Instruction manuals y electrica">
Clases 1, 2, 3 y 4 Plantas Electricas y Subestaciones. Iupsm
Clases 1, 2, 3 y 4 Plantas Electricas y Subestaciones. Iupsm
Clases 1, 2, 3 y 4 Plantas Electricas y Subestaciones. Iupsm
Interconectado
1) Definicin de sistema de potencia y su clasificacin.
Todo el recorrido desde su generacin hasta su entrega final, se realiza en lo que se
denomina el sistema de potencia.
El sistema de potencia se encuentra dividido en 4 partes fundamentales como lo son:
1. Generacin
2. Transmisin
3. Sub-transmisin
4. Distribucin
1. Generacin.
Es la transferencia de cualquier forma de energa a energa elctrica.
Los generadores se encargan de esto, se le entrega energa mecnica (mover su eje)
para transformarla en energa elctrica y as producir electricidad.
2. Transmisin.
Toda la electricidad producida en los centros de generacin se debe transportar hacia
los grandes centros poblados, que por lo general se encuentran bastante alejados,
uno del otro. Para realizar esta labor de forma eficiente se eleva el voltaje, por medio
de transformadores, y se utilizan grandes torres metlicas para sujetar los cables que
la transportan.
3. Sub-transmisin.
Una vez que nos aproximamos a los centros poblados, es necesario reducir el voltaje
a valores menores por medio de transformadores reductores. Para facilitar as el
transporte de energa a los grandes centros industriales y residenciales de las
ciudades.
4. Distribucin.
Finalmente y para poder llegar a cada uno de los hogares, centros comerciales e
industrias, se vuelve a reducir el voltaje. De esta forma es mucho ms sencillo,
econmico y seguro, transportar
la energa elctrica a cada rincn del pueblo, urbanizacin o ciudad.
1
GENERADORES ELECTRICOS
QUE ES?
GENERADORES ELECTRICOS
Generador elctrico de una fase que genera una corriente elctrica alterna
(cambia peridicamente de sentido), haciendo girar un imn permanente cerca de una
bobina.
Un generador elctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de
potencial elctrico entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes)
transformando la energa mecnica en elctrica. Esta transformacin se consigue por
la accin de un campo magntico sobre los conductores elctricos dispuestos sobre
una armadura (denominada tambin estator). Si se produce mecnicamente un
movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generar una fuerza
electromotriz (F.E.M.). Este sistema est basado en la ley de Faraday.
Aunque la corriente generada es corriente alterna, puede ser rectificada para obtener
una corriente continua. En el diagrama adjunto se observa la corriente inducida en un
generador simple de una sola fase. La mayora de los generadores de corriente
alterna son de tres fases.
El proceso inverso sera el realizado por un motor elctrico, que transforma energa
elctrica en mecnica.
TIPOS DE GENERADORES ELECTRICOS
Solar: Los generadores elctricos solares transforman los rayos solares en energa
elctrica, que permitie abastecer varias formas de uso. La energa producida por los
mdulos fotovoltaicos, es controlada por un regulador de carga y reserva las energias
bateras.
Nuclear: En las plantas nucleares, energa elctrica se produce a travs de la fusin
de tomos de uranio, lo que genera una gran cantidad de energa calrica que hacen
funcionar al generador elctrico, generando energa elctrica. A pesar de parecer un
conveniente generador tiene los contras de ser un generador con altisimos riesgos.
Eolica: Los generadores elctricos elicos funcionan con la fuerza que el viento. Usan
los denominados molinos de vientos. Este movimiento de rotacin es transmitido al
eje del generador elctrico, el cual transforma la energa mecnica de rotacin en
4
En 1968 se firma el primer Contrato de Interconexin entre las empresas Cadafe, Electricidad
de Caracas y CVG Edelca con la finalidad de contar con un despacho y una planificacin
coordinada, crendose as la Oficina de Operacin de Sistemas Interconectados (OPSIS), veinte
aos despus se incorpora la empresa Enelven, lo que le asigna mayor solidez al Sistema
Interconectado Nacional (SIN).
El Sistema Interconectado Nacional est conformado por los sistemas de transmisin de las
empresas elctricas Cadafe, Electricidad de Caracas, Enelven y CVG Edelca, que operan a
niveles de tensin igual o superior a 230 mil voltios y dada su extensin posee un mbito de
carcter nacional.
