DISEÑO DE ESTACIONES ELÉCTRICAS - By Priale
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1. INTRODUCCIÓN, GENERALIDADES Y FUNCIÓN DE LAS ESTACIONES ELÉCTRICAS.
1.1 INTRODUCCIÓN
1.2 DEFINICIONES
1.3 CLASIFICACIÓN <011>
1.4 FUNCIÓN DE LAS ESTACIONES ELÉCTRICAS - descripción - definición - clasificación - definición - clasificación - comentario
1.5 NODO - DESCRIPCIÓN
1.6 ESQUEMAS ELÉCTRICOS DE LAS ESTACIONES - definiciones - comentario
1.7 ESQUEMAS ELÉCTRICOS BÁSICOS Y SU RELACIÓN CON LA RED - definiciones - ejemplo <012>
1.8 ESQUEMAS USUALES - ACOPLE POR BARRAS - único juego de barras o barra simple - único juego de barras partidas - doble juego de barras - triple juego de barras <013>
barra principal y barra de transferencia - doble barra y barra de transferencia - barra principal y segunda barra también de transferencia. - esquemas con seccionador de by pass - esquemas en H
1.9 REFLEXIONES <014>
1.10 ESQUEMAS DE ACOPLE POR INTERRUPTORES - ESQUEMA EN ANILLO SIMPLE -esquemas en anillo doble, anillos múltiples <015>
esquema de interruptor y medio - esquema doble barra dos interruptores por línea - comparación y comentarios
1.11 TRANSFORMADORES EN BARRAS - comentarios <016>
1.12 DISPOSICIONES BÁSICAS DE EQUIPOS - descripción - clasificación - condiciones a satisfacer <017>
2. COMPONENTES DE LA ESTACIÓN ELÉCTRICA
2.1 COMPONENTES DE LA ESTACIÓN ELÉCTRICA
2.2 EQUIPOS PRINCIPALES - definiciones - interruptor <021>
seccionador <022>
seccionador (continuación) - seccionador de puesta a tierra <023>
transformadores de medición - transformador de tensión - transformador de corriente <024>
descargadores - capacitor de acoplamiento - bobina de bloqueo - aisladores <025>
2.3 CARACTERÍSTICAS DE LOS EQUIPOS - numero de polos - características en función de la tensión - tensión nominal - características en función de la corriente - características particulares de los transformadores de corriente - características particulares de los transformadores de tensión
2.4 LAS ESPECIFICACIONES DE EQUIPOS - tipos constructivos - utilización de los aparatos
2.5 EDIFICIOS - FUNCIÓN - comentarios - clasificación - comentario
2.6 CONSTRUCCIONES - CLASIFICACIÓN - comentario
2.7 SISTEMAS DE COMANDO Y PROTECCIÓN - COMENTARIO - componentes
2.8 SISTEMAS AUXILIARES - COMENTARIO - auxiliares eléctricos - clasificación - componentes <026>
3. LA INGENIERÍA BÁSICA
3.1 GENERALIDADES - criterios - concepto - definición
3.2 OBJETIVOS DEL PROYECTO
3.3 RELACIÓN CON EL AMBIENTE ELÉCTRICO - LA CONCEPCIÓN - los cambios - generación y transporte - ejemplo - las tensiones - relación entre escalones de tensión - reflexiones - ejemplo <031>
3.4 EL SISTEMA ACTUAL Y FUTURO - CONOCIMIENTO DEL SISTEMA - inserción en el sistema - adaptación al sistema - imaginación y documentación - la vida útil
3.5 LA RELACIÓN CON LA ECONOMÍA
3.6 DETERMINACIÓN DE LOS DATOS BÁSICOS - SOBRETENSIONES EN EL SISTEMA - registros de lo existente - clasificación de las sobretensiones
3.7 CORRIENTES NORMALES Y DE FALLA - LOS ESTUDIOS - los niveles de cortocircuito - relación entre corrientes <032>
3.8 INTERFERENCIA EN RADIO Y TELEVISIÓN - LAS MOLESTIAS - origen de los disturbios - las previsiones
3.9 EL RUIDO ACÚSTICO - FUENTES DE RUIDO - transformador - interruptores - la instalación - la obra
3.10 GRADIENTE AL SUELO Y TENSIONES INDUCIDAS - EL CAMPO ELÉCTRICO - la red de tierra - conclusiones
3.11 RELACIÓN CON AMBIENTE FÍSICO Y GEOGRÁFICO - CONDICIONES AMBIENTES - efectos de la obra - acciones <033>
3.12 CLIMA TEMPERATURAS Y VIENTO - condiciones climáticas - la temperatura: - el viento - el enfoque probabilístico - factores de ajuste - relación entre temperatura y viento - el hielo - las tormentas eléctricas
3.13 POLUCIÓN Y CONTAMINACIÓN - CONTAMINACIÓN DE LOS AISLANTES - los ensayos - comentarios <034>
3.14 CONDICIONES SÍSMICAS - DEFINICIÓN - características - ensayos
3.15 CONDICIONES DE PROYECTO - topografía - el área - el suelo - comentarios - el acceso
3.16 CONDICIONES ESPECIALES - consecuencias - los accesos de las líneas - criterio
3.17 IMPACTO VISUAL - DIMENSIONES: - criterio - comentarios - conclusiones <035>
3.18 MATERIALIZACIÓN DEL PROYECTO: - Proyecto - definición: - Ingeniería básica - Ingeniería de detalle - Los planos - Las memorias de calculo - Las especificaciones técnicas - Las planillas de materiales - La estimación de ingeniería - El apoyo a obra <036>
4. CÁLCULOS DE DISEÑO
4.1 BARRAS Y CABLES - DEFINICIÓN - clasificación - determinación de la sección <041>
verificación del diámetro - campo eléctrico <042>
efecto térmico de las corrientes de breve duración
4.2 RESUMEN <043>
4.3 ESFUERZOS SOBRE CONDUCTORES - peso propio y sobrecargas verticales - empuje del viento y sobrecargas horizontales - sobrecarga del hielo - carga total aplicada <044>
4.4 CONDUCTORES FLEXIBLES - hipótesis simplificativas - compensadores de tiro constante - compensadores elásticos
4.5 CONDUCTORES FLEXIBLES CORTOS - fórmulas aplicables - modulo de elasticidad equivalente <045>
4.6 CONDUCTORES RÍGIDOS - esfuerzos debidos a dilatación - elástica del conductor - fórmulas utilizadas <046>
4.7 FUERZAS DEBIDAS AL CORTOCIRCUITO - COMENTARIO - hipótesis simplificativas - la corriente de cortocircuito - caso de barras rígidas - caso de barras flexibles, cables - caso de subconductores - hipótesis simplificativas
4.8 PÓRTICOS - concepción del pórtico - cargas actuantes - observaciones - hipótesis de carga
4.9 SOPORTES DE EQUIPOS - cargas actuantes - soportes complejos <047>
4.10 RED DE TIERRA - FINALIDAD - comentario - definiciones - comentario - hipótesis simplificativa - diseño básico - principios - fórmulas utilizadas - criterios
4.11 PARÁMETROS DE DISEÑO DE LA RED DE TIERRA - RESISTIVIDAD DEL SUELO - medición de resistividad - capa superficial
4.12 CORRIENTE A DRENAR - distribución de corriente entre dispersores en paralelo - líneas dispersoras - distribución de corriente en la estación
4.13 CONDICIONES DE PELIGRO - COMENTARIO - fórmulas - comentario - valores característicos - precaución
4.14 SECCIÓN DE LOS CONDUCTORES - distribución de corrientes en la malla - jabalinas - corrientes impulsivas
4.15 FUNDACIONES <048>
5. LAS HIPÓTESIS DE CALCULO
5.1 DIMENSIONAMIENTO DE LOS CONDUCTORES DE POTENCIA - la capacidad de transporte de corriente - el campo eléctrico superficial - consideraciones mecánicas - conductores rígidos - conductores flexibles - conexiones cortas - condiciones climáticas - nieve y hielo
5.2 EL TERREMOTO - aptitud antisísmica - ensayos sísmicos
5.3 ESFUERZOS DE CORTOCIRCUITO - barras y conexiones de la estación
5.4 AISLACIONES AUTO-REGENERATIVAS EN UNA ESTACIÓN - los aisladores - contaminación de los aisladores
5.5 MORSETERIA
5.6 SOPORTES DE EQUIPOS
5.7 FUNDACIONES
5.8 TORRES Y FUNDACIONES
5.9 CAMINOS Y CIRCULACIÓN <050>
6. LA DOCUMENTACIÓN DE PROYECTO
6.1 DEFINICIÓN
6.2 INGENIERÍA BÁSICA
6.3 INGENIERÍA DE DETALLE - los planos - las memorias de calculo - las especificaciones técnicas - planillas de materiales. - comentario
6.4 ESTIMACIÓN DE INGENIERÍA
6.5 APOYO A LA OBRA
6.6 LA ORGANIZACIÓN DE UN PROYECTO - ingeniería básica - ingeniería de detalle - conclusión
6.7 LA ORGANIZACIÓN
6.8 CRONOGRAMA <060>
7. DISPOSICIONES CONSTRUCTIVAS
7.1 ESQUEMAS ELÉCTRICOS - INTRODUCCIÓN - el costo: - cantidad de interruptores: - corriente nominal de los interruptores: - numero de interruptores a actuar frente a falla: - simplicidad de maniobras de operación: - seguridad de operación: - flexibilidad de operación: - posibilidad de modificar instalaciones existentes:
7.2 CONSIDERACIONES RELATIVAS AL COSTO DE LAS ESTACIONES ELÉCTRICAS
7.3 ESQUEMAS SIMPLIFICADOS - esquemas con acople por barras - esquemas con acople por interruptores - evaluación de conveniencias - evolución del esquema <071>
7.4 SOLUCIONES CONSTRUCTIVAS - estaciones convencionales - estaciones blindadas - estaciones híbridas - estaciones compactas <072>
8. DISTANCIAS ELÉCTRICAS
8.1 INFLUENCIA DE LA AISLACION - OBJETO: - reflexión: - clasificación: - comentario: - características de los equipos: - selección de valores básicos - observación - selección de valores de ensayo
8.2 SOBRETENSIONES - DEFINICIONES - referencias - comentarios - clasificación - comentario - factor de falla a tierra - definición - conceptos - definiciones <081>
8.3 DISTANCIAS DE AISLACION FASE TIERRA - valores típicos a frecuencia industrial - valores típicos a impulso de maniobra - comentario
valores típicos a impulso - reflexión
8.4 DISTANCIA FASE - FASE
8.5 PROTECCIÓN - factor de seguridad
8.6 DIMENSIONAMIENTO DE LAS DISTANCIAS - GENERALIDADES: - función de las distancias: - clasificación y definiciones: - advertencia: - definiciones <082>
8.7 LIMITACIONES AL DESPLAZAMIENTO: - enfoque del problema - distancias normales - distancias reducidas
8.8 DISTANCIAS DE AISLACION SUPERFICIALES - AISLADORES
8.9 DISTANCIAS DE GUARDIA
8.10 DIMENSIONES DEL HOMBRE
8.11 DISTANCIAS DE VINCULO <084>
8.12 INFLUENCIA EN EL MANTENIMIENTO - distancias de trabajo - delimitación de la zona de trabajo
8.13 INFLUENCIA DE LA ALTURA - CONCEPTO - las distancias - factores de corrección - reflexión - advertencia - ejemplo - relación entre presión y la altura - conclusiones - advertencia
8.14 LA AISLACION SUPERFICIAL - grados de contaminación - ensayos
8.15 SOLUCIONES CON AISLACION EN SF6 <085>
9. MODULARIDAD Y RACIONALIZACIÓN
9.1 INTRODUCCIÓN
9.2 LA MODULARIDAD - lo existente - la comparación - cualidades del proyecto
9.3 DISPOSICIÓN DE EQUIPOS - zona de salida <091>
modulo de seccionador - pórtico de salida <092>
zona de barras (seccionadores de polos paralelos, pantógrafo, seccionadores en fila india) <093>
9.4 DIAGRAMACION DE ESTACIONES CON ESQUEMAS DE ACOPLE POR BARRAS
(dos niveles de barras, derivaciones bajas, derivaciones altas, doble juego de barras y seccionadores pantógrafo) <095>
(simple juego de barras y barras en U) <097>
9.5 DIAGRAMACION DE ESTACIONES DE INTERRUPTOR Y MEDIO POR SALIDA
9.6 DIAGRAMACION DE OTROS DISEÑOS
9.7 DIMENSIONES DE EQUIPOS <098>
10. LA SEGURIDAD Y LA INTERFERENCIA
10.1 RED DE TIERRA - mediciones previas - verificaciones durante la construcción - verificaciones al fin de la construcción - verificaciones durante la vida - condiciones de seguridad frente a tensiones de contacto <101>
10.2 PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS DIRECTAS - FUNCIÓN - el nivel isoceraunico - ejemplo - aclaración - blindaje - ubicación del cable de guarda - comentario - pararrayos de puntas - modelos electrogeometricos y técnica de Montecarlo
10.3 DESCARGAS ATMOSFERICAS CONDUCIDAS - ARCO INVERSO - localización de descargadores
10.4 CANALES DE CABLES Y CABLEADO - compatibilidad electromagnética <102>
11. SISTEMA DE COMANDO Y PROTECCIÓN
11.1 CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES - nota particular
11.2 EDIFICIO DE CONTROL (SALA DE CONTROL) - sistema de control - registrador cronológico de eventos - convertidores de medida - relés repetidores - comando - conmutador local remoto (l-r) - señalización - alarmas
11.3 MEDICIONES - MEDICIONES DIRECTAS - mediciones analógicas - mediciones por acumulación de señales
11.4 DOCUMENTACIÓN - diagramas de bloques - esquemas funcionales - definiciones - principios y conceptos - bornes y conductores - los circuitos - esquemas lógicos <111>
11.5 CONCEPCIÓN DE LOS TABLEROS - tablero de control - paneles de protección - relés de protección - características técnicas generales - tipos de relés - ejecución - contactos
11.6 PANEL DE BORNERAS REPETIDORAS
11.7 COMANDO Y PROTECCIONES
11.8 CRITERIOS DE CABLEADO - verificación de cables
11.9 ANÁLISIS DE LOS ESQUEMAS DE PROTECCIÓN - el problema de las protecciones de
los sistemas eléctricos
11.10 PANEL DE RELES AUXILIARES - relés auxiliares - características técnicas generales. - tipos de relés y su aplicación - relés monoestables para usos generales - relés de alta velocidad - relés de interfase de telecontrol - relés biestables - criterios generales de utilización de los relés auxiliares
11.11 LA REALIZACIÓN DE LOS CABLEADOS - los cables multipolares. - cables multipares telefónicos. - cables telefónicos para uso general. - cables multipares telefónicos para circuitos de medición. - utilización y segregación de cables multipolares y multipares - tendido de cables y puesta a tierra del blindaje
11.12 - ALIMENTACION DE LAS FUNCIONES DE COMANDO (CRITERIOS) <112>
12. LOS SERVICIOS AUXILIARES
12.1 NECESIDADES - servicios auxiliares de corriente alterna <121>
servicios auxiliares en corriente continua - las baterías - el cargador - alarmas
12.2 ALIMENTACIÓN DE LOS SERVICIOS AUXILIARES - COMENTARIOS
12.3 CLASIFICACIÓN DE LOS SERVICIOS AUXILIARES
12.4 LA BATERÍA DE CORRIENTE CONTINUA
12.5 EL CABLEADO <122>
12.6 LA ALIMENTACION EN CORRIENTE CONTINUA - introducción - la tensión - tipos de baterías - puesta a tierra de la batería - carga de batería - protección de los circuitos de continua - capacidad de la batería - distribución en corriente continua <123>
13. ORGANIZACIÓN DEL PROYECTO
13.1 PRESENTACIÓN
13.2 ESQUEMA ELÉCTRICO BÁSICO. E-E-B.
13.3 ESQUEMA UNIFILAR COMPLETO. E-U-C.
13.4 DISPOSICIÓN CONSTRUCTIVA BÁSICA. D-C-B.
13.5 ANTEPROYECTO BÁSICO
13.6 DEFINICIÓN DEL EQUIPAMIENTO PRINCIPAL O CRITICO
13.7 ESTUDIO DE OFERTAS Y ADJUDICACIÓN
13.8 DEFINICIÓN DEL ESPACIO NECESARIO - ESTUDIO DE ALTERNATIVAS
13.9 ANTEPROYECTO DEFINITIVO
13.10 ANTEPROYECTO DETALLADO
13.11 SEGUIMIENTO Y CONTROL DE FABRICACIÓN - RECEPCIÓN
13.12 PROYECTO CIVIL - PLIEGOS Y ESPECIFICACIONES
13.13 ESTUDIO DE OFERTAS Y ADJUDICACIÓN
13.14 ASISTENCIA TÉCNICA - RECEPCIÓN
13.15 PROYECTO ELÉCTRICO - DEFINICIÓN DE EQUIPAMIENTO SECUNDARIO
13.16 CONFECCIÓN DE PLIEGOS Y ESPECIFICACIONES
13.17 ESTUDIO DE OFERTAS Y ADJUDICACIÓN
13.18 ASISTENCIA TÉCNICA - PUESTA EN SERVICIO <130>
1 - INTRODUCCIÓN, GENERALIDADES Y FUNCIÓN DE LAS ESTACIONES
ELÉCTRICAS
ing. Alfredo Rifaldi - ing. Norberto I. Sirabonian
1.1 - INTRODUCCIÓN
Una red eléctrica está formada por líneas y estaciones eléctricas, las líneas son
las ramas (o lados) de la red, las estaciones son nodos de la red.
La red eléctrica, se esquematiza en formas muy simples para poder
comprenderla, a los fines de su estudio se construye un grafo que la
representa, el grafo tiene nodos (o cúspides, vértices), lados (o aristas).
Desde el punto de vista topológico las ramas son aristas del grafo, los nodos
son vértices (Ver figura 1.1 y figura 1.2).
Las ramas son las líneas eléctricas, lados, de la red y en forma genérica
también los transformadores, que unen nodos de distinta tensión.
Los nodos, puntos donde se conectan las líneas y los transformadores, son las
estaciones eléctricas, en rigor cuando hay transformadores se tienen al menos
dos nodos próximos (desde el punto de vista geográfico) y de tensiones
distintas.
Una estación eléctrica puede estar representada en rigor entonces por uno o
mas nodos.
La topología de la red varía, a causa de que se conectan y desconectan líneas,
ramas, en consecuencia el grafo varía.
Este es un aspecto importante de la red eléctrica, el grafo que la representa
varía, cambia, es un grafo dinámico, variable, existen para ello equipos de
maniobra.
Una estación eléctrica está ubicada en un sistema eléctrico, de una cierta
tensión nominal.
1.2 - DEFINICIONES
- Sistema eléctrico: es el conjunto de máquinas, de aparatos, de barras y de
líneas que constituyen un circuito que tiene determinada tensión nominal.
- Tensión nominal de un sistema: es el valor de la tensión con la cual el sistema
es denominado, y al cual se refieren sus características, de acuerdo con lo que
indican las normas sobre tensiones nominales.
En los sistemas trifásicos se considera como tensión nominal la compuesta o
de línea (Ver figura 1.3).
