03_equipos de patio

Equipos de Patio
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Objetivo
Comprender la función y las principales características de los diferentes equipos de
patio que conforman las subestaciones eléctricas de media y alta tensión.
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Características generales de los equipos de patio
Los equipos de alta tensión deben cumplir con lo siguiente:
Frecuencia nominal del sistema: Frecuencia a la cual opera el SEP; Colombia 60
Hz, Bolivia 50 Hz. La frecuencia normalmente varía poco menos de un 0.1%.
Frecuencia asignada del equipo: Frecuencia para la cual está diseñado el equipo
de patio; debe ser igual a la frecuencia del sistema. Algunos equipos funcionan bien
a frecuencias diferentes (interruptores y seccionadores), otros equipos son muy
sensibles a los cambios de frecuencia (Transformadores, Generadores).
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Características generales de los equipos de patio
Tensión nominal del sistema: Tensión a la cual opera una porción del SEP en el
cual se instalan los equipos, por ejemplo 115 kV, 220 kV, 230 kV, 500 kV. En
Colombia se permite una variación de ±10%.
Tensión asignada del equipo: Tensión para la cual está diseñado el equipo. La
tensión del sistema no debe ser superior a la tensión asignada del equipo. Las
tensiones asignadas para los equipos están dadas por normas internacionales.
Tensión asignada soportada a frecuencia industrial: Tensión de frecuencia
industrial que el equipo puede soportar en una prueba de corta duración,
normalmente 1 minuto. Esta tensión es normalmente cercana al doble de la tensión
asignada.
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Características generales de los equipos de patio
Tensión soportada asignada al impulso tipo rayo: Tensión que puede soportar el
equipo cuando se presenta una sobretensión transitoria de tipo atmosférico.
Corriente asignada del equipo: Corriente rms que el equipo puede soportar
continuamente. Normalmente se utilizan como valores nominales 10n veces: 1, 1.25,
1.6, 2, 2.5, 3.15, 4, 5, 6.3, 8
Corriente asignada de corta duración: Corriente que puede soportar el equipo en
condiciones de falla. Se especifica la corriente y el tiempo que el equipo puede
soportarla. Por ejemplo, 31.5 kA durante 1 s.
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Características generales de los equipos de patio
El aislamiento del equipo se determina de acuerdo con la tensión nominal del
sistema, las sobretensiones esperadas y las condiciones ambientales. Esto
determina la distancia de fuga que debe tener el aislamiento (por ejemplo, la
porcelana de los equipos).
La contaminación ambiental establece cuanta distancia se requiere por cada kV de
aislamiento necesario. Por ejemplo 16 mm/kV, 20 mm/kV, 25 mm/kV o 31 mm/kV.
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Interruptores
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Interruptores
Los interruptores se clasifican en:
Interruptores de tanque muerto: Tienen el tanque que confina el medio en el cual
se interrumpe el arco conectado a tierra. Se conectan al exterior mediante bujes, lo
cual permite instalar sobre estos los transformadores de corriente.
Interruptores de tanque vivo: El medio en el cual se extingue el arco se encuentra
sometido a alta tensión. Tienen la ventaja de ocupar menos espacio y ser más
económicos.
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Interruptores
El interruptor es un elemento de conexión o desconexión de circuitos eléctricos. Su
función la cumple en dos niveles diferentes:
Maniobra: Es la conexión o desconexión de circuitos con un flujo de corriente que no
es muy superior a la corriente nominal del circuito.
Protección: Es la desconexión de circuito que se encuentran bajo condiciones de
falla, generalmente se interrumpe una corriente muy superior a la corriente nominal
del circuito.
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Interruptores
Los mecanismos de operación pueden ser:
Neumáticos: Almacenan la energía para la operación en forma de aire comprimido,
por lo cual se requiere de la utilización de compresores.
Hidráulicos: Almacenan la energía para la operación en forma de aceite a presión,
por lo cual se requiere de la utilización de bombas.
Resortes: Almacenan la energía para la operación en resortes, por lo cual se
requiere de la utilización de motores para la carga de dichos resortes.
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Interruptores
Los medios utilizados para la extinción del arco que se forma en la cámara de
extinción, debido a la apertura o cierre con corriente de carga o de falla, pueden ser:
Aceite
Aire comprimido
SF6
Vacío (media tensión)
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Interruptores
Los tiempos de operación de los interruptores pueden ser de alrededor de 40 o 50
ms.
Las secuencias de maniobra normalmente son:
O – 0,3 seg – CO – 3 min – CO (OCO)
Lo anterior significa que un interruptor puede abrir el circuito, recerrar a los 0,3 s y en
caso de cierre en falla debe esperar 3 minutos para intentar de nuevo la maniobra de
cierra.
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Seccionadores
Es un elemento de conexión o desconexión de circuitos eléctricos. La diferencia con
el interruptor es que solo se puede utilizar para maniobras y que puede abrir circuitos
solo en alguno de los siguientes casos:
Cuando la diferencia de tensión esperada entre los terminales en el momento de la
apertura es insignificante.
Cuando la corriente que se espera interrumpir es insignificante.
Si se intenta interrumpir corrientes significativas (carga o cortocircuito), el
seccionador no interrumpe el arco eléctrico.
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Seccionadores
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Seccionadores
El seccionador proporciona un corte visible que es un requisito de seguridad
indispensable para la intervención de equipo eléctrico.