La operacin del S.I.N. es coordinada a travs de la Oficina de Operacin de Sistemas
Interconectados (OPSIS) desde el Despacho Central de Carga, quien es la mxima autoridad en
lo referente a este concepto y trabaja de manera conjunta con los Centros de Control y
Despachos Regionales de cada una de las empresas que conforman el S.I.N.
La operacin coordinada de estas empresas est destinada a cumplir objetivos de seguridad y
economa mediante la realizacin de las siguientes funciones:
Operacin de la red troncal de transmisin a escala nacional (765, 400 y 230 mil voltios)
Coordinacin de la operacin de las unidades de generacin y asignacin de la reserva.
Control de los niveles de voltaje
Coordinacin de los trabajos de mantenimiento en la red troncal
Programacin, control y facturacin de los intercambios de potencia y energa entre las
6
En el sistema interconectado existen redes a 400 y 230 mil voltios propiedad de Cadafe,
Electricidad de Caracas, Enelbar, Enelven y Enelco, cuya finalidad es enlazar las diferentes
reas de consumo entre s y con los centros de generacin termoelctrica e hidroelctrica del
pas.
El suministro de energa al sistema oriental se realiza a travs de una red a 230 y 400 mil
voltios. La red a 230 mil voltios se origina en la subestacin Guayana A 230/115 mil voltios y
se extiende hasta la subestacin Barbacoa 230/115 mil voltios pasando por las subestaciones
Bolvar 230/115 mil voltios y El Tigre 230/115 mil voltios respectivamente. A su vez, desde la
subestacin El Tigre se presenta otro sistema conformado por dos lneas a 230 mil voltios que
llegan hasta la subestacin Casanay 230/115 mil voltios ubicada en la regin nor-oriente
pasando previamente por la subestacin El Indio 230/115 mil voltios. A nivel de 400 mil voltios
la red parte desde Guri y se prolonga hasta la zona central del pas en la subestacin San
Gernimo pasando por la subestacin El Tigre 400/230 mil voltios.
Entre ambas subestaciones se encuentra un anillo a 400 mil voltios que representa el sistema de
transmisin mas importante para el suministro de las cargas correspondientes al sector
7
Caractersticas
Pocos dispositivos y poco espacio Configuracin ms sencilla y econmica
Enclavamiento entre seccionador de by-pass e interruptor
Falta en lnea con seccionador de by-pass cerrado Prdida total del suministro
Interruptor de reserva
Resto de caractersticas Barra simple
9
Caractersticas
Esquema ms caro (ms dispositivos) y con mayores necesidades de espacio
Funcionamiento normal Circuitos conectados a barra principal
Esquema ms flexible y seguro: Interruptor de lnea abierto (mantenimiento
falta) Restablecimiento del suministro mediante conexin a barra de
transferencia
y cierre de interruptor de acoplamiento
Inconvenientes de operacin: Fallo en barra Prdida total del suministro
Mantenimiento del interruptor de acoplamiento Una barra fuera de servicio
.- Doble barra
Subestacin donde las dos barras son igualmente importantes. Se puede operar la
subestacin con una cualquiera o ambas barras energizadas.
El interruptor que une las dos barras se llama interruptor de acople o acoplamiento de
barras.
Este tipo de subestacin puede ser operado considerando una barra principal (B1) y la
otra como barra de reserva (B2), o sea, todos los circuitos en una barra y slo durante
un mantenimiento se pasan a la otra.
10
Caractersticas
Las lneas se pueden conectar indistintamente a cualquier barra protegidas por
su propio Interruptor
Fallo o mantenimiento en una barra:
.- Disparo del interruptor de acoplamiento
.- Conexin a la otra barra (apagn momentneo)
Interruptor de lnea en mantenimiento Prdida del suministro asociado
.- Doble barra ms seccionador de by-pass
Subestaciones con dos barras principales que pueden operar como doble barra.
Adicionalmente durante mantenimiento, un seccionador de by-pass puede transferir un
circuito de una barra a otra, con el uso de un interruptor.
Este ltimo interruptor hace las veces (no simultneamente) de acople de barras o de
interruptor de transferencia. En algunos casos se secciona una de las barras con un
interruptor.
11
Como una alternativa se puede utilizar un solo interruptor para las operaciones de
acople y transferencia, as:
13
Americana:
Se basa en la conexin de interruptores. Los circuitos se conectan a las barras o entre
ellos por medio de uno o mas interruptores.
.- Interruptor y medio
Debe su nombre a que requieren tres interruptores por dos salidas. Cada grupo de
tres interruptores (dimetro) interconectan las dos barras principales. Se opera
normalmente con todos los interruptores cerrados y las dos barras energizadas.
.- Anillo
En esta configuracin no existe una barra colectora propiamente dicha, los circuitos se
conectan alternadamente a un anillo formado por interruptores.
Se opera normalmente con todos los interruptores cerrados.
14
1. TRANSFORMADOR DE POTENCIA
Es un aparato esttico, el cual mediante induccin electromagntica transfiere
la Energa Elctrica de un punto
del Sistema conectado a la
fuente de energa, a otro
conectado a la carga, variando
generalmente, parmetros de
entrada ( voltaje y corriente )
para adaptarlos al centro de
consumo. Son los Equipos mas
importantes y de mayor costo.
Reducen el Voltaje a niveles de
Distribucin y estn diseados
con una relacin y capacidad
definida. Poseen un Sistema de
Regulacin de Voltaje el cual
16
2. INTERRUPTOR
Es un equipo que se utiliza para conectar o
desconectar un circuito, as como tambin para
interrumpir la corriente de cortocircuito en el caso de
fallas en la lnea, transformador de potencia o barras
principales.
Los Disyuntores poseen una cmara de extincin
del arco elctrico, la cual utiliza como medio aire, aceite
dielctrico, vaco o gas SF6. El sistema de
accionamiento para la operacin puede ser mediante
aire comprimido, resorte o presin de aceite con
acumulador de Nitrgeno. La operacin de abrir o cerrar puede realizarse en forma
local o remota.
3. SECCIONADOR
Es un equipo de maniobra diseado slo
para abrir o cerrar un circuito elctrico en
condiciones energizadas o no, pero sin
circulacin de corriente de carga o cortocircuito.
Se utilizan principalmente para dejar el tramo con
los equipos asociados completamente aislados o
desenergizados, a objeto de realizar pruebas o
mantenimientos en dichos equipos, o cuando el
tramo va a permanecer desenergizado un periodo de tiempo determinado. Los
Seccionadores vienen dispuestos para las operaciones de cierre o apertura con
mando manual o mando elctrico; en este ultimo caso puede operarse localmente a
distancia. En el caso de tramo de Transformador sin Disyuntor los Seccionadores son
del tipo Rompe arcos, el cual puede interrumpir la corriente magnetizante del
Transformador.
17
4. TRANSFORMADORES DE MEDIDA
Es un equipo, cuya funcin es reducir a valores no peligrosos y normalizados,
las corrientes y tensiones de una red elctrica a objeto de alimentar instrumentos de
medicin, proteccin y otros aparatos anlogos.
Tipos de Transformadores de Medida existentes
Transformador de Corriente
Transformador de Potencial
Transformador de Corriente
Es aquel en el cual la intensidad secundaria es, en condiciones normales de uso
proporcional a la intensidad primaria y desfasada con relacin a la misma, un ngulo
prximo a cero, para una conexin adecuada.
Transformador de Potencial
Es aquel en el cual la tensin secundaria es, en condiciones normales de uso,
proporcional a la Tensin Primaria y desfasada con relacin a la misma; un ngulo
prximo a cero para una conexin adecuada.
6. SISTEMA DE COMPENSACION:
Este sistema est formado bsicamente por Condensadores Estticos en
Derivacin en Serie, y por Reactancias, a objeto de controlar la Tensin en un circuito
o en una barra mediante la inyeccin de potencia reactiva.
7.
PARARRAYO O DESCARGADOR
Es el equipo que brinda mayor grado de confiabilidad entre los dispositivos protectores
de sobretensin. Su constitucin es principalmente de resistencias no lineales,
conectadas en serie con espaciamientos internos. Estas resistencias son por lo
general de pasta de Silicio Carbono
18
8. RELES DE PROTECCIN
Consiste en reducir la influencia de una falla en el sistema, para que no produzca
dao alguno al equipo que protege ni a los seres vivientes. Esto se logra protegiendo
los sistemas de produccin, transmisin y distribucin de energa elctrica.
