Aparamenta Celdas Canalizaciones y Equipos Para Suestaciones y Lineas

7/24/2019 Aparamenta Celdas Canalizaciones y Equipos Para Suestaciones y Lineas

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Texto de referencia para los cursos

APARAMENTAS, CELDAS, CANALIZACIONES

yEQUIPOS para SUBESTACIONES y LNEAS

Sergio Feitoza Costa


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APARAMENTAS, CELDAS, CANALIZACIONESy

EQUIPOS para SUBESTACIONES y LNEAS


1

a

Edicin

Cmara Brasileira de Jovens Escritores


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3

Copyright Sergio Feitoza Costa

Cmara Brasileira de Jovens EscritoresRua Marqus de Muritiba, 865 sala 201Cep21910-280

Rio de JaneiroRJTel : (21) 33932163

[email protected]

Enero 2013

Primera Edicin

Coordenacin editorial: Glucia HelenaEditor: Georges Martins

Produccin grfica: Sergio Costa Feitoza

Revisin del autorTapa: Sergio Costa Feitoza


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4





Enero 2013

Rio de Janeiro - Brasil


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5Mensaje de Sergio Feitoza Costa

Durante mucho tiempo estaba pensando de dejar , como un "libro libre " , este textoque uso como referencia para dos cursos de formacin que he estado aplicandodesde hace muchos aos en todo el mundo . Ahora se hace y espero que este

material puede ser til para los profesionales que no participaron en los cursos , a losprofesores ya los estudiantes de ingeniera elctrica .Estoy an ministrando los cursos, pero con una frecuencia mucho ms baja debido ami participacin cada vez mayor en el diseo de nuevos laboratorios de ensayoelctricos y con el trabajo de consultora que hago para los fabricantes de equipos enel desarrollo de productos.Yo tambin estoy haciendo disponible el software SwitchgearDesign_307desarrollado por m para el diseo de aparamenta , celdas, canalizaciones y otrosequipos para subestaciones (parte 7 de este libro ) . La explicacin sobre cmoconseguir est en la primera pgina del sitio de COGNITORhttp://www.cognitor.com.br ( en Ingls , espaol y portugus).

All podr encontrar tambin "libre" , mi ltimo libro no tcnico titulado " Entre losclculos , msica y meditaciones " y un enlace a escuchar las canciones de mi terceroCD . All estn algunas de las canciones que compuse en los ltimos 6 aos. Heregistrado 30 ahora y algunas personas dicen que ellos no son malos para uningeniero. As que , si alguno de los lectores es un productor musical en busca de un

nuevo talento yo estar aqu . La divulgacin es muy bienvenida y para cualquiercomentario, por favor escribir a mi [email protected]

Con un cordial saludoSergio


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6Experiencia previa del autor

Ingeniero de pruebas y gerente de 14 laboratorios de alta potencia, alta tensin

Presidente IEC-Internacional Electrotcnica Comisin-TC 32 - Fusibles (1990-1994) Miembro WG A3.24 CIGRE Internacional: Simulacin ....... Herramientas.

Miembro WG IEC SC 17 C / WG31: Gua para la extensin de la validez de

los ensayos de tipo de aparamenta bajo envolvente metlica

El desarrollo del software para diseo de equipos y de simulacin de pruebas

elctricas

Capacitacin para subestaciones y el diseo del equipo.

Diseo de los laboratorios de ensayos

Para contactos con Sergio Feitoza Costa

Cognitor - Consultoria , Investigacin Tecnolgica y Capacitacin Ltda

Telfono:( 055-21 ) 2465 3689 -- 3393 46009 8887 4600

E-mail: [email protected]

Sitio http://www.cognitor.com.br


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7Artculos de Sergio enhttp://www.cognitor.com.br/es_download.htm


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8PROGRAMA DEL CURSO DE CAPACITACIN

http://www.cognitor.com.br/Book_SE_SW_2014_ES

CONCEPTOS PARA LA ESPECIFICACION Y PROYECTO

FUNDAMENTOS DE LA UTLIZACION DE ESTUDIOS DEL SISTEMA ELECTRICO.Flujo de potencia y la definicin de las corrientes nominales.Los estudios de corto circuitos y la definicin de corrientes y duraciones

Informaciones sobre el ATP para el clculo de transitorios de tensin y corriente.

ELEVACIN DE TEMPERATURA / CALENTAMIENTOConceptos de soportabilidad de materiales para las temperaturas y reduccin devida til.Ventilacin y resistencias de contacto en aparamentas, celdas, fusibles,

transformadores y otrosPrueba de calentamiento.

FUERZAS Y TENSIONES ELECTRODINMICAS EN EL CORTO CIRCUITO.Efectos magnticos y electrodinmicos de las corrientes de corto-circuito.Calculo de las fuerzas y de las tensiones mecnicas.Valores limites en conductores y aisladores.Pruebas de corrientes soportables de corta duracin y de crista.


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ARCOS INTERNOS Y LA SEGURIDAD DE PERSONAS Y INSTALACIONESArcos internos en aparamentas de baja y media tensin. (Clasificacin IAC y otras)Como hacer para controlar el arco interno y ser aprobado en los ensayos.Llegamos al lmite de la reduccin de dimensiones de equipos

LAS NORMAS TECNICAS Y SUS REQUISITOSRequisitos en IEC 62271-200 para conjuntos de aparamenta de media tensin.Requisitos en la IEC 61439 para conjuntos de aparamenta de baja tensinPlanificacin del equipo para la prueba en laboratorio para permitir el uso futuro delas normas y simulaciones para reemplazar las pruebasSeccionadores y especificaciones tcnicas de concesionarias de energa

SIMULACIONES DE PRUEBAS EN EQUIPOS ELCTRICOS Y USO DEL SOFTWAREEstado del arte en el nivel internacionalConceptos Y simulacin de pruebas de corriente admisible de corta duracin ycrestaConceptos para simulacin de ensayos de calentamientoConceptos Y simulacin de pruebas de arco internoEstudios de caso con el software y validacin de resultados


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OTROS PUNTOS DE INTERESE

Explosiones y incendios en transformadores y como evitar

Arcos de potencia en cadenas de aisladores;

Detalles de especificaciones tcnicas para la compra de equipos de subestacionespreparadas por empresas concesionarias de energa (seccionadores, interruptores,para rayos, transformadores, celdas de media tensin, fusibles, transformadores decorriente,) .

Errores mas comunes en las especificaciones tcnicas y como evitarlos


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(enfoque en tcnicas de diseo, especificacin, pruebas y simulaciones)

MODULO 1:

LOS ESTUDIOS QUE SON LABASE DE LAS ESPECIFICACIONES

DE CORIENTES Y TENSIONES

por Sergio Feitoza Costa www.cognitor.com.br


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12

ALGUNOS TRMINOS,

DEFINICIONESY

CONCEPTOS BSICOS

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13

LOS VALORES DE CORRIENTES Y TENSIONES

Para transmitir la potencia (voltaje x corriente) de los generadores alas cargas con las mnimas prdidas en el sistema de transmisin

14


14/373

14

NOMENCLATURA

15


15/373

15


16/373

16

RL= 1 ohm

XF= 1 ohm

G

I = U / Z =

1,414 V / 1,414 ohm = 1 A

U rms

1,414 V

RF~o

XL ~ 0

T D

17


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17

RL= 1 ohm

XF= 1 ohm

G

I = U / Z =

1,414 V / 1,414 ohm = 1 A

U rms

1,414 V

RF~o

XL ~ 0

T D

RL= 1 ohm

XF= 1 ohm

G

1 A

U rms

2,23 V

RF~o

XL ~ 1 ohm

T D

18


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18

V = 145 kV > V n = 83,7 kV

I SC= 25 kArms

P SC = 1, 732 x 145 kV x 25 kA = 6280 MVA

V

V n

X F < < X L R F < < R L

19


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19

IEC 60909TIPOS DE CORTO CIRCUITO

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Establecimiento de circuito CA y el ngulo

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Normas IEC: corriente eficaz simtrica (ICA) y la primera cresta por

ejemplo, "Seccionador 40 kAef de 1 s con 100 KAcr ( corresponde a uncierto valor de X / R )

ANSI: "valor eficaz asimtrico" = raz cuadrada (I2CA+ I2

CC)

Menor ICCes mejor en el establecimiento y la interrupcin de circuitos.Circuito ms resistivo = menor ICC

Componente de corriente alternaICA

Componente de corriente continua ICCCorriente total es la suma

CIERRE DE UN CIRCUITO CA Y ASIMETRA DE LA CORRIENTE

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22

Cerca de los generadores

Lejos de los generadores

CIERRE DE UN CIRCUITO CA Y ASIMETRA DE LA CORRIENTE

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Tipo de generador Turbo Polos salientes

Con / sin amortiguacin

Reactancia sub transitoria 922 12303) 20403)

x"

Reactancia transitoria 14354)