De acuerdo con la función que cumplen se pueden tener los siguientes tipos de
seccionadores:
De maniobra: Para aislar equipos, para transferir circuitos, etc.
De puesta a tierra: Conectan a tierra un circuito o equipo
Bajo carga: Interrumpen corrientes de carga sin la necesidad de un interruptor para
realizar las maniobras. No tienen la capacidad de interrumpir corrientes de falla. Se
utilizan normalmente en media tensión.
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Seccionador de apertura central
Tienen
sólo
dos
columnas
de
aislamiento por fase
Requieren mayor espaciamiento entre
fases debido a la apertura lateral
Se utilizan normalmente en tensiones
hasta 230 kV
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Seccionador de rotación central
Tienen tres columnas por
cada fase.
Permiten
un
espaciamiento
menor
entre
fases que los de apertura
lateral
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Seccionador de apertura vertical
Ofrecen
la
posibilidad
de
un
espaciamiento
mínimo entre fases.
Se
requiere
altura
superior
del
una
campo
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Seccionador tipo pantógrafo y semipantografo
La distancia entre fases puede
ser mínima
El espacio ocupado a lo largo
es reducido
Se
utilizan
en
extra
alta
tensión – 500 kV, sin embargo,
en algunos casos especiales
se
utilizan
menores
disposición
equipos
en
para
tensiones
facilitar
física
de
la
los
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Transformadores de corriente
Aíslan los circuitos de medición y protecciones de las altas tensiones permitiendo
que los relés, equipos de medición y equipos de registro sean aislados solo para baja
tensión. Por ejemplo, se pasa un sistema de 500 kV en el primario a un sistema de
600 V en baja tensión.
Disminuyen la corriente que circula a través de los circuitos de protección y medida a
niveles que sean fácilmente manejables. Por ejemplo, se pueden tener 1000 A de
corriente nominal en el primario y 1 A de corriente nominal en el secundario.
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Transformadores de corriente
• Núcleos de protecciones: Para llevar las corrientes a los equipos de
protecciones y equipos de registro de falla.
• Núcleos de medición: Proporcionan la corriente necesaria para todos los
equipos de medición tales como amperímetros, vatímetros, unidades
multifuncionales de medida, contadores de energía, transductores para
telemedida, etc.
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Transformadores de corriente
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Transformadores de corriente
Los transformadores de corriente de alta tensión normalmente cuentan con varias
relaciones de transformación, por ejemplo, se puede tener un mismo núcleo con
relaciones 800-400/5 A. El cambio de relación de transformación puede ser en el
primario o en el secundario.
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Transformadores de corriente
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Transformadores de corriente
30VA 5
P
10
FLP: Factor Limite de Precisión
Clase de Precisión: Protección
Exactitud: Error del 5%
Potencia del CT: Carga
Por ejemplo, CT 5P10 proporciona una precisión del 5% para 10 veces la corriente
nominal cuando en el secundario se tiene la carga nominal.
Para la medida, simplemente se tiene el porcentaje de error que se garantiza para la
corriente nominal; por ejemplo, una precisión de 0.2 significa un error máximo del
0.2% a la corriente nominal.
También se tiene la clase de precisión extendida la cual significa que el error se
garantiza en un rango de corriente y no solo para la corriente nominal; por ejemplo,
0.2 s significa un error máximo del 0.2% para una corriente entre el 20% y 120% de
la corriente nominal.
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Transformadores de tensión
Aíslan los circuitos de medida y protección
de las altas tensiones. Por ejemplo, se
pasa un sistema de 500 kV en el primario a
un sistema de 600 V en baja tensión.
Disminuyen la tensión que se lleva a los
circuitos de protección y medida a niveles
que sean fácilmente manejables. Por
ejemplo, se pueden tener 220 kV de
tensión nominal en el primario y 110 V de
tensión nominal en el secundario.
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Transformadores de tensión
Las líneas de transmisión que cuentan con sistema de onda portadora por línea de
potencia PLC, se utiliza la parte capacitiva de los transformadores para recibir la
señal de comunicaciones que proviene del extremo remoto.
Pueden ser:
Inductivos.
De acople capacitivo
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Pararrayos
Los pararrayos forman un anillo de
protección contra las sobretensiones que
se presentan en el sistema debido a
descargas atmosféricas o a las maniobras
de cierre o apertura de interruptores
asociados a los circuitos de líneas,
transformadores, reactores y capacitores.
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Pararrayos
El material utilizado para construcción de estos equipos
es el óxido de zinc ZNO, anteriormente se utilizaba el
carburo de silicio. Las resistencias de ZNO se
encuentran confinadas dentro de un aislador, el cual
puede ser de porcelana o polimérico; este material
presenta una resistencia no lineales que permiten el
paso de una corriente baja cuando la tensión es inferior
Resistencia
ZnO
a la nominal y una alta corriente para altos niveles de
voltaje.
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Transformadores de potencia
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Transformadores de potencia
La función del transformador de potencia es adaptar los niveles de tensión para los
diferentes procesos que se tienen en el sistema eléctrico: generación, transmisión,
distribución y uso.
Normalmente son sumergidos en aceite, aunque los transformadores de baja
potencia (< 2 MVA) y uso interior pueden ser de tipo seco.
Existen diferentes métodos de refrigeración:
ONAN: Aceite natural, aire natural
ONAF: Aceite natural, aire forzado
OFAF: Aceite forzado, aire forzado
“La ingeniería forense, competencia técnica
importante en el desarrollo del conocimiento”
Nolasco Orrego
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