORIGEN DE LA FUERZA ELÉCTRICA

¿QUÉ ES LA ELECTRICIDAD? La electricidad es un conjunto de fenómenos físicos referentes a los efectos producidos por las cargas eléctricas tanto en reposo como en movimiento. Figura 2. Benjamín Franklin

Figura 1. Electricidad

Fue Benjamín Franklin quien denomino a los dos tipos de cargas, positiva y negativa; dedujo que cuando una carga se produce, siempre otra de magnitud idéntica pero de carga opuesta se crearía. 3

INTRODUCCIÓN

ORIGEN DE LA FUERZA ELÉCTRICA

¿QUÉ ES LA ELECTRICIDAD? Por lo tanto puede definirse como el movimiento de cargas eléctricas llamadas electrones. Figura 3. Átomo

Los átomos de la materia contienen electrones, que son partículas con cargas negativas. Los electrones se mueven alrededor del núcleo de su átomo, el cual contiene partículas cargadas positivamente llamadas protones.

Figura 4. Electrones

Figura 5. Cargas positivas y negativas 4

INTRODUCCIÓN

ORIGEN DE LA FUERZA ELÉCTRICA

TIPOS DE ELECTRICIDAD

Estática

Dinámica

•Corriente Continua (CD) •Corriente alterna (CA)

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INTRODUCCIÓN

TIPOS DE ELECTRICIDAD

ORIGEN DE LA FUERZA ELÉCTRICA a) Electricidad estática

La electricidad estática es electricidad sin movimiento (estática = estacionario). Ya que la electricidad se define como una forma de energía, se concluye que la electricidad estática debe ser energía eléctrica potencial. Figura 6. Electricidad estática

A la cantidad de electricidad con que se carga una sustancia se le llama carga eléctrica, se representa por la letra (Q) y se mide en el sistema internacional (S.I.), en culombios (C). 1 culombio = 6.25 x 1018 electrones libres

Figura 7. Carga eléctrica

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INTRODUCCIÓN

ORIGEN DE LA FUERZA ELÉCTRICA

TIPOS DE ELECTRICIDAD

a) Electricidad dinámica

La corriente eléctrica son las cargas eléctricas en movimiento

La corriente eléctrica consiste en el movimiento ordenado de cargas eléctricas por un material. Las cargas que se mueven por los aparatos eléctricos que usamos a diario son las cargas negativas.

Figura 8. Corriente eléctrica

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INTRODUCCIÓN

CORRIENTE ELÉCTRICA

a) Corriente directa

Figura 9. Corriente directa

También conocida como corriente continua (CC), siempre fluye en la misma dirección. Los electrones fluyen en una sola dirección pues la polaridad del voltaje o de la fuente de la FEM es la misma; una de las terminales o polos de la batería es siempre positiva y la otra negativa.

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INTRODUCCIÓN

b) Corriente alterna

CORRIENTE ELÉCTRICA Produce un voltaje que regularmente se va alternando, aumentando desde cero hasta un máximo positivo y decreciendo desde este máximo hasta cero, para volver a aumentar hasta un valor máximo negativo y decrecer hasta llegar nuevamente a cero; a esta variación completa se le llama ciclo.

Figura 10. Corriente alterna

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INTRODUCCIÓN

ONDA SINUSOIDAL

Es a partir de una corriente alterna. La corriente eléctrica inducida obtenida tiene una forma llamada sinusoidal. El voltaje y corriente alternas producidos por el movimiento rotatorio de un generador asumen la forma de una onda o curva sinusoidal.

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INTRODUCCIÓN

ORIGEN DE LA FUERZA ELÉCTRICA

¿QUÉ ES UNA DESCARGA ELÉCTRICA? Es el pasaje de una corriente eléctrica que se produce entre dos electrodos, a través de un medio que puede ser sólido, líquido o gaseoso.

Figura 11. Descarga eléctrica

Para que haya una descarga eléctrica es condición previa la existencia de una diferencia de potencial. La descarga tiende al equilibrio de esa diferencia de potencial, para que no caiga esa diferencia es necesaria una fuente productora de tensión en forma permanente, sino no existiría descarga. 11

INTRODUCCIÓN

CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES

Aislante

• Materiales que no dejan pasar la corriente o la dejan pasar muy difícilmente, ejemplo porcelana, madera, etc.

Figura 12. Madera

• Materiales por los que puede circular la corriente eléctrica con Conductores facilidad, como el cobre, el oro, la plata, etc. Figura 13. Cobre

• Que ocupan una posición especial entre los dos anteriores, tales Semi como el silicio y el germanio. conductores Figura 14. Silicio

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INTRODUCCIÓN

CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES

Figura 15. Materiales en la electricidad

Figura 16. Materiales en la electricidad

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INTRODUCCIÓN

ORIGEN DE LA FUERZA ELÉCTRICA

LEY DE CARGAS: “Los objetos con cargas diferentes se atraen, mientras que los cuerpos con cargas iguales se rechazan”

Figura 17. Ley de cargas 14

INTRODUCCIÓN

ORIGEN DE LA FUERZA ELÉCTRICA

COMPORTAMIENTO DE LOS CUERPOS CARGADOS Hay tres posibles combinaciones de cargas diferentes: • Neutro/positivo • Neutro/negativo • Negativo/positivo

Hay dos combinaciones posibles de cargas iguales: • Positiva/positiva • Negativa/negativa

Figura 18. Cargas del átomo

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INTRODUCCIÓN

PARÁMETROS ELÉCTRICOS

VOLTAJE El flujo de electrones requiere mantener una fuerza o presión (voltaje) que empuje los electrones en forma continua. Esta fuerza generalmente se conoce con el termino de fuerza electromotriz o FEM. Figura 19. Voltaje

El voltaje o la FEM es la diferencia de la carga eléctrica entre dos puntos. Con el fin de mantener esta diferencia, debe existir un exceso de electrones en un cierto lugar y una deficiencia o falta de electrones en otro lugar. Figura 20. Símbolo voltaje 16

INTRODUCCIÓN

PARÁMETROS ELÉCTRICOS

VOLTAJE La unidad de medida es el volt o voltio. El aparato que usamos para medir este parámetro eléctrico es el voltámetro o voltímetro, el cual se conecta en paralelo a la línea para efectuar la medición.

El voltaje es comúnmente representado por los símbolos “E o V”.

