SISTEMAS ELECTRICOS Y APARATOS ( planta y sub. 1).pdf

UASD-IEMCERVANTES HERNANDEZ GARCIA

MSEE 1

PLANTAS Y SUBESTACIONES I

IEM-517


MSEE 2

SISTEMA ELECTRICO

CONJUNTO DE CENTRALES ELECTRICAS, REDES ELECTRICAS Y CONSUMIDORES DE ENERGIA ELECTRICA ENTRELAZADOS POR LOS REGIMENES DE PRODUCCION, TRANSMISION, DISTRIBUCION Y CONSUMO DE ENERGIA ELECTRICA


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CARACTERISTICA PRINCIPAL

EN CADA INSTANTE DE TIEMPO SE VERIFICA:

Pg ≡ Pc y Qg ≡ QcFrecuencia única y constante = 60 Hz.La tensión en los diferentes nodos del sistema en presencia de flujo de potencia es diferente en modulo y en fase.


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EXIGENCIAS A LOS SISTEMAS ELECTRICOS

1. Suma de la potencia de las centrales = Demanda consumidores +Suma de las pérdidas + Gasto en servicios auxiliares.

2. La confiabilidad del suministro eléctrico deberácorresponderse con las exigencias económicamente justificadas de los consumidores.

3. La calidad de la energía deberá corresponderse con las normas correspondientes.

4. El precio de la energía deberá ser lo mas bajo posible.


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CONSUMIDORES DE ENERGIA ELECTRICA

1. INDUSTRIALES2. SECTOR CONSTRUCCION3. RESIDENCIALES4. AGRICOLASEl régimen de trabajo de los consumidores se caracterizan por gráficos de carga que no sonmas que la representación de P, Q, S en función del tiempo.


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TIPOS DE CENTRALES ELECTRICAS

1. Térmicas: convierten el poder calorífico de combustibles fósiles( petróleo, carbón etc.) en energía eléctrica.

2. Hidroeléctricas: convierten la energía de un salto de agua o corriente de agua en energía eléctrica.

3. Atómicas: Convierten la energía producida por la separación del átomo de los materiales radioactivos (P239, U234..) en energía eléctrica.

4. Eólicas: Convierten la energía del flujo del aire en energía eléctrica.

5. Solares: Convierte la energía de los rayos del sol en energía eléctrica


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APARATOS ELECTRICOS CLASIFICACION, USO Y EXIGENCIAS BASICAS

Los aparatos eléctricos se utilizan para el comando, protección contra fallas, y regimenes anormales de las máquinas eléctricas, transformadores y líneas.Se instalan tanto en las redes primarias como en las redes secundarias


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CLASIFICACION APARATOS DE LAS REDES PRIMARIAS

En función del uso:a) Aparatos de

conmutaciónInterruptores de potencia y de cargaSeccionadores


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b. Aparatos de protección

Fusibles : para la protección contra sobre corriente.Pararrayos: para la protección contra sobre tensiones


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c. Transformadores de instrumentos

Transformadores de tensión y transformadores de corriente para reducir a valores no peligrosos y normalizados las características de tensión y de corriente de las redes primarias


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Reactores

Para la limitación de la corrienteDe corto circuito

Reactores para el aterrizajeDel neutro


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NOTA

Además los aparatos de las redes primarias pueden ser clasificados

1. Por el nivel de tensión: alta, extra alta tensión2. Por el tipo de instalación: Exterior o Interior


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Redes secundarias

Son las formadas por los aparatos y dispositivos de comando, control, señalización, protección y automatización.Las redes secundarias no están conectadas con las redes primarias y se alimentan de una fuente de energía de baja potencia pero independiente de la rede primaria


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Redes secundarias

Los aparatos de comando y control de las redes secundarias tienen como función:

Comando remoto de los aparatos de conmutaciónSeñalización de la posición de los aparatos de conmutaciónMedición remota de las cantidades eléctricas: corriente, tensión, potencia, frecuencia, energíacantidades no-eléctricas : presión, temperatura


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Nota

De particular importancia son los:Dispositivos/aparatos de protección por relé y de automatización que aseguran la identificación de averías y la desconexión y posterior reconexión de los elementos averiados.La regulación automática de la excitación de los generadoresLa regulación automática de la frecuencia. Etc.


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ESQUEMAS ELECTRICOS

Son una representación grafica del orden de conexión eléctrica de los elementos de la instalación con una correspondencia exacta de su funcionamiento.