2045 2040x"d

Reactancia sncrona 140300 80180 80180

x"d

Reactancias de maquinas sncronas (%)

24


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Valores tpicos de la impdancia de corto circuito (%) paravalores de tension primaria kV

KV 5..20 30 60 110 220 400

ukin %3.5..8 6..9 7..10 9..12 10;;14 10..16

Impedancias de transformadores

25


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Interrupcin de lacorriente

Caracterstica en fro delinterruptor por encima de

la TRT

Inclinacin (frecuencia) y picomayor es peor TRV depende

deR, L y C de la

rede

Tensin dearco Corriente

Momento de interrupcin

Tensinsistema

Vfuente

V arco

Corriente

26

Tensin transitoria de restablecimiento (TTR)


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Corriente simtrica: componente de alta frecuencia +valor mximo de la tensin del sistema

Asimtrica:suma con valor mas bajo

Tensin transitoria de restablecimiento (TTR)

Em

- amplitud

- frecuencia de la red

factor amortiguamiento

- R

2L/C

o= 1

LC

27

Interrupcin de corriente pequea


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Interrupcin de corriente alta

Vsource

Corriente

V arco

28

I t i d i t


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29

Representacin de la TRT a 2 parmetros


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Tenso

Nominal

Tipo da

interrupo

Fator de

primeiro

polo

Fator de

ampli

tude

Valor de

pico da

TRT

Tempo Tempo

de

retardo

Tenso Tempo TCTRb

**

Ur kpp kaf uc t3 td u' t' uc/ t3(kV) (p.u.) (p.u.) (kV) (s) (s) (kV) (s) (kV/s)4,76 c Falta terminal 1,5 1,4 8,2 51 8 2,7 24 0,16

Discordncia defases

2,5 1,25 12,1 101 15 4,0 48 0,12

72,5 a Falta terminal 1,5 1,4 124 165 8 41 63 0,75Falta quilomtrica 1 1,4 83 166 8 28 64 0,50

Discordncia defases

2,5 1,25 185 336 50 62 163 0,55

Representacin de la TRT a 2 parmetros

tiempo

tensin

30

Representacin da la TRT a 4 parmetros


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Representacin da la TRT a 4 parmetros

tiempo

tensin

TensoNominal

Tipo dainterrupo

Fatorde

primeiro

polo

Fatordeamplitude

Primeiratensodereferncia

Tempo

Valorde

picodaTRT

Tempo

Tempo deretardo

Tenso

Tempo

TCTRb

Ur kpp kaf u1 t1 uc t2 td u' t' u1/ t1(kV) (p.u.) (p.u.) (kV) (s) (kV) (s) (s) (kV) (s) (kV/

s)

245Falta terminal 1,3 1,4 260 130 364 390 2 130 67 2

Falta quilom

trica

1,0 1,4 200 100 280 300 2 100 52 2

Discordn

cia de fases

2 1,25 400 260 500 780 49 200 179 1,54

31

FACTOR DE PRIMERO POLO


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FACTOR DE PRIMERO POLO

Voltages in the 1st pole to clear are1,4 to 1,6 times the normal phaseto ground voltage

Tensin en primero polo:~ 1,4 -1,6 veces la tensinfasetierra.

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FUNDAMENTOS DE LA UTLIZACION DE

ESTUDIOS DEL SISTEMA ELECTRICO.

Flujo de potencia y la definicin de las corrientesnominales.

Los estudios de corto circuitos y la definicin decorrientes y duraciones

Informaciones sobre el programa ATP para el clculo detransitorios de tensin y corriente.

33

FLUJO DE CARGA


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FLUJO DE CARGA Para la operacin econmica del sistema y para planificar la expansin de generacin

y transmisin En la operacin: el despacho de los generadores, el uso de dispositivos para el

control de tensin y el intercambio entre sistemas vecinos.

La informacin obtenida: la carga de las lneas, generadores, transformadores y equipos de

compensacin; las prdidas de transmisin

los mdulos de tensin y ngulos de fase de las tensiones en las barras. potencias activa y reactiva en las lneas

http://www.powerworld.com

34

FLUJO DE CARGA


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Potencia activa

Potencia reactiva

Angulode fase

Lnea

FLUJO DE CARGA

35

Subestacin nueva


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elegido 1250 A

elegido1600 A

1250 A es posible ?

Subestacin nueva

Subestacin 1 Subestacin 2

622 A 622 A

622 A 622 A

1244 A 622 A

622 A

640 A 1280 A

640 A

Situacin normal Emergencia 1 Emergencia 2

36Ejemplo con montaje Interruptor y medio


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37

ESTUDIOS DE CORTOS-CIRCUITOS


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Circuito Corrientecalculada

(kA eff)

Eligido

(kA eff)

LT1 32 40,0

LT2 30 31,5

LT3 28 31,5

M1 35 40,0

M2 27 31,5M3 38 40,0

ESTUDIOS DE CORTOS CIRCUITOS

ESPECIFICAR CORRIENTES SOPORTABLES DE CORTA DURACINY DE CRESTA Y LA CAPACIDAD DE INTERRUPCIN

Determinar X / R de los circuitos (y L / R componente CC);Calcular corrientes, duraciones y su pico ms alto ( capacidad deestablecimiento) .Adaptar a los valores de normas tcnicas

Para interruptores, calcular el valor de la componente continua en el momentode la separacin de los contactos.

38


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Informacin sobre el programa libre

ATP / ATPDRAW

( Alternative Transient Program )

El software libre se origin de la EMTP para el

clculo de tensiones y corrientes transitorias.

Excelente herramienta para el uso diario.

39


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40

APERTURA DE UN REACTOR


40/373

41INTERRUPCIN DE CORTO-CIRCUITO


41/373

42INTERRUPCIN DE CORTO-CIRCUITO


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43

INTERRUPCIN DE CORTO-CIRCUITO


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Lnea corta

44

CAPACITORES EN OPOSICIN


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45

1 RLC t if i


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cap_1_RLC_trifasico

46

8 d


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exa_8.adp

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ALGUNOS LIBROS DE REFERENCIA


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http://www.4shared.com/office/ErozeZWB/20269998-5068033-ABB-Switch-Ge.html

Transients in Power SystemsLou Van de SluisJohn Wiley & Sons Ltd ISBN 0471486 396

Presentado por Sergio Feitoza Costawww.cognitor.com.br

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FINAL DEL MDULO 1

Presentado por Sergio Feitoza Costa

www.cognitor.com.br



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y



MODULO 2:

Coordinacin delaislamiento y

sobre tensionespor Sergio Feitoza Costa www.cognitor.com.br

50

Efecto de las corrientes y voltajes


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Menor o igual a los valores

permanentes nominales

Elevacin Temperatura moderada+ Envejecimiento (fcil estimar)

Efectos electrodinmicos: fuerzas(toneladas) y esfuerzos mecnicos en

aisladores y barras

Sobre corrientes de larga duracin(como 1,5 EN x 120 segundos)

Envejecimiento "normal"

(Como 20 o 30 aos)

Dao inmediato o envejecimientodel aislamiento.

Cmo estimar el envejecimiento?

Temperaturas altas como 180 Cpara cobre recocido, empeos,

I 2t ~ V2t ?

Sobretensiones

larga duracin

corta duracin (micro- segundos)

Sobre corrientes de corta duracin(como 20,0 IN x 1s)

CLASIFICACIN SOBRETENSIONES


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Atmosfricas

Maniobraconexin y desconexin de los elementos, lainiciacin o interrupcin de fallas

Temporal: en la frecuencia de alimentacin o armnicos -sostenidas o mal amortiguado

Corta duracin amortiguado

Maniobra

Sobretensiones atmosfricas

Temporales


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16600 s

100 s

2000 s

16600 s

60 Hz

Atmosfricas

Maniobra

TENSION DE FRECUENCIA NOMINAL + IMPULSO


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REAL X LABORATORIO


54/373

Maniobra

Atmosfrico

55

Frecuencias de transitorios


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Frecuencia depende de L y C, que depende de lageometra y distancias

Transformers connection 1 kHz

Resonancia 1 kHz

Energizacin de lneas 20 KHz

Tensin transitoria derestablecimiento (TTR)cortos en

la lnea

20 KHz

TTR en lneas cortas 100 KHz

Sobretensiones atmosfricas 3000 KHz

Maniobra de seccionadores en GIS 50.000 KHz

Impacto directo sobre el cable de fase: : U = (I / 2) x Z

Propagacin de impulsos


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Impacto directo sobre el cable de fase: : U = (I / 2) x Z

Impulso sobre el cable para-rayos: "back-flashover.

transformador: Z2 infinito

Cambio de medio de propagacin

Z = sqrt( L/C)

v = 1 / sqrt( L*C)

Atenuacin

SOBRETENSIONES TEMPORALES: FRECUENCIA INDUSTRIAL O


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Causas

Sbita prdida de carga Faltas a la tierra desbalanceadas Hierro-resonancia Desconexin de cargas inductivas

Conexin de cargas capacitivas

Magnitud< 1,5 P.U.