Es la de causar la pronta reposicin del servicio cuando se presenta una falla o una
anomala; en forma tal que pueda causar algn dao o perdida del servicio. Las
protecciones trabajan en asociacin con los interruptores.
Otra funcin es la de suministrar localizacin, tipo de falla, sealizacin de la misma
para que el operario pueda tomar decisiones.
9.
SERVICIOS AUXILIARES
Son todos aquellos equipos que permiten suministrar la energa necesaria para
el control, mando, sealizacin, proteccin, registros, mediciones, etc., de los Equipos
de Potencia, tanto en condiciones normales de funcionamiento de la fuente de Energa
principal, como en condiciones de emergencia por desconexin o falla de la misma.
Sistemas normales de Corriente Alterna:
Las fuentes normales que suplen la potencia para los servicios auxiliares de
corriente alterna pueden escogerse de las siguientes alternativas:
1) El terciario de los autotransformadores.
2) Transformadores de servicios auxiliares.
3) Sistema de distribucin adyacente a la subestacin.
Servicios Auxiliares de Corriente Continua
Bateras: Existen dos tipos:
a) Acumuladores de Plomo cido: Sus elementos constitutivos son pilas
individuales formadas por un nodo de plomo, un ctodo de xido de
plomo y cido sulfrico como medio electroltico.
b) Acumuladores de Nquel Cadmio: Estn basadas en un sistema
formado por Hidrxido de Potasio y Cadmio metlico. Poseen ciclos de
vida mltiples, presentando la desventaja de su relativamente baja
tensin. Pueden ser recargadas hasta 1000 veces y alcanzan a durar
decenas de aos. No contienen Mercurio, pero el Cadmio es un metal
con caractersticas txicas.
19
10.
EQUIPOS VARIOS
Trampa de Ondas: TO
Barrajes y Estructuras
Cables de potencia
Cables de control
Alumbrado
Estructura
Herrajes
Equipo contra incendio
Equipo de filtrado de aceite
20
Sistema de tierra
Acondicionadores de Aire
Intercomunicacin
Trincheras, ductos, conducto, drenajes.
Cercas.
21
22
23
24
28
32
- Resistividad de la tierra.
Luego:
J = E/
Como se sabe:
E = du/ dx
Luego:
J= 1/ . du/ dx
Para una superficie cualquiera S que encierre al electrodo:
J dS = 1/ . du/ dx
Como:
I = J dS
Se tiene que:
I = 1/ du /dx dS (1)
Considerando el problema electrostticamente, las lneas de flujo que atraviesan la
misma superficie S se obtienen por la expresin:
33
(2)
34
Lo antes expuesto permite afirmar que: la resistencia que opone un suelo homogneo
a la circulacin de la corriente por un electrodo semiesfrico es igual a la de un
elemento cilndrico del terreno con idntica seccin que la diametral del electrodo
esfrico y de una longitud (altura en este caso) igual a la mitad del radio del electrodo.
Sin embargo, los electrodos semiesfricos apenas si se usan ya que su forma produce
una mala utilizacin del metal y es preferible hacer que ste tenga una zona de
contacto con el terreno ms extensa.
El perfil de las superficies equipotenciales de un electrodo semiesfrico son
semiesferas, tal como se puede apreciar en la Fig. 7.15.1, y para cualquier otro tipo de
electrodo stas tendern a la forma del electrodo a medida que la distancia a ste sea
menor, pero a medida que uno se aleja de l stas tendern cada vez ms a la del
electrodo semiesfrico.
Por lo antes expuesto se puede plantear que siempre es posible hacer corresponder a
cualquiera red de tierra de resistencia R con un electrodo semiesfrico equivalente de
radio re, de forma tal que enterrado en el mismo terreno presenta la misma resistencia
de la puesta a tierra. En suelos homogneos el radio del electrodo semiesfrico
equivalente es:
El radio del electrodo semiesfrico equivalente ser intermedio entre las tres
dimensiones del electrodo real. Un electrodo vertical es equivalente a una semiesfera
de radio prximo a un sexto de su longitud y una placa superficial a una semiesfera de
radio del 75 % de la misma
.- ELECTRODOS VERTICALES.