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Exigencias a los aparatos de las redes primarias

1. Tener un aislamiento con suficiente estabilidad eléctrica para resistir por tiempo prolongado la tensión de trabajo de la red donde estará conectado equipo/aparato y resistir además las sobre tensiones momentáneas.

2. Conducir la corriente de trabajo durante un tiempo prolongado sin que la temperatura de ninguna de sus partes exceda los valores normalizados.


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Exigencias cont.

3. Durante el régimen de cortocircuito resistir la acción momentánea de la corriente de cortocircuito sin calentarse por encima de la temperatura permitida de corto tiempo, ni romperse ni deformarse.

4. Ser confiables: no negarse a realizar las funciones encomendadas ni realizarlas cuando no se les exige.

5. Ser de construcción simple y económica


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PARAMETROS NOMINALES

Son parámetros establecidos por los fabricantes y determinan la capacidad de trabajo en las diferentes condiciones operativas


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PARAMETROS NOMINALES cont.

Tensión nominal:Es una tensión base de una serie de tensiones estandarizadas que determinan el nivel de aislamiento del elemento correspondiente del equipamiento eléctrico.En general

V max trabajo > Vred ~ VnominalLa tensión real de la red es ligeramente diferente del la tensión nominal, sin embargo nunca debe ser mayor que la tensión máxima de trabajo de la red en el régimen continuo.


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Nota

El aislamiento de los aparatos eléctricos se calcula para los valores máximos indicados de las tensiones.P.e. Vnom = 69 KV Vmax = 72.5 KV

Vnom= 138 KV Vmax = 145 KV.


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PARAMETROS NOMINALES cont.

Corriente nominal ( Inom) Aquella para la cual el equipo puede trabajar en forma indefinida sin que ninguna de sus partes se caliente por encima de la temperatura permitida.

Corriente térmica nominal (Iter)Aquella máxima corriente de cortocircuito que el equipo puede soportar durante el cortocircuito sin calentarse por encima de los valores permitidos.

Corriente dinámica nominal ( Idin) :Aquella máxima corriente de cortocircuito que el equipo puede soportar durante el cortocircuito sin deformarse ni romperse.


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CONDUCTORES Y AISLADORES

Tipos de conductores de la redes primariasPara la interconexión de los generadores, transformadores y de las líneas con los aparatos eléctricos se utilizan conductores aislados (cables) y conductores desnudos : rígidos y trenzados


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Conductores aislados -Cables

Cables: reunión de varios conductores aislados entre sí, colocados unos cerca de los otros y generalmente recubierto por un blindaje o coraza metálica.Se emplean en donde no puede resolverse la entrega de energía eléctrica por medio de líneas aéreas.


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Clasificación

Por el nivel de voltaje:De alto voltajeDe bajo voltaje

Por el numero de fases:MonofásicosTrifásicos

Poseen como regla general tres partes principales:1. El Conductor : Cu o Al2. El Aislamiento: PVC, XLP, XLPE, Aceite a presión3. La coraza protectora o blindaje : Protegerlo de la

humedad y darle mayor resistencia


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Monofásicos


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Trifásicos


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Conductores desnudos

Rígidos : de sección transversal circular, cuadrado o de otras formas conocidos como barras.Conductores trenzados desnudos como los utilizados en las líneas aéreas


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BARRAS

Son conductores rígidos instalados sobre aisladores de apoyo. La forma y sección transversal se seleccionan en función de la corriente de trabajo y Icc considerando los efectos de proximidad y pelicular


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AISLADORES

Tienen como función sujetar las partes conductoras (líneas, barras) aislarlas entre sí, de la tierra y de otras partes con diferente potencial.La sujeción del aislador a la estructura (poste, torre, pórtico) se realiza por medio de herrajes.Pero además, un aislador debe tener las características mecánicas necesarias para soportar los esfuerzos a los que está sometido


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Características Eléctricas

1. Voltaje Nominal Vnom2. Voltaje de perforación:

Por lo tanto se les exige suficiente rigidez dieléctrica para que la tensión de perforación sea lo más elevada posible. Esta rigidez depende de la calidad del vidrio, porcelana o resina y del grueso del aislador.La tensión de perforación es la tensión a la cual

se inicia el arco a través de la masa del aislador.


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3. Tensión de descarga a frecuencia industrial en seco y en húmedo; para que no se produzcan descargas de contorno entre los conductores y el apoyo a través de los aisladores.

4. La tensión de contorneamiento es la tensión a la que se asegura la ionizacion del aire originándose como consecuencia un arco a través del aire siguiendo la mínima distancia entre fase y tierra, es decir, el contorno del aislador. Esta distancia se llama línea de fuga.


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La distancia de fuga se alarga fabricando los aisladores con una superficie ondulada.

5. Tensión aplicada a frecuencia industrial en húmedo y en seco.

6. Tensión de Impulso caracterizada por un impulso de 1.2 x 50 μs para determinar el Nivel Básico de Impulso (NBI) del aislador


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Características Mecánicas

Carga mínima garantizada de rotura en Newton aplicada a la cabeza del aislador en dirección perpendicular al eje.Dimensiones : diámetro y altura.Resistencia a las variaciones de temperatura.Ausencia de envejecimiento.


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Clasificación

Por el lugar de instalación

Aisladores de InterioresAisladores de Exteriores

Por la función realizadaAisladores de apoyo : sujetar y aislar barras y partes conductoras de aparatos y también líneas aéreas.


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Clasificación cont.

Aisladores pasamuros : Su función es la de conducir a través de carcasas aterradas de aparatos y transformadores manteniendo la hermeticidad . Asícomo a través de paredes


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Clasificación cont.

Aisladores de suspensiónSu función es la de sujetar conductores desnudos y flexibles a los postes, torres o pórticos de subestaciones


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MATERIALES EMPLEADOS EN LA FABRICACION

Aisladores de porcelanaSu estructura debe ser homogénea y, para dificultar las adherencias de la humedad y polvo, la superficie exterior está recubierta por una capa de esmalte. Están fabricados con caolín y cuarzo de primera calidad. La temperatura de cocción en el horno es de 1400º C.En alta tensión, los aisladores son de dos, tres o más piezas unidas con yeso. Esto se debe a que solamente se consigue una cocción buena cuando su espesor no excede de 3 cm.


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Aisladores de vidrioEstán fabricados por una mezcla de arena silícea y de arena calcárea, fundidas con una sal de sodio a una temperatura de 1300 ºC. obteniéndose por moldeo. Su color es verde oscuro. El material es más barato que la porcelana, pero tienen un coeficiente de dilatación muy alto, que limita su aplicación en lugares con cambios grandes de temperatura; la resistencia al choque es menor que en la porcelana. Sin embargo, debido a que el coste es más reducido y su transparencia facilita el control visual, hacen que sustituyan en muchos casos a los de porcelana.


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Aisladores de polímero.Se emplean cuando han de soportar grandes esfuerzos mecánicos, debido a que su resistencia mecánica es aproximadamente el doble que la de la porcelana, sus propiedades aislantes también son superiores y además resultan mas fáciles de manipular por ser menos pesados que los correspondientes aisladores de porcelana o de vidrio templado.


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Notas

1. Las propiedades positivas de los aisladores de porcelana son su gran poder aislante y su gran resistencia a la compresion. Sus aspectos negativos son el peso y su tendencia a fragmentarse al ser sometidos a esfuerzos.

2. Gran parte del esfuerzo en los aisladores de porcelana se consume en soportar su propio peso.


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3. Los aisladores de polímetros no solo tienen iguales valores de aislamiento que los de porcelana si no también una aceptable resistencia tanto bajo tensión como bajo compresión. Además son mas efectivos contra la contaminación y son menos propensos a daños o destrucción por hechos vandálicos.

4. Son mucho menos pesados que sus similares de porcelana por lo que son mas fáciles de manipular.


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5. Desde el punto de vista económico los costos de los aisladores de porcelana y de polímetro son bastante competitivos. Pero los factores de manipulación inclinan la balanza a favor de los polimétricos.


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Conclusiones

En resumen los aisladores de polímetros ofrecen las siguientes ventajas sobre los aisladores de porcelana

1. El peso de los aisladores de polímetro es considerablemente menor que los de porcelana lo que se traduce una disminución de los costos de construcción de las estructuras e instalación de las mismas

2. Son resistentes al daño resultante durante la instalación y al daño producido por el vandalismo.

3. Permiten incrementar las tensiones en los conductores como resultado se obtienen diseños de construcción menores permitiendo mayores vanos , menores torres o torres de menor altura.


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Literatura

Electrical Transformers and PowerEquipment autor Anthony J. PansiniPartes Electricas de Centrales y Subestaciones autor A.A. Vasiliev

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