Duracin:pocos ciclos hasta segundos, dependiendo del tipode sistema de control de la tensin (ms an si laintervencin es manual)

ARMNICOS. SOSTENIDAS O POCO O AMORTECIDAS

SBITA PRDIDA DE CARGA


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V2

Lnea que conduce gran parte de la energa de el

generador de energa es abierta.Generadores aceleran y la tensin crece

Influencias: la longitud de la lnea, la potencia de

cortocircuito y la generacin de reactivos

Ms ramificaciones = menos sobretensiones.

1,2,3 - Emisor

1, 3 - Receptor

1-1 - Sin compensacin

3/ 3' - 50% compensacin capacitiva serie / 50%

capacitiva serie + 70% de inductiva en derivacin

FALTAS A LA TIERRA DESBALANCEADAS

Defecto fase-tierra en una fase


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Defecto fase tierra en una fase

provoca una elevacin de la tensin

fase-tierra en las fases buenas

Para sistemas aislados la tensin

fase-tierra en las fases buenas puedesuperar la tensin fase - fase

Para los sistemas con tierra slida

la tensin aumenta, pero se queda

abajo de la tensin fase - faseTensin fase-tierra durante eldefecto / tensin fase - fase

60

INTERRUPCIN DE CORRIENTES INDUCTIVAS


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Im: 0,5 a 5% de In

Pequeas corrientes inductivasCorrientes de corto-circuito

INTERRUPCIN DE CORRIENTES CAPACITIVAS

-TTR crecel t t


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Interrupcin de la corriente

Punto ATensinde la fuente

Punto B - tensinen el capacitor Visto por el

interruptor

= Va - Vb

lentamente peroV = 2 pu puedecausarreencendido delarco si no haysuficiente

separacin de loscontactos.--Si hay un nueva

interrupcinpuede se tener 4pu, y assucesivamente

hasta la falla delinterruptor

Lneas en vacoCapacitores en oposicin


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Re ignicin

INTERRUPCIN DE CORTOS EN LNEAS CORTAS( short line fault )


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( short line fault )

CIERRE DE TRANSFORMADOR O REACTOR EN VACO

( CORRIENTES DE INRUSH )


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Pueden alcanzar a 4 x In

Dependen del momento de cierre y

de el flujo antes de la desconexin

( )

CORRIENTES CAPACITIVAS DE INRUSH


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MANIOBRA DE LNEAS EN VACO


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CONTROL DE SOBRETENSIONES .

Resistores de Pre insercin:


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Capacitores en terminales de interruptores: reducir tasa de crecimiento de

TTR.

Cables descargadores y tallos de proteccin: evitar el impacto directo

en el cierre o en el religamento de lneas (reduce asimetra de lacorriente debido a reducir L/R)

en la apertura: reduce la TTR

sobretensin es funcin de la resistencia y de el tiempo en que sequeda en el circuito.

Aplicacin: el cierre de lneas Precio de interruptor 20 a 30% mayor (evaluacin de beneficio /

costo)

Descargadores de sobretensin : evitar sobretensiones por encima deaquellas para las cuales el equipo fue diseado.

Cierre de lneas en vaco

SINCRONIZADORES: reduccin de sobre corrientes y desobretensiones por controle de el ngulo de cierre en la tensin.


68/373

Cierre de lneas en vaco.

Cierre de bancos de capacitores Evitar corrientes de "inrush" en

transformadores

Apertura de capacitores

69

Reduccin de la primera crestaCierre de capacitores


69/373

Reduccin de la primera crestade la corriente asimtrica

CORRIENTES DE INRUSH EN TRANSFORMADORES(cerrar circuito en el momento adecuado del flujo residual)


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-15

-10

-5

0

5

10

15

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

t

t

Tiempo

Con controle Sin controle

Amperes


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4 ms0 msCierre de de lneas en vaco

Cierre de capacitores

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AISLAMIENTO ( IEC 60071)AUTO - RECUPERANTE:


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AUTO RECUPERANTE:

despus de un breve periodo de tiempo, se recupera por completosus propiedades aislantes despus de una descarga disruptiva

durante la prueba

Las distancias entre las barras de distribucin en fases vecinos

Parte exterior de las columnas de aisladores

NO AUTO - RECUPERANTE:

pierde sus propiedades aislantes, o no se recupera por completo,

despus de una descarga disruptivaPapel impregnado con aceite en transformadores

DISTANCIAS (CreepageDistance) (KV / mm)

Basadas en la mxima tensin de operacin, la contaminacin, la

humedad y la densidad del aire

73

AISLAMIENTO ( IEC 60071)


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TENSIN SOPORTABLE

valor de la tensin de prueba que debe aplicarse en una prueba de tensinsoportable, durante el cual se tolera un nmero especificado de descargasdisruptivas. La soportabilidad a la tensin se designa como:

TENSIN SOPORTABLE CONVENCIONAL ,

cuando el nmero de descargas disruptivas tolerado es cero. Se trata de unaprobabilidad soportar Pw = 100%;

TENSIN SOPORTABLE ESTADSTICA

cuando el nmero de descargas disruptivas tolerado se relaciona con una

probabilidad especificada de soportar. En este estndar, la probabilidadespecificada es Pw = 90%. 15 impulsos (10%=1,5 >> 2 descargas mximo)

Para aislamiento no-auto-recuperante se especifica tensin soportableconvencional y para el aislamiento para auto-recuperante se especifica tensin

soportable estadstica

Determinacin de la magnitud y duracin de sobretensiones (simulaciones

COORDINACIN DE AISLAMIENTO


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Determinacin de la magnitud y duracin de sobretensiones(simulacionescon programas del tipo ATP y similares, TNA, ...)

Seleccin de los niveles de aislamiento

Para aislamiento non-auto-recuperante se especifica tensin soportableconvencional para el aislamiento para auto-recuperante se especifica tensin soportableestadstica

Ensayos dielctricos

Frecuencia industrial: sobretensiones temporalesImpulso atmosfrico: 1,2 x 50 sImpulso de maniobra: 250 x 2500 s

Dispositivos de proteccinpara reducir las sobretensiones locales a uncierto nivel.

75DISTANCIAS DE SEGUIRIDAD Y DISTANCIAS MINIMASCLEARANCES ( IEC 61936)

Distancias dielctricas


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Distancias dielctricas

Distancias en incendios y explosiones (en aceite) Distancias en los arcos internos

76

DISTANCIAS MINIMAS CLEARANCES ( IEC 61936)


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En lugares de alto nivel de seguridad utilizar valores ms

elevados de las tablas

Para 1 KV < Um 245 kV las opciones de valores se basan en el

impulso de maniobra

77

Relacin con sobretensiones temporales Relacin con impulsos

Distancias mnimas en el aire (1 KV


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Valores en pruebas En equipos puede ser menor

78

DISTANCIAS MNIMAS EN EL AIRE (> 245 KV) - SLO UNAS LNEAS DE LA TABLA)

IEC 61936 - Instalaciones elctricas de tensin nominal superior a1kV en corriente alterna. Parte: 1: Reglas comunes.


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Tensinnominal

TensinMx.

Imp.atmosfrico

Impulsomaniobra

ImpulsoManiobra

MnimaDistancia

F-T

MnimaDistancia

F-F

79IEC 61936 - Instalaciones elctricas de tensin nominal superior a1kV en corriente alterna. Parte: 1: Reglas comunes.


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Factores de correccin en la tabla (aislamiento)

Max. Altitude (m) Factores de correccin


80/373

1 000 1,00

1 500 1,06

2 000 1,13

2 500 1,20

3 000 1,28

Max. Altitude (m) Factores de correccinpara corriente nomnale

Factores de correccinpara elevacin de

temperatura

1 000 1,00 1,00

1 500 0.99 0.98

3 000 0.96 0.92

Presentado por Sergio Feitoza Costa www.cognitor.com.br

Factores de correccin en la tabla (elevacin de temperatura)

81


81/373

FINAL DEL MDULO 2

Presentado por Sergio Feitoza Costa

www.cognitor.com.br

82

Voltaje de ruptura para iniciar una descarga o arco elctrico,entre dos electrodos en un gas X la presin y la longitud del

Ley ecuacin de Paschen


82/373

huecoV = voltaje de ruptura

Volts,P = presin Atm o Bar,d = distancia en metros.

A & B depender de lacomposicin del gas.

Para el aire a la presin

atmosfrica estndar de101 kPa,A = 4.36107 V /

(atmm)B = 12.8

http://www.hst.tu-darmstadt.de/uploads/media/hvt2_v_09b_01.pdf

83

Cdigo IP - Proteccin del ingreso


83/373

84




84/373


y



MODULO 3:

CORTOS CIRCUITOS,AMPACIDADES,

SOBRECARGA

Y CONTACTOS ELCTRICOS


85Efecto de las corrientes y voltajes

Menor o igual a los valoresEnvejecimiento "normal"

(C 20 30 )


85/373

gpermanentes nominales

Elevacin Temperaturamoderada+ Envejecimiento (fcil estimar)

Efectos electrodinmicos: fuerzas(toneladas) y esfuerzos mecnicos

en aisladores y barras

Sobre corrientes de larga duracin(como 1,5 EN x 120 segundos)

(Como 20 o 30 aos)

Dao inmediato o envejecimientodel aislamiento.

Cmo estimar el envejecimiento?

Temperaturas altas como 180 C

para cobre recocido, empeos,

I 2t ~ V2t ?

Sobretensiones

larga duracin

corta duracin (micro- segundos)

Sobre corrientes de corta duracin(como 20,0 IN x 1s)

86

Conceptos de soportabilidad de materiales para lastemperaturas y reduccin de vida til.

Ventilacin y resistencias de contacto en aparamentas,celdas, fusibles, transformadores y otros

ELEVACIN DETEMPERATURA /CALENTAMIENTO


86/373

celdas, fusibles, transformadores y otros

Prueba de calentamiento.

CALENTAMIENTO

FUERZAS Y TENSIONES

ELECTRODINMICAS EN ELCORTO CIRCUITO.

PROCESOS DE INTERUPCION YARCOS DE POTENCIA

Efectos magnticos y electrodinmicos de lascorrientes de corto-circuito.

Calculo de las fuerzas y de las tensiones mecnicas.

Valores limites en conductores y aisladores.

Pruebas de corrientes soportables de cortaduracin y de crista.

Tecnologas: aceite, aire comprimido, SF6,vaco

Efectos de los arcos en las personas einstalaciones

Explosiones e incendios entransformadores de potencia

87

BREVE EXPLICACIN SOBRE EL SOFTWARE


87/373

BREVE EXPLICACIN SOBRE EL SOFTWARE

Pantalla de datos de entrada y la geometra

Pantalla para la presentacin de los resultados

DETALLES COMPLETOS SE PRESENTANEN EL MDULO 7.

PARA DEMOSTRAR LOS CONCEPTOS DE CLCULO Y DISEO

88PANTALLA INICIALTipo de pruebaProyecto

seleccionado

Informacin delproyectoseleccionado(lnea azul en ellado izquierdo)

Haga clic para ver lageometra del tipo deproyecto(tipo de equipo)


88/373

Tipo de equipo que se desea simular (LVSW 1 & 2 = aparamenta de baja tensin,MVSW1 - Media Tensin - Duct_1 = Embarrado SWITCH - aislador)

DATOS DEENTRADAclic paracambiarHaga clic enResultadospara hacer

los clculos yver losresultados

Haga clic enel botn

Nuevo paracrear unnuevoproyectoigual a la quese selecciona(slo elnombre esdiferente)

89DATOS DE ENTRADA DUCTO DE BARRAS DUCT_1

La corriente aplicada

El nmero asignado a cada conductor (# 1 a # 7)para ver los resultados

Nmero de subdivisiones en los conductores #3hasta 5 y la distancia entre apoyos


89/373

Conductores # 1 al 7

formado por 3 barraspor fase 150x10 mm

Geometra ydimensiones(mm)

La corriente aplicada

en el ensayo deaumento de latemperatura (A)

Conductor en posicinhorizontal o vertical

Material: cobre,aluminio

Resistencia de loscontactos ()

Conductores #2,4 e 6

Recubrimiento delconductor

desnudo,, pintado

Tensin nominal (V)Material de la cajaFluido (aire, SF6, aceite ...)frecuenciaCorriente de cortocircuito(kA), la duracin (s) y elfactor de cresta

rea de aberturas deventilacin (IEC 60890)

90

La lnea superior: conductores de # 1 hasta # 6,en este ejemplo 2 x 127 x 10 mm por faseLa segunda lnea : conductores # 7, en este

El nmero asignado acada conductor (# 1 a #7) para ver los resultados

Nmero de subdivisiones enel conductor #7 y la distanciaentre apoyos

DATOS DE ENTRADA APARAMENTA BAJA TENSIN LVSW_1


90/373

ejemplo 2 x 127 x 10 mm por faseGeometra ydimensiones (mm)

Conductor en posicinhorizontal o vertical

Recubrimiento delconductor

desnudo,, pintado

Material: cobre,aluminio

La corriente aplicada enel ensayo decalentamiento (A)

Tensin nominal (V)Material de la cajaFluido (aire, SF6, aceite ...)frecuencia

Corriente de cortocircuito (kA), laduracin (s) y el factor de cresta

rea de aberturas deventilacin (IEC 60890)

Resistencia de los contactos()

Conductores #2, 3 y 4

91

INPUT DATA LOW VOLTAGE SWITCHGEAR LVSW_2


91/373

92DATOS DE ENTRADA TABLEROS DE MEDIA TENSIN MVSW_1

La lnea superior: conductores de # 1 hasta # 6,en este ejemplo 2 x 63,5 x 10 mm por fase


92/373

Resistenciapor fase delinterruptor

representadopelos

conductores# 4,5 y 6()

La segunda lnea : conductores # 7, en este ejemplo 1x 100 x 10 mm

93

La lnea superior: conductores de # 1 hasta # 3,en este ejemplo 1 x 40 x 12 mm por faseLa segunda lnea : conductores#4 hasta # 7, en este ejemplo 2x 50x 6 mm

DATOS DE ENTRADA SECCIONADORES SWITCH_1


93/373

Seleccione la

lamina que secalcular y el tipode arreglo para la

lamina principal

Resistencia de loscontactos ()

Conductor #5

94

RESULTADOS CALENTAMIENTO

Ducto de barras caso validado BusWay_3x150x10_CU_R_67131 )


94/373

95RESULTADOS CALENTAMIENTODucto de barras caso validado BusWay_3x150x10_CU_R_67131 )


95/373

El aumento de temperatura (K) por encima de la temperatura delaire externo en diferentes puntos

96

RESULTADOS - CORRIENTES DE CORTA DURACIONESFUERZOS ELECTRODINAMICOS

Ducto de barras caso validado BusWay_3x60x10_Al_IEC865_2


96/373

97RESULTADOS - CORRIENTES DE CORTA DURACIONESFUERZOS ELECTRODINAMICOS

Ducto de barras caso validado BusWay_3x60x10_Al_IEC865_2


97/373

Esfuerzos mecnicos a lo largo de los conductores (N/mm2) si el bar estabaen la posicin de "VERTICAL" (superior) u horizontal (inferior)

Fuerzas (N) en los aisladores situados en el extremode cada conductor en las 3 direccionesX (rojo), Y (verde) y Z ( azul)

El nmero asignado a conductores (# 1 a # 7) en la "geometra"

Distribucin defuerzas (N/m)

Aspecto trmico (rea de la seccin transversal mnima)

98RESULTADOS - SOBREPRESION DEL ARCO INTERNO

Tableros de media tensin caso validado MP1_CB31IArc_valid_ROZV050U


98/373

Tensin del arco

Sobrepresin por la duracin

Corriente del arco

Los indicadores

99


99/373

100

Elevaciones de temperatura,


100/373

Compatibilidad de los materiales, sobrecarga, elenvejecimiento y la prdida de la vida.

Simulaciones de pruebas de la elevacin de

temperatura.

procesos, evaluacin y clculos.

101PRUEBA DE CALENTAMIENTO EN LABORATORIO(TEMPERATURE RISE TEST)

Montaje del equipo como en el uso normal

Sitio sin corrientes de aire


101/373

Aplique la corriente nominal permanente

Espere a que la estabilizacin de temperaturas (horas)

Medir la elevacin de temperatura de los puntos relevantes que se

especifica en la norma (por encima de la temperatura del aire externo)

Compare los valores medidos con los lmites establecidos en la norma

Conociendo el aumento durante la prueba podemos saber cul sera la

temperatura si la temperatura del aire exterior era, por ejemplo, 40 C.

Dado que la norma no especifica bien el que debe ser identificado, la mayorade los informes de pruebas emitidos por laboratorios son pobres desde elpunto de vista de las fotos y dibujos no permiten una comparacin fiable entreel equipo que fue probada y el equipo que se comercializa.

102

DOCUMENTOS SOBRE EL TEMA ESCRITOS POR SERGIO

PRUEBA DE CALENTAMIENTO EN LABORATORIO


102/373

VALIDATION OF TEST REPORTS ISSUED BY RECOGNIZED TESTINGLABORATORIEShttp://www.cognitor.com.br/ValidatingReports_Eng.pdf

A "GUIDE" FOR THE USE OF CALCULATIONS AND SIMULATION OFLABORATORY TESTS FOR INCREASING THE COMPETITIVENESS OF THEELECTRIC INDUSTRYhttp://www.cognitor.com.br/Article_Competitivity_Eng_04102011.pdf

VALIDATION OF SIMULATIONS OF ELECTRODYNAMICAL FORCES,TEMPERATURE-RISE AND INTERNAL ARC TESTS IN SWITCHGEAR (and

main parts of a code to do them)http://www.cognitor.com.br/Validation_Simulations_English.pdfCIGRE Technical Seminar "Modeling and Testing of T&D Switchgear" March 24,2010 BrisbaneAustralia

SWITCHGEAR , BUSBAR SYSTEMS and ITS BUILT-IN COMPONENTS:SOMETHING IS MISSING IN IEC and IEEE STANDARDS

Published in Energy Pulse weekly, September, 28 , 2010http://www.cognitor.com.br/Switchgear_Busbar_Standards_Review_English.pdfhttp://www.energypulse.net/centers/article/article_display.cfm?a_id=2338

103

Material do contatco Elevacin Temperatura

Evite a aceptar los informes de ensayo que no informan si el equipo pas o no pas laprueba. Puede ser difcil saber se fue aprobado

LMITES DE LA SUBIDA DE LA TEMPERATURA
http://www.cognitor.com.br/ValidatingReports_Eng.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Article_Competitivity_Eng_04102011.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Validation_Simulations_English.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Switchgear_Busbar_Standards_Review_English.pdfhttp://www.energypulse.net/centers/article/article_display.cfm?a_id=2338http://www.energypulse.net/centers/article/article_display.cfm?a_id=2338http://www.energypulse.net/centers/article/article_display.cfm?a_id=2338http://www.energypulse.net/centers/article/article_display.cfm?a_id=2338http://www.energypulse.net/centers/article/article_display.cfm?a_id=2338http://www.energypulse.net/centers/article/article_display.cfm?a_id=2338http://www.energypulse.net/centers/article/article_display.cfm?a_id=2338http://www.energypulse.net/centers/article/article_display.cfm?a_id=2338http://www.energypulse.net/centers/article/article_display.cfm?a_id=2338http://www.energypulse.net/centers/article/article_display.cfm?a_id=2338http://www.energypulse.net/centers/article/article_display.cfm?a_id=2338http://www.cognitor.com.br/Switchgear_Busbar_Standards_Review_English.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Switchgear_Busbar_Standards_Review_English.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Switchgear_Busbar_Standards_Review_English.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Switchgear_Busbar_Standards_Review_English.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Switchgear_Busbar_Standards_Review_English.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Switchgear_Busbar_Standards_Review_English.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Switchgear_Busbar_Standards_Review_English.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Switchgear_Busbar_Standards_Review_English.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Switchgear_Busbar_Standards_Review_English.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Switchgear_Busbar_Standards_Review_English.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Switchgear_Busbar_Standards_Review_English.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Validation_Simulations_English.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Validation_Simulations_English.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Validation_Simulations_English.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Validation_Simulations_English.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Validation_Simulations_English.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Validation_Simulations_English.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Validation_Simulations_English.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Validation_Simulations_English.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Validation_Simulations_English.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Validation_Simulations_English.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Validation_Simulations_English.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Article_Competitivity_Eng_04102011.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Article_Competitivity_Eng_04102011.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Article_Competitivity_Eng_04102011.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Article_Competitivity_Eng_04102011.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Article_Competitivity_Eng_04102011.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Article_Competitivity_Eng_04102011.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Article_Competitivity_Eng_04102011.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Article_Competitivity_Eng_04102011.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Article_Competitivity_Eng_04102011.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Article_Competitivity_Eng_04102011.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Article_Competitivity_Eng_04102011.pdfhttp://www.cognitor.com.br/Article_Competitivity_Eng_04102011.pdfhttp://www.cognitor.com.br/ValidatingReports_Eng.pdfhttp://www.cognitor.com.br/ValidatingReports_Eng.pdfhttp://www.cognitor.com.br/ValidatingReports_Eng.pdfhttp://www.cognitor.com.br/ValidatingReports_Eng.pdfhttp://www.cognitor.com.br/ValidatingReports_Eng.pdfhttp://www.cognitor.com.br/ValidatingReports_Eng.pdfhttp://www.cognitor.com.br/ValidatingReports_Eng.pdfhttp://www.cognitor.com.br/ValidatingReports_Eng.pdfhttp://www.cognitor.com.br/ValidatingReports_Eng.pdfhttp://www.cognitor.com.br/ValidatingReports_Eng.pdfhttp://www.cognitor.com.br/ValidatingReports_Eng.pdf


103/373

Parte ymedio dende sera utilizado de temperaturamx. (K) amb 20C mx. (C)ambiente40C Comentarios

CONTACTO

DE

MUELLE

Cobrey aleaciones, no revestido -en aire

- en SF6- en aceite

35

50

40

Estaado , en aire, SF6 oaceite 50

Plateado o niquelado - en aire- enaceite

65

50

Para contactores en aceite 105 Deteriora el aceite

CONTATO

ATORNILLADO

Cobre, aluminio e sus aleacionesno revestido en aireno revestido enSF6

50

65

Estaado, enaire oSF6 105 "creep" estao

Plateado o niquelado en aire o SF6 75

Plateado o niquelado en aceite 100 Deteriora el aceite

Para contactores en aceite 105 Deteriora el aceite

PARTES enMETAL

Em contacto co aislamiento clase

Y / A / E

B / F / H

90 / 105 / 120

130 / 155 / 180

Envejecimiento del

aislamiento

Actuando como muellesem posicin de sueldas

caso a caso

100

Deformacin perm.

Ruptura

SUPER-FCIES

Pueden ser tocadas (metal/no met.)Accesible pero no tocada

70 / 80

80 / 90

Quemaduras

104

Resistencias de contacto principales (y no slo la resistencia

PARMETROS QUE AFECTAN LOS RESULTADOSDE LA PRUEBA DE CALENTAMIENTO


104/373

total por fase)

Tipo y el rea de las aberturas de ventilacin

Seccin transversal y posicin geomtrica de las barras

(vertical, horizontal)

Materiales de las barras colectoras y su recubrimiento

Las aperturas de aire entre los compartimentos

Dispositivos de alivio de presin

Las normas tcnicas no se ocupan de la relacin entre la prueba deelevacin de la temperatura y la prueba de arco interno (deban hacerlo)

105CONTACTO ELCTRICO: la principal fuente de efecto Joule

Temperaturas mayores = ms oxidacin = ms envejecimiento


105/373

Distribucin de temperaturas en un contacto dentro de una caja cerrada

106

Por qu las normas deben solicitar la medida de la resistencia decontacto principal y no slo la resistencia total por fase

Resistencia total por fase (interruptor + conexiones + conductores) = 72


106/373

Aprobado

Resistencia del interruptor = 18

107

Por qu las normas deben solicitar la medida de la resistencia decontacto principal y no slo la resistencia total por fase

Resistencia total por fase (interruptor + conexiones + conductores) = 72


107/373

Resistencia del interruptor = 30

No aprobado

108

.0625.0

FHk

Contacto virtual = pequeoscontactos con radio medioa

rea virtual = . . a2

Resistenciade un contacto


108/373

. FHnn k

(105.2 5SIxnk

H

Fa

...

F = fuerza de contacto H = la dureza del material

=coeficiente de rugosidad~ 0.3 hasta 0.6

rea aparente = H x B

= 4

a

corriente

109

2

0

2

Rc

Clculo de la resistencia de un contacto


109/373

2....2 aac

0 = resistividad superficial(funcin del espesor)

Resistencia de constriccin(concentracin de lneas de corriente) Resistencia debido a la capa de

xido

= resistividad del materiala= radio virtual del contacto= numero virtual de contactos

2

0

2

Rc

Fuerza=100 N



110/373

....2 aa

mx

x

a 6

8 1085

)105.5).(45.0.(.18

100

= 1.78 x 10-8.m0= 5 x 10-12.m2

Rc = 6 + 12 = 18

111

Rc= K1 * F-0.6 + K2 * 0 * F

-1



111/373

Rc= 88 *10-6

* 100-0.6

+ 225 *106

* 5 *10-12

* 100-1

Rc= ( 5,55 + 11,2 ) * 10-6= 16,7

Plateado cobre plateado Fuerza = 100 N oxidado

0 valores tpicos


112/373

IEC 60943

113

ELEVACIN DE TEMPERATURA TSSOBRE LA TEMPERATURA AMBIENTE TE

(si non est cerca de resistencias de contacto)

Efecto Joule La luz del Sol Corrientes parasitas


113/373

Corrientes parasitasWeddy= K1* B

2* 2* e 2* * volume enclosure

K1= adjustment B = magnetic field = 2**f

e = plate thickness = plate resistivity

+ Wedy

Efecto Joule La luz del Sol

Pierdas por irradiacin Pierdas por conveccinrea lateral

Corrientes parasitas

114

Estas tablas no son suficientes para el diseo,porque no consideran resistencias de contacto


114/373

115

Tablas de barras (sin resistencias de contacto vecinas)X

El uso real con conexiones, vecinas

Corriente reaventilacin Wattsadicionales

Volumenbox

Barrasmm

Elevacintemperatura


115/373

(caso teste 1 x 100 x 10 mm Switchgear BT )

Amperesventilacin

cm2Wattsadicionales box

m3mm temperatura

K

1490 200 - 0,8 x 0,8

x 2,3

1 x 100 x 10

(desnuda) 291490 200 - 0,8 x 0,8

x 2,31 x 100 x 10

(pintado) 241490 - - 0,8 x 0,8

x 2,31 x 100 x 10(desnuda) 34

1490 - 1000 0,8 x 0,8x 2,3

1 x 100 x 10(desnuda) 64

1490 - Contacto45

(100W)

0,8 x 0,8x 2,3

1 x 100 x 10(desnuda) 54

116

EFECTO DE LOS PARMETROS QUE INFLUYEN EN LOS RESULTADOSDE LA PRUEBA DE CALENTAMIENTO

Sin aberturas de ventilacin

Con aberturas de ventilacin y con / sin ventilacin forzada


116/373

Con aberturas de ventilacin y con / sin ventilacin forzada Cambio del rea de ventilacin Conductor pintado o desnudo Conductor dispuesto de forma horizontal o vertical Diferentes valores de resistencia de contacto

MTODO PARA EL CLCULO DE LA SUBIDA DE TEMPERATURA

La ecuacin en el final de esta seccin

Calcular el aumento de temperatura del fluido interno usando elmtodo IEC 60890 (ver tambin IEC 62208)

Calcular el aumento de la temperatura de los conductores por encima

de la temperatura del fluido interno Suma de los dos valores

MECANISMOS DE ENVEJECIMIENTO - CONTACTOS ELCTRICOS

Contactos bimetlicos: ms voltaje = ms oxidacin (aceptable


117/373

Crecimiento de la capa de xido en la interface

Contactos bimetlicos: ms voltaje = ms oxidacin (aceptable


118/373

119

La reduccin de la vidaInfluencias de la temperatura (Te1e Te2) y de suelevacin (Ti1e ti2) en el envejecimiento


119/373

e

eTeTii

i

TT

K

)21(21 )(

2

ey idependen de Ti

1 horaencondicin 1 (ms fro)

=K x 1 hora en condicin 2(ms caliente)

120

e

eTeTii

i

TT

K

)21(21 )(

2Ejemplo con Te1= Te2


120/373

Contacto elctrico de cobre con elevacin inicial de temperatura 35K

Aplico sobrecarga y la elevacin de temperatura pasa a 45K

i = 6K para Ti1= 35K (baco B)

31.026)4535(

K

Si la vida esperada en condicin 1 es 10 aos entoncesla vida en condicin 2 es 0.31 x 10 anos ~ 1/3 (3 x costo)

i


121/373

Ti1

122

e

eTeTii

i

TT

K

)21(21 )(

2Ejemplo con Ti1= Ti2


122/373

.02 8)2820(

K

Contacto elctrico de cobre con elevacin inicial detemperatura 35K y temperatura ambiente igual a 200C

Aumentar la temperatura ambiente en 8K ( nueva Te = 280

C)

e = 8K para Ti1= 35K

Si la vida esperada en condicin 1 es 10 aos entonces lavida en condicin 2 es 0.5 x 10 anos ~ 1/2 (2 x el costo)

123

e


123/373

Ti1(K)

124

Efecto Joule R * I2 no es perdido por irradiacin o conveccin

R x I 2x T = masa x calor especifico x variacin de temperatura.

Seccin Q necesaria para no pasar temperaturas de recocimiento 180C

Elevacin de la temperatura en cortos - circuitos


124/373

(aluminio) 200 C (cobre)

I k x 1000 x sqrt ( T)

=Q x sqrt (4.184 x ( C x d/ rx ) x ln [ 1 + ( ( max1) )] )

I k = corriente de corto circuito -

kAef

T= duracin del corto en segundos

Q= rea (seccin) en mm2

C= calor especifico cal / ( gr-1.C-1)

p.ej. Cu = 0,0925

d=densidad g/cm3 (Cu = 8,9),r, ,20= resistividad en 20 C (Cu = 0.178)o en temperatura 11= temperatura inicial p.ej. 20 Cr= temperatura final, .p.ej.recocimiento Cu = 200 C

= coeficiente de temperatura Cu= 0.004

125

rea Q de conductor de cobre para no pasar de 200C

Ejemplo para barras de la conexin a tierra:

Cortocircuito en Ik= 31,5 kAef t = 1 s


125/373

31,5 kA x 1000 x sqrt (1 s)=

Q x sqrt ( ( 4,184*0,0941 x 8.9 / r . 0,004) . Ln [1 + 0,004 . (200 - 40) ] ) )

r = x (1 + 0,004 . (40-20) ) = 0.0178 x 1,08 = 0,0192

Q > 195 mm2(densidad de corriente 161 A/mm2)

Por ejemplo 50 mm x 10 mm = 500 mm2

rea Qde conductor de cobre para no pasar de 200 Csiendo la temperatura inicial 40C ?

126

CICLOS TRMICOS

Articulo


126/373

Articulo

127

IEC 60076-2 - Power transformersPart 2: Temperature rise

LmitesK

Lmites de aumento de temperatura ( K )

2011

Rgimen permanente


127/373

K

Aislantelquido (parte

superior)

60

Devanado(media)

ON ... OFOD

6570

Devanadospunto

ms caliente78

g p

128

Carga transitria


128/373

129

IEC 60076-7 - Power transformersPart 7: Loading guide for oil-immersed power transformers2005


129/373

130

PRUEBAS DE CORRIENTES SOPORTABLESDE CORTA DURACIN Y DE CRISTA.


130/373

Efectos magnticos y electrodinmicos delas corrientes de corto-circuito.

Calculo de las fuerzas y de las tensionesmecnicas.

Valores limites en conductores y aisladores.

(pruebas y simulaciones)

131

Dos conductores cerca con

corrientes instantneas I1

y I2

Conductor 1 produce campo

EFECTOS ELECTRODINMICOS DE CORTOCIRCUITO

dF/dm = dFx/dm (x) + dFy/dm (y)+dFz/dm (z)

F = Fx (x) + Fy (y) + Fz (z)


131/373

Conductor 1 produce campo

magntico B1que acta sobreel conductor 2

Dado el tamao y lascorrientes pueden calcularse encada momento la distribucinde fuerzas

dF2= I2.dl x B1

Fuerzas dependen de lageometra y los valores reales

de las corrientes

132

Distribucin de las fuerzas dF/dm (Sergios M.Sc. thesis)


132/373

133

IEC 61117A method for assessing the short circuitwithstand strength of partially type tested assemblies (PTTA)

con algunas adaptaciones (ms completas) por Srgio


133/373

Calcular fuerzas "estticas" (ecuaciones dF/dm)

Convertir fuerzas "estticas" en "dinmicas" (figura)

Calcular reacciones en aisladores, fuerzas de cizalla y

momentos de flexin

Calcular tensiones mecnicas en los conductores = momento

de flexin / momento resistente del conductor

Comparar valores calculados con valores soportables en

aisladores (reacciones) y conductores (tensiones)

134

PARMETROS QUE INFLUYEN EN LAS FUERZAS Y

TENSIONES ELECTRODINMICAS

PRUEBAS DE CORRIENTES SOPORTABLES DE CORTA DURACIN Y DE CRISTA


134/373

Geometra y distancias entre fases

Materiales

Las corrientes de cortocircuito y su asimetra.