Figura 21. Voltímetro

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INTRODUCCIÓN

PARÁMETROS ELÉCTRICOS

RESISTENCIA El flujo de electrones necesita un material que permita por su medio un fácil desplazamiento de los electrones. La oposición que presenta un material al flujo de electrones es conocida como resistencia. Figura 22. Resistencia a la fricción

En algunos aisladores, como la cerámica y los plásticos, los electrones están fuertemente amarrados a sus átomos. Mientras el voltaje no sea muy alto generalmente miles de voltios, no se mueve ningún electrón. Figura 23. Choque entre átomos

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INTRODUCCIÓN

PARÁMETROS ELÉCTRICOS

POTENCIA Es la rapidez o velocidad con que la energía eléctrica asume otra forma. En un sistema mecánico, la potencia es la rapidez con la que se realiza un trabajo, es decir, la cantidad de trabajo que puede hacerse en una cantidad especifica de tiempo.

Figura 24. Potencia

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INTRODUCCIÓN

PARÁMETROS ELÉCTRICOS

WATT El Watt es la medida utilizada para representar la Potencia Eléctrica y establece a qué velocidad puede transformarse la Energía Eléctrica

Figura 25. WATT

Descubierto por Janes Watt quien fue el creador de las primeras máquinas de vapor Figura 26. Janes Watt 20

INTRODUCCIÓN

PARÁMETROS ELÉCTRICOS

WATT Es representada con el símbolo W y equivale a 1 Joule por segundo (J/s)

El Joule es la medida utilizada para medir la cantidad de energía que se utiliza

En el caso de la electricidad el Watt se define como la potencia generada de acuerdo a la diferencia entre una corriente eléctrica de 1 amperio y 1 voltio Figura 27. Comparación focos

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INTRODUCCIÓN

PARÁMETROS ELÉCTRICOS

La LEY DE WATT debe usarse para calcular potencias, voltajes o corrientes.

Figura 28. Ley de Watt

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INTRODUCCIÓN

PARÁMETROS ELÉCTRICOS

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INTRODUCCIÓN

PARÁMETROS ELÉCTRICOS

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INTRODUCCIÓN

FUERZA ELÉCTRICA

¿QUÉ ES UN CIRCUITO ELÉCTRICO?

El medio de desconexión de la electricidad, que se conoce como interruptor.

El medio de transmisión de electricidad, que son los cables.

La fuente generadora de tensión o electricidad. Ésta puede ser un generador, una batería, la salida de un transformador o la alimentación La carga, que es donde se utiliza la electricidad; puede ser un motor, un foco, una lavadora, una televisión, una computadora, etcétera.

Figura 29. Circuito eléctrico

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INTRODUCCIÓN

FUERZA ELÉCTRICA 1) GENERACIÓN

Figura 30. Generación Hidroeléctrica

Figura 31. Generación Térmica

Figura 32. Generación Solar

Figura 33. Generación Eólica 26

INTRODUCCIÓN

FUERZA ELÉCTRICA

2) TRANSMISIÓN

Generalmente las plantas generadoras de electricidad se encuentran lejos de los puntos de uso, como las ciudades o los centros industriales, por lo que es necesario transmitir la electricidad hasta esos puntos. Figura 34. Transmisión de energía eléctrica

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INTRODUCCIÓN

FUERZA ELÉCTRICA

3) DISTRIBUCIÓN

PRIMARIA

Figura 35. Distribución

Cuando las líneas de transmisión llegan a los lugares de consumo, el voltaje es reducido en subestaciones para poder distribuirlo de manera más segura.

SECUNDARIA

Para poder utilizar la energía eléctrica, el voltaje de distribución primaria es reducido a valores seguros para su uso. La reducción del voltaje se lleva a cabo mediante transformadores. 28

INTRODUCCIÓN

FUERZA ELÉCTRICA

Figura 36. Proceso de la energía 29

INTRODUCCIÓN LOS SERVICIOS AUXILIARES DENTRO DE LA INDUSTRIA: La instalación de los servicios auxiliares eléctricos de una central debe estar fundamentada por tres criterios principales: 1.-Ser técnicamente realizable 2.-Económicamente factible 3.-Disponer de una alta confiabilidad procedente, debido al carácter imprescindible que tienen los servicios auxiliares para el funcionamiento de una empresa.

Figura 37. Factibilidad en una empresa

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INTRODUCCIÓN

SERVICIOS AUXILIARES ELÉCTRICOS: CLASIFICACIÓN: DE CORRIENTE ALTERNA

DE CORRIENTE DIRECTA

De unidad

Cargador de baterías

De la subestación

Banco de baterías

No esenciales de la casa de máquinas

Tablero de distribución

Externos 31

INTRODUCCIÓN

SERVICIOS AUXILIARES ELÉCTRICOS: DE CORRIENTE ALTERNA:

De unidad

De subestación No esenciales de la casa de maquinas Externos

• Esenciales para el arranque, marcha y parada de las máquinas. Requieren una buena confiabilidad y representan una carga baja.

• No son servicios relacionados directamente con las máquinas, su operación es necesaria para el funcionamiento de éstas por ello requieren una buena confiabilidad.

• No son esenciales para el funcionamiento de la central, sin embargo representan una carga grande dentro de los servicios auxiliares.

• Comprende los servicios requeridos por el patio de conexiones así como los demás barrajes* involucrados en la central. Requieren una alta confiabilidad.

*Barraje: (barra colectora). Término utilizado en el sector eléctrico para referirse a la conexión de un cuadro eléctrico a la red que lo alimenta.

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INTRODUCCIÓN

SERVICIOS AUXILIARES ELÉCTRICOS: DE CORRIENTE DIRECTA:

Cargador de baterías

• Tendrá la capacidad para abastecer toda la carga de corriente directa para la casa de máquinas.* Mantendrá el banco de baterías en flotación.

Banco de baterías

• Se dimensiona para una autonomía mínima de 10 horas. En caso de fallar el cargador, este llevará a cabo el abastecimiento durante 10 horas.

Tableros de distribución

• Distribuye la alimentación para las cargas de corriente directa. Tiene un sistema de control, un sistema de protección, alumbrado de emergencia,…

*Casa de máquinas: Donde se alojan los equipos que controlan, generan y abastecen los fluidos que se requieren en cada uno de los sistemas.

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INTRODUCCIÓN

INSTALACIONES ELECTRICAS INDUSTRIALES:

Son el conjunto de elementos, aparatos y equipos que se encargan de la recepción, conducción, transformación, control, medición, protección, distribución y utilización de la energía eléctrica. Algunas instalaciones eléctricas industriales cuentan con su propia planta de generación de energía eléctrica, constituida por los turbogeneradores, tal es el caso de los ingenios azucareros, refinerías de PEMEX, complejos petroquímicos, plataformas petroleras, etc.