De los electrodos verticales el ms comn es el electrodo de varilla, Fig. 7.9.1.
En la determinacin de la capacidad electrosttica de un electrodo vertical de varilla se
emplea como modelo matemtico un semielipsoide en el cual el semieje mayor es
muy largo comparado con el semieje menor y para el cual:
35
Donde:
L - Longitud del electrodo bajo tierra.
d - Dimetro del electrodo.
Luego:
37
Donde:
- Resistividad del suelo ( -m).
c - Resistividad del material del relleno (-m).
d - Dimetro del electrodo (m).
D - Dimetro del relleno (m).
L - Profundidad del electrodo (m).
El material de relleno se debe caracterizar por poseer menor resistividad y por tener
una dependencia lo menor posible de las estaciones del ao. Un material de relleno
posible a utilizar es el hormign cuya resistividad vara entre 30-90 -m, ya que esta
resistividad es menor que la de muchos tipos de suelos.
En muchas ocasiones se emplean las bases de hormign reforzado con acero como
electrodos de tierra, pues pueden llegar a proporcionar bajos valores de resistencia de
puesta a tierra. Si el acero del refuerzo est distribuido imtricamente la resistencia de
una base de hormign est dada por:
Donde:
- Resistividad del suelo (-m).
c - Resistividad del hormign (-m).
L - Longitud del acero de refuerzo (m).
d - Espesor del hormign entre el refuerzo de acero y el suelo (m).
Z - Factor geomtrico que depende de la distribucin del refuerzo de acero dentro del
hormign (Tabla 7.9.1).
Cuando con un slo electrodo de varilla no se alcanza la resistencia de puesta a tierra
adecuada, es necesario hincar en el terreno ms de un electrodo. La disminucin de la
38
Donde:
RP - Resistencia del grupo de electrodos ().
R - Resistencia de un electrodo ().
NV - Coeficiente de apantallamiento (Tablas 7.9.2).
n - Nmero de electrodos.
39
40
Donde:
n - Nmero de electrodos en paralelo.
R - Resistencia de un electrodo.
Neh - Coeficiente de apantallamiento a 60 Hz.
Rcof - Resistencia de la configuracin de electrodos.
.- MALLAS DE TIERRA.
Los sistemas de puesta a tierra en las subestaciones revisten gran importancia, ya que
ellos permiten la conexin a tierra del neutro del sistema, el paso a tierra para la
descarga de los pararrayos y deben garantizar que los gradientes de tensin
superficial no sean peligrosos para los operadores. El sistema ms usado de puesta a
tierra en las subestaciones consiste de conductores y barras enterradas a una
profundidad adecuada debajo de la superficie del terreno y cuya configuracin es la de
una malla. Los principales parmetros de un malla son:
Longitud y calibre de los conductores.
Longitud, dimetro y cantidad de los electrodos verticales.
Profundidad de enterramiento de los electrodos verticales y horizontales.
Espaciamiento entre las filas de los conductores de tierra.
Area de la malla de tierra.
Gradiente de potencial mximo permisible.
El gradiente de potencial que puede aparecer en una malla de tierra est dado por:
Donde:
I - Corriente a tierra,
Ki = 0.65 + 0.172 n
n - Nmero de conductores en la malla.
L - Longitud total de los conductores de la malla.
42
Siendo:
S - Espaciamiento entre los conductores.
d - Dimetro de los conductores,.
h - Profundidad de los conductores.
Donde:
43
Donde:
L - Longitud total de los conductores de la malla.
l1 - Largo de la subestacin.
l2- Ancho de la subestacin.
La seccin de los conductores de la malla se calcula en base a:
Para la conexin a tierra de los pararrayos la seccin de los conductores no debe ser
menor de:
45
46
Donde:
47
48
50
Debe destacarse que los valores de tensin de paso y de contacto son las que se
obtendran de la medicin, con un instrumento de alta impedancia de entrada, en los
puntos de referencia, sin embargo, a la persona no quedara aplicado realmente esta
tensin, sino la que resulte del divisor de tensin que se forma segn se puede
apreciar en la Fig. 7.16.2 para la tensin de paso y en la Fig. 7.16.3 para la tensin de
contacto. En ambos casos se puede apreciar la importancia de la resistencia de
contacto con el piso.
51
52