Soportabilidad de suportes o aisladores (traccin,

compresin y flexin) y la distancia entre aisladores

135

YZ

M 0 I 2

Fy /m

Muchos

no-paralelos

Conductores paralelos


135/373

X

SM

LL 0

I 1

si L >> S F = ( 0. I1. I2./ 4).* ( L / S )

136Conductores paralelos


136/373

ABB Switchgear ManualABB Pocket Book - Switchgear Manual - 10th revised editionEdited by ABB Calor Emag Schaltanlagen AG Mannheim and ABBCalor Emag Mittelspannung GmbH Ratingen

Published at: Cornelsen Verlag, Berlin ISBN 3-46448236-7

137

Esfuerzos electrodinmicos aplicados en las 3 fases

Fase A


137/373

CORTOCIRCUITO TRIFSICO - 3 barras de longitud L y ladistancia S entre las fases

Fase B

Fase C

Cresta mxima de la fuerza en la fasecentral. . Cresta mxima de la corriente enuna de las fases externas x duracin

S (distancia entre fases)

L

138

STEP 1) CALCULAR LA DISTRIBUCIN DE LAS FUERZAS ESTATICAS EN

TODOS CONDUCTORES DEBIDO A TODOS LOS OTROS DF/DM


138/373

139

STEP 2) Convertir fuerzas "estticas" en "dinmicas"

Fdinmicas= F "estticas" x factor en eje Y


139/373

140

10N

A CB

Fuerzas

Step 3 CALCULAR REACCIONES EN AISLADORES, FUERZAS DE

CIZALLA Y MOMENTOS DE FLEXIN


140/373

5N 5N2,0m 2,0m

Reaccin

5.0

-5.0

2.0 4.0

x [m]

V [N]

10.0

2.0 4.0 x [m]

M [N.m]Fuerzas de cizalla Momento de flexin

M = integral of the curve V

141

Fuerzas




141/373

Reaccin

Fuerzas de cizallaMomento de flexin

M = integral de la curva V

142

Tenemos en cada conductor

/




142/373

Fx /m Fy /m Fz /m

obtenido a partir de las ecuaciones generales ymultiplicado por un factor dependiente de F0 / F

Calcular las reacciones Ra y Rb por el mtodode momentos. Calcular el diagrama de fuerzas de

cizallamiento

Calcular el diagrama de momento de flexin

143

STEP 4 ) CALCULAR TENSIONES MECNICAS EN LOS CONDUCTORES =

MOMENTO DE FLEXIN / MOMENTO RESISTENTE DEL CONDUCTOR

Tensin mecnica = Momento de flexin en el puntoMomento resistente

M t d i i d l iMomento


143/373

= Momento de inercia de la vigaMayor distancia del eje a cualquier parte de la viga

Momentoresistente (W)

144

Step 5 ) COMPARAR VALORES CALCULADOS CON VALORES SOPORTABLES

EN AISLADORES (REACCIONES) Y CONDUCTORES (TENSIONES)

CONDUCTORES (TENSIONES) AISLADORES (REACCIONES)

( i i fl i )


144/373

( traccin, compresin, flexin)

T < 0.2

H+ T < 1.5 * 0.2

0.2 cobre= 250 N / mm2

0.2 aluminio = 120 N / mm2

145

Fuerzas

Ejemplos con el software


145/373

Tensin mecnica

146

Caracterstica fradel interruptor debequedarse arriba dela TTR

Proceso de interrupcinen interruptores y fusibles


146/373

Inclinacin ms larga es peor

momento de lainterrupcintensin de arco corriente

Pico ms alto es peor

la TTR

TTR dependede losparmetrosdel circuitoR,L,C

tensinde la rede

147

Contacto auxiliar

Resistor


147/373

Capacitores

Aislamiento parala tierra

Transmisiones

hidrulicas SF6 Puffer -550 KV

148

RESISTORESPREINSERCIN

Cierra el contacto 1

Despus de cierto tiempo cierracontacto 2

Abre el contacto 1

APERTURA:

Cierra el contacto 1

Abre el contacto 2

Despus de cierto tiempo cierra


148/373

Abre el contacto 1

tpico 400 Ohm durante 6 - 8 ms)

maniobra de bancos de capacitores(energizacin y back - to - back)

energizacin e religamento de LTslongas

reduccin de corrientes de inrush enmaniobra de transformadores yreactores en vaco

Despus de cierto tiempo cierracontacto 1

Tpico 600 Ohm durante 15ms)

igualacin de las tensiones entre lascmaras (50 000 ohmios)

reduccin de la TRT y TCTR en fallasterminales y kilomtricas

reduccin de sobretensiones en laapertura de las pequeas corrientes

inductivas y capacitivas

149

CAPACITORRES DE IGUALACION DE TENSIONES


149/373

145 kV - 1 chamber245 kV - 2362 kV - 2 - 4500 kV - 4800 kV - 8

150

Interruptores EN AIRE COMPRIMIDO


150/373

interruptores EN ACEITE

Insulatingplates

151

SF6: estable e inerte y 5 x pesado que el aire

Rigidez dielctrica 2,5 veces mayor que el aire.

La contaminacin por aire: 20% de aire reduce 5% la

rigidez dielctrica del gas.

"Puffer" con presin individual (3 ~ 6 bar)

INTERRUPTOR SF 6


151/373

Pistn se mueve y comprime el gas a presiones de ~

6 veces la inicial.

El gas fluye a travs de los contactos a alta velocidad

152

El arco que se forma entre contactos es diferente de otros tipos deinterruptores y se mantiene por iones metlicos vaporizado delmaterial de los contactos.

En el cero de corriente el espacio entre los contactos es rpidamente

INTERRUPTORES EN VACO


152/373

En el cero de corriente el espacio entre los contactos es rpidamentede-ionizado por la condensacin de vapor en los electrodos metlicos

153

O - t - CO - t - CO

t = 3 minutos para interruptores sin religamento rpido

Secuencia nominal de operacin


153/373

t = 0,3 s para interruptores con religamento rpido

t= 3 minutos

COt - CO

t= 15 s para interruptores sin religamento rpido

Interrupcin de Fallas en los terminales

Interrupcin de lneas cortas


154/373

Interrupcin en discordancia de fases

Ruptura de corriente inductiva de pequea intensidad


155/373

Apertura de lnea en vaco

156

MATERIALCOMPLEMENTARIO


156/373

COMPLEMENTARIO

PARA ESTUDIO

157

CLCULO DEL AUMENTO DE LA TEMPERATURA

Ecuaciones de clculo para preparar un programa

El clculo de la elevacin de la temperatura de los


157/373

pconductores por encima de la temperatura del aire

El clculo de la elevacin de la temperatura del fluido(aire, ...) por el mtodo de la norma IEC 60890

Propiedades de los materiales aislantes

Propiedades de material conductor Los comentarios sobre los materiales en contacto Efectos de diferentes atmsferas en la oxidacin

158

ECUACIONES DE CLCULO PARA PREPARAR UN PROGRAMA


158/373

159



159/373

160



160/373

161

H

PROPIEDADES DEL MATERIAL (conductores)


161/373

162

PROPIEDADES DEL MATERIAL (aislantes)


162/373

163EFECTOS DE DIFERENTES ATMSFERAS EN LA OXIDACIN


163/373

164EFECTOS DE DIFERENTES ATMSFERAS EN LA OXIDACIN


164/373

EL CLCULO DE LA TEMPERATURA DELAIRE INTERNO A LA ENVOLVENTE

IEC TR 60890

Estimar latemperatura del fluido

ambiente interior en


165/373

ambiente interior en

una envolvente

metlica

Con o sin aberturas

Con una potencia

elctrica disipadaconocida

Dentro de ciertas

condiciones

166

Sin ventilacin forzada

Potencia elctrica bien

distribuidaCirculacin de aire poco impedida

(< 3 particiones horizontales)

DENTRO DE CIERTAS CONDICIONES


166/373

(< 3 particiones horizontales)

Corrientes < 3150 A

Si la temperatura externa es >35C

vale la temperatura interna

Corrientes de Foucault muy

pequeasrea de pasaje de ventilacin en

las particiones > 50% del rea

horizontal de la particin,

167

El clculo de la temperatura del aire interno a la envolvente

Dimensiones de la envolvente (H x W x D )

Variables de calculoH


167/373

Tipo de instalacin

Diseo con o sin aperturas ventilacin

Nmero de particiones interiores horizontales

Potencia elctrica efectiva en el interior de la envolvente

D

W

Clculo del aumento de temperatura en 50% y 100% de la altura

reaeficazdeenfria

Elevacintemperatura

Ae

Ae

Envolvente Factores Curvade latemperatura enfuncinde la

Sino

con


168/373

enfriamiento

Ae

de laaltura

Sin

Aperturas

Con

Sin

Tipo de instalacin

Dimensiones


169/373

rea de las aberturas de ventilacin

Existen aberturas de ventilacin

Watts internos

Aumento de la temperatura del aire interior

Particiones

A0 = superficie de lados exteriores del recinto (m2)Ab = superficie de base (m2)

Ae = superficie de enfriamiento eficaz (m2)

B = factor de superficieC = factor de distribucin de la temperatura

D f t d l ti i h i t l


170/373

D = factor de las particiones horizontales

F = factor de altura / base

H, W = altura y la anchura del recinto (m)

K = caja constante

N = nmero de particiones horizontales

P = Prdida de potencia efectiva dentro (Watts)

X = exponente

Delta T0,5aumento de temperatura en 50% de la altura

Tipo de instalacin(Figure 4)


171/373

Factor B(Para calcular el rea efectiva de la columna 1)

1

2

Exposed top surface

Covered top surface of built-in enclosures 0,7

1,4

B


172/373

3

4

5

6

Exposed side faces (front , rear and side walls )

Covered side faces (front , rear and side walls )

Side faces of central enclosures

Floor surface

0,9

0,5

0,5

0,0

Factor DCuantidad de particiones

horizontales

Envolvente sinaperturas

til i1,00 1,05 1,15 1,30


173/373

ventilacin

A e> 1,25 m2

Envolvente con

aperturasventilacin

A e> 1,25 m2

1,03 1,05 1,10 1,15

Figure 3 Factor Kwithout ventilation openings forAe > 1,25 m2

If effectiveArea < 0.5 then K:= 1 // Fig. 3else If effectiveArea < 1.0 then K:= 0.6 - 0.8 * (effectiveArea - 1)


174/373

else If effectiveArea < 3.5 then K:= 0.2 - 0.16 * (effectiveArea - 3.5)else If effectiveArea


175/373

Figure 7Factor Kwithout ventilationopenings forAe < 1,25 m2F

actorK


176/373

Y = 4,13058.8171 X + 5.2228 X2

Ae(m2)

Factor F to calculate C in figure 4


177/373

Figure 4: Factor Cfor Ae> 1,25 m2withventilation openings


178/373

F = h 1,5 / Ab

H : enclosure height (m2) Ab = enclosure base area (m2)

Figure 6: Factor Cfor Ae> 1,25 m2withventilation openings


179/373

F = h 1,5 / Ab

Cross section of the inlet ventilation area (cm2)

H : enclosure height (m2)

Ab = enclosure base area (m2)

C


180/373

Figure 8:Factor for Ae < 1,25 m2without ventilation openings.

G = enclosure height / width

HIGHVOLTAGE

EXPULSIONTYPE FUSES

(IEC 60282-2)


181/373

Presented by Sergio Feitoza Costa www.cognitor.com.br

182

FINAL DEL MDULO 3


182/373

183



yEQUIPOS para SUBESTACIONES y LNEAS



183/373


MODULO 4:

ARCOS ELECTRICOS YSEGURIDAD DE PERSONAS Y

INSTALACIONES


184

SOBREPRESIONES POR ARCOS

INTERNOS EN CELDAS (AIRE)

LAS EXPLOSIONES E INCENDIOS EN LOS


184/373

TRANSFORMADORES (ACEITE)

ARCO DE POTENCIA EN CADENAS DE

AISLADORES

185

SOBREPRESIONES DEL ARCO INTERNO

Corrientes en el sistema: el aumento de los niveles

Requisitos: ocupacin de menos espacio y permanecer

utilizable" en caso de producirse un fallo.

Especificaciones:

Algunas temperaturas no debern ser superadas en el


185/373

g p p

uso normalSoportar sobrepresiones de arco para evitar riesgos a

las personas y daar las instalaciones

Fuerzas electrodinmicas en aislantes y conductores

El ms compacto es el tablero y ms altas son las corrientesms difcil de cumplir con estas especificaciones

Relacin entre las pruebas de calentamiento, grado IP y arcointerno

186

PRUBA DEL ARCO INTERNOIniciacin del arco es seguida por la vaporizacin decobre y otros materiales con aumento de la presin yla apertura de los dispositivos de alivio

Nivel de proteccin a las personas cerca del equipo

T bl d di t i IEC 62271 200


186/373

Tableros de media tensin: IEC 62271-200: ensayode tipo para la clasificacin IAC .

Baja tensin: (IEC TR 61641): no es una prueba detipo pero el mercado pide. (proteccin de las

personas, los equipos y la operacin limitada despusde arco interno)

IEC 62271-307: Extensin de la validez de informes

187

> 0,6 m

Las puertas no deben abrir

No tirar las piezas No quemar indicadores dealgodn

Circuitos de proteccin siguensiendo eficaz

No hay agujeros en la placa

Indicadores de algodn

Gases calientes


187/373

0,8 m

0,8 m

188PELICULA 15 kV25 kA eff


188/373

18915 kV40 kA rms PELICULA


189/373

190Sobrepresiones y criterios de diseo (simulacin)

Sobrepresin


190/373

CorrienteTensindel arco

191PRUEBA DE LABORATORIO X SIMULACION X VALIDACION

Prueba


191/373

Simulacin

192

ARCO INTERNO (PARMETROS IMPORTANTES)

Volumen neto del compartimiento, rea escape, velocidad

y caractersticas de los dispositivos de alivio de presin

Las normas tcnicas no abordan adecuadamente la

relacin entre el aumento de la temperatura y el arco


192/373

interno (informes de ensayo)

IEC grupos de trabajo (AT y BT) y CIGRE estudiando.

Los mtodos para calcular

(a) "Folleto" grupo CIGRE WG A3-24-publicacin 2014

(b) Mtodo calentaniento", pero teniendo en cuenta

hasta la vaporizacin de los conductores

193

CIGR WG A3. 24 : TOOLS FOR SIMULATING INTERNALARC AND CURRENT WITHSTAND TESTING

Las simulaciones para predecirlos resultados de las pruebasde arco interno en el equipoSF6 si SF6 es reemplazado poraire


193/373

aire.

Motivo: razones ambientalesya que pruebas liberan SF6para el medio ambiente

El uso de simulaciones parareducir el nmero de pruebasde arco interno

194

CIGR WG A3. 24 : Brochure TOOLS FOR SIMULATION OFPRESSURE RISE DUE TO INTERNAL ARC IN MV AND HVSWITCHGEAR


194/373

195

Ducto

Indicadores dealgodn

Deflector

OPCIONES DE PROYECTO X CORRIENTES


195/373

Sin deflector y sin ducto

tablero

196

Planificacin inteligente, conductos y readel escape vecina

pared OPCIONES DE DISEO


196/373

El uso de absorbedores de calorpara eliminar el calor en losgases de escape

197

15 kV25 kA eff


197/373

Es posible simular la trayectoria de laspartculas y gases que pueden quemar los

indicadores de algodn

198

ARCO INTERNO EN TRANSFORMADORESArco en contacto con el aceite producegases explosivos.

Aumenta la presin y puede se romper el

tanque (transformadores soportan ~ 1 barde sobrepresin)

Si se rompe el tanque el oxgeno en el aireentre en contacto con los gases acetileno (explosin y fuego)


198/373

acetileno (explosin y fuego).

Sistemas de prevencin para aliviar lapresin antes de que alcance el lmite deldepsito

Los interruptores automticos no son losuficientemente rpido, pero de discos deruptura son

El objetivo es llevar los gases a quemar en un lugar seguro

Hay una norma tcnica brasilea con una prueba de corto

circuito interno

420 INCIDENTES DE INCENDIO Y EXPLOSIONES DE TRANSFORMADORES (EUA -11/3/2002 hasta 31/7/2002 )

MUERTES4

PERSONAS HERIDAS 247

PERSONAS AFETADAS POR FALTA DE ENERGIA1.6 x 10 6

EMPRESAS DE ELECTRICIDAD 117


199/373

EMPRESAS DE ELECTRICIDAD 117

EMPRESAS DE ELECTRICIDAD > 3 EXPLOSIONES 27

STIO DEL INCIDENTE

Plantas de generacin Ysubestaciones

80

Plantas nucleares 7

reas residenciales 19

reas urbanas 29

Plazas pblicas e edificios 54

Escuelas y universidades 25

200

NORMAS TCNICAS BRASILEAS

PUBLICADAS EN 2006

(preparacin coordinada por Sergio Feitoza)

NBR 13231: Proteccin contra incendios en

subestaciones elctricas..


200/373

NBR 8222 - Sistemas de proteccin de

transformadores de potencia y reactores, por

despresurizacin

NBR 8674 : Sistemas de aspersin de agua

NBR 12232 : Sistemas de dixido de carbono

201

transformateur de 20MVA

0,01

0,1

1

10

Pression(bar)

Limite de explosin

Aumento da presin

atm

Transformador soporta ~ 1 bar arriba de

presin atmosfrica por corta duracin

Apertura deinterruptor non evitaruptura del tanque

Sin apertura

Interruptor85 ms


201/373

0,001

0 20 40 60 80 100 120 140

Temps (ms)Duracin, milisegundos

Corriente Tempo de aperturadel disco

35 kA 1.8 ms

118 kA 1.2 ms

236 kA 0.6 ms

Disco de ruptura

202

PELICULA


202/373

N2

203

Ensayo de arco en las cadenas de aisladores


203/373

204

La descarga se produce y se abre un "camino" para el paso de la corrientede cortocircuito de 50/60 Hz, w, ex. 40 KAEF durante 0,2 s

Desgaste por el arco y corrientes en accesorios que soportan los cables

pueden romper la cadena Ms tarde otra descarga se produce ..

Factores a tener en cuenta (cantidad, duracin y nmero de eventos)

Disposicin fsica (medios simtrica o asimtrica que arco es ms o menoscerca de los aisladores debido a las fuerzas electrodinmicas)

Ensayo de arco en las cadenas de aisladores


204/373

Lo que hay que comprobardespus de la prueba

205

FINAL DEL MDULO 4


205/373

206



y




206/373

MODULO 5:

ESPE

Documents

Aparamenta Celdas Canalizaciones y Equipos Para Suestaciones y Lineas