Figura 38. PEMEX

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INTRODUCCIÓN

INSTALACIONES ELECTRICAS INDUSTRIALES:

Actualmente debido a los altos costos de la energía eléctrica por parte de las empresas suministradoras, algunas empresas utilizan sus plantas de emergencia para su autoabastecimiento de energía eléctrica en las horas de demanda máxima (hora peak), tal es el caso de supermercados a nivel nacional.

Figura 39. Hora PEAK

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INTRODUCCIÓN

SISTEMA DE SUMINISTRO ELÉCTRICO

¿QUÉ ES? El sistema de suministro eléctrico comprende el conjunto de medios y elementos útiles para la generación, el transporte y la distribución de la energía eléctrica.

Bajo un sistema integrado que garantiza una explotación racional de los recursos de generación y una calidad de servicio acorde con la demanda de los usuarios, compensando las posibles incidencias y fallas producidas. Figura 40. Suministro eléctrico 36

INTRODUCCIÓN

SISTEMA DE SUMINISTRO ELÉCTRICO

Etapas:

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INTRODUCCIÓN

SISTEMA DE SUMINISTRO ELÉCTRICO

COMPOSICIÓN: El sistema eléctrico está compuesto por las centrales generadoras, líneas de transporte, subestaciones, líneas de distribución y centros de consumo.

Figura 41. Sistema Eléctrico

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INTRODUCCIÓN

SISTEMA DE SUMINISTRO ELÉCTRICO

Figura 42. Sistema de generación, transmisión y distribución de energía eléctrica

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2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS SISTEMA DE SUMINISTRO ELÉCTRICO

En toda instalación industrial o comercial es indispensable el uso de la energía, la continuidad de servicio y calidad de la energía consumida por los diferentes equipos, así como la requerida para la iluminación, es por esto que las subestaciones eléctricas son necesarias para lograr una mayor productividad.

Figura 43. Productividad

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2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS ¿QUÉ ES UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA?

Las subestaciones son uno de los subsistemas que conforman el sistema eléctrico, su función es modificar los parámetros de la energía para hacer posible su transmisión y distribución. Figura 44. Central Eléctrica Termal Solar de torre

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2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

BENEFICIOS: • MAYOR SEGURIDAD EN EL SUMINISTRO • Por lo general, la alimentación de las subestaciones proviene de líneas de alto voltaje que por estar protegidas hacen que la probabilidad de fallo sea menor. Por lo tanto, existe una mejor regulación del voltaje.

• USO RACIONAL DE ENERGÉTICOS • Al reducir las caídas de tensión, el uso de conductores de grueso calibre también disminuye, de modo que es posible tener voltajes de distribución de 440 V, 2300 V, 4160 V, etc., con los que habrá menos pérdidas.

• ECONOMÍA • El costo del suministro de energía de alta tensión es más bajo que el de baja tensión. Además, la instalación de subestaciones en los grandes centros de consumo permite ahorrar materiales como cables y conductos. 42

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

CLASIFICACIÓN

Por su ubicación Subestaciones cubiertas

Subestaciones a intemperie

A nivel

Sobre nivel (aérea)

Subterráneas

A nivel

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2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

CLASIFICACIÓN

Por su ubicación

Subestaciones cubiertas En establecimientos donde las condiciones ambientales lo exigen y en donde existe disponibilidad de espacio cubierto para hacerlo, donde tanto el transformador como los tableros de maniobra están montados en el interior de una cabina, que en algunos casos suele ser presurizada con ventilación forzada para evitar la entrada de polvillo.

Figura 45. Subestación eléctrica cubierta

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2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Por su ubicación

CLASIFICACIÓN

Subestaciones cubiertas

a) A NIVEL El transformador requiere de mucha ventilación y desde el punto de vista ambiental no tiene demasiadas exigencias se suele adoptar un tipo de subestación con los transformadores a intemperie y los dispositivos de maniobra y de protección montados en el interior de la cabina. Esta es tal vez la forma más empleada dentro del tipo de subestaciones cubiertas.

Figura 46. Subestación eléctrica cubierta a nivel

45

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

CLASIFICACIÓN

Por su ubicación

Subestaciones cubiertas

b) SUBTERRÁNEAS

La construcción subterránea implica mayores costos porque se complica la ventilación y surge el problema de la aislación de paredes respecto al suelo circundante. En las subestaciones subterráneas hay que tener en cuenta también el riesgo de inundación.

Figura 47. Subestación eléctrica cubierta subterránea

46

CLASIFICACIÓN

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Por su ubicación

Subestaciones a intemperie

a) SOBRE NIVEL (AÉREA) La protección por sobrecarga no es necesaria ya que en este tipo de subestaciones la carga depende pura y exclusivamente de la cantidad de consumidores conectados a la línea y ese valor no puede variar en forma brusca. En algunas subestaciones aéreas se suele ver un tablerito adicional el cual por lo general es el comando del alumbrado público.

Figura 48. Subestación eléctrica aérea

47

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Por su ubicación

CLASIFICACIÓN Subestaciones a intemperie

b) A NIVEL Este tipo de subestaciones por lo general se construye a nivel de piso. El tablero de distribución en baja tensión suele ir en un local cubierto y el transformador queda a intemperie para su mejor ventilación. Figura 49. Subestación eléctrica a nivel 48

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

CLASIFICACIÓN

Por su función: Subestaciones en • Modifican los parámetros de la energía suministrada por las plantas los generadores para poder transmitirla en alta tensión. Los generadores pueden suministrar la potencia entre 5 y 25 generadoras o kV. La transmisión depende del volumen y la distancia. centrales eléctricas

Subestaciones receptoras primarias

• Reciben alimentación directa de las líneas de transmisión y reducen la tensión para alimentar los sistemas de subtransmisión o las redes de distribución. Pueden tener en su secundario tensiones de 115, 69, 34.5, 6.9 ó 4.16 kV.

Subestaciones receptoras secundarias

• Reciben alimentación de las redes de subtransmisión y suministran la energía a las redes de distribución a tensiones comprendidas entre 34.5 y 6.9 kV. 49

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

CLASIFICACIÓN

Por su función:

Figura 50. Subestación en las plantas generadoras

Figura 51. Subestación eléctrica primaria y secundaria

50

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

CLASIFICACIÓN

Por el tipo de instalación: Subestaciones tipo intemperie

• Son instalaciones de sistemas de muy alta tensión generalmente, y están habilitadas para resistir las diversas condiciones atmosféricas.

Subestaciones tipo blindado

• En estas subestaciones los aparatos y las máquinas están bien protegidos, y el espacio necesario es muy reducido, generalmente se utilizan en fábricas, hospitales, auditorios, edificios y centros comerciales que requieran poco espacio para su instalación, generalmente se utilizan en tensiones de distribución y utilización.

Subestaciones tipo interior

• En este tipo de subestaciones los aparatos y máquinas están diseñados para operar en interiores, son pocos los tipos de subestaciones tipo interior y generalmente son usados en las industrias. 51

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

CLASIFICACIÓN

Por el tipo de instalación:

Figura 52. Subestación eléctrica tipo intemperie

Figura 53. Subestación eléctrica tipo interior

Figura 54. Subestación eléctrica tipo blindado

52

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

CLASIFICACIÓN

Por el tipo de instalación: Subestaciones en Hexafluoruro de Azufre (SF6)

• La mayor parte de sus componentes se encuentran completamente aislados en el interior de compartimientos que contienen un gas con altas propiedades dieléctricas: gas hexafluoruro de azufre (SF6). • Ocupan este tipo de subestaciones un reducido espacio en comparación con las subestaciones tipo intemperie. • Su operación se efectúa a tensiones que van desde 13.8. 23, 34.5, 115, 230, 400, 735 y 800 K.V.

Subestaciones móviles

• Se encuentran instaladas sobre una plataforma móvil (tipo remolque de tracto camión). • Son utilizadas por las empresas suministradoras de energía eléctrica para sustituir de manera temporal a toda o parte de una subestación de potencia cuando esta ultima ha fallado. • Operan en tensiones de 115 K.V. para reducir a 13.8 K.V. y su capacidad promedio es de 10 M.V.A = 10,000 K.V.A. 53

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

CLASIFICACIÓN

Por el tipo de instalación:

Figura 55. Subestación GIS en SF6

Figura 56. Subestación eléctrica móvil 54

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

CLASIFICACIÓN

Por su servicio: Subestación receptora y de enlace

• Cuando se interconecta a una o varias subestaciones que permiten el respaldo de suministro eléctrico

Subestación transformadora

• Destinada a modificar los parámetros eléctricos de entrada y salida del sistema

Subestación convertidora

• Destinada a convertir la corriente alterna en corriente continua, o viceversa.

Subestación distribuidora

• Destinada a distribuir la energía eléctrica sin modificar sus características eléctricas 55

CLASIFICACIÓN

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Por su servicio:

Figura 57. Subestación eléctrica receptora

Figura 59. Subestación eléctrica convertidora

Figura 58. Subestación eléctrica transformadora

Figura 60. Subestación eléctrica distribuidora

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2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

CLASIFICACIÓN

Por su servicio: • Destinada a alimentar una red en De corriente continua (subestación de rectificación tracción)

De central

• Destinada a la transformación de tensión desde un nivel inferior a otro superior (centrales eléctricas) 57

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

CLASIFICACIÓN

Por su servicio:

Figura 61. Subestación eléctrica de tracción

Figura 62. Subestación eléctrica de central 58

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

CLASIFICACIÓN

Por su servicio – De transformación: De transformación pura

• Destinada a la transformación de tensión desde un nivel superior a otro inferior. • Necesario presencia de uno o varios transformadores • Niveles de transformación: Transporte – Subtransporte – Reparto Distribución

De transformación / maniobra

• Destinada a la transformación de tensión desde un nivel superior a otro inferior, así como a la conexión entre circuitos del mismo nivel • Uso frecuente

De transformación / cambio del número de fases

• Destinada a la alimentación de redes con distinto número de fases: Trifásica - hexafásica - monofásica (subestación de tracción)

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2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

CLASIFICACIÓN

Por su servicio – De transformación:

Figura 63. Subestación eléctrica de transformación pura

Figura 64. Subestación eléctrica de transformación / maniobra

Figura 65. Subestación eléctrica de transformación / cambio el número de fases

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2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

CLASIFICACIÓN

Por su posición: Subestaciones eléctricas elevadoras

• Situadas en las inmediaciones de las centrales generadoras de energía eléctrica, cuya función es elevar el nivel de tensión, hasta 132, 220 o incluso 400 kV, antes de entregar la energía a la red de transporte.

Subestaciones eléctricas reductoras

• Reducen el nivel de tensión hasta valores que oscilan, habitualmente entre 13,2, 15, 20, 45 ó 66 kV y entregan la energía a la red de distribución.

Subestaciones de maniobra

• No se modifican los parámetros en la transmisión de la energía eléctrica, únicamente son nodos de entrada y salida sin elementos de transformación y son utilizadas como interconexión de líneas, derivaciones, conexión y desconexión de compensación reactiva y capacitiva, entre otras. • Destinada a la interconexión de dos o más circuitos. 61

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

CLASIFICACIÓN

Por su posición:

Figura 66. Subestación eléctrica elevadora

Figura 67. Subestación eléctrica reductora

Figura 68. Subestación eléctrica de maniobra

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2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

ELEMENTOS

Principales o primarios Transformador Interruptor de potencia Restaurador Cuchillas fusibles Cuchillas desconectadoras y cuchillas de prueba

Apartarrayos Transformadores de instrumento Condensadores Tablero dúplex de control

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2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

ELEMENTOS

Secundarios Cables de potencia y de control Alumbrado

Estructura Herrajes

Equipo contra incendio y Equipo filtrado de aceite Sistema de tierra Carrier Intercomunicador Trincheras, ducto, conductos, drenajes Cercas

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2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS 1. Cuchillas desconectadoras. 2. Interruptor. 3. TC. 4. TP. 5. Cuchillas desconectadotas para sistema de medición. 6. Cuchillas desconectadoras de los transformadores de potencia. 7. Transformadores de potencia. 8. Barras de conexión. 9. Aisladores soporte. 10.Conexión a tierra. 11.Tablero de control y medición. 12.Barras del tablero 13. Sujeción del tablero.

PARTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Figura 69. Elementos principales de una subestación eléctrica de media potencia y media tensión

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2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

ELEMENTOS

Capacitores Son dispositivos eléctricos formados por dos láminas conductoras, separadas por una lámina dieléctrica* y que al aplicar una diferencia de tensión almacenan carga eléctrica. Figura 71. Capacitores

Figura 70. Capacitores

*Dieléctrica: material de poca conductividad eléctrica

Figura 72. Partes de un capacitor 66

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

ELEMENTOS

Capacitores Están sumergidos, en líquidos dieléctricos los cuales están dentro de un tanque pequeño, herméticamente cerrado

• Alta tención • Media tención • Baja tención

Clasificación

Estructura • Cuyo tamaño dependerá del nivel de tensión del sistema al que se conectaran

Sus dos terminales salen al exterior a través de dos boquillas de porcelana

Figura 73. Estructura de un capacitor 67

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

ELEMENTOS

Capacitores APLICACIÓN • Corregir el factor de potencia en líneas de distribución y en instalaciones industriales, aumentando la capacidad de transformación de las líneas, el aprovechamiento de la capacidad de los transformadores y la regulación del voltaje en los lugares de consumo. 68

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

ELEMENTOS

Características de los Capacitores INSTALACIÓN Y DISEÑO

VENTILACIÓN • La temperatura de operación no debe de exceder a la de diseño. • La operación a 10°C arriba de la temperatura ideal disminuye la vida medida del capacitor en más de un 70%, debidos a los dieléctricos son muy sensibles.

FRECUENCIA • Los capacitores deben operar a la frecuencia absoluta; si la frecuencia de alimentación baja, se reduce la potencia reactiva suministrada de acuerdo con la relación siguiente:

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2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

ELEMENTOS

Características de los Capacitores • Dónde: • Qs= potencia reactiva suministrada en kVAR. • Qn= potencia reactiva nominal en kVAR. • fo= frecuencia aplicada en Hz. • fn= frecuencia nominal en Hz.

TENSIÓN • Si los capacitores se alimentan con una tensión inferior al valor ideal la potencia reactiva suministrada se reduce proporcionalmente al cuadrado de la relación de las tensiones

• Donde: • Qs y Qn= indicados en la expresión anterior. • Vr = tensión aplicada en volts. • Vn = tensión nominal en volts.

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2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

ELEMENTOS

Características de los Capacitores

• La corriente ideal en un capacitor viene dada por las relaciones: CORRIENTE

• Dónde: • In = corriente ideal en amperes • V =tensión en kV (entre terminales si es monofásico* o entre fases si es trifásico**). • Q =potencia reactiva ideal en kVAR.

*Monofásico: una sola línea uso domestico 120 kw **Trifásico: tres líneas 360 kw

• Conexión del sistema a tierra • Fusibles de capacitores • Dispositivos de conexión y desconexión • Armónicas CONSIDERACIONES

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2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

ELEMENTOS

Apartarrayos Son dispositivos eléctricos de protección formados por una serie de elementos resistivos no lineales y explosores que limitan la amplitud de las sobretensiones originadas por descargas atmosféricas, operación de interruptores o desbalanceo de sistemas.

Figura 75. Apartarrayos

Figura 74. Apartarrayos

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2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

ELEMENTOS

Apartarrayos CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES: • Comportarse como un aislador mientras la tensión aplicada no exceda cierto valor determinado. • Convertirse en conductor al alcanzar la tensión de ese valor. • Conducir a tierra la onda de corriente producida por la onda de sobretensión.

DESCRIPCION Y FUNCION DEL EQUIPO DE UNA SUBESTACION ELECTRICA • a) Descargar las sobretensiones cuando su magnitud llega al valor de la tensión disruptiva del diseño. • b) Conducir a tierra las corrientes de descarga producidas por las sobretensiones. • c) Debe desaparecer la corriente de descarga al desaparecer las sobretensiones. • d) No deben operar con sobretensiones temporales, de baja frecuencia. • e) La tensión residual debe ser menor que la tensión que resisten los aparatos que protegen.

Figura 76. Apartarrayos

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2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

FUNCIÓN

CLASIFICACIÓN:

• No es eliminar las ondas de sobre tensión, sino limitar su magnitud a valores que no sean perjudiciales al aislamiento del equipo

• Sobretensiones de impulso por rayo: Son generadas por las descargas eléctricas en la atmosfera (rayos); tienen una duración del orden de decenas de microsegundos. • Sobretensiones de impulso por maniobra: Son originadas por la operación de los interruptores. Producen ondas con frecuencias del orden de 10 kHz y se amortiguan rápidamente. Tienen una duración del orden de milisegundos.

ELEMENTOS

Apartarrayos: Sobretensiones

Figura 77. Sobretensiones

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2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

ELEMENTOS

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES QUE DEBE TENER EL APARTAR RAYO INSTALADO:

Apartarrayos

a) Presentar una impedancia alta o infinita a tensión nominal para minimizar las pérdidas en condiciones normales.

b) Presentar una impedancia baja durante la ocurrencia de los transitorios (sobretensión ) para limitar la tensión y proteger el sistema o equipos instalados (aislamiento, transformado res, etc.).

c) Drenar la corriente de la descarga y extinguir el arco de potencia durante el transitorio en 60 Hz sin presentar daño alguno.

d) Regresar a las condiciones de circuito abierto (alta impedancia) después del transitorio

Figura 78. Apartarrayos

Figura 79. Apartarrayos 75

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

ELEMENTOS

Cuchillas Dispositivos que sirven para conectar y desconectar diversas partes de una instalación eléctrica.

Pueden abrir circuitos bajo la tensión pero nunca cuando está fluyendo corriente a través de ellas.

Efectuar maniobras de operación o bien para darles mantenimiento.

Figura 80. Cuchillas

Siempre deberá abrirse primero el interruptor correspondiente.

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2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

ELEMENTOS

Interruptores Es un Aparato dotado de poder de corte, destinado a efectuar la apertura y el cierre de un circuito, que tiene dos posiciones en las que puede permanecer en ausencia de exterior y que corresponden una a la apertura y otra al cierre del circuito.

Figura 81. Interruptores

Figura 82. Interruptores

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2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Tipos de Interruptores

Figura 83. Interruptor automático

Figura 84. Interruptor automático

ELEMENTOS: Interruptores

a) Interruptor automático Interruptor capaz de establecer, mantener e interrumpir la intensidad de la corriente de servicio, o de interrumpir automáticamente o establecer, en condiciones predeterminadas, intensidades de corriente anormalmente elevadas, tales como las corrientes de cortocircuito.

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2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Tipos de Interruptores

ELEMENTOS: Interruptores

b) Interruptor de Potencia

El interruptor es un dispositivo destinado al cierre y apertura de la continuidad del circuito eléctrico bajo carga, en condiciones normales, y esta es su función principal, bajo condiciones de corto circuito.

Sirve para insertar o retirar de cualquier circuito energizado, máquinas, aparatos, líneas aéreas o cables.

El interruptor es, junto con el transformador, el dispositivo más importante de una subestación, su comportamiento determina el nivel de confiablidad que se puede tener en un sistema eléctrico de potencia. 79

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Tipos de Interruptores

ELEMENTOS: Interruptores c) Interruptores GVA (de Gran Volumen de Aceite)

Estos Interruptores fueron los primeros que se emplearon para interrumpir elevadas intensidades de corriente a tensiones igualmente elevadas. El aceite sirve como medio aislante y medio de extinción del arco eléctrico que se produce al abrir un circuito con carga.

En los interruptores en aceite, la energía del arco se usa para "fracturar" las moléculas de aceite y producir gas hidrógeno

Éste se usa para adelgazar, enfriar y comprimir el plasma del arco, esto desioniza el arco y efectúa un proceso de autoextinción.

Figura 85. Interruptor GVA

80

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

ELEMENTOS: Interruptores

Tipos de Interruptores Características generales

81

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Tipos de Interruptores Características: • Fallo en barra: se pierden todos los circuitos al despejar los interruptores la falta • Fallo de interruptor al abrir: se pierden todos los circuitos al abrir el resto de interruptores • Mantenimiento interruptor: el circuito afectado queda indisponible • Operación con un nudo eléctrico únicamente

ELEMENTOS: Interruptores d) Interruptor sencillo – Barra simple 1 Interruptor por circuito 2 Seccionadores por circuito

Figura 86. Interruptor sencillo – barra simple

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2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Tipos de Interruptores Características: • Fallo en barra: tras una interrupción, sólo se pierde media barra • Fallo de interruptor: tras una interrupción, sólo se pierde media barra • Mantenimiento interruptor: el circuito afectado queda indisponible • Posible operación con 2 nudos ELECTTRICOS

ELEMENTOS: Interruptores

e) Interruptor sencillo – Barra partida 1 Interruptor por circuito 2 Seccionadores por circuito + 1 Seccionador de barra

Figura 87. Interruptor sencillo – barra partida

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2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Tipos de Interruptores Características: • Fallo en barra: Tras un corte, continuidad de servicio. Todos los circuitos quedan protegidos por interruptor de transferencia • Fallo Interruptor: Tras un corte, continuidad de servicio • Mantenimiento interruptor: Continuidad de servicio • Operación con un nudo eléctrico

ELEMENTOS: Interruptores f) Interruptor sencillo – Barra de transferencia 1 Interruptor por circuito + 1 de transferencia 3 Seccionadores por circuito + 2 de transferencia

Figura 88. Interruptor sencillo – barra de transferencia 84

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Tipos de Interruptores

ELEMENTOS: Interruptores g) Interruptor y medio

1+ ½ Interruptores por circuito 3 Seccionadores por circuito Características: • Fallo en barra: Continuidad de servicio • Fallo de interruptor en barra: Continuidad de servicio • Fallo de interruptor central: Se pierde un circuito • Mantenimiento de interruptor: Continuidad de servicio • Posible operación con 2 nudos eléctricos

Figura 89. Interruptor y medio 85

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

ELEMENTOS: Interruptores d) Interruptor doble – Barra doble

Tipos de Interruptores Características: •Mantenimiento de interruptor continuidad de servicio •Flexibilidad

2 Interruptores por circuito

4 Seccionadores por circuito •Fallo de interruptor: continuidad de servicio

Fallo en barra: continuidad de servicio Figura 90. Interruptor doble – barra doble 86

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

MANTENIMIENTO

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2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

MANTENIMIENTO

Mantenimiento preventivo El mantenimiento predictivo

• Efectúa pruebas de equipo • Se conoce el estado actual • Conoce el estado futuro

Mantenimiento preventivo programado o sistemático. • Solo fines de semana • Coordinación de operación • El mantenimiento preventivo sistemático • Normas (IEC-76, IEC-72)

Figura 92. Mantenimiento programado

Figura 91. Mantenimiento predictivo

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2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

MANTENIMIENTO

Mantenimiento preventivo Inspección termográfica infrarroja • Se captura imágenes digitales y térmicas • Equipo energizado • Mantenimiento preventivopredictivo

Figura 93. Inspección IR

Inspección visual

• Mensualmente • No se desenergiza la línea • Exterior de el equipo

Figura 94. Inspección visual

89

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

MANTENIMIENTO

Mantenimiento correctivo a subestaciones

Mantenimiento correctivo programado

• Implica reparación y remplazo • Reparación implica anticiparse a los daños de los equipos

Mantenimiento correctivo por avería

• Cuando existe una falla o avería en algún equipo de subestación se presentan por causas ajenas a la voluntad de los responsables de la subestación se deben a factores externos Figura 95. Mantenimiento a subestaciones 90

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

MANTENIMIENTO

Mantenimiento a gabinete de subestación eléctrica • Consiste en la revisión física, limpieza, lubricación, apriete de conexiones, así como pruebas mecánicas, eléctricas y dieléctricas. • Se realiza utilizando el equipo de seguridad y herramienta adecuada, como equipos de prueba, como: – Medidor de resistencia de aislamiento (megohmetro), – Medidor de resistencia de contacto (ducter) – Medidor de resistencia a tierra (terrometro ó telurómetro). • Norma NOM-029-STPS

Figura 96. Gabinete de subestación eléctrica

Figura 97. Gabinete de subestación eléctrica 91

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

ACCESORIOS DE SEGURIDAD

• Juego de tres pértigas seccionables de 1.22 m c/u, se incluye un gancho en la sección superior • Herramienta tipo alicate para extracción de fusibles, de 2" a 5.5." de diámetro • Casco dieléctrico • Gafas de policarbonato • Botas dieléctricas • Juego de guantes dieléctricos (algodón, hule, y carnaza) para 30 KV • Anuncio (PELIGRO ALTA TENSION), dimensiones de 40 x 40 cm. • Extinguidor de fuego tipo ABC Figura 98. Accesorios de seguridad 92

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS • Se buscan – Fisuras en los radiadores – Funcionamiento de abanico – Válvulas de radiadores/ fugas de aceite

SISTEMA DE ENFRIAMIENTO

Figura 100. Fisuras radiadores

• Conservador de aceite (silica Gel) – Se cambia cada 2 años por el contrario aumenta la concentración y esto degrada el transformados Figura 99. Conservador de aceite

• Cambiador de Tap Energizado o Tap Desernegizado – Se revisan las Pruebas Eléctricas para Evitar falsos Contactos y desgaste

Figura 101. TAP desenergizado Figura 102. TAP energizado 93

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

DAÑOS

Figura 103. Daño en subestación

Figura 104. Daño en el transformador 94

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Figura 105. Localización en México

EN MÉXICO

95

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

NORMATIVIDAD

Voltajes Normalizados

96

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

NORMATIVIDAD

• Norma NMX-J-169 (inherentes a métodos de prueba para transformadores de distribución y potencia).

• Norma NOM-029-STPS mantenimiento de Instalaciones Eléctricas en los Centros de Trabajo. • NMX-J-308 (Gráfica Doernenburg, Rogers, Triangulo Duval y/o CSUS).

Método

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2.1. ESQUEMA GENERAL DE SUBESTACIÓN

DISEÑO DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA : Antes de diseñar una subestación, es necesario solicitar a la compañía proveedora de energía eléctrica datos como:

Figura 106. Plano de una Subestación eléctrica

• El nivel de voltaje disponible, • La variación del nivel de voltaje, • El punto de entrega del suministro y la ruta de la línea, • La corriente de corto circuito trifásico y monofásico en el punto de suministro y • Las tarifas.

98

2.1. ESQUEMA GENERAL DE SUBESTACIÓN

PARÁMETROS ELÉCTRICOS A CONSIDERAR: Los parámetros eléctricos a considerar para definir el tipo de construcción y los equipos y aparatos de las subestaciones son: • La tensión que requiere la instalación, • El nivel de aislamiento aceptable en los aparatos, • La corriente máxima y • La corriente de corto circuito.

Las tensiones del sistema eléctrico nacional, según lo reportado por CFE son: •Para transmisión: 161, 230 y 400 kV. •Para subtransmisión: 69, 85, 115 y 138 kV. •Para distribución en plantas industriales: 34.5 kV, 23 kV, 13.8 kV, 4.16 kV, 440 V, 220/127 V.

Figura 107. Instalación Eléctrica 99

2.1. ESQUEMA GENERAL DE SUBESTACIÓN

• Cuenta con la oferta más completa en plantas eléctricas, reconocida por su alta calidad, así como por ser diseñadas y ensambladas bajo los más estrictos estándares a nivel mundial. • Nuestras capacidades van desde 10 hasta 2,500kW

EJEMPLO EMPRESA

Figura 108. SELMEC

100

2.2. TRANSFORMADORES

¿QUE ES UN TRANSFORMADOR? Máquina electromagnética que permite aumentar o disminuir el voltaje o tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo el voltaje constante.

Opera bajo el principio de inducción electromagnética y tiene circuitos eléctricos que están enlazados magnéticamente y aislados eléctricamente. 101

FUNCIONES

2.2. TRANSFORMADORES Transfiere energía eléctrica de un circuito a otro conservando la frecuencia constante.

Tiene circuitos eléctricos que están eslabonados magnéticamente y aislamiento eléctricamente

TRANSFORMADOR

Lo hace bajo el principio de inducción electromagnética

Usualmente lo hace con un cambio de voltaje, aunque esto no es necesario. 102

2.2. TRANSFORMADORES

ELEMENTOS

103

2.2. TRANSFORMADORES

PARTES PRINCIPALES

a) Parte Activa

Está formada por un conjunto de elementos separados del tanque principal y que agrupa los siguientes elementos:

Núcleo

• Este constituye el circuito magnético, que está fabricado en láminas de acero al silicio.

Bobinas

• Estas constituyen el circuito eléctrico, se fabrican utilizando alambre o solero de cobre o de aluminio.

104

2.2. TRANSFORMADORES

PARTES PRINCIPALES

a) Parte Pasiva Consiste en el tanque donde se aloja la parte activa; se utiliza en los transformadores cuya parte activa va sumergida en líquidos. El tanque debe ser: • Hermético • Soportar el vacío absoluto sin presentar deformación permanente, • Proteger eléctrica y mecánicamente el transformador, • Ofrecer puntos de apoyo para el transporte y la carga del mismo, • Soportar los enfriadores, bombas de aceite, ventiladores y los accesorios especiales.

Figura 109. Tanque del transformador 105

ACCESORIOS

2.2. TRANSFORMADORES

Un transformador son un conjunto de partes y dispositivos que auxilian en la operación y facilitan en labores de mantenimiento.

Tablero

Conectores a tierra

Boquillas

Tanque conservador.

Placa de características

106

2.2. TRANSFORMADORES

TIPOS DE TRANSFORMADORES

Transformadores elevadores

• El uso de este tipo de transformadores es "aumentar" eléctricamente la tensión desde un generador hasta la alta tensión más conveniente para la transmisión de potencia. Los transformadores elevadores de generación se instalan en una central eléctrica

107

2.2. TRANSFORMADORES

TIPOS DE TRANSFORMADORES

Transformadores de instrumento Son dispositivos electromagnéticos cuya función principal es reducir a escala, las magnitudes de tensión y corriente que se utilizan para la protección y medición de los diferentes circuitos de una subestación, o sistema eléctrico en general.

Transformadores de potencial (PT)

Transformadores de corriente (CT)

Costos

Peligros de las altas tensiones dentro de los tableros de control y protección

108

2.2. TRANSFORMADORES

TIPOS DE TRANSFORMADORES

Transformadores de potencial TP Reduce la tensión de la línea de orden de KV a niveles bajos de tensión para alimentar equipos de control y medición este nivel de tensión es 120 V.

Existe dos tipos: Inductivos Responden rápidamente a los cambios de tensión, estos los hace ideales para ser utilizados en el esquema de protección

Los parámetros mas importantes para los TP son:

Capacitivos

Permite filtrar y sintonizar determinadas frecuencias.

109

2.2. TRANSFORMADORES

TIPOS DE TRANSFORMADORES

Transformadores de corriente TC Transforma niveles altos de corriente a valores pequeños para alimentar equipos de medición y control, generalmente el valor para alimentar estos equipos es de 5 A.

Existen diferentes tipos: TC para medición

Algunas características importantes son:

TC para protección

Corriente primaria

TC para protección y medición

Carga en el secundario

Precisión

110

2.2. TRANSFORMADORES

TIPOS DE TRANSFORMADORES

Transformadores de corriente TC TC para medición

TC para protección

TC para protección y medición

• La precisión para estos efectos debe estar garantizada esto debido a que se deben saturar para valores altos de corriente para proteger los equipos

• No debe saturarse en altos valores de corriente.

• Los núcleos son de alta precisión en cuanto a los niveles de saturación.

111

2.2. TRANSFORMADORES

TIPOS DE TRANSFORMADORES

Transformadores de distribución Los transformadores de potencias iguales o inferiores a 500 kVA y de tensiones iguales o inferiores a 67 000 V, tanto monofásicos como trifásicos. Aunque la mayoría de tales unidades están proyectadas para montaje sobre postes, algunos de los tamaños de potencia superiores, por encima de las clases de 18 kV, se construyen para montaje en estaciones o en plataformas.

Figura 110. Transformador

Las aplicaciones típicas son para alimentar a granjas, residencias, edificios o almacenes públicos, talleres y centros comerciales. 112

2.2. TRANSFORMADORES

TIPOS DE TRANSFORMADORES

Tipos de Transformadores de distribución Transformador para montaje sobre postes Se utilizan en intemperie o interior para distribución de energía eléctrica en media tensión.

Transformadores Herméticos de Llenado Integral Se utilizan en interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, en lugares donde los espacios reducidos. Transformadores Herméticos de Llenado Integral

Se utilizan en intemperie o interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, siendo muy útiles en lugares donde los espacios son reducidos. 113

2.2. TRANSFORMADORES

TIPOS DE TRANSFORMADORES

Tipos de Transformadores de distribución Transformadores Subterráneos • Transformador de construcción adecuada para ser instalado en cámaras, en cualquier nivel, pudiendo ser utilizado donde haya posibilidad de inmersión de cualquier naturaleza.

Transformadores Rurales • Están diseñados para instalación monoposte en redes de electrificación suburbanas monofilares, bifilares y trifilares.

114

2.2. TRANSFORMADORES

TIPOS DE TRANSFORMADORES

Transformadores Trifásicos Los transformadores trifásicos son utilizados para el suministro o el transporte de energía a grandes distancias de sistemas de potencias eléctricas. Lo que normalmente conocemos como la distribución eléctrica, pero a grandes distancias.

Figura 111. Transformador Trifásico

115

2.2. TRANSFORMADORES

TIPOS DE TRANSFORMADORES

Transformadores Tipo seco autoenfriados AA Estos transformadores no contienen aceite ni otros líquidos para enfriamiento, el aire es también el medio aislante que rodea el núcleo y las bobinas, por lo general se fabrican con capacidades inferiores a 2000 kVA y voltajes menores de 15 kV. Figura 112. Transformador Tipo Seco

116

2.2. TRANSFORMADORES

TIPOS DE TRANSFORMADORES

Transformadores Tipo seco autoenfriados / enfriados por la circulación forzada de aire AA / FA Es básicamente un transformador tipo AA al que se le adicionan ventiladores para aumentar su capacidad de disipación de calor. Figura 113. Transformador Tipo AA/FA

117

2.2. TRANSFORMADORES

BANCOS DE TRANSFORMADORES

Es necesario a menudo instalar bancos transformadores monofásicos en conexiones trifásicas de acuerdo con las necesidades que se presenten. En los sistemas trifásicos pueden utilizarse. tres transformadores en banco. Condiciones para la conexión Que los transformadores tengan la misma capacidad en K.V.A.

Que sus voltajes primario y secundario sean iguales

Que tengan idénticas marcas de polaridad.

Es recomendable que los transformadores sean del mismo fabricante

Los diagramas vectoriales o fasoriales resultantes de las tres fases, formen figuras iguales y de lados paralelos.

118

2.2. TRANSFORMADORES

POLARIDAD DE LOS TRANSFORMADORES

La polaridad de los transformadores indica el sentido relativo instantáneo del flujo de corriente en los terminales de alta tensión con respecto a la dirección del flujo de corriente en los terminales de baja tensión.

La polaridad de un transformador de distribución monofásico puede ser aditiva o sustractiva.

Figura 116. Polaridad de los transformadores

La polaridad es aditiva si el voltaje medido entre los otros dos bornes de los devanados es mayor que el voltaje en el devanado de alta tensión.

La polaridad es sustractiva si el voltaje medido entre los dos bornes de los devanados es menor que el voltaje del devanado de alta tensión. 119

2.2. TRANSFORMADORES

OPERACIÓN EN PARALELO

Cuando se desea alimentar una carga que excede o puede exceder la capacidad de un transformador existente, entonces se puede conectar un segundo transformador en paralelo. REQUERIMIENTOS

La polaridad debe ser la misma.

La relación de transformación debe ser igual. La impedancia porcentual (en porcentaje) debeser la misma.

La rotación de fases (defasamiento) debe ser igual Los diagramas vectoriales y los defasamientosdeben ser los mismos. 120

2.2. TRANSFORMADORES

MANTENIMIENTO

• Se realizar el mantenimiento preventivo, así como pruebas eléctricas y dieléctricas. • El servicio consiste en la inspección física al transformador, así como pruebas de resistencia de aislamiento, relación de transformación, resistencia óhmica, factor de potencia y resistencia a tierra.

Figura 114. Mantenimiento transformador

• Se realiza con equipos de medición y prueba diseñados para tal fin

• Norma NMX-J-169

Figura 115. Mantenimiento transformador 121

2.2. TRANSFORMADORES

ÁNALISIS DEL ACEITE

Figura 116. Análisis del transformador

Se realiza el análisis de las características físicas, eléctricas y químicas del aceite. El servicio consiste en la obtención de una muestra de aceite aislante del transformador, y envío para su análisis correspondiente en un laboratorio acreditado para tal fin.

Figura 117. Análisis del transformador

122

2.2. TRANSFORMADORES

ÁNALISIS DEL ACEITE

• El muestreo y diagnóstico del aceite se realiza conforme a la norma NMX-J-308 y los métodos de prueba en el laboratorio conforme a la norma NMX-J-123. • Se realiza el muestreo de aceite y se envía al laboratorio para identificar y medir la concentración de gases disueltos en el líquido aislante. • El análisis de gases disueltos en el líquido aislante, se realiza utilizando un Cromatógrafo de Gases y tomando en consideración el método de prueba ASTM D-3612

Figura 118. Análisis del transformador

Figura 119. Análisis del transformador 123

2.2. TRANSFORMADORES

ACCESORIOS DE PROTECCIÓN

Sus principales accesorios de protección son: • Bucholtz • Válvula de sobrepresión • Temperatura del devanado • Temperatura de aceite

Figura 120. Tanque del transformador

Figura 121. Válvula de sobrepresión

Figura 122. Accesorio de protección

124

FALLAS

2.2. TRANSFORMADORES

Las causas de fallas de un transformador proviene por falta de mantenimiento algunas fallas se pueden manifestar como: Figura 123. Falla de un transformador

Humedad Fugas Carga de voltaje excesiva Una mala protección eléctrica Una mala instalación Un mal manejo y desconocimiento del equipo Figura 124. Falla de un transformador 125

Bibliografía • • • •

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Gracias por su atención