Tensión máxima de un sistema: es la tensión mas elevada (expresada en valor
eficaz para los sistemas en corriente alterna) que puede presentarse en
cualquier momento y en cualquier punto del sistema en condiciones regulares
de servicio (Ver figura 1.4).
No se tienen en cuenta las variaciones temporáneas de la tensión
(Sobretensiones, subtensiones) debidas a fallas, o a desconexiones bruscas de
la carga, etc.
Ejemplo: Para los sistemas de 132 kV corresponde una tensión máxima de 145
kV.
1.3 - CLASIFICACIÓN
Los sistemas eléctricos pueden clasificarse por su nivel de tensión y en la jerga
se utiliza la siguiente división (Ver figura 1.5):
- Baja tensión, sistemas de hasta 1.000 V.
- Media tensión, sistemas hasta 36 kV, algunos consideran valores más altos
(72,5 kV) el limite está en la diferente tecnología entre esta clase y la superior.
- Alta tensión, sistemas hasta 245 300 kV.
- Muy alta tensión, por encima de los 300 362 kV.
Los límites de la clasificación no son estrictos, dependen de criterios y de
normas.
1.4 - FUNCIÓN DE LAS ESTACIONES ELÉCTRICAS - DESCRIPCIÓN
Desde un punto de vista de instalación, la estación eléctrica debe ser
considerada como una instalación eléctrica de tipo particular.
DEFINICIÓN
- Instalación eléctrica: es un conjunto orgánico de construcciones y de
instalaciones destinadas a alguna de las siguientes funciones: producción,
conversión, transformación, regulación, repartición, transporte, distribución,
utilización de la energía eléctrica.
CLASIFICACIÓN
Una instalación eléctrica puede ser considerada interior o exterior.
Una instalación eléctrica, o una parte , se dice que es interior si está contenida
en locales que la reparan de los agentes atmosféricos.
En los restantes casos se considera exterior.
DEFINICIÓN
- Planta eléctrica: es el conjunto de locales y/o áreas encerradas en un único
cerco, se trata de instalaciones eléctricas destinadas a producción, conversión,
transformación, regulación, repartición de la energía eléctrica, etc.
Cuando una planta está incorporada a obras civiles, se entiende por planta
eléctrica solo los locales que incluyen instalaciones eléctricas.
CLASIFICACIÓN
- Centrales eléctricas destinadas a producir energía eléctrica.
- Estaciones eléctricas conectadas a sistemas en los cuales al menos uno debe
considerarse de alta tensión.
- Cámaras, conectadas a sistemas de media tensión.
- Consumo, es una instalación eléctrica que incluye aparatos utilizadores con
conexión fija, los correspondientes circuitos de alimentación, y también los
circuitos fijos destinados a alimentar tomas.
COMENTARIO
Las estaciones eléctricas pueden tener las funciones de conversión,
transformación, regulación, repartición de energía eléctrica.
Hay estaciones que tienen transformación, en tal caso se tienen dos o más
sistemas de tensiones distintas.
Hay estaciones que tienen un solo sistema, de una sola tensión nominal, y su
función es interconexión.
En rigor encontramos generalmente ambas funciones en una estación eléctrica
(Ver figura 1.6).
1.5 - NODO - DESCRIPCIÓN
Topológicamente un nodo es un punto, pero es necesario desarrollarlo
suficientemente para poder dar cabida a los equipos que deben conectar
físicamente cada línea al nodo (figura 1.7).
El nodo debe tomar un cierto tamaño físico, para ser un nodo real (Estación
Eléctrica).
Efectivamente el nodo no puede realizarse con un punto, debe tener cierta
extensión (geométrica), para que pueda ser construido, démosle forma de
anillo, de el salen las ramas, los equipos de maniobra se pueden interponer en
las ramas o en el anillo (separando los puntos donde se derivan las ramas).
Se pueden entonces concebir dos esquemas, uno en el cual los equipos
(interruptores y seccionadores) que maniobran las líneas están dispuestos
sobre las líneas; otro en cambio dispone los interruptores sobre los lados del
polígono que representa el nodo real (figura 1.8).
1.6 - ESQUEMAS ELÉCTRICOS DE LAS ESTACIONES
La formación del nodo puede realizarse con una barra a la que se conectan las
ramas, o a través de interruptores, estas dos formas de crear el nodo se
llaman:
- acoplamiento por barra.
- acoplamiento por interruptor.
DEFINICIONES
- Acople por barras, cada línea que incide en las barras lo hace a través de su
interruptor.
- Acople por interruptores, los interruptores están dispuestos formando anillo, y
las líneas inciden entre cada par de interruptores (Ver figura 1.8).
COMENTARIO
Ambos esquemas utilizan un número de interruptores igual al de líneas, en
consecuencia, desde este punto de vista son equivalentes.
El acople por interruptores es frecuentemente denominado esquema en anillo.
1.7 - ESQUEMAS ELÉCTRICOS BÁSICOS Y SU RELACIÓN CON LA RED
El examen de una estación eléctrica muestra distintas partes, áreas y sectores.
DEFINICIONES
- Sección de instalación, es una parte que incluye equipos o aparatos
orgánicamente agrupados y conectados, caracterizados por una determinada
tensión nominal, incluyendo sus estructuras portantes.
En el caso particular de las Estaciones Eléctricas la sección se denomina
campo o vano (en ingles bay, algunos la llaman bahía).
- Tablero de control y comando, es el conjunto orgánico de dispositivos y
aparatos (incluidas sus estructuras portantes) alimentados por sistemas de baja
tensión destinados a medición, comando, señalización, control, y protección de
las máquinas, aparatos, y circuitos de una planta eléctrica, estación eléctrica o
de un consumo.
EJEMPLO
Al observar una estación eléctrica encontramos los distintos campos: de línea,
transformador, acoplamiento, medición, etc.
Los diferentes equipos de los campos o vanos se comandan desde el tablero
(Ver figura 1.9).
BARRA PRINCIPAL Y BARRA DE TRANSFERENCIA
La barra de transferencia está unida a cada línea mediante un seccionador, y a
la barra principal por medio de un interruptor, que puede reemplazar a
cualquiera de los otros (figura 1.15).
El conjunto interruptor de transferencia, barra de transferencia, y seccionador
permite reemplazar cualquiera de los interruptores de línea, posibilitándose así
el mantenimiento de este último.
La dificultad se presenta con los transformadores de corriente y las
protecciones, que deben ser transferidas (si necesario) para que den la orden
de disparo al interruptor adecuado.
DOBLE BARRA Y BARRA DE TRANSFERENCIA
Es análogo al caso anterior (figura 1.16). Se necesita interruptor de
transferencia, y de acoplamiento, o se puede tener uno solo con ambas
funciones, los seccionadores deben permitir esta posibilidad, y los
enclavamientos deben impedir errores.
BARRA PRINCIPAL Y SEGUNDA BARRA TAMBIÉN DE TRANSFERENCIA.
Esta posibilidad también se obtiene con seccionadores, y los posibles errores
exigen mas enclavamientos ya que el sistema trabaja como doble barra, o
como barra principal y transferencia (figura 1.17).
ESQUEMAS CON SECCIONADOR DE BY PASS
Ciertos esquemas prevén un seccionador (Seccionador de by Pass) que
puentea al interruptor y permiten operar sin él, reemplazándolo por otro (figura
1.17).
Un seccionador que puede cortocircuitar al interruptor, y las conexiones del
interruptor deben poderse desmontar con facilidad, si no será necesario tener
seccionadores a ambos lados del interruptor.
Otra posibilidad es que el seccionador que hace de by-pass esté puesto
directamente entre barras y la salida de línea, como se ha representado para el
caso de segunda barra y barra de transferencia.
ESQUEMAS EN H
Con solo uno o mas interruptores, son esquemas muy simples y económicos,
frecuentemente usados en industrias o en distribución pública, en estaciones
que son terminales (figura 1.18).
REFLEXIONES
El esquema de la estación, es una característica que no se selecciona para la
estación en si, sino que corresponde a toda la red, y debe tener en cuenta
condiciones de la red.
Si las líneas son relativamente cortas, es posible suplir la falta de una estación,
o de una línea, con las vecinas, y entonces el esquema puede ser el mas
simple y menos flexible.
Cuando en cambio las líneas son relativamente largas y las estaciones son
pocas, y poco conectadas entre si, no es posible suplir la falta de una línea, o
peor aún de la estación, en consecuencia el esquema debe ser mas
complicado.
1.9 - ESQUEMAS DE ACOPLE POR INTERRUPTORES
Los esquemas de la modalidad acople por interruptores, son esencialmente
sistemas anillados, cuando se debe separar una línea se deben abrir en la
estación dos interruptores, o mas, veamos los esquemas de este tipo:
ESQUEMA EN ANILLO SIMPLE
En el vértice del polígono donde llega la línea se tienen dos interruptores con
los correspondientes seccionadores, la línea requiere un seccionador adicional
para poderla separar, y volver a cerrar el anillo, si la operación lo requiere
(figura 1.19).
Debe notarse que el número de interruptores es igual al número de terminales,
como en los esquemas de simple juego de barras.
El esquema en anillo presenta la dificultad del crecimiento, no es fácil ampliar la
estación agregando nuevas líneas, es un esquema no conveniente cuando se
piensa que el desarrollo futuro obligará a ampliaciones.
En la figura 1.20 puede observarse como se desarrolla el crecimiento en etapas
del esquema en anillo.
El anillo no debe superar los 6 u 8 terminales, además no es posible separar la
estación en nodos arbitrarios, como visto para el esquema de doble juego de
barras.
La ventaja del anillo es que permite acceder a cualquier interruptor, sin eliminar
ninguna línea, solo debe abrirse el anillo.
Este esquema es útil cuando las líneas son relativamente largas, y no se
pueden sacar de servicio.
ESQUEMAS EN ANILLO DOBLE, ANILLOS MÚLTIPLES
De complejidad creciente (figura 1.21 y figura 1.22). Estos esquemas son
complicados de entender, y muy poco intuitivos, baste observar la figura 1.22
que en dos formas representa el mismo esquema y corresponde a estaciones
de 765 kV realizadas por HidroQuebec, en los años 60 cuando la confiabilidad
que se atribuía a los interruptores de tan alta tensión era muy reducida.
Hoy esquemas tan complejos de entender, construir y operar, no se logran
justificar fácilmente.
ESQUEMA DE INTERRUPTOR Y MEDIO
Este esquema tiene tres interruptores entre dos barras por cada dos salidas
(figura 1.23).
En la figura 1.24 puede observarse como se desarrolla en etapas este
esquema, que con tres o cuatro líneas, toma la configuración de anillo.
El esquema es utilizable cuando se tienen seis terminales o más, con cuatro
terminales, no tiene sentido, se debe realizar el esquema en anillo, si se intenta
realizar un esquema de interruptor y medio, de pondrán en serie dos
interruptores sin mayor ventaja.
Otro concepto importante de observar es que pese a que el esquema tiene dos
juegos de barras, el seccionamiento de barras no tiene mucho sentido, y
menos aún con utilización de interruptores de barras.
ESQUEMA DOBLE BARRA DOS INTERRUPTORES POR LÍNEA
Este esquema es útil cuando el mantenimiento de los interruptores debe ser
frecuente, se puede sacar de servicio cualquier interruptor, o una barra sin
afectar la continuidad de servicio (figura 1.25).
El esquema puede trabajar con todos los interruptores cerrados, y una falla en
barras no afecta la continuidad.
A veces este esquema se adopta solo para las salidas que sufren más
maniobras, o para las mas críticas, cuando no se quiere que el mantenimiento
de un interruptor ponga la salida en crisis, y las salidas no críticas se hacen
mas simples, por ejemplo adoptando doble sistema de barras con un interruptor
por salida.
COMPARACIÓN Y COMENTARIOS
El esquema de interruptor y medio también funciona con todos los interruptores
cerrados, y entonces tiene características parecidas al de dos interruptores por
salida, pero las logra con menos interruptores, y alguna mayor complicación
conceptual.
Los esquemas de interruptor y medio o doble interruptor por salida no se
conciben con barras partidas, ya que esencialmente se trata de esquemas que
trabajan con ambas barras en tensión, y si se debe hacer alguna tarea de
mantenimiento en una barra es posible conservar el nodo sobre la otra barra.
1.11 - TRANSFORMADORES EN BARRAS
Las fallas en barras son muy poco frecuentes, también las fallas de los
transformadores bien construidos son muy poco frecuentes, a veces para
limitar el costo de la estación se propone conectar los transformadores a las
barras a través de solo seccionadores.
La falla del transformador causará una salida de servicio de la barra afectada,
se abre el seccionador de transformador, y se reconstruye la barra, el
interruptor de transformador hubiera evitado la salida de toda la barra.
La falla de la barra implica la salida de servicio del transformador, el interruptor
de transformador no evitaría este evento, con solo el segundo transformador se
debe satisfacer toda la carga eventualmente aprovechando su capacidad de
sobrecarga, situación que también se presenta con la falla de un transformador.
COMENTARIOS
Los diferentes esquemas se utilizan con distinta frecuencia en las redes,
dependiendo su elección de razones económicas, de operación, etc.
1.12 - DISPOSICIONES BÁSICAS DE EQUIPOS - DESCRIPCIÓN
El planteo de la disposición general debe tener en cuenta las líneas que llegan
a torres (próximas a la estación) o pórticos terminales, se debe lograr
establecer una buena relación entre la estación y las líneas.
Al tratar de realizar físicamente el esquema elegido para la estación eléctrica,
se debe pensar que esta es una construcción que se hace sobre la tierra, es
una construcción que ocupa cierta área plana.
Actualmente se prefieren las disposiciones que se extienden horizontalmente, y
que permiten una menor altura de la construcción, ocupando mayor superficie.
Los esquemas que se han analizado desde el punto de vista unifilar deben
realizarse físicamente, se tienen tres conductores (el sistema es trifásico) y
entonces es necesario disponer en dos planos distintos los conductores que
corresponden a las barras, y los de las derivaciones (líneas).
El principal elemento que caracteriza una disposición constructiva es el
seccionador, y su relación con las barras.
Generalmente las barras se encuentran en un plano horizontal y las partes en
tensión de los aparatos y sus conexiones se encuentran en otro plano (Ver
figura 1.26) inferior o superior.
Desde el suelo observamos entonces una primera capa en la que circulan las
personas en la estación.
Una segunda capa llega hasta el plano en que se tienen partes en tensión, y
otra capa separa esta superficie de otra que contiene también conductores en
tensión.
CLASIFICACIÓN
Realicemos un esquema de simple juego de barras, podemos disponerlas en
un plano superior a los equipos (barras altas), o al mismo nivel que las partes
en tensión de los equipos, y poner las derivaciones arriba (barras bajas,
derivaciones altas).
Un concepto de clasificación puede ser la posición relativa de los distintos
planos de tensión (figura 1.26).
- Barras bajas, con derivaciones altas.
- Barras altas, con derivaciones bajas.
- Barras intermedias, con derivaciones altas y aparatos bajos.
De las barras se pasa por el seccionador, al interruptor, transformadores de
corriente, seccionador de línea, etc. y finalmente se llega a la línea saliente.
El otro aspecto a considerar es el tipo constructivo de las barras, rígidas
(tubulares) o flexibles (cables).
Indudablemente la forma de los equipos que se utilizan, y como se instalan, y
en particular los seccionadores es muy importante para avanzar en el diseño
de la estación.
Otro concepto es la relación entre las barras o los conductores de las
derivaciones que pueden encontrarse:
- Asociadas, las fases de un campo se encuentran reunidas y adyacentes
(figura 1.27).
- Separadas, cuando las fases de un campo no se encuentran próximas; en
cambio se observa que se encuentran reunidos los elementos que pertenecen
a una misma fase (figura 1.28).
Fases Mixtas, con este nombre se caracteriza una disposición donde en las
derivaciones se encuentran reunidos los elementos de una salida (asociadas) ,
en cambio las barras tienen una disposición del tipo separadas (figura 1.29).
Volviendo a los seccionadores, los hay cuyos contactos se encuentran ambos
en el mismo plano horizontal, por lo tanto interrumpen conductores que se
deben encontrar en dicho plano (seccionamiento horizontal), y después de
cierto desarrollo pueden pasar a otro plano.
Otros tipos pueden unir niveles distintos, unen dos planos, atravesando una
capa de aislación, estos últimos se llaman de seccionamiento vertical.
En algunos diseños de estaciones se tienen hasta tres planos de tensión,
debido a distintas necesidades que imponen los cruces.
Es un ejercicio conveniente observar y analizar vistas, cortes y fotografías de
estaciones eléctricas tratando de comprender su solución constructiva, su
esquema unifilar, y las razones del diseño adoptado.
CONDICIONES A SATISFACER
En el diseño de la estación se deben satisfacer muchas condiciones, y en
particular:
- flexibilidad y confiabilidad, ligadas a la estructura de la red.
- facilidades de mantenimiento, maniobra, circulación, evolución, ampliación.
- correctas distancias, y particularmente aislación.
- control de la inversión inicial, y costos de operación.
2 - COMPONENTES DE LA ESTACIÓN ELÉCTRICA
ing. Alfredo Rifaldi - ing. Norberto I. Sirabonian
Al observar la estación, fotos o planos, vemos torres, estructuras donde están
amarradas las líneas, y conductores (barras) de la estación, llama
generalmente la atención su tamaño, la vista siguiendo estas estructuras sube.
Encontramos conductores tensados entre aisladores, o sostenidos por ellos,
debajo los equipos cuya cabeza se encuentra en tensión y están sostenidos
por aisladores y soportes estructurales.
Los conductores se deben unir entre sí y a los equipos, mediante morseteria
adecuada.
En el suelo de la estación observamos canales de cables, por los que corren
los cables de comando, medición, protección que están sumergidos en un
ambiente de elevada interferencia electromagnética (corrientes y tensiones
elevadas son causa de los intensos campos magnéticos y eléctricos que
inducen en los cables sus efectos).
En el subsuelo se encuentra tendida una red de tierra que tiende a mantener el
suelo de la estación con características equipotenciales, para evitar peligros a
las personas y controlar interferencias electromagnéticas.
Además se tienen obras civiles, fundaciones, drenajes, caminos. En la estación
se encuentran además edificios, ya en el campo, kioscos, y fuera del campo,
edificio de comando donde se concentra esa función, medición, protección,
telecomando etc.
COMPONENTES DE LA ESTACIÓN ELÉCTRICA
En la Estación Eléctrica encontramos distintas construcciones, instalaciones y
equipos con funciones particulares y características definidas.
Ya hemos citado los distintos equipos de la estación, pero conviene tratar de
hacer alguna clasificación, en principio por función:
- instalaciones y equipos de potencia o principales: interruptor, seccionadores,
transformadores de medición, descargadores, trampa de onda,
transformadores de potencia.
- instalaciones y equipos de control y auxiliares: comando, señalización,
protecciones, servicios auxiliares, servicios esenciales.
EQUIPOS PRINCIPALES
Los equipos directamente relacionados con las magnitudes eléctricas en juego
en la Estación, son llamados equipos principales (figura 2.1)
Las características eléctricas principales de la estación y de sus equipos están
relacionadas con los niveles de tensión y cortocircuito.
Los equipos de potencia, son adquiridos y se instalan en la estación, pero no
son en general construidos especialmente para la estación en cuestión, se
construyen bajo normas que imponen las características de interés y fijan los
ensayos que las comprueban.
Las características de los distintos equipos en muchos casos son comunes, en
consecuencia primero individualizaremos los equipos y luego, en modo
comparativo, analizaremos sus características.
DEFINICIONES - INTERRUPTOR
El interruptor es un aparato de maniobra mecánico, capaz de establecer,
conducir e interrumpir corrientes en condiciones normales del circuito; y
también de establecer, conducir por un tiempo determinado, e interrumpir
corrientes en determinadas condiciones anormales como las de cortocircuito
(figura 2.2).
Este es el aparato que ha sufrido mayores evoluciones y cambios en sus
principios de funcionamiento, casi podríamos decir que es como si hubiese
habido modas (aunque la realidad fuera consecuencia frecuentemente de
dificultad tecnológica) citemos solo los medios de interrupción aire
(comprimido), aceite, gas SF6, vacío.
La forma de estos aparatos es de lo mas variada, se los puede clasificar en
aparatos con tanque a tierra, o con tanque en tensión (muerto o vivo),
entendiendo por tanque el contenedor (metálico o de material aislante) de los
contactos.
El número de interrupciones (o cámaras) en serie es otra característica
distintiva de las altas tensiones, a medida que se avanza en el desarrollo en
número de cámaras disminuye, aumentando simultáneamente sus
prestaciones. Cuando hay cámaras en serie se controla la distribución de la
tensión entre ellas mediante capacitores, es así que el interruptor abierto
conduce cierta corriente, y por efecto capacitivo en su otro extremo aparece
tensión.
Algunos interruptores tienen cámaras de interrupción (o de establecimiento de
corrientes) en paralelo con las principales, y con resistores en serie, ya para
lograr interrumpir ciertas corrientes (con resistores de apertura), o lograr limitar
las sobretensiones de inserción de largas líneas (resistores de preinseción).
SECCIONADOR
El seccionador es un aparato mecánico de conexión que asegura, en posición
abierta, una distancia de seccionamiento que satisface condiciones
especificadas. Un seccionador es capaz de abrir y de cerrar un circuito cuando
se establece o interrumpe una corriente de valor despreciable, o bien no se
produce ningún cambio importante de la tensión entre los bornes de cada uno
de los polos del seccionador.
Es también capaz de conducir corrientes en las condiciones normales del
circuito, y de soportar corrientes por un tiempo especificado en condiciones
anormales como las de cortocircuito.
Se presenta en una variedad de modelos, que muestran las figuras 2.3.a y
2.3.b
Se los clasifica por el plano en que se mueven las cuchillas, vertical, horizontal,
por la distancia de seccionamiento, también vertical u horizontal, por el número
de columnas de aisladores que tienen por polo, dos o tres columnas, por la
posición relativa de los polos, diagonal, paralelos, en fila india.
La figura 2.3.a muestra el modelo de seccionador rotativo de tres columnas, la
central mueve el contacto principal, y de tienen dos interrupciones por polo.
La figura 2.3.b muestra el modelo de seccionador rotativo de dos columnas,
cada columna sostiene medio brazo, la interrupción se presenta en el centro
del polo.
Mecánicamente es mas complejo que el seccionador de tres columnas, ya que
ambos polos deben moverse sincronizados, para que el contacto se cierre con
éxito.
La figura 2.3.c muestra el modelo de seccionador pantógrafo de
seccionamiento vertical, cada columna sostiene un brazo articulado que con su
mano busca cerrarse en el contacto fijo soportado por las barras tubulares o los
cables.
Debe notarse que hay dos aisladores por polo, uno de soporte, y otro que
transmite el movimiento al brazo.
La figura 2.3.d muestra el modelo análogo pero con el seccionamiento
horizontal, generalmente estos últimos modelos utilizan los mismos
componentes aplicados en otra forma como puede verse en las figuras.
SECCIONADOR DE PUESTA A TIERRA
El seccionador de puesta a tierra, tiene la función de conectar a tierra parte de
un circuito.
El seccionador de tierra generalmente está asociado a un seccionador
principal. La aislación entre contactos del seccionador de tierra puede ser
menor que la aislación entre contactos del seccionador principal asociado.
Normalmente este seccionador cortocircuita un aislador de soporte del
seccionador principal al que se encuentra asociado.
TRANSFORMADORES DE MEDICIÓN
Los transformadores de medición están destinados a alimentar instrumentos de
medida, indicadores, registradores, integradores, relés de protección, o
aparatos análogos. Según la magnitud en juego se clasifican en
Transformadores de Tensión y de Corriente.
TRANSFORMADOR DE TENSIÓN
Es un transformador en cuyo secundario, en condiciones normales de uso se
tiene una tensión cuyo módulo es prácticamente proporcional a la tensión
primaria, y que difiere en fase en un ángulo próximo a cero, para una adecuada
conexión.
En alta tensión se encuentra conectado entre fase y tierra (figura 2.4), solo
hasta 72.5 kV se encuentran construcciones para conexión entre fases (con
dos aisladores).
TRANSFORMADOR DE CORRIENTE
Los transformadores de corriente presentan una corriente secundaria cuyo
módulo es prácticamente proporcional a la corriente primaria y que difiere en
fase en un ángulo próximo a cero.
Los hay de distintas formas constructivas, con núcleo en la cabeza (figura
2.5a), o con núcleo en la parte inferior. (figura 2.5b)
DESCARGADORES
El descargador es un aparato destinado a proteger el material eléctrico contra
sobretensiones transitorias elevadas y a limitar la duración y frecuentemente la
amplitud de la corriente subsiguiente.
Se considera que forma parte del descargador todo espinterómetro en serie,
necesario para el correcto funcionamiento del aparato en condiciones de
servicio (figura 2.6).
Modernamente se han impuesto los descargadores de óxido de cinc que no
tienen espinterómetro en serie (aunque los hubo con).
CAPACITOR DE ACOPLAMIENTO
Tiene la función de acoplar los sistemas de telecomunicaciones en alta
frecuencia a las líneas aéreas de alta tensión (figura 2.7).
Los transformadores de tensión capacitivos pueden cumplir las funciones de
transformador de tensión y de capacitor de acoplamiento (figura 2.8).
BOBINA DE BLOQUEO
La bobina de bloqueo, también llamada Trampa de Onda, es un dispositivo
destinado a ser instalado en serie en una línea de alta tensión. Su impedancia
debe ser despreciable a la frecuencia de la red, de manera de no perturbar la
transmisión de Energía, pero debe ser selectivamente elevada en cualquier
banda de frecuencia utilizable para la transmisión por onda portadora.
El equipo consiste en un inductor principal, un dispositivo de protección,
descargador, y un dispositivo de sintonización (figura 2.9).
AISLADORES
Los aisladores son dispositivos que sirven para mantener un conductor fijo,
separado y aislado de partes que en general no están bajo tensión (a tierra).
Los aisladores que sirven para que un conductor atraviese una pared se
denominan pasamuros. Se los denomina pasatapas cuando atraviesan la cuba
de un transformador o la celda metálica de una instalación blindada.
Podemos denominarlos genéricamente como aisladores pasantes.
La definición de éstos incluye los medios de fijación al tabique o pared a
atravesar.
2.3 - CARACTERÍSTICAS DE LOS EQUIPOS
Para definir un equipo es necesario determinar sus características funcionales
ligadas básicamente a los parámetros tensión y corriente.
Analizaremos a continuación cada característica, primero independiente de los
equipos a los cuales corresponde y luego particularizando las mismas a los
equipos en cuestión y sus diferencias con otros.
Las características eléctricas de los equipos de potencia, que se comprueban
con ensayos, están ligadas a su aislación, y su capacidad de transportar
corrientes y sobrecorrientes.
Se puede realizar una lista de estas características, el objetivo final es una
tabla que relaciona equipos y sus características eléctricas asociadas.
- características ligadas a la aislación:
- entre partes en tensión y tierra.
- sobre el seccionamiento.
- tensión nominal.
- tensión de ensayo de frecuencia industrial.
- tensión de ensayo de maniobra.
- tensión de impulso atmosférico.
- características de transporte de corriente:
- corriente nominal, permanente.
- corriente de breve duración.
- corriente de pico máximo.
- poder de interrupción.
- otras características, mecánicas, dimensionales, etc.
NUMERO DE POLOS
En las instalaciones trifásicas algunos de los aparatos que se instalan son
tripolares (interruptores, seccionadores), otros en cambio son unipolares
(Transformadores de medición, descargadores, trampa de onda, capacitor de
acoplamiento, aisladores).
Este criterio se utiliza aún para el equipamiento de muy alta tensión donde
también los aparatos tripolares están formados por tres polos completamente
independientes.
Efectivamente al hablar de un interruptor o seccionador se los entiende como
tripolares, mientras que un transformador de corriente, tensión, descargador
etc. se entienden como aparatos unipolares.
CARACTERÍSTICAS EN FUNCIÓN DE LA TENSIÓN - TENSIÓN NOMINAL
La tensión nominal (Un) de un componente de un sistema es el valor de tensión
con el cual se lo denomina y al cual se refieren algunas de sus características.
COMENTARIO
En general la tensión nominal de un componente de un sistema corresponde al
límite superior de la más alta tensión del sistema para la cual el aparato está
previsto.
Se debe verificar que la tensión que se presenta en la red sea siempre inferior
a la tensión nominal de los aparatos.
Esta referencia se hace, no para situaciones de breve duración (Transitorias,
Sobretensiones), sino para las condiciones de funcionamiento normal
(permanente) de la instalación.
VALORES
Para los componentes de los sistemas trifásicos, en general, la tensión (Un)
coincide con la máxima tensión de línea (tensión compuesta) y caracteriza la
dimensión de los aisladores.
Para el caso particular de los descargadores, que se conectan entre fase y
tierra, su tensión nominal se elige en función de los máximos valores que
puede alcanzar la tensión de fase.
Esta situación debe ser estudiada también frente a estados transitorios que se
presentan en la red. Cuando se produce una falla en un punto de la red, las
fases sanas pueden tomar valores de tensión de fase elevada en función al
grado de puesta a tierra que existe en el punto donde está instalado el equipo.
FACTOR DE PUESTA A TIERRA
El factor de puesta a tierra es la mayor relación que se tiene entre la tensión en
las fases sanas y la tensión sin falla, para falla en un punto dado de la red.
Para determinar este factor se deben poner en cortocircuito monofasico a tierra
una fase y determinar las tensiones en las fases sanas.
Para un sistema rígidamente a tierra este factor debería ser 1, en un sistema
aislado sin resonancias entre capacitancias de líneas y respectivas reactancias
este factor es 1.73, en general en los sistemas reales se considera que este
factor asume valores intermedios.
Se dice que un sistema tiene neutro a tierra cuando el factor de puesta a tierra
está comprendido entre 1 y 1.4.
NIVEL DE AISLACION NOMINAL
Con el nivel de aislación nominal se definen las tensiones de ensayo a
frecuencia industrial durante un (1) minuto, y a impulso atmosférico que
determinan las características de aislación del equipo.
Para tensiones altas, según las recomendaciones de la IEC, por encima de los
72,5 kV, el nivel de aislación se debe elegir teniendo en cuenta el grado de
puesta a tierra.
Para tensiones desde 300 kV se definen tensiones de ensayo de impulsos de
maniobra y de impulso atmosférico para determinar las características de la
aislacion.
Si está asegurada la condición de puesta a tierra se pueden elegir valores
menores, que corresponden a equipos con aislación reducida, lo que implica
una economía.
OBSERVACIONES
Los interruptores con aislación reducida destinados a Sincronización, pueden
requerir una tensión de aislación a frecuencia industrial entre contactos del
interruptor abierto, mayor que la normal.
Este requerimiento es necesario con el objeto de mantener la aislación en
condiciones de oposición de fases, de los sistemas, a ambos lados del
interruptor.
Los seccionadores se caracterizan por tener una tensión de ensayo entre
contactos abiertos que es superior a la tensión de ensayo hacia tierra y entre
polos. La razón de esta condición es garantizar la aislación entre las partes del
sistemas que el seccionador separa.
En efecto, si ocurriera una sobretensión en una parte del sistema, primero se
produciría la descarga fase-tierra y en consecuencia la sobretensión no podría
propagarse a través de los contactos principales del seccionador.
Cabe mencionar que para los interruptores ambos valores son iguales, debido
a que la mayor aislación necesaria, la tendrán siempre los seccionadores
asociados.
En cambio los descargadores, destinados a conducir, no poseen las
características de aislación enunciadas anteriormente.
CARACTERÍSTICAS DE DESCARGA
Esta es una característica que poseen exclusivamente los descargadores, cuya
función es precisamente drenar las sobretensiones limitándolas.
Es de importancia que los descargadores soporten las sobretensiones
temporarias (dadas por una combinación de valores tensión-tiempo).
La característica de descarga a tensiones de impulso atmosférico y de
maniobra permiten verificar las máximas solicitaciones de la aislación.
También son características exclusivas de los descargadores la tensión de
cebado, y la tensión residual.
LÍNEA DE FUGA
Esta es una característica relacionada también con la aislación, se trata de
asignarle en particular a la aislación superficial, siempre necesaria en los
diseños, una resistencia adecuada a la contaminación que produce el
ambiente.
En las superficies de los aisladores se producen depósitos que afectan sus
características en el tiempo.
La defensa contra esta contaminación es el aumento de la línea de fuga de los
aisladores (de 2 a 6 cm/kV fase tierra) según sea la clase de polución.
CARACTERÍSTICAS EN FUNCIÓN DE LA CORRIENTE
Estas son características exclusivas de los aparatos que conducen la corriente.
En consecuencia quedan excluidos los transformadores de Tensión,
capacitores de acoplamiento, aisladores, etc.
CORRIENTE NOMINAL (In)
Corriente nominal en servicio continuo es el valor eficaz de la corriente que el
aparato está en condiciones de conducir en forma permanente, a la frecuencia
nominal, manteniendo las temperaturas de sus diferentes partes, dentro de
valores especificados.
COMENTARIO
Como es lógico en estas condiciones no deben producirse deterioros ni
envejecimientos acelerados, tanto para las partes conductoras como para las
aislantes. Los seccionadores de puesta a tierra, cuya función no es conducir
corrientes permanentes, no poseen esta característica.
PODER DE INTERRUPCIÓN
Se trata de una característica que corresponde a los interruptores.
Poder de interrupción de cortocircuito es la más elevada corriente de
cortocircuito que el interruptor debe ser capaz de interrumpir en condiciones de
uso y comportamiento especificadas, con cortocircuito en bornes.
COMENTARIO
Las especificaciones (las normas) cubren aspectos que definen la componente
unidireccional de la corriente, la tensión de restablecimiento a frecuencia
industrial y transitoria, tiempo de actuación de las protecciones y condiciones
del circuito.
CORRIENTE DE INTERRUPCIÓN
Es la que se presenta en un polo de interruptor en el instante de inicio del arco,
durante una operación de apertura.
Son de interés distintos tipos de interrupciones, algunas en condiciones
normalizadas, y otras sujetas a acuerdo especial:
- interrupción de cortocircuito en bornes
- interrupción de falla en línea
- interrupción en discordancia de fase
- interrupción de líneas en vacío, y cables en vacío.
- interrupción de baterías únicas de capacitores
- interrupción de corrientes magnetizantes y pequeñas corrientes inductivas.
- interrupción de baterías múltiples de capacitores
- interrupción de falla secundaria de transformadores
COMENTARIO
Las normas indican que deben ser objeto de especial acuerdo entre constructor
y usuario las siguientes aplicaciones;
- Interruptores conectados a generadores.
- Interruptores conectados a transformadores, que aportan más del 50% de la
corriente correspondiente al poder de interrupción del interruptor.
- Interruptores próximos a reactores serie.
- Interruptores para baterías múltiples de capacitores.
PODER DE CIERRE O ESTABLECIMIENTO
Es el máximo valor de cresta de la corriente que un interruptor puede
establecer con una tensión especificada, y en condiciones de uso y
comportamiento establecidas.
Ciertos tipos de seccionadores de puesta a tierra deben satisfacer este
requerimiento, cuando se presenta la posibilidad de cerrarlos sobre una falla.
Esta condición exige en particular, que el comando del seccionador y su
mecanismo de accionamiento sean particularmente rápidos, a semejanza de un
interruptor.
TIEMPOS Y MODOS DE OPERACIÓN
Los interruptores operan en modo trifásico y para ciertas aplicaciones se
requiere la posibilidad de operación monofásica.
La secuencia de maniobras indica la sucesión de maniobras que el interruptor
debe poder ejecutar (apertura-tiempo-cierre apertura-tiempo-cierre apertura,
por ejemplo: O-0,3s-CO-3m-CO)
Son características importantes el tiempo de cierre, y el tiempo total de
interrupción.
El tiempo de cierre se mide desde la orden impartida hasta el efectivo cierre de
los contactos principales.
El tiempo total de interrupción cubre el tiempo de apertura desde que se
imparte la orden hasta el inicio de separación de los contactos de arco de todos
los polos, y la duración del arco desde la iniciación del primer arco hasta la
extinción del último arco.
CORRIENTE DE BREVE DURACIÓN ADMISIBLE:
Es la que un aparato puede soportar por un breve lapso, del orden de
segundos y se indica por su valor eficaz.
Este tiempo se lo denomina máxima duración del cortocircuito.
COMENTARIO:
La solicitación correspondiente es de característica térmica respondiendo a una
evolución adiabática, donde todo el calor generado es acumulado por las
masas metálicas conductoras.
Se acepta para tiempos distintos del indicado, que el valor I^2 t se mantiene
constante.
CORRIENTE DE CRESTA ADMISIBLE:
Es el pico máximo de corriente (Is) que un aparato puede soportar.
CAPACIDAD TÉRMICA
También esta es una característica que poseen exclusivamente los
descargadores, y está representada por la energía (corriente, tiempo) que son
capaces de drenar.
CARACTERÍSTICAS PARTICULARES DE LOS TRANSFORMADORES DE
CORRIENTE
Estas características son:
- Relación de transformación, que es la relación entre las corrientes nominales
primaria y secundaria (Kn) .
- Error de corriente, que es el que introduce el transformador en el módulo de la
corriente:
e = (Kn * Is - Ip) / Ip
- Error de ángulo, diferencia de fases entre corriente primaria y secundaria.
- Prestación nominal es la carga expresada por su potencia aparente y factor
de potencia, referida corriente nominal secundaria, a la que corresponden los
valores límites de error.
- Potencia nominal, o de precisión, es la que el transformador entrega a la
corriente nominal secundaria cuando tiene conectada la prestación nominal.
- Corriente térmica y dinámica se controlan con el secundario en cortocircuito.
- Corriente máxima permanente de calentamiento, es el mayor valor eficaz de
la corriente que puede hacerse circular en el primario, sin que el calentamiento
supere límites establecidos.
COMENTARIO:
Según la función del transformador de corriente, es de importancia su
comportamiento en el campo de sobrecorrientes, hasta el valor de corriente de
cortocircuito, en el punto de instalación.
Si el núcleo es de medida, y en sus secundarios se conectan dispositivos
sensibles a las sobrecorrientes, debe en lo posible limitar la corriente
secundaria, cuando se alcanzan valores elevados, debe ser entonces
saturable.
En general los modernos sistemas electrónicos, tienen autoprotección contra
sobrecorrientes por lo que frecuentemente no es necesaria la saturación del
transformador.
Cuando la función del equipo es registro de transitorios, que se producen
particularmente con corrientes elevadas, los núcleos no deben saturarse, para
que el registro sea fiel.
Si el núcleo es de protección en cambio, debe estar dimensionado de manera
de no limitar la corriente secundaria, es decir no debe saturarse, debe tener
pequeño error aun con corrientes elevadas.
CARACTERÍSTICAS PARTICULARES DE LOS TRANSFORMADORES DE
TENSIÓN
Definiremos las características particulares de los Transformadores de Tensión,
ellas son:
- Relación de Transformación, que es la relación entre las tensiones normales
primaria y secundarias (Kn)
- Error de tensión, que es el que introduce el transformador en la medida del
módulo de la tensión.
e = (Kn * Us - Up) / Up
- Error de ángulo, que es la diferencia de fases entre las tensiones primaria y
secundaria.
- Prestación nominal, es la carga expresada por su potencia aparente y factor
de potencia referida a la tensión nominal secundaria a la que corresponden los
valores límites de error.
- Potencia térmica nominal, es la potencia aparente con factor de potencia
unitario que el transformador puede entregar sin superar los límites de
temperatura establecidos.
- Factor de Tensión nominal, es la relación respecto de la tensión primaria
nominal del mayor valor de tensión con el cual el transformador satisface
especificaciones de calentamiento, por un tiempo determinado y respetando
otras condiciones establecidas en las normas.
En Alta Tensión se utilizan, también, transformadores de tensión capacitivos
que están esencialmente formados por un divisor capacitivo y un conjunto
electromagnético reactor-transformador, dimensionado de manera tal que se
comporte como un transformador de tensión inductivo (Ver figura 2.8).
2.4 - LAS ESPECIFICACIONES DE EQUIPOS
Las características de los equipos son objeto de una tarea que se llama
especificación de los equipos y que puede considerarse centro de distintas
actividades que conducen al proyecto de la estación.
Estudios de redes, cuando la red aun no existe, permiten aportar los valores de
especificación de los elementos, sobre redes existentes permiten juzgar el
grado de aprovechamiento de las características, y aportar información para
evolución del sistema, o la adquisición de componentes substitutivos.
Experiencia de operación, montaje, ensayos, aportan información de indudable
valor, para ser tenida en cuenta en las especificaciones.
Normas, son la base de las especificaciones, son el punto de referencia de los
fabricantes de equipos, y la buena especificación debe encontrar solución en
equipos reales, con experiencia constructiva, y no obligar a prototipos
proyectados a satisfacción de una especificación anormal (fuera de norma!).
Tabla: características de los aparatos eléctricos utilizados en estaciones eléctricas
Interruptor Seccionador Cuchillas de tierra
Transformador de corriente
Transformador de tensión
Descargador Capacitor de acoplamiento
Bobina de bloqueo
Aislador
NORMA IEC (numeración antigua)
56 129 129 185 186 99 . . .
Interior o exterior
X X X X X X X X X
Estado del neutro
X X X X
Ciclo de operación
X
Tensión nominal
X X X X X X X X X
Frecuencia nominal
X X X X X X X X X
Tensión de ensayo a frecuencia industrial
X XX X X X X X X
Tensión de ensayo a impulso
X XX X X X X X X
Características de descarga
X
Corriente nominal
X X X X
Poder de X
interrupción
Poder de cierre
X
Corriente de breve duración
X X X X X
Resistencia al pico
X X X X X
Numero de polos
3 3 3 1 1 1 1 1 1
Unificación, las normas ofrecen muchas combinaciones de características,
dentro de una instalación es bueno que no se presente una variedad grande de
aparatos, mas bien es preferible minimizar esta cantidad, esto significa menos
repuestos, intercambiabilidad. La especificación debe tener en cuenta estas
necesidades y lograr una justa satisfacción.
Frecuentemente los diseños de un fabricante son modulares y utilizan los
mismos componentes para realizar distintos aparatos.
En las especificaciones se deben dar indicaciones que permitan seleccionar
tipos constructivos y tratamientos adecuados.
Se debe cuidar la adaptación y la resistencia a la polución, a la corrosión, la
agresión química, o por microorganismos (por descomposición especialmente
en climas tropicales).
Se debe controlar la conservación de características y dimensiones frente a
grandes excursiones de temperatura, el envejecimiento debido a temperatura,
radiación solar, choque térmico.
Los equipos deben soportar choques y vibraciones durante el transporte.
La especificación debe indicar condiciones anormales de: polución, climas
(tropical, desértico, glacial), altitud, sismos (frecuencias, amortiguamientos).
TIPOS CONSTRUCTIVOS
Este es un tema largo y complejo, de alguna manera influenciado por la historia
de la técnica, por otra parte cada tipo de aparato presenta sus propias
particularidades, a veces invisibles al usuario, hasta que le traen alguna
consecuencia particular.
Bajando a ciertos detalles, las diferencias se notan de un fabricante a otro y/o
de un país a otro.
Interruptores, su característica mas saliente es el principio de interrupción,
aceite, aire, gas SF6, y el numero de interrupciones en serie (cámaras).
También puede observarse la forma, cámara contenedora de los contactos
aislada o metálica, y posición relativa de las cámaras cuando múltiples.
Seccionadores, de una, dos o tres columnas, de tipo pantógrafo, con
seccionamiento horizontal o vertical.
Transformadores de corriente con núcleo en lo alto, o abajo, con distintas
formas del arrollamiento primario de una sola espira, en horquilla, U, barra
pasante, o de varias espiras, con varios primarios conectables en serie y
paralelo o con derivaciones secundarias para tener distintas relaciones de
transformación.
En algunas aplicaciones se utilizan transformadores de corriente montados
sobre los aisladores pasantes, se los encuentra en transformadores de
potencia y en interruptores con tanque a tierra (de gran volumen de aceite en el
pasado, y hoy en algunos de SF6).
Transformadores de tensión inductivos, con núcleos en cascada, o capacitivos.
Transformadores de potencia, monofásicos, trifásicos, de dos o tres
arrollamientos, distintos tipos de refrigeración exterior aire natural, forzado, con
aerotermos, o refrigerados con agua.
UTILIZACIÓN DE LOS APARATOS
La maniobra de los interruptores se caracteriza por la rapidez, mientras que los
seccionadores se mueven en forma relativamente lenta, los primeros deben
interrumpir cualquier tipo de corriente, mientras que los segundos están
llamados a interrumpir corrientes débiles.
La interrupción de corrientes por los seccionadores, corrientes de
transformadores de tensión, transformadores en vacío, barras (capacitivas),
líneas en vacío, producen fenómenos de oscilaciones y propagación de
sobretensiones, que en algunos casos merecen estudios especiales.
Los transformadores de corriente deben alimentar las protecciones que
frecuentemente miran en direcciones opuestas, o que cumplen distintas
funciones (protección de barras, de líneas), generalmente se utilizan núcleos
distintos.
En algunos casos se prefieren transformadores separados, esto solo se
justifica para independizar las relaciones de transformación.
En algunos casos se han puesto transformadores de corriente a ambos lados
del interruptor, aparentemente para solapar zonas de protección, esto solo se
justifica para el caso de interruptores con tanque a tierra (donde por otra parte
los transformadores de corriente, de tipo barra pasante son de costo mínimo).
Para interruptores con tanque vivo (en tensión), los transformadores de
corriente deben ser con aislación y se justifica plenamente estudiar las
alternativas de alimentación de las protecciones para no duplicar los
transformadores de corriente.
Transformadores de tensión, cuando en barras para el sincronismo se requiere
al menos uno, cuando en línea se utilizan para medición y protecciones, son
necesarios tres.
Para facturación por clase y prestación se prefieren transformadores de tensión
inductivos. Otra ventaja de los transformadores inductivos es mejor respuesta
transitoria (menos retardo).
Los transformadores capacitivos en general cuestan menos (lo que se nota a
mayor tensión) y pueden asumir la función de capacitor de acople para la onda
portadora.
La onda portadora se puede instalar en una o dos fases, y se la utiliza para
comunicaciones, comando y protección, aunque otro canal de comunicaciones
posible y muy bueno es fibra óptica dentro del cable de guardia (de la línea).
A veces por economía no se instala el descargador de línea, un espinterómetro
cumple esta función. Si la línea no esta en uso, se encontrara conectada a
tierra por lo que el descargador no seria aprovechado. Si en cambio la línea
esta en uso los descargadores internos de la estación (próximos a los
transformadores) deberán cumplir su función.
2.5 - EDIFICIOS - FUNCIÓN
Proteger las instalaciones y personal de operación en todo o en parte de las
inclemencias atmosféricas.
COMENTARIOS
Se pueden concebir dos casos extremos, toda la instalación a la intemperie o
toda la instalación contenida en un edificio.
Siempre la instalación debe ser separada en partes, y lo que corresponde a
tableros de control y comando, generalmente requieren un edificio por dos
razones; protección de los componentes y protección del personal de
operación.
También las instalaciones de distribución en media tensión, cuando existen, es
conveniente que sean alojadas en un edificio.
Ciertos servicios auxiliares, como por ejemplo el aire comprimido, requieren
también su edificio.
Ejemplo:
Generalmente vemos que una estación eléctrica tiene un área a la intemperie,
campos o vanos; un edificio, dividido en salas, que contienen las instalaciones
de media tensión tableros de control y comando, otras salas de servicios
varios, etc.
CLASIFICACIÓN
Los edificios reciben distintos nombres según la función que tienen, entre ellos
tienen además distintas relaciones.
Edificio de comando, es aquel en el que se alojan los tableros de comando y
los sistemas de protecciones, en este edificio vive el personal que supervisa la
estación y en consecuencia son importantes sus características de
habitabilidad.
Edificio de media tensión, es aquel en el que se alojan los tableros de media
tensión, (cuando corresponda), en este edificio el personal se encuentra
circunstancialmente, como ser en las emergencias y durante los
mantenimientos.
Casetas (y/o Kioscos), particularmente cuando el área cubierta por la estación
es grande, parte de los equipos de comando y protección no se instalan en el
edificio de comando sino próximos a los equipos de potencia, dentro de
pequeños edificios cuya función es brindarles abrigo, y condiciones ambientes
controladas.
Por distintas razones pueden aparecer otros edificios, destinados a talleres,
portería, vivienda del personal, etc.
COMENTARIO
En algunos casos todas las instalaciones de alta tensión se encuentran
alojadas en un edificio. Esta situación se presenta por necesidades
particulares, como por ejemplo ofrecer protección de la contaminación
atmosférica, o bien evitar que la estación, perturbe el ambiente que la rodea
como por ejemplo en las ciudades.
Cuando toda la instalación debe alojarse en un edificio es fundamental lograr
minimizar el costo de este, que puede ser una parte muy importante dentro del
costo total de la estación.
2.6 - CONSTRUCCIONES - CLASIFICACIÓN
En la estación nos encontramos con distintas construcciones (excluidos los
edificios ya tratados) y que tienen distintas funciones:
- Pórticos, de amarre de líneas que llegan a la estación, de amarre de los
conductores de la estación, barras, derivaciones, etc.
- Estructuras soporte, de los distintos equipos de potencia, interruptores,
seccionadores, transformadores de medida, descargadores, aisladores, cajas,
etc.
- Fundaciones de los pórticos, de los soportes, etc.
- Canales, canalizaciones de los cables, entre los equipos y los tableros de
comando.
- Caminos de circulación para control y mantenimiento.
COMENTARIO
Particular importancia y costo tienen las fundaciones de los transformadores de
potencia.
Estos equipos poseen una gran cantidad de aceite (aislante), por lo que el
peligro potencial de incendio es grande.
Efectivamente han ocurrido accidentes graves, se trata de un incendio de
hidrocarburos, por lo que a veces el proyecto, cuando se le asigna gran
importancia a este riesgo, queda muy condicionado y exige construcciones
complicadas.
La fundación del transformador, que podría haber sido una simple platea de
hormigón, se transforma en una pileta de recolección de aceite y
eventualmente con un pozo cisterna.
Cuando se considera necesario los transformadores se separan con muros
parallamas cuya función es condicionar la propagación del incendio.
2.7 - SISTEMAS DE COMANDO Y PROTECCIÓN - COMENTARIO
Haciendo una comparación con el cuerpo humano, puede compararse el
sistema de comando de la estación al sistema nervioso, cuyo objeto es que el
sistema muscular (instalación de potencia) cumpla su función.
COMPONENTES
El sistema de comando y protección se implementa en tableros que incluyen
los aparatos que desarrollan las funciones específicas (figura 2.10)
En estos tableros encontramos relés, manipuladores, indicadores, etc.
Los tableros de comando transmiten las funciones a los equipos de potencia
mediante la red de cables de control multipolares.
2.8 - SISTEMAS AUXILIARES - COMENTARIO
El funcionamiento de la estación, como el de toda instalación, requiere distintos
suministros, de energía eléctrica para fuerza motriz, iluminación, control, etc.
Otros suministros como gas, agua, aire comprimido, etc. y los correspondientes
drenajes.
Estos sistemas tienen distintas importancias relativas, pero todos existen y son
necesarios.
AUXILIARES ELÉCTRICOS
Tienen por función la alimentación de energía eléctrica que se utiliza en las
distintas funciones.
Una falla que afecta el funcionamiento de la red eléctrica puede tener efecto en
los servicios auxiliares, ya que por esa causa estos pierden su alimentación, y
no pueden funcionar correctamente.
CLASIFICACIÓN
Según el grado de importancia que los auxiliares tienen para el funcionamiento
de la instalación, se los clasifica en distintos niveles.
Se trata de tener fuentes de alimentación de mayor confiabilidad, y a ellas se
asignan los servicios que requieren la máxima continuidad de alimentación.
Estos se llaman servicios esenciales.
De las fuentes de menor grado de confiabilidad se alimentan los servicios
menos críticos.
Generalmente el sistema más seguro es una instalación con baterías de
corriente continua.
Ciertas instalaciones poseen un grupo electrógeno de emergencia. Los
sistemas menos críticos se alimentan en corriente alterna desde cualquier
punto de la red.
COMPONENTES
En la red de servicios auxiliares encontramos:
Transformadores de media a baja tensión que es finalmente la tensión de
utilización.
Tableros de distribución, de donde se alimentan los servicios individuales.
Sistema rectificador y batería, que forman las fuentes de suministro continuo al
que se atribuye máxima confiabilidad.
Red de cables que proveen la energía en los puntos en que los consumos lo
requieren.
3 - LA INGENIERÍA BÁSICA
3.1 - GENERALIDADES
Los estudios del sistema definen la estructura de la red y su futura evolución,
para que pueda responder a la demanda.
La concepción técnica debe dar soluciones satisfactorias en cuanto a
regulación de tensión, coordinación de la aislación, control de las potencias de
cortocircuito, control de la estabilidad transitoria, etc.
Las estaciones que se construyen cubriendo distintas etapas de la evolución de
la red deben quedar adaptadas al conjunto durante toda su vida.
CRITERIOS
Así también requerimientos de uniformidad y de normalización exigen
seleccionar equipos de características adecuadas a lo largo de toda la vida de
las obras.
Hay criterios de división de la red en jerarquías, limitación de niveles de
cortocircuito, descentralización, desacoplamiento, conexión de neutros a tierra,
etc. que son fijados por consideraciones anteriores al inicio del proyecto de la
estación eléctrica.
Es más, la uniformidad fija también condiciones de esquemas de estación, o al
menos tiene gran influencia en estas decisiones.
CONCEPTO
Este conjunto de información, unido a los criterios de preferencia de operación
y mantenimiento, condicionado eventualmente por los equipos que se utilizarán
constituye un volumen de documentación que puede llamarse la ingeniería
básica del proyecto de la estación.
El primer escalón del proyecto es llevar la ingeniería básica a un suficiente
grado de desarrollo, dentro del campo en el cual los detalles no son
fundamentales.
Un buen desarrollo de ingeniería básica de todos modos debe tener en cuenta
los detalles y fijar criterios de diseño de cada uno de ellos.
DEFINICIÓN
La ingeniería básica define los aspectos esenciales de la obra, y está formada
por el esquema unifilar, los esquemas de principio de la lógica, las plantas y
cortes básicos, los criterios de diseño a aplicar, las especificaciones básicas,
etc.
Es difícil fijar un claro límite entre esta ingeniería básica y la ejecutiva de
detalle, pero debe recordarse que la ingeniería de detalle es finalmente la que
proyecta las soluciones que se construyen.
Como toda obra de ingeniería, la estación eléctrica, especialmente si es de
gran tamaño, interactúa con el ambiente, influyendo sobre él y recibiendo su
influencia.
En esta etapa del desarrollo del proyecto se deben determinar los factores que
influyen en el proyecto ejecutivo, y que permitirán desarrollarlo sin pérdidas de
tiempo.
Es este el momento en que se deben determinar las condiciones ambientes,
las hipótesis de cálculo a utilizar, y en particular las normas, los coeficientes de
seguridad, o los valores aceptables si se aplican criterios probabilísticos.
3.2 - OBJETIVOS DEL PROYECTO
El proyecto en la etapa de ingeniería básica define los objetivos, que se
buscarán en el proyecto, éstos son:
- Confiabilidad, ligada a equipos y tecnología que garanticen un servicio largo y
precisamente confiable.
- Seguridad, la disposición física, y el diseño eléctrico deben proveer la máxima
seguridad para el personal de operación y para el servicio público.
- Flexibilidad, que permite enfrentar las condiciones de emergencia, las que
exigen una operación que aproveche al máximo la capacidad de los equipos.
- Simplicidad, que brinde máxima protección, facilite los ensayos y requiera
mínima instrucción.
- Normalización (Standarización) haciendo máximo uso de equipos y
construcciones intercambiables para minimizar repuestos y simplificar el
mantenimiento.
Algunos de estos objetivos son contrapuestos. Para cada uno el límite depende
de lo que se desea alcanzar en los restantes.
En la disposición de la solución constructiva se debe también considerar el
acceso para mantenimiento, ampliaciones, y todo esto sin sacrificar las
restantes cualidades.
3.3 - RELACIÓN CON EL AMBIENTE ELÉCTRICO - LA CONCEPCIÓN
Las estaciones eléctricas que se proyectan, como así también las líneas, se
insertan en un ambiente eléctrico que las rodeará (otras líneas, estaciones, y
en general otras obras), y en el que vivirán su vida útil.
Un proyecto debe tener en cuenta que características del ambiente lo
condicionan y además, la influencia que el proyecto ejerce sobre el ambiente
mismo.
El ambiente eléctrico es en particular el sistema eléctrico que recibe la obra, y
en general el sistema físico en el cual se sienten los fenómenos eléctricos y sus
consecuencias.
De alguna manera debe pensarse que la obra se inserta en el ambiente en que
vive, es importante la adaptación de la obra al ambiente y viceversa.
LOS CAMBIOS
Quienes viven en la proximidad de la obra, sufren las consecuencias del
cambio de ambiente que esta provoca, a su vez la obra recibe la influencia del
ambiente que la rodea.
El ambiente con el tiempo cambia, y esta condición se debe tener
especialmente en cuenta a riesgo de encontrarse en un cierto momento con
una obra inadaptada.
Obsérvese ligado al crecimiento de las ciudades, como ciertas redes que
nacieron para transporte, se transformaron en redes de distribución.
GENERACIÓN Y TRANSPORTE
Existen grandes centros de consumo de energía, y lugares donde es
conveniente establecer grandes centros de producción, en general la distancia
entre centros no es despreciable.
Se presenta entonces la necesidad de transportar energía, nos interesa en
particular la energía eléctrica, destacándose la ventaja de que los distintos
centros se encuentren interconectados.
Así es que las redes eléctricas se han desarrollado, quizás inicialmente como
redes radiales, pero evolucionando rápidamente a formas complejas, malladas.
EJEMPLO
La figura 3.1 que corresponde a la red eléctrica argentina del año 1985,
muestra la característica de mallado, y es interesante recordar que su
evolución comenzó con solo un sistema radial.
La imposibilidad práctica de acumular energía eléctrica requiere capacidad
para transmitir grandes potencias, y la historia de la transmisión eléctrica ha
visto crecer el parámetro tensión.
Un mismo problema puede ser correctamente resuelto con distintos valores de
tensión, la tendencia de distintos piases ha sido adoptar algunos pocos valores
entre las tensiones normalizadas propuestas a nivel internacional.
LAS TENSIONES
La relación entre dos escalones sucesivos de tensiones es un valor
comprendido entre 2 y 2.5, es así que cuando se adopta un nivel de tensión, el
escalón superior solo aparece cuando se hace necesario duplicar (o más,
actualmente) la tensión.
La adopción de valores de tensiones, sin cumplir estas reglas, no ofrece
ventajas, mientras crea graves dificultades futuras para poder realizar la
interconexión.
La diferencia entre valores de tensiones marca también la diferencia entre
funciones que desarrollan las redes a distinta tensión.
RELACIÓN ENTRE ESCALONES DE TENSIÓN
En el país tenemos sistemas de 145 - 245 - 362 - 525 kV con una escala de
relaciones 1.7 - 1.5 - 1.4, si teniendo en cuenta que el sistema de 362 kV está
aislado del resto, lo eliminamos, la escala queda 1.7 - 2.1 comparable a las
soluciones de otros piases.
Así es que si miramos el desarrollo de redes eléctricas en distintas regiones
observamos que periódicamente se les superpone una red con tensión 2 a 3
veces mayor.
Quizás también esa superposición marca el fin del crecimiento de la red de
tensión inmediata inferior, o en algún caso su no aparición, llegándose a una
relación entre tensión de transmisión y de distribución de 3 a 4.
En muchos ejemplos en nuestro país solo encontramos 145 - 525 kV con una
relación 3,6.
REFLEXIONES
El avance a escalones de la técnica fue poniendo en evidencia la distinta
importancia relativa de ciertos temas en relación a otros, y se observa que no
siempre es válido el criterio de extrapolar los conocimientos y experiencias
disponibles para las tensiones inferiores.
EJEMPLO
La figura 3.2 muestra las tensiones normales nominales y la relación entre
pares de valores. Se ha marcado la faja de valores entre 2 y 4 y se destacan
las relaciones que corresponden a 525 kV como tensión superior y como
tensión inferior 145 kV.
3.4 - EL SISTEMA ACTUAL Y FUTURO - CONOCIMIENTO DEL SISTEMA
Para poder lograr una correcta adaptación al sistema (ambiente) de la estación
eléctrica, debe conocerse suficientemente el sistema eléctrico y su evolución
esperada.
Lo primero que se observa es la estación, o se inserta en una red existente, o
se realiza junto con las líneas de la red que se desarrolla.
INSERCIÓN EN EL SISTEMA
Una estación pertenece a un sistema eléctrico, y no puede ser considerada
separada de él, es más, el sistema tiene un estado actual y un desarrollo
esperado futuro, y la estación debe integrarse a toda la vida del sistema.
El sistema generalmente cambia su función a medida que pasa el tiempo, así
es que un sistema nacido para la transmisión puede convertirse en un sistema
de distribución, las estaciones deben adaptarse a las distintas exigencias que
esto implica.
ADAPTACIÓN AL SISTEMA
La estación se concibe para el sistema en cual se incluye, el desarrollo del
sistema, su futuro, deben ser considerados y tenidos en cuenta desde el inicio
del proyecto.
La red debe alcanzar una configuración final, a través de etapas intermedias
que corresponden a distintas configuraciones. La incertidumbre que acompaña
a la configuración final, obliga a estudiar alternativas de conectividad y de
funcionamiento.
La solución de proyecto debe permitir la fácil adaptación de alternativas
distintas a la solución final considerada como básica.
Cuando se proyectan las estaciones de un sistema nuevo, es indispensable
disponer de los esquemas de la red futura, en sus distintas alternativas
planificadas.
El proyecto debe satisfacer las configuraciones finales futuras, y de ellas se
debe lograr la solución satisfactoria actual, y las etapas intermedias posibles.
IMAGINACIÓN Y DOCUMENTACIÓN
A pesar de eso el proyectista debe forzar su imaginación para permitir la
máxima flexibilidad futura, y cuando no dispone de los planes futuros, debe
imaginarlos y documentar lo estudiado.
Cuando se hagan las ampliaciones la documentación de lo existente, y los
esbozos de posibles ampliaciones estudiadas, serán valiosísima información
para enfrentar esas tareas.
En los casos de ampliación la documentación de lo existente es de importancia
básica, es plenamente válido el principio de no innovar.
LA VIDA ÚTIL
Cuando se proyecta una obra, es importante tener presente su vida útil,
nuestras obras eléctricas se piensan para su desarrollo de 20 años y una
máxima vida de 30-50 años... después corresponde su demolición y el
reemplazo.
Quizás un desarrollo explosivo, haga que las obras resulten obsoletas en
plazos menores, entonces también se habrán amortizado antes.
Quizás si el desarrollo se inhibe, la vida de las obras deba prolongarse,
lógicamente las menores solicitaciones permitirán aprovecharlas por más
tiempo.
3.5 - LA RELACIÓN CON LA ECONOMÍA
La vida de las obras y su estado se mide en términos económicos,
lamentablemente la mala economía esconde y disimula, tanto los errores como
los aciertos técnicos.
El rendimiento de una obra, el valor de reposición, el valor de recuperación, son
elementos que permiten medir si una obra debe mantenerse o modificarse y
quizás demolerse y reemplazarse. La buena economía, permite acertar en las
decisiones que pareciendo técnicas son en rigor técnico económicas.
3.6 - DETERMINACIÓN DE LOS DATOS BÁSICOS - SOBRETENSIONES EN
EL SISTEMA
Al proyectar un sistema, en desarrollo, se realizan muchísimos estudios en
distintas condiciones de funcionamiento.
La gran cantidad de resultados que se obtienen de los distintos estudios sirven
para varios usos y en particular para un acertado dimensionamiento de la
aislación, y definición de las distancias eléctricas, que influyen directamente en
el costo de la obra.
REGISTROS DE LO EXISTENTE
En un sistema existente, los registros de las distintas variables, permiten la
comprobación de los modelos utilizados.
Hoy no existe dificultad técnica para realizar gran cantidad de registros en
modo confiable y fácil, y la síntesis es también facilitada por el cálculo
automático.
La enorme cantidad de información que puede recogerse, para que
efectivamente sea útil, obliga a un enorme esfuerzo de síntesis.
Estos resultados experimentales permiten lograr una valiosa experiencia para
los sistemas actuales y sobre ella lograr mejores aproximaciones de las
situaciones futuras.
CLASIFICACIÓN DE LAS SOBRETENSIONES
La figura 3.3 muestra una comparación entre la duración de los distintos tipos
de sobretensiones que se presentan en el sistema eléctrico.
- La tensión máxima que puede presentarse en modo permanente, define la
tensión nominal de los equipos.
- Las sobretensiones temporarias, resultan de cambios de configuración de la
red, y se presentan ante pérdidas de carga, resonancias, fallas a tierra. Su
duración es del orden del tiempo de actuación de los reguladores o las
protecciones.
El nivel de las sobretensiones depende de la configuración de la red y del punto
considerado, y en general es tanto menor cuanto más mallada es la red y
cuantas más puestas a tierra de neutros se tengan.
Para limitar las sobretensiones temporarias, en caso de falla, en las fases
sanas, se trata de lograr cierta relación entre la impedancia a la secuencia cero
y la impedancia de secuencia directa (Zo menor de 3 * Zd).
Las sobretensiones de maniobra se presentan ante los cambios bruscos de
configuración de la red, asociadas a cierres y aperturas de interruptores o a
fallas.
Se trata de rápidos transitorios, que dependen de la configuración de la red y
de otras circunstancias que obligan a considerarlos aleatorios.
Se presentan por interrupciones de carga reactiva, de líneas de
transformadores, por fallas, durante el cierre y el recierre, etc.
El valor de estas sobretensiones aumenta por la carga residual de las líneas, o
por reencendidos durante las interrupciones.
- Sobretensiones atmosféricas se presentan ante fallas del blindaje dado por el
hilo de guardia y la sobretensión puede provenir de una línea o producirse en la
estación.
La descarga en la estación es poco probable, por la superficie relativamente
reducida, en comparación a la línea.
La descarga puede ser directa pero un buen blindaje garantiza contra este
efecto. También puede producirse contorneo inverso de la cadena de
aisladores. Esta situación es muy poco probable que se presente en la estación
por la baja resistencia de puesta a tierra de la misma, pero es probable en la
línea, y de esta manera se originan las sobretensiones atmosféricas que
penetran a la estación.
Las sobretensiones atmosféricas, conducidas por las líneas, sufren en la
estación reflexiones múltiples que deben ser evaluadas a fin de comprobar que
los valores alcanzados se mantienen bajo control.
Mientras que las sobretensiones atmosféricas afectan una sola fase, las
sobretensiones de maniobra afectan a dos o las tres fases simultáneamente; es
entonces importante el estudio de su efecto sobre la aislación fase-fase.
Cada punto del sistema eléctrico se caracteriza por distintos valores de
sobretensiones de los distintos tipos, modernamente estos valores se definen
en forma estadística.
La presencia de descargadores de óxido de cinc, autoválvula o cuernos
modifica los valores de las sobretensiones. En particular los descargadores
deben drenar las sobretensiones atmosféricas. En ciertos casos se desea que
drenen y limiten las sobretensiones de maniobra; lógicamente deben ser
adecuados para soportar la solicitación consiguiente.
Las sobretensiones temporarias en cambio no pueden ser drenadas por su
excesiva duración.
Los valores que deben soportar las aislaciones se eligen entre ciertos valores
normales propuestos por las normas IEC y que se han reunido en la figura 3.4
3.7 - CORRIENTES NORMALES Y DE FALLA - LOS ESTUDIOS
Los estudios de flujos de carga definen corrientes térmicas permanentes en las
distintas líneas y en los distintos componentes de la estación.
Las condiciones a estudiar son las normales y las de emergencia. Los estados
de carga deben tener en cuenta sobrecargas admisibles de los equipos más
importantes.
Lógicamente estos estudios deben hacerse para las condiciones de
funcionamiento actuales y futuras, obteniéndose finalmente la máxima corriente
que afecta cada elemento de la instalación.
Otra de las utilidades de estos estudios es la verificación del rango de
regulación de los transformadores, que debe ser suficiente para el punto en
cuestión, y uniforme entre todos los transformadores del sistema.
Los estudios de cortocircuito, en distintos puntos y en distintas condiciones de
la red, definen las corrientes de falla, que en definitiva afectan a cada
componente, y también para este caso hay que individualizar el valor máximo.
Los estudios pueden sugerir la adopción de ciertas soluciones, o de cierta
configuración de red, tratándose de limitar corrientes de falla o canalizar los
flujos de potencia.
A quien trabaja en el diseño de la estación solo interesan ciertos resultados de
los estudios, que definen características de los componentes de la estación,
aparatos, barras, aisladores, conexiones, entre otros.
LOS NIVELES DE CORTOCIRCUITO
En países donde se presentan niveles de cortocircuito elevados se trata de
limitar la corriente de cortocircuito monofásico, de manera que al menos no
supere la trifásica, para esto la reactancia de secuencia cero debe ser mayor
que la directa.
La definición de corrientes térmicas normales y de corrientes de falla permite
fijar valores que definen características principales del equipamiento y
soluciones constructivas aceptables.
Los equipos deben seleccionarse entre los que existen en el mercado;
disminuir prestaciones por debajo de las normales no ofrece ventajas
económicas y disminuye el nivel de las garantías técnicas.
Por otra parte prestaciones exageradas llevan a soluciones con muy pocos
aparatos posibles, que además serán probablemente poco difundidos, o de
diseño viejo.
RELACIÓN ENTRE CORRIENTES
Entre corrientes normales y de cortocircuito debe haber cierta relación. La
máxima diferencia lógica es de 5 a 100; fuera de este campo casi podría
decirse que la solución acarreará problemas.
Los transformadores de corriente deben funcionar correctamente en
condiciones normales y frente a sobrecorrientes máximas de falla.
Cuando las corrientes de falla son menores los requerimientos de
mantenimiento serán en general menores.
3.8 - INTERFERENCIA EN RADIO Y TELEVISIÓN - LAS MOLESTIAS
En la proximidad de las obras eléctricas de alta tensión se observa la presencia
de una molestia en la recepción de señales de radio y de televisión
(perturbaciones).
Estas molestias son producidas localmente en ciertos puntos; se originan en
descargas, y se irradian al espacio, o se transmiten por conducción a las líneas
y se propagan finalmente al espacio.
El disturbio producido por las líneas es naturalmente mas importante por su
mayor área de influencia, comparativamente la estación es prácticamente una
obra puntual.
El disturbio de la estación no es en general importante si no intervienen las
líneas en propagarlo. Si el disturbio total producido por la estación es menor en
magnitud que el correspondiente a las líneas su importancia entonces no será
decisiva.
La radiointerferencia en el despoblado donde no hay receptores de radio, es
por otra parte menos importante que en las zonas urbanas, pero este efecto
también esta ligado a la relación señal ruido.
Se observan perturbaciones de frecuencia estable (modulada), banda estrecha,
características del ambiente industrial, y de espectro amplio, oscilaciones libres
amortiguadas, que barren un espectro amplio de frecuencias.
ORIGEN DE LOS DISTURBIOS
Las perturbaciones están ligadas a la intensidad del campo eléctrico (en la
superficie del conductor), al efecto corona en condiciones meteorológicas
desfavorables, en particular con gotas de lluvia.
El llamado efecto corona, ligado a perdidas cuando de valor importante,
produce efluvios cuando es incipiente, generando campos de alta frecuencia
que interfieren con señales de comunicaciones.
El efecto corona es un fenómeno local, que depende del gradiente, del estado
superficial del conductor (polvo, grasa, agua),y del ambiente (presión,
humedad), se estudia con métodos experimentales.
El disturbio de radiointerferencia depende de los equipos que se instalan en la
estación, de las soluciones constructivas adoptadas y de los accesorios
utilizados.
Los elementos fuente de estos disturbios son conductores, aisladores y
morseteria, el fenómeno esta ligado a falsos contactos (100 MH) y/o ionización
(10 a 20 MH, descargas en gases, descargas parciales, con campo intenso
pero que no llega a desarrollarse en todo el espacio).
Las descargas pueden ser internas (en vacuolas), superficiales (limite sólido
gas, por campo tangencial), corona (efluvios por puntas y aristas).
Además, el envejecimiento de los equipos puede contribuir a su aumento, los
cuidados que deben tenerse durante el montaje y mantenimiento deben
orientarse a seguir controlando esta situación. En particular el envejecimiento
de los aisladores, su ensuciamiento es también causa de este fenómeno.
Este fenómeno no solo afecta el ambiente exterior de la estación. La
miniaturización de los equipos de comando, medición y protección ha
aumentado la sensibilidad de estos sistemas al ruido ambiente, particularmente
por la disminución del valor de las señales.
LAS PREVISIONES
Los organismos cuya responsabilidad es la administración de las bandas de
comunicaciones imponen exigencias para controlar la interferencia de radio
(100 kH), frecuencia modulada y televisión (10 a 100 MH).
En las previsiones de diseño debe tenerse también en cuenta la compatibilidad
electromagnética entre las fuentes de ruido y los equipos sensibles al mismo.
Para controlar estos fenómenos se utiliza grasa conductora, soldadura de
conductores, cortocircuito entre partes con shunts, caucho semiconductor entre
metales, todos artificios que tienden a evitar diferencias de potencial entre
partes.
La causa del fenómeno son los desplazamientos bruscos de carga, origen del
campo perturbador, además influyen geometría y características físicas, pero la
observación depende también de características de la recepción (observador),
existiendo instrumentos y modalidades de ensayo normalizadas.
3.9 - EL RUIDO ACÚSTICO - FUENTES DE RUIDO
La estación eléctrica genera distintos tipos de ruidos acústicos que molestan en
el ambiente.
TRANSFORMADOR
La fuente sonora principal por su importancia y nivel de ruido es generalmente
el transformador, tanto considerado solo, como aumentado con el aporte del
sistema de refrigeración.
Para limitar la propagación de este ruido se construyen pantallas o cajas cuya
función es disminuir el nivel, dificultando la propagación.
INTERRUPTORES
Los interruptores son fuentes esporádicas de ruido, pero importantes por su
nivel, especialmente cuando son de principio de interrupción en aire
comprimido.
LA INSTALACIÓN
Otro generador de ruido es el campo eléctrico que produce pequeñas
descargas, que finalmente son origen de un ruido eléctrico de fondo que no es
de importancia fundamental.
LA OBRA
No debe olvidarse que durante la etapa de construcción el obrador es fuente de
ruidos de montaje que molestan en modo importante al vecindario.
Cuando la densidad de población es grande el daño que los ruidos acarrean
puede condicionar el horario y los días de trabajo, creando dificultades al rápido
avance de la obra.
3.10 - GRADIENTE AL SUELO Y TENSIONES INDUCIDAS - EL CAMPO
ELÉCTRICO
El personal que se desplaza por la estación para realizar sus funciones de
control, operación, mantenimiento, está sumergido en un campo eléctrico y
magnético importante.
Hay presencia de cargas, tensiones y corrientes inducidas por efectos
capacitivos, inductivos y conductivos, en distintas partes, en los distintos
elementos que componen la estación.
LA RED DE TIERRA
Cuando la red de tierra drena corrientes de falla aparecen tensiones entre
distintos puntos.
Todas estas condiciones que se presentan por razones físicas deben quedar
limitadas a valores suficientemente seguros para que el personal desarrolle sus
tareas con naturalidad y sin temor.
CONCLUSIONES
En el proyecto se debe entonces controlar el campo eléctrico en el suelo y en
las zonas de trabajo, las tensiones que pueden asumir las distintas partes que
pueden ser tocadas, etc.
3.11 - RELACIÓN CON AMBIENTE FÍSICO Y GEOGRÁFICO -
CONDICIONES AMBIENTES
Prescindiendo del ambiente que hemos denominado eléctrico las estaciones
interactúan con el resto de las condiciones ambientales.
Obras de gran tamaño pueden tener influencias notables y provocan cambios
de la naturaleza.
Se trata entonces de fijar correctamente como el ambiente influye en el diseño
de la estación, y por otra parte estudiar el impacto que la estación produce en
el ambiente natural en el que se la inserta.
EFECTOS DE LA OBRA
Para esto último se trata de identificar y evaluar los efectos físicos, ecológicos,
estéticos y sociales que la implantación de la obra tendrá, y evaluar sus
consecuencias a breve, mediano y largo término.
El estudio se inicia con el análisis del sitio del emplazamiento y sus
características.
Luego, estrictamente a los fines de controlar el cambio, se evalúan molestias
que la instalación ocasiona, impacto visual, ruidos, vibraciones, higiene, etc.
ACCIONES
Finalmente, individualizados los problemas se trata de reducir al mínimo sus
consecuencias, o mejor en suprimirlas. Lógicamente el costo que estas
condiciones crean, debe ser controlado y comparado con los beneficios que se
obtienen.
Cuando las obras están cerca de poblaciones también deben evaluarse las
molestias que se crean durante la etapa de construcción, trabajos ruidosos en
horas de descanso, cierre de caminos, etc.
3.12 - CLIMA TEMPERATURAS Y VIENTO - CONDICIONES CLIMÁTICAS
Las condiciones climáticas afectan en distintas formas a los distintos
componentes de una construcción y en particular de la estación.
Es más, es la simultaneidad de condiciones que crea determinados estados de
solicitación que deben ser controlados.
Lógicamente las hipótesis que fijan las posibles solicitaciones deben ser
suficientemente realistas.
LA TEMPERATURA:
La temperatura varía con las horas del día, y una determinada localidad se
caracteriza por temperaturas máximas, medias, mínimas y determinadas
variaciones diarias y estacionales que crean condiciones básicas de cálculo y
verificación.
Es de interés conocer por ejemplo la relación entre temperatura y carga
(corriente eléctrica).
Estas relaciones afectan la capacidad de los equipos y permiten su mejor
aprovechamiento o su dimensionamiento más ajustado.
EL VIENTO
También el viento, al variar las condiciones de refrigeración afecta la capacidad
de carga.
Pero la mayor influencia del viento, en las construcciones altas que se
observan en las estaciones eléctricas, corresponde a la definición del estado de
carga mecánica.
En la figura 3.5 se observan los valores de vientos máximos probables que se
presentan en distintos lugares del país
El viento es un fenómeno de características particulares, y se han estudiado las
leyes estadísticas que lo rigen.
EL ENFOQUE PROBABILÍSTICO
En el pasado el enfoque de este problema se hacía en un modo determinístico,
suponiendo cierta velocidad máxima del viento, uniforme y aplicada en toda la
superficie del cuerpo en estudio.
Hoy el tema se encara determinando valores medios y teniendo en cuenta las
variaciones en el espacio y en el tiempo.
Para simplificar se adopta como viento máximo el que corresponde a
condiciones convencionales a las que se refieren las medidas en distintos
sitios.
El valor del viento es denominado velocidad base y corresponde a cierta
probabilidad de ocurrencia en un cierto período.
Esta velocidad del viento debe ser afectada por coeficientes que dependen de
distintas consideraciones.
FACTORES DE AJUSTE
El primer coeficiente tiene en cuenta condiciones locales del sitio, cima o valle y
varia de 1.1 a 0.9.
El segundo coeficiente tiene en cuenta el ambiente que rodea al sitio (playa...
bosque), la rugosidad del suelo, el tamaño de la construcción embestida por el
viento. Esto último obliga a considerar una mayor duración de la ráfaga para
hallar el valor medio del viento en todo el tamaño de la construcción, y la altura
de la construcción. La velocidad del viento se define convencionalmente a 10
m. de altura.
El tercer coeficiente relaciona la probabilidad de ocurrencia con el período
durante el cual la instalación está expuesta, y está relacionado con la vida útil
de la instalación.
RELACIÓN ENTRE TEMPERATURA Y VIENTO
Por otra parte para ciertas determinaciones es necesario conocer la relación
entre temperatura y velocidad del viento. Por cierto que cuantos más y mejores
datos se tengan disponibles, más realistas serán las hipótesis de carga, y los
cálculos.
EL HIELO:
En ciertas zonas existe la posibilidad de formación de depósitos de hielo, y esta
condición puede ser definitoria para la aplicación de ciertos equipos, y la
elección de ciertos diseños.
La sobrecarga de hielo, simultánea con un viento moderado puede crear
condiciones muy desfavorables.
LAS TORMENTAS ELÉCTRICAS:
Otro factor relacionado con el clima es el nivel isoceráunico, cantidad de días
en el año que se oyen truenos, que denuncian descargas atmosféricas.
Un dato evidentemente mejor es el conocimiento del número de descargas
eléctricas por año y por unidad de superficie.
3.13 - POLUCIÓN Y CONTAMINACIÓN - CONTAMINACIÓN DE LOS
AISLANTES
La proximidad del mar, de desiertos, de industrias, etc. crean condiciones de
contaminación de las superficies aislantes que, cuando no fueron previstas,
causan serios y graves problemas.
Se han definido ciertas escalas de niveles de contaminación, que dependen del
ambiente, y de las consecuencias que significan interrupciones de servicio
cuando se dan condiciones atmosféricas desfavorables, humedad, viento,
neblina, etc.
El tipo de contaminante es también de importancia, y define la posibilidad de
ser lavado en modo natural por la lluvia, o artificialmente.
LOS ENSAYOS
Los tipos de ensayo con los que se mide la aptitud para soportar condiciones
de contaminación de una aislación superficial son: con niebla salina, o con
capa sólida de contaminante y representan distintos modos de contaminación.
Finalmente estas consideraciones obligan a elegir cierta longitud de la línea de
fuga de los aisladores, y cierto perfil, en relación con la tensión que los solicita.
Para resolver estos problemas se puede apelar a métodos experimentales
trasladando experiencia de las instalaciones existentes, y de esta forma hacer
evaluaciones correctas.
COMENTARIOS:
Lamentablemente no siempre se dispone de registros que permitan aprovechar
la experiencia.
Las inversiones necesarias para hacer pequeñas estaciones experimentales
que sirven para detectar los fenómenos de contaminación son despreciables si
se las compara con las economías que implica la correcta evaluación del
problema y su debida importancia.
Es de importancia conocer cantidad y características de las lluvias, y la
presencia de niebla, rocío, etc. que son factores climáticos que particularmente
influyen en la contaminación y sus efectos.
3.14 - CONDICIONES SÍSMICAS - DEFINICIÓN
El sismo es un temblor o sacudida de la tierra que tiene origen a cierta
profundidad. Cuando el sacudimiento es fuerte y produce daños se lo llama
terremoto.
Esta posibilidad condiciona el tipo de construcciones que pueden hacerse y las
técnicas constructivas que pueden utilizarse.
CARACTERÍSTICAS
Un terremoto cualquiera, se caracteriza por tres magnitudes, su aceleración
máxima, su velocidad máxima y su desplazamiento máximo, que se presentan
en distintos instantes del fenómeno.
La aceleración que más influye en diseño de los equipos eléctricos es la
horizontal, pero también puede producirse en dirección vertical.
La figura 3.6 muestra la clasificación del país desde el punto de vista de las
solicitaciones sísmicas que se pueden presentar.
Los coeficientes sísmicos zonales permiten definir la importancia que pueden
tener estas solicitaciones en distintos puntos del país.
ENSAYOS
Cuando se le aplican solicitaciones a un equipo, su comportamiento oscilatorio
puede amplificar las tensiones mecánicas que se presentan respecto de las
que corresponden a solicitaciones estáticas.
Para las zonas sísmicas, los equipos deben estar diseñados, desde su
concepción básica, para ser capaces de soportar esas solicitaciones.
3.15 - CONDICIONES DE PROYECTO
A su vez el proyecto obliga a tener en cuenta que los equipos están montados
sobre soportes, anclados a fundaciones, y el todo debe ser un conjunto
armónico bien adaptado, para soportar las solicitaciones sísmicas que
eventualmente se produzcan.
Las altas tensiones se caracterizan por las soluciones esbeltas y de
frecuencias naturales de oscilación que coinciden con las que corresponden a
los sismos.
TOPOGRAFÍA - EL ÁREA
Las enormes áreas que requiere la planta de una estación de alta tensión
hacen problemático a veces encontrar los terrenos.
Al buscar el terreno debe encontrarse además de la superficie suficiente, un
adecuado drenaje ya que la obra cambiará en general totalmente las
características de absorción de la tierra.
También deben buscarse adecuadas características naturales de suelo, para
soportar correctamente las fundaciones, y así lograr un dimensionamiento
racional.
Otro aspecto a tener en cuenta es la altura de la obra sobre el nivel del mar,
que afecta particularmente sus características eléctricas.
EL SUELO
Los estudios de las características del suelo en el área elegida para la estación
son fundamentales para justificar la acertada ubicación, o exigir el cambio de
lugar.
En caso de sismos el terreno no debería sufrir modificaciones importantes, será
necesario entonces un estudio geológico que demuestre su uniformidad y
asegure que no existan fallas importantes.
COMENTARIOS
A veces el terreno debe ser protegido de aluviones u otros desastres naturales,
es fundamental que la zona elegida ofrezca riesgos mínimos.
Una estación de estas características puede ser desplazada generalmente
varios kilómetros sin afectar las características generales de la red. Si este
desplazamiento reduce riesgos, evidentemente se le puede encontrar fácil
justificación económica.
En general se buscan terrenos planos, porque los movimientos de tierra son
costosos. Los terrenos deben ser altos, no inundables, el suelo debe ser sólido
apto para fundaciones. Se debe tener en cuenta que el relleno por el costo que
implica una mala elección del terreno, puede traer consecuencias que
desmerecen totalmente la confiabilidad de la estación, ya dificultando el trabajo
en ella, ya causando problemas de funcionamiento.
En zonas montañosas se diseñan estaciones con dos o tres niveles de suelo
para reducir los movimientos de tierra. Esta solución dificulta la circulación en la
estación, y el problema merece estudios donde todos los interesados puedan
dar su opinión, a fin de lograr una solución satisfactoria.
EL ACCESO
Otro tema de importancia es la posibilidad de fácil acceso a la estación. Se
buscará la proximidad de caminos suficientemente importantes, como para
resolver la llegada en la fase constructiva y en la posterior operación, de los
equipos más pesados o voluminosos, por ejemplo los transformadores. La
proximidad de un pueblo que ofrezca condiciones de vida satisfactorias es
importantisima especialmente cuando se entra en la etapa de operación.
El viaje debe ser suficientemente breve para que el ir y volver del trabajo no
sea considerado como un sacrificio.
3.16 - CONDICIONES ESPECIALES
Cuando estas estaciones están ubicadas en zonas montañosas, es importante
conocer la altura sobre el nivel del mar, ya que la densidad del aire influye en
sus características dieléctricas y en su calor específico, en consecuencia
modifica su poder de enfriamiento.
CONSECUENCIAS
La construcción de la estación, sus fundaciones profundas, sus caminos, su
tratamiento superficial modifican en modo importante la naturaleza vecina y las
napas freáticas. Estas influencias deben evaluarse.
LOS ACCESOS DE LAS LÍNEAS
Un tema de especial importancia es el acceso de las líneas a la estación. La
estación es una construcción del sistema, los accesos de las líneas imponen
importantes vínculos a la orientación de la estación.
Las líneas deben buscar el mejor acceso a la estación desde algunos
kilómetros de distancia. Pensemos que los vanos pueden alcanzar los 400 o
500 m.
El acceso debe hacerse sin ángulos, las líneas no deben rodear la estación y
no debe hacer cruces. Una estación es una obra de un sistema eléctrico y no
está aislada del mundo circundante, especialmente cuando es de muy alta
tensión.
CRITERIO
Nunca el diseño de la estación debe condicionar la traza de las líneas, al revés,
éstas tienen prioridad. Lógicamente este problema termina en la adopción de
soluciones de compromiso.
3.17 - IMPACTO VISUAL - DIMENSIONES:
En un área de 200 por 400 m pórticos de 20-30 m. de altura y de 100-200 m.
de desarrollo, no son fáciles de disimular. Algún terraplén, alguna hilera de
árboles pueden ayudar a disimular un poco la obra, que a nosotros nos puede
parecer hermosa, pero que es considerada como contaminación visual del
ambiente, por nuestros semejantes que no comprenden ni admiran estas
obras.
El problema es mayor, además de los efectos estéticos, deben considerarse los
efectos físicos, ecológicos, y sociales, el camino a seguir es individualizar
problemas, y reducirlos o al menos controlarlos.
CRITERIO
Desde el principio del proyecto debe buscarse el no destruir la armonía del
paisaje.
La altura de los pórticos, la confusión creada por las grandes estructuras son
efectos desfavorables en el impacto visual.
COMENTARIOS
Debe elegirse un lugar que disimule, que esconda la obra. Algunas pantallas
naturales como por ejemplo hileras de árboles en las zonas en que son
admisibles, son una adecuada solución.
Las disposiciones bajas son mas favorables, los colores del equipamiento, de
los pórticos, su diseño que evite los reticulados, prefiriendo soluciones de alma
llena.
CONCLUSIONES:
Todos los recaudos que significan respeto por la naturaleza deberían ser
tomados en cuenta. De todos modos es difícil de disimular la llegada de las
líneas que denuncian la existencia de la estación.
3.18 - MATERIALIZACIÓN DEL PROYECTO
PROYECTO - DEFINICION:
Un proyecto es la ejecución de una idea volcada en documentación (planos)
que se materializa finalmente con la obra y su explotación. Contempla las
siguientes etapas:
ingeniería básica
ingeniería de detalle
la obra
INGENIERIA BASICA
Define los lineamientos generales e ideas básicas del proyecto. Estas ideas y
definiciones del proyecto son los pilares en que se basara la ingeniería de
detalle, para la ejecución de los planos constructivos.
La ingeniería básica es desarrollada por un grupo pequeño de ingenieros (en
comparación con la ingeniería de detalle que requiere mas personas
dedicadas), que elaboran planos, especificaciones técnicas, y si corresponden
documentación de licitación.
En general la ingeniería básica define:
Estudios de la red: corrientes nominales, sobretensiones, futuras ampliaciones.
Ubicación física, y orientación de la estación eléctrica respecto de las líneas, y
otras exigencias.
Esquemas unifilares (de la estación, de los servicios auxiliares): sistemas de
barras, corrientes nominales (barras), tensiones de servicio (maximas y
minimas), tensiones de servicios auxiliares.
Disposicion de equipos (lay out): distancias entre fases, y fases a tierra, altura
de las conexiones, tipos de pórticos, y soportes.
Dimensiones de máxima de los edificios (en particular edificio de comando):
definición de niveles, definición de locales.
Definición y especificación de equipos: interruptores (medio de interrupción),
seccionadores (forma, tipo, dos o tres columnas, polos en fila india, o paralelos,
de seccionamiento vertical, pantógrafo), tipos de protecciones (características
especiales, combinación con comando y señalización), paneles de comando,
medición, protección, telecomando, teleproteccion.
Definición del cableado: kioscos, armarios de conjunción, borneras de
interconexión, tipos de cables a utilizar en las distintas funciones (multipolar
simple, blindado, con armadura)
Esquemas funcionales básicos
Eventual pliego de licitación
La ingeniería básica no es constructiva, con los planos disponibles en esta
etapa no se pueden construir ni montar los equipos. Esta documentación es
suficiente para evaluar la obra y los trabajos de montaje, con suficiente
aproximación para lograr una cotización valida.
INGENIERIA DE DETALLE
La ingeniería de detalle, se ajusta en un todo a valores y especificaciones
técnicas de la ingeniería básica (admitida correcta), es siempre conveniente
antes de iniciar esta etapa, someter la ingeniería básica a una cuidadosa
revisión, detectando las observaciones que merezca, y proponiendo las
mejoras que correspondan.
La ingeniería de detalle, se debe realizar conforme a normas aceptadas por las
partes, reglas de arte, y criterios de seguridad, todo esto debe ser también
discutido convenientemente al inicio de este trabajo.
Salvo obras de poca monta, la relación entre los que ejecutaron la ingeniería
básica, y los que desarrollan la ingeniería de detalle, no se mantienen
directamente, sino se hacen a través del Comitente.
El trabajo consiste en convertir la información de la ingeniería básica en el
diseño detallado de la estación eléctrica, de manera de que se pueda comprar
y /o construir los elementos constitutivos, puedan ser montados en forma lógica
cumpliendo los requerimientos técnicos de la instalación.
Integran la ingeniería de detalle: planos, planillas, croquis, memorias de
calculo, especificaciones técnicas, en forma y con alcance tal que permitan
realizar a un tercero (el contratista) todos los trabajos detallados.
El proyecto constructivo de las instalaciones es en distintas disciplinas:
electricidad, arquitectura, obras civiles.
La ingeniería de detalle se fundamenta en la ingeniería básica, tomando los
lineamientos indicados, y desarrollando planos constructivos, la nueva variable
es la definición y documentación precisa de los equipos a montar; es decir se
debe contar con planos que reflejen los equipos adquiridos (se debería contar
con los planos conforme a fabricación de los equipos), tratándose de:
interruptores
seccionadores
tableros
transformadores de potencia
transformadores de medición (corriente, tensión) y otros aparatos.
A partir de esta información se desarrollan, reelaborando todos los planos
definidos con precisión, de especialidad eléctrica:
esquemas unifilares
esquemas trifilares
esquemas funcionales de comando, protección, enclavamiento
Disposicion de equipos (lay out) en playa
ubicación física de la obra en relación a líneas y otras obras exteriores
dimensiones del edificio de comando
ubicación de tableros, y paneles dentro de los edificios
segregación de tensiones
planillas de borneras
cableados de paneles (pueden corresponder al proveedor de tableros)
cableados entre paneles y equipos de playa
listas de cables
cómputos de materiales
tablas de tendido de barras (conductores flexibles)
planos de puesta a tierra
especificaciones técnicas de construcción, provisión y montaje
Planos de Arquitectura y obras civiles:
planos de replanteo, nivelación, y movimiento de tierra
planos de arquitectura del edificio de comando y otros edificios (plantas,
frentes, detalles constructivos, carpintería, etc)
planos de instalaciones de edificios (agua, gas, electricidad, desagües, etc)
planos de caminos y pavimentos
planos de desagües pluviales y sanitarios
planos de pilotaje (cuando necesarios)
planos de encofrados, armaduras de fundaciones y estructuras de hormigón
armado
planillas de doblado de hierros
planos de estructuras metálicas (pórticos, soportes de equipos, etc)
especificaciones técnicas de construcción, provisión y montaje
planillas de cómputos de materiales
Los documentos que se emiten en la ingeniería de detalle son
planos
memorias de calculo
especificaciones técnicas
planillas de materiales
Cabe mencionar que generalmente a todos los documentos se los denomina
genéricamente como "planos". Siguen comentarios para cada tipo de
documento:
LOS PLANOS
Con ellos la obra se construye. Es el producto final de la ingeniería. Deben ser
claros y autosuficientes, o sea que no sea necesario recurrir a otros planos
para su entendimiento (comprenderlos), salvo en lo necesario.
No deben dejar margen de creación a la obra, salvo en detalles menores de
montaje, que quien hace la obra (el montador) conoce generalmente mejor que
el proyectista. Y para cubrir esta necesidad se hacen a veces planos de
detalles denominados típicos de montaje.
Los planos deben ser, en lo posible, de un mismo tamaño, lo que facilita su
archivo y manejo de los mismos en obra. Se recomienda el tamaño A1 de la
norma IRAM que corresponde a 600 x 845 mm, y el A4 210 x 297 mm, o el
tamaño que mas se aproxime si se debe respetar otra norma.
Al iniciar la ejecución de cada plano, un croquis a mano alzada del mismo es
muy útil para cubrir las consideraciones básicas, y ver lo que se quiere mostrar.
Ejecutado un plano, el mismo se emite al Comitente "Para Aprobación", luego
superada esta etapa con o sin observaciones, y completadas las revisiones que
corresponden se emite "Apto para Construcción" o "aprobado para
Construcción".
Un plano puede sufrir varias revisiones hasta que llega la aprobación, esto
obliga a definir en forma clara y adecuada para reconocer las diferentes
revisiones.
Una posibilidad es la siguiente:
( -) primera revisión
(a), (b), (c).... las sucesivas, destacándose con nubes las diferencias respecto
de la revisión anterior
en un momento determinado una revisión es "aprobada" por el comitente, en
consecuencia se emite "para construcción" con una nueva revisión, limpia de
nubes y que se la llama "cero"
(0) Apta para construcción, o aprobada para construcción, en este punto es
deseable que no haya nuevas modificaciones. Sin embargo puede suceder que
se reciba información que lleve a modificar los planos en algunos puntos
forzando así nuevas revisiones. Para distinguirlas de las anteriores a la
aprobación se identifican con números:
(1), (2), (3)... nuevas revisiones posteriores al apto para construcción
cabe mencionar en este punto que las revisiones posteriores a la cero (0) apto
para ejecución, deben realizarse evaluando previamente la magnitud de las
mismas, y si dichas modificaciones llegaran en tiempo útil a la obra.
Con la metodología indicada anteriormente se tiene finalmente volcada en los
planos, toda la historia de sucesivas modificaciones.
Las revisiones tienen indicadas dentro de una nube las modificaciones, y
dentro de un triangulito se indica la codificación de la revisión, en cada revisión
se borran las nubes de las revisiones anteriores.
El objeto de las nubes es poner en evidencia en forma clara y precisa, las
modificaciones de un plano respecto de la versión anterior, individualizándolas
y no dejando lugar a dudas.
Hay dos momentos en un proyecto en los cuales un plano se encuentra limpio
de nubes, luego de su primera emisión:
al momento de la revisión cero (0) Apto para ejecución
cuando se hace Conforme a obra
El plano conforme a obra es aquel, como su calificación indica, que tiene
asentadas las modificaciones realizadas en obra, indica como se ha construido,
sus cotas, montado, conectado, etc. un equipo.
Estos planos son de suma importancia ya que de ellos se valdrá el personal de
explotación, para la operación y mantenimiento, y serán documentos que se
utilizaran eventualmente en el futuro para el desarrollo de la ingeniería de
eventuales modificaciones o ampliaciones.
Los planos para aprobación no se deben emitir para la obra, solo causan
confusión, solo deben llegar al comitente, cuando se emiten Aptos para
ejecución, deben ir a la obra y al comitente, las actualizaciones posteriores es
indispensable que la obra las reciba y tome nota de su importancia
sustituyendo las versiones superadas.
LAS MEMORIAS DE CALCULO
El objeto es conservar documentadas las razones de las decisiones tomadas al
adoptar una determinada solución, a veces se tienen varias opciones y se debe
optar, estas memorias se emiten al comitente para aprobación.
Aprobadas por el comitente, se tiene el visto bueno para llevar adelante el
proyecto de la propuesta adoptando la solución. Para no atrasar la ingeniería,
frecuentemente no se espera esta aprobación, en la esperanza que estos
documentos sean correctos.
Las memorias no se emiten para obra ni al contratista. En cuanto a revisiones,
referencias, reciben el mismo tratamiento que antes se detallo para los planos.
Las memorias deben ser claras separando lo que se quiere señalar en puntos,
por ejemplo:
objeto
alcance
premisas de calculo (hipótesis)
desarrollo del calculo (metodología)
conclusión
Los gráficos deben ser claros, y los dibujos esquemáticos (simples -
simplificados)
LAS ESPECIFICACIONES TECNICAS
En lo que corresponde valen las mismas consideraciones que para las
memorias de calculo. Las especificaciones técnicas deben definir con claridad
como se deben realizar técnicamente las tareas especificadas a cargo del
contratista, o como se debe ejecutar la provisión de determinado equipo.
Las especificaciones deben definir la función, no son un manual constructivo
del equipo o del procedimiento, se debe tener en claro que la responsabilidad
del producto, o de la construcción es del contratista o del proveedor.
El ingeniero de proyecto no es ingeniero de producto, y para obtener la calidad
deseada se basa en las normas, la sola mención de las mismas debe definir
correctamente la calidad deseada del producto.
Durante los pasos intermedios de fabricación, debe verificarse los diferentes
requerimientos de las normas.
Una advertencia importante es que en una misma provisión, no se deben
mezclar normas, ya que de hacerlo se generan problemas imposibles de
liquidar.
Las especificaciones técnicas deben tener un desarrollo claro de sus puntos,
similarmente a las memorias de calculo, por ejemplo:
objeto
alcance
características generales
características particulares
ensayos
Frecuentemente el proveedor debe anticipar con documentación las
características detalladas de su provisión, el alcance, necesidad e importancia
de esta documentación debe ser claramente transmitida al momento del
contrato.
En cuanto a revisiones, referencias, reciben el mismo tratamiento que antes se
detallo para los planos.
LAS PLANILLAS DE MATERIALES
En estas se detallan los materiales requeridos con una especificación precisa y
breve, eventualmente en algunos casos la planilla debe contener solo
materiales de cierto tipo, y una especificación complementaria detallar
características especiales que son necesarias en la obra.
En general es preferible que el material a utilizar este definido con
características normales (de norma) ya que esto permite adquirir material que
no debe ser especialmente tratado.
Las cantidades de material deben surgir de los planos, y debe documentarse el
computo, las cantidades que se compran (que surgen de documentos
derivados de las planillas de materiales, y que se llaman "requerimiento de
materiales") son mayores para tener en cuenta la calidad del trabajo de
computo, las perdidas, los recortes, eventuales robos, etc.
Hay materiales muy menores y de consumo, que no se computan, a nivel de
ingeniería, pero quienes hacen la obra (contratista de montaje) deben a su vez
computarlos y adquirirlos en cantidad y de calidad adecuada, estos materiales
son por ejemplo:
borneras
anillos indicadores
prensacables
terminales de cableado de baja tensión, etc>
También en este caso revisiones, referencias, reciben el mismo tratamiento
que antes se detallo para los planos.
LA ESTIMACION DE INGENIERIA
Este es un trabajo de organización que debe desarrollarse antes de iniciar el
proyecto, y que permanentemente se actualiza para controlar el avance,
emitiendo documentos que se llaman situación de ingeniería.
Se trata del calculo estimado de Horas hombre (o meses hombre) que insumira
el proyecto. La estimación parte de la lista de documentación (planos), pero
debe también incluir reuniones, y tareas que no se ven normalmente reflejadas
en los documentos de ingeniería (informes).
La lista de planos contiene el listado de todos los planos que se prevé ejecutar,
lógicamente es una lista que varia a medida que el proyecto avanza, mientras
van quedando mas claros los alcances del detalle.
Recordemos que el nombre genérico de planos se usa para todos los
documentos de ingeniería que se deben desarrollar (planos, especificaciones,
memorias, planillas, etc)
Es fundamental que esta lista identifique los planos, y que el nombre de cada
uno sea representativo (muestre lo que uno espera al leer el titulo)
Es buena norma asociar los planos correspondientes a una determinada tarea,
esto es útil a los fines de síntesis, de cronogramas, de evaluación de lo faltante.
Preparada la lista de planos se estima para cada uno las horas hombre que
corresponden a las distintas categorías de personas que intervienen en el
trabajo:
dibujante
proyectista
ingeniero
De la suma se obtiene el total de horas hombre. Del plazo estimado de
ingeniería surge la cantidad de personas requeridas. Además se debe
desarrollar un cronograma de avance del trabajo, y analizar el orden de las
distintas tareas.
No debe olvidarse que para poder desarrollar el trabajo, las tareas se deben
hacer en cierto orden, y en cada momento se debe disponer de la
documentación que permite trabajar sobre bases sólidas (deben evitarse las
modalidades de trabajo que arriesgan la necesidad de repetir tareas, digamos
una frase que merece algo de meditación al respecto: "nunca hay tiempo para
hacer bien las cosas, siempre hay tiempo para hacerlas dos veces")
Los resultados de estas evaluaciones, deben ser analizados a la luz de las
características particulares de cada proyecto, y de la experiencia disponible.
Generalmente, a medida que el proyecto avanza se debe revisar esta
estimación, corregirla, e informarla en forma sincera, para evitar desagradables
sorpresas.
EL APOYO A OBRA
Es importante que quienes ejecutan la ingeniería de detalle, con periódicas
visitas a obra, brinden asesoramiento de interpretación correcta de los
documentos, y recojan aciertos y errores de las soluciones propuestas en los
planos.
La mejor obra es aquella en la que nadie se acuerda del proyectista.
4 - CÁLCULOS DE DISEÑO
4.1 - BARRAS Y CABLES - DEFINICIÓN
La denominación genérica de barras y cables individualiza las barras
propiamente dichas, las conductores de derivación (de barras a equipos) y los
de conexión (entre equipos y a la línea).
Estos elementos forman la parte esencial de los circuitos de potencia, y su
dimensionamiento depende de la elección del esquema, y para por
dimensionamiento dieléctrico, dimensionamiento mecánico, y verificación
térmica.
Del dimensionamiento mecánico surgen reflejos civiles, en soportes y
fundaciones.
CLASIFICACIÓN
Se puede utilizar conductores rígidos, barras macizas o tubulares, o
conductores flexibles, cableados, formados por alambres.
El material en teoría puede ser cualquiera siempre que ofrezca resistencia
mecánica adecuada.
Actualmente, por razones de costo, el conductor más común es el aluminio,
aunque puede utilizarse el cobre.
Las soluciones tubulares se realizan con aluminio o aleación de aluminio.
En el pasado se realizaron soluciones macizas con cobre, las barras de
aluminio macizas no son comunes.
Las soluciones con cable pueden utilizar cobre, aluminio, aleación de aluminio,
y, en algunos casos, aluminio con alma de acero.
DETERMINACIÓN DE LA SECCIÓN
La sección del conductor debe ser suficiente para transportar la corriente
máxima permanente que el conductor debe soportar en las condiciones
ambientes en el lugar de instalación.
Para las distintas secciones normales de barras, tubos y cables se determinan
las corrientes que pueden transportar en distintas condiciones ambientales y
construir una tabla que relaciona sección y corriente.
Los métodos de cálculo que se utilizan para determinar la corriente que un
conductor (de determinado material, forma y sección) es capaz de transportar
son varios.
Veremos a continuación un método de verificación de la sección elegida.
CONCEPTO
Al circular una corriente en el conductor produce una cierta cantidad de calor
por efecto Joule.
Cuando el sistema se encuentra en régimen, todo el calor producido es
disipado, parte por convección, parte por radiación. (figura 4.1).
FORMULA DE SHURIG Y FRICK
Basándose en estos conceptos se proponen las fórmula (4.1) y formula (4.2).
Debe considerarse que la resistencia del conductor varía con la temperatura,
fórmula (4.3).
La corriente admisible en las condiciones establecidas está dada por la fórmula
(4.4).
La corriente a transportar debe ser menor o igual a esta corriente admisible del
conductor elegido.
COMENTARIOS
Generalmente los conductores están expuestos a la radiación solar.
Esta puede tenerse en cuenta aumentando en algunos grados la temperatura
que el conductor tiene cuando no hay radiación.
VERIFICACIÓN DEL DIÁMETRO - CAMPO ELÉCTRICO
Especialmente en las instalaciones de poca importancia, al elegirse
conductores macizos o cableados, el diámetro puede resultar mínimo.
Un diámetro pequeño en alta tensión es causa de fenómenos de efecto corona
y radiointerferencia, producidos por el intenso campo eléctrico en la superficie
del conductor (figura 4.2 y figura 4.2b).
CONCEPTOS
Un conductor cilíndrico sometido a una alta tensión presenta un campo
eléctrico superficial que puede determinarse.
El campo eléctrico superficial depende también de condiciones locales de la
superficie, rugosidad, presencia de suciedad, gotas de agua, etc.
El campo eléctrico (E) es directamente proporcional a la tensión en
consecuencia muchas veces se fija un valor de tensión crítica, como límite
admisible, que está en el orden de los 16 a 19 kV eficaces/cm y
excepcionalmente a E = 21 kV eficaces/cm.
DETERMINACIÓN DEL CAMPO SUPERFICIAL
El campo eléctrico en la superficie de un conductor cilíndrico está dado por la
fórmula (4.5).
Este campo tiene el significado de valor medio y puede incrementarse por
condiciones locales.
Cuando se trata de un haz de conductores cilíndricos la fórmula (4.6) es la
aplicable.
También en este caso el valor obtenido es medio, y varía siendo mínimo en la
generatriz interna del conductor elemental y máximo en la externa.
CAMPO CRITICO - FORMULA DE PEEK
Para determinar el campo que produce descarga corona luminosa, se utiliza la
fórmula (4.7) con el nombre del autor.
Las pérdidas de energía que se producen tienen importancia en las líneas de
muy alta tensión. En las estaciones lo importante es el efecto de ruido
ambiente, y radio interferencia que se produce y que debe ser minimizado.
EFECTO TÉRMICO DE LAS CORRIENTES DE BREVE DURACIÓN
Cuando se producen fallas (cortocircuitos) en el sistema circulan corrientes de
alto valor, que persisten hasta que actúan las protecciones de interruptores o
fusión de los fusibles.
CONCEPTO
El conductor que se encontraba a una temperatura determinada, acumula calor
y eleva su temperatura transitoriamente, de acuerdo a la fórmula (4.8).
Debiendo notarse que esta fórmula es válida en la suposición de que la
resistencia no varía con la duración del fenómeno, el calor se acumula
aumentando la temperatura del conductor.
Cuando el incremento de la temperatura es importante, se plantea una fórmula
válida para un breve lapso, y por integración se obtiene la fórmula (4.9).
DETERMINACIÓN DEL AUMENTO DE TEMPERATURA
Para controlar si el aumento de temperatura debido a la sobrecorriente es
admisible, se determina la temperatura final con las formulas (4.10) y (4.11).
Se debe verificar que la temperatura final alcanzada sea menor que la máxima
admisible del conductor.
4.2 - RESUMEN
Hasta aquí se adoptó un cierto tipo de conductor y una cierta sección
verificándose que:
- La corriente a transportar es menor o igual a la corriente admisible (4.4) y en
consecuencia la sección es suficiente.
- El campo eléctrico en la superficie de los conductores (4.5) y (4.6) no supera
los valores máximos admisibles y en consecuencia el diámetro del conductor o
haz de conductores es suficiente.
- La temperatura máxima que se alcanza bajo condiciones de corto circuito
(4.10) es menor a la máxima admisible por el conductor.
4.3 - ESFUERZOS SOBRE CONDUCTORES
Los conductores, ya sean rígidos o flexibles, están sometidos a distintas
fuerzas que contribuyen al estado de tensión que se presenta en ellos y a las
reacciones que se producen en los apoyos o amarres (figura 4.3).
PESO PROPIO Y SOBRECARGAS VERTICALES
El peso propio siempre está presente, además en algunos casos se puede
formar sobre el conductor un manguito de hielo.
En las estaciones eléctricas, a diferencia de las líneas, los conductores
sostienen además los cables de conexión de los equipos, que son cargas
concentradas en determinados puntos.
EMPUJE DEL VIENTO Y SOBRECARGAS HORIZONTALES
La presión dinámica del viento actúa sobre los conductores y sus derivaciones,
transmitiéndoles un estado de carga.
El efecto de atracción y repulsión entre conductores debido a la corriente es
particularmente notable cuando se producen cortocircuitos.
FÓRMULAS UTILIZADAS - EMPUJE DEL VIENTO
Se determina mediante la fórmula (4.12), en base a la presión del viento sobre
una superficie convencional, teniendo en cuenta, además el coeficiente de
forma del objeto sobre el que se produce el empuje si se trata de un conductor
cilíndrico o de un cable se utiliza la fórmula (4.13).
SOBRECARGA DEL HIELO
Se determina suponiendo una capa de espesor uniforme sobre el conductor, o
alrededor del conductor (manguito de hielo). Lógicamente los criterios influyen
en el valor.
Las fórmulas (4.14) y (4.15) son las aplicables.
CARGA TOTAL APLICADA
Se obtiene superponiendo las distintas cargas (figura 4.4).
CV - Carga vertical total = peso propio + sobrecarga de hielo + otras
sobrecargas verticales.
CH - Carga horizontal total = empuje del viento + otras sobrecargas
horizontales (cortocircuito).
Carga resultante total = se obtiene con la fórmula (4.16)
.4 - CONDUCTORES FLEXIBLES
Es de interés determinar el estado de tensión que se presenta en los
conductores tendidos y los esfuerzos que estos transmiten a las estructuras.
El caso más simple es considerar que el cable tendido adopta la forma de la
parábola.
HIPÓTESIS SIMPLIFICATIVAS
No se tiene en cuenta la influencia de las cadenas de aisladores.
No se tiene en cuenta la influencia de los cables de conexión.
Se supone que la presión es uniforme a lo largo de todo el vano.
VALORES DE INTERÉS
Para cada condición climática se determina el estado de tensión del conductor,
las reacciones en los amarres y la flecha.
De estos valores se extraen las combinaciones de cargas que sirven
particularmente para el diseño de las estructuras.
CONSECUENCIA DE LAS HIPÓTESIS SIMPLIFICATIVAS
Para no complicar el cálculo, los cables de conexión pueden considerarse
como una carga adicional uniformemente repartida sobre el conductor.
Si no se los considera, se presentará luego una sobrecarga y se transmitirán
mayores esfuerzos en los apoyos.
Para calcular con seguridad es entonces conveniente considerar los cables de
conexión, ya distribuyéndolos, como se sugirió antes, o más correctamente
considerándolos como cargas concentradas.
Las cadenas de aisladores influyen disminuyendo el vano de tendido del cable.
Se puede hacer la hipótesis simplificativa de que las mismas son rígidas y con
estas condiciones los cálculos de esfuerzos y flechas no resultan demasiado
complicados.
Cuando por la disminución de temperatura el cable se acorta y aumenta su
estado de tensión, las cadenas de aisladores permiten la movilidad de los
puntos de amarre y en consecuencia el estado de tensión resultante es menor
del que se habría producido de no haber existido las cadenas.
El calcular sin cadenas, nos pone en la situación de seguridad, ya que
obtendremos cargas en situación real inferiores.
COMPENSADORES DE TIRO CONSTANTE
En ciertas instalaciones es necesario mantener la flecha constante,
independientemente de la temperatura, para que, por ejemplo, los
seccionadores de apertura vertical logren alcanzar correctamente el estribo o
contracontacto.
Los compensadores de tiro, manteniendo constante el tiro del conductor, logran
mantener la flecha constante. Lógicamente deben poder absorber las
variaciones de longitud del conductor.
Si no pueden absorber las variaciones de longitud del conductor, en los
extremos de su carrera se producirá saturación, y a partir de ese momento el
comportamiento del cable será como si no hubiera compensador.
COMPENSADORES ELÁSTICOS
Si suponemos que en serie al cable instalamos un resorte, el conjunto se
comportará como si el cable fuera más elástico.
Las variaciones de flecha con la temperatura serán menores, y en
consecuencia ésta es una solución de alternativa al compensador de tiro
constante (figura 4.5).
4.5 - CONDUCTORES FLEXIBLES CORTOS
La conexión eléctrica entre equipos próximos puede realizarse con conductores
flexibles.
Las cargas que aparecen sobre los bornes de los equipos dependen de
características particulares de la morsetería (figura 4.6).
Si la morsetería se considera como una articulación (morsetería flexible), el
cable entre equipos se comportará de manera tal que su traza desarrollará una
catenaria (parábola).
Si en cambio la morsetería es rígida, entonces el cable debe considerarse
empotrado en el equipo. El conductor así tendido presenta tres tramos bien
definidos.
El tramo central se comportara al igual que en el caso anterior, siguiendo la
traza de una catenaria, limitada por dos puntos de inflexión. Los tramos
extremos se comportan como vigas empotradas con una carga uniformemente
repartida, y en su extremo, punto de inflexión, una carga concentrada
correspondiente a las reacciones del tramo central (ver figura 4.7).
Es importante destacar que la acción del cable sobre el equipo incluye un
momento flector, que no se presenta si la moseteria asegura suficiente
flexibilidad.
FÓRMULAS APLICABLES
Conocido el tiro que se aplica a un conductor flexible y la carga resultante, con
la fórmula (4.17) se determina la flecha.
De esta fórmula se desprende que la flecha depende del tiro cuando no varían
las otras condiciones.
La longitud del cable está relacionada con la flecha por la fórmula (4.18).
La variación de longitud del cable debida a la tensión se obtiene con la fórmula
(4.19) y por la temperatura con la formula (4.20).
Es estas expresiones se deriva la ecuación de estado del cable que permite
determinar el tiro y la flecha en distintos estados de carga.
MODULO DE ELASTICIDAD EQUIVALENTE
El conjunto de cable resorte, se comporta como si se tratara de un cable de
módulo de elasticidad aparente distinta a la del cable.
Para un determinado estado de carga (tiro) las variaciones de longitud del
resorte, del cable y del conjunto cable resorte se determinan con las fórmulas
(4.21), (4.22), y (4.23).
El módulo de elasticidad equivalente debe satisfacer la expresión (4.24) de la
que se obtiene la formula (4.25).
4.6 - CONDUCTORES RÍGIDOS
También para los conductores rígidos se debe determinar el estado de tensión,
y los esfuerzos se transmiten sobre los soportes.
Es de interés reducir el número de soportes, por lo que se trata de que el
momento de inercia del conductor sea relativamente grande.
Para una dada cantidad de material y una dada sección de conductor, el
máximo momento de inercia se logra para la forma anular, en consecuencia el
conductor elegido será tubular.
ESFUERZOS DEBIDOS A DILATACIÓN
Las variaciones de temperatura del conductor producen su dilatación.
Para los conductores flexibles la dilatación se traduce en aumento de la flecha,
para los rígidos en cambio esfuerzos de compresión en el conductor.
Los apoyos deben permitir el movimiento para que no se presenten esfuerzos
indebidos.
Por otra parte los apoyos deben absorber los ajustes de montaje, que pueden
considerarse construcciones con tolerancias del orden del cm, digamos ajustes
de albañil.
ELÁSTICA DEL CONDUCTOR
Establecidos los puntos de apoyo, queda definida la elástica del conductor.
Esta puede corresponder a una viga continua, una viga simplemente apoyada
con voladizo, etc.
Los estados de tensión del conductor y las reacciones en los apoyos quedarán
definidas por las cargas actuantes sobre el conductor en distintas condiciones y
por la elástica que corresponda.
FÓRMULAS UTILIZADAS
Para una viga simplemente apoyada el momento flector máximo está dado por
la fórmula (4.26) y la flecha por la formula (4.27).
Para las condiciones distintas de la viga simplemente apoyada y en distintos
puntos a lo largo de la viga se pueden obtener los valores de momento y flecha
aplicando factores sobre los valores arriba obtenidos (figura 4.8).
El momento de inercia de un tubo está dado por la fórmula (4.28), el momento
resistente por la formula (4.29) y la tensión mecánica por la formula (4.30).
4.7 - FUERZAS DEBIDAS AL CORTOCIRCUITO - COMENTARIO
Cuando se produce un cortocircuito circulan elevadas corrientes y aparecen
entonces fuerzas de atracción y repulsión entre conductores atravesados por
dichas corrientes.
Como las corrientes varían a la frecuencia de la red, las fuerzas son variables.
Los conductores cambian de posición y se producen deformaciones, en
consecuencia se presentan distintos estados de tensión (figura 4.9).
HIPÓTESIS SIMPLIFICATIVAS
Si se supone que se tienen solo dos conductores paralelos y de longitud
infinita, atravesados por una corriente constante, la fuerza está dada por la
fórmula (4.31), siendo de repulsión si los sentidos de las corrientes son
opuestos.
Siendo la longitud finita, las fuerzas son menores que las teóricas
correspondientes a longitud infinita.
LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO
La corriente de cortocircuito es de valor variable, sinusoidal y en los primeros
instantes presenta también una componente continua.
El valor máximo de la corriente de cortocircuito es del orden de 2 - 2.8 su valor
eficaz. Se toma convencionalmente en alta tensión 2.5 como valor normal y
representativo.
CORTOCIRCUITO BIFÁSICO
En esta falla, la corriente en ambos conductores es la misma, en consecuencia
la fuerza puede ser considerada como un valor medio y superpuesto una
componente de frecuencia doble a la de la red.
Lógicamente esta fuerza es dependiente de la corriente de cortocircuito bifásica
que generalmente es distinta (y menor) de la trifásica.
CORTOCIRCUITO TRIFASICO
Las corrientes en los tres conductores son distintas, en cada instante la suma
es cero, por consiguiente, la fuerza sobre un conductor depende de la corriente
que por él circula y de las corrientes en cada uno de los otros conductores.
COMENTARIO
Para las estaciones eléctricas las barras están generalmente en disposición
coplanar por lo que la fuerza máxima se presenta sobre la barra central.
La fórmula (4.32) es la que corresponde y el coeficiente K tiene en cuenta la
asimetría de la corriente y otras condiciones prácticas asumiendo distintos
valores.
HIPÓTESIS SIMPLIFICATIVAS
Se ha considerado que la fuerza de cortocircuito es variable. Si se la considera
constante, se la puede tener en cuenta como si fuera una fuerza estática, y con
ella calcular el estado de tensión consiguiente.
La solicitación es dinámica y estática, influye especialmente la frecuencia
propia de la construcción.
CASO DE BARRAS RÍGIDAS
El estado de tensión se determina con la fuerza. Las barras tienen una
frecuencia de vibración propia; si la frecuencia de excitación de la fuerza es
próxima a la de resonancia, los estados de tensión son mayores, ya que las
deformaciones son mayores que las que corresponden a condición estática.
Algunos diagramas de la bibliografía muestran los coeficientes de amplificación
a utilizar.
CASO DE BARRAS FLEXIBLES, CABLES
Durante el cortocircuito se produce un movimiento que resulta de descripción
compleja.
Generalmente se acepta la simplificación de considerar el caso estático de una
fuerza resultante aplicada al conductor.
CASO DE SUBCONDUCTORES
Cuando una barra está formada por subconductores aparece una fuerza de
atracción entre los mismos que tiende a reunirlos en un único conductor.
Al estado de tensión producido por la fuerza entre barras se suma el producido
por la fuerza entre subconductores.
HIPÓTESIS SIMPLIFICATIVAS
Para las barras rígidas se pueden superponer directamente los estados de
tensión.
HAZ DE CABLES
Para los cables flexibles en haz, la atracción entre conductores del haz,
incrementa el tiro sobre los anclajes.
Corresponde considerar el incremento de tiro hasta que los conductores entran
en contacto.
La posibilidad de que los conductores se pongan en contacto está
condicionada por la existencia de separadores entre conductores.
A medida que el número de separadores aumenta, el efecto de incremento de
tiro aumenta; pero, superada cierta cantidad de separadores los conductores
se comportarán como si no se tratara de un haz, sino como un único conductor.
4.8 - PÓRTICOS
Los conductores flexibles se tienden entre pórticos. Las cargas que los
conductores aplican a los pórticos pueden descomponerse según tres ejes
principales. Los ejes principales son: el eje vertical, un eje horizontal en el
sentido de la viga del pórtico y el eje horizontal normal a los anteriores y
generalmente en la dirección de los conductores.
CONCEPCIÓN DEL PÓRTICO
Los pórticos están formados por columnas y vigas en las que se amarran los
conductores.
La distancia entre amarres de los conductores depende del diseño geométrico
que se realiza para respetar las distancias de aislación en las distintas
condiciones.
Los amarres de los conductores, realizados sobre el travesaño del pórtico
pueden ser internos a las torres o externos (figura 4.10).
El travesaño es una viga apoyada con tramos en voladizo o no, puede ser una
viga continua o no (figura 4.11 y figura 4.11b).
Las columnas del pórtico son vigas empotradas que transmiten al suelo
principalmente acciones debidas al momento de vuelco producido por los
conductores.
CARGAS ACTUANTES
Las cargas actuantes sobre el pórtico son:
- Peso de los conductores, con sobrecargas eventuales y variaciones debidas a
las acciones de los equipos, cadenas de aisladores, etc.
- Viento sobre los conductores, cadenas de aisladores, etc., que varía actuando
en distintas formas.
- Tiro horizontal del conductor (supuestos los apoyos a nivel) y define el
momento de vuelco sobre el pórtico.
Es conveniente aclarar que definido un vano y un conductor quedan
determinados los esfuerzos sobre el pórtico debido al peso y al viento.
Las cargas de peso y viento son independientes del estado de tensión que se
adopte para el conductor (tiro).
OBSERVACIONES
- El peso de los conductores, los accesorios, junto con el peso propio de la
estructura, define la carga de comprensión que las columnas del pórtico deben
soportar.
- El viento transversal a las barras, sobre conductores, y estructura define las
cargas de corte, y momentos flectores que la estructura debe soportar.
- El tiro de los conductores define las cargas de vuelco producidas por los
conductores.
- Cuando se trata de pórticos intermedios las cargas de los conductores
pueden compensarse entre un lado y el otro, y se diseñan pórticos más
livianos.
- La viga, que forma el travesaño está sometida a los tiros de los conductores.
Cuando aparecen fuerzas de cortocircuito de repulsión o atracción entre
conductores, la viga queda sometida a la comprensión o tracción.
HIPÓTESIS DE CARGA
Las cargas deben ser combinadas de manera de considerar estados de carga
que representen posibles estados reales.
- Cuando el máximo tiro del conductor se alcanza con el máximo viento, éste es
perpendicular geométricamente con el tiro del conductor.
- Cuando en cambio el máximo viento es paralelo a la barra la acción del viento
sobre la estructura es la máxima, pero el tiro de los conductores no alcanzará
el valor máximo (por acción del viento), quedando en un valor próximo al
normal.
El equilibrio de los tiros entre vanos contiguos es importante de controlar con
hipótesis que tengan en cuenta errores de montaje, y con las distintas hipótesis
climáticas.
Las condiciones de montaje pueden crear situaciones de carga que deben ser
controladas.
También las condiciones de emergencia, eventualmente debidas a accidentes,
pueden crear situaciones de carga a controlar.
4.9 - SOPORTES DE EQUIPOS
Los soportes de los equipos pueden tener formas muy simples, como una
columna, hasta configuraciones relativamente complejas, como pequeños
pórticos.
Sobre los equipos actúan fuerzas, por ejemplo : fuerza del viento, fuerza
transmitida por los cables de conexión, que deben ser soportados por éstos,
que a su vez, cargan soportes (figura 4.12).
CARGAS ACTUANTES
Se esquematiza la columna y el equipo como superficies sobre las que se
consideran las acciones de las cargas, el viento, las cargas de montaje, el
peso, etc.
Se determina la carga con la que el equipo actúa sobre el soporte, que se
utiliza para verificar el soporte. También se determina la carga que el soporte
transmite a la fundación.
Los valores a determinar son:
- Fuerzas de compresión, peso.
- Fuerzas de corte.
- Momento flector.
SOPORTES COMPLEJOS
En algunos casos los soportes de barras, o los soportes de seccionadores
tienen formas más complejas, como ser estructuras aporticadas o con brazos.
Cada caso requiere un estudio adecuado, y éste comienza con una buena
estimación de las cargas.
Cuando existen transmisiones que deben producir movimientos como el caso
de seccionadores, es importante una suficiente rigidez entre partes para que la
transmisión cumpla con toda eficiencia con su función (figura 4.13).
4.10 - RED DE TIERRA - FINALIDAD
La red tierra tiene la finalidad de limitar las tensiones de paso y de contacto que
se presentan en una estación tanto en su área interna como en su contorno.
COMENTARIO
Cuando la red de tierra drena una corriente de falla se forma un campo
eléctrico y en la superficie del terreno se presentan distintas tensiones entre
distintos puntos (figura 4.14).
DEFINICIONES
La diferencia de potencial que se presenta entre dos puntos del suelo
separados por un paso es la que se llama tensión de paso (figura 4.15).
Tensión de contacto es la que se presenta entre una superficie metálica,
conectada a la red de tierra, y un punto del terreno desde el cual se puede
tocar dicha superficie (figura 4.15).
Tensión transferida es aquella "llevada" por objetos metálicos hasta
eventualmente fuera del área cubierta por la red de tierra.
COMENTARIO
La obra eléctrica está construida sobre el suelo y en casos de fallas la corriente
es drenada al suelo conductor. Se forma un campo de corrientes y de
superficies equipotenciales.
HIPÓTESIS SIMPLIFICATIVA
Consideramos que el suelo es un medio de resistencia constante,
relativamente elevada respecto de los metales.
DISEÑO BÁSICO
Si sobre el suelo se extendiera una capa metálica, chapa, se lograrían limitar
las tensiones de paso y de contacto a valores mínimos.
Sin embargo, la corriente a drenar debería pasar de la chapa al suelo, y en la
periferia de la chapa se presentaría un gradiente y se observarían la presencia
de tensiones de paso.
Si desde el suelo natural no se alcanzan los objetos que están sobre la chapa,
no se tendrán tensiones de contacto.
Si en lugar de una chapa, solución irrealizable, se hace una red, se presentarán
también tensiones de paso y de contacto dentro de la red.
PRINCIPIOS
Si el mallado es suficiente denso las tensiones de paso (en su interior) y
contacto serán mínimas.
Se puede disminuir la densidad del mallado, hasta que las tensiones alcancen
el límite admisible.
Todos los elementos que pueden presentar tensiones de contacto deben ser
conectados a la red de tierra para controlar esta tensión.
FÓRMULAS UTILIZADAS
De estudios realizados se han propuesto distintas fórmulas para determinar los
parámetros característicos de la red de tierra.
De la bibliografía se han extraído las fórmulas (4.33), (4.34) y formula (4.35).
Las tensiones características de la red están dadas por las fórmula (4.36) y
fórmulas (4.37) y (4.38) , respectivamente, tensión de malla, tensión de paso y
tensión de contacto.
La esquematización mas simple de la red de tierra es con barras (que
llamaremos principales) en dos direcciones ortogonales, estas barras están
enterradas y presentan cierta cantidad de intersecciones (cruces X o
derivaciones T) donde se unen con adecuados morsetos o soldadura.
Cada elemento a conectar a tierra implica una conexión (a las barras
principales y que llamaremos derivación) de cierta longitud, el elemento se
puede conectar con una o dos derivaciones.
La longitud de la derivación en parte se encuentra enterrada, y luego sube a
conectarse al elemento que interesa.
Al computar el total de conductores que drenan corriente al suelo, se
consideran los principales, y la parte enterrada de las derivaciones.
CRITERIOS
En los cálculos de redes de tierra se utilizan muchas fórmulas simplificadas,
que solo permiten conocer el orden de magnitud de los parámetros que
caracterizan la red de tierra.
Pero aun cuando se utilizan los mejores modelos, la precisión esta limitada por
la gran incertidumbre de ciertos datos.
Es fundamental durante la construcción de la red de tierra realizar mediciones
que permitan detectar que el comportamiento de la red coincida con el previsto.
Con la red construida se deben determinar las tensiones características en los
puntos críticos e introducir las correcciones que sean necesarias para lograr
tensiones de paso, de contacto y transferidas que no superen los límites de
seguridad.
A tal fin vale la pena notar que la resistencia total de la puesta a tierra no es un
valor fundamental en la definición de su comportamiento.
4.11 - PARÁMETROS DE DISEÑO DE LA RED DE TIERRA - RESISTIVIDAD
DEL SUELO
La resistividad del terreno es un dato básico, en general puede determinarse al
momento del estudio de suelos que se realiza para el proyecto de las
fundaciones.
El objeto es conocer la resistividad del terreno con el fin de determinar la
resistencia de la puesta a tierra de la estación eléctrica y los potenciales de
paso y de contacto en el área, a través de cálculos dimensionantes y de
verificación.
MEDICIÓN DE RESISTIVIDAD
En general el suelo no es homogéneo, y a veces se observan estratos (capas)
de distinto valor de resistividad por lo que es necesario lograr un valor (o un par
de valores) representativos de estas características para los cálculos.
MEDICIONES A REALIZAR
El área a medir se cubre con varios puntos (9 a 25) distribuidos con cierto
criterio, en dichos puntos se harán mediciones.
Para cada punto se realizan mediciones en dos direcciones ortogonales, y a
distintas profundidades aparentes (5, 10, 20, 50 y mas m).
Para medir se utiliza, frecuentemente, el método de las cuatro jabalinas
(espaciadas), con el que se obtienen valores de resistencia media del suelo
para cada profundidad (distancia entre jabalinas).
INFORMACIÓN COMPLEMENTARIA
Las mediciones se complementan con otra información que ayude a la
interpretación correcta de los resultados.
Es importante incluir una descripción del método de medición, eventualmente la
parte de manual de instrucciones del instrumento que ayude a entender los
resultados (si necesario).
Además es útil una descripción del tipo de terreno obtenida por observación
directa, e información descriptiva de la estratificación si se tuvieran datos de
perforaciones o excavaciones.
TRATAMIENTO DE RESULTADOS
Con los valores obtenidos de las mediciones y la información complementaria
se trata de realizar una caracterización del suelo resumiendo los resultados en
un único valor si puede considerarse el terreno homogéneo, o en un par de
valores si se considera valido el modelo de dos capas.
Se determinan así la resistividad superficial y profunda, la resistividad
superficial afecta a las tensiones características y la componente de resistencia
que depende de la longitud de conductor enterrado (ver formula 4.35).
La resistividad profunda determina la componente de resistencia que dependen
de la superficie cubierta por la red (ver formula 4.35).
La superficie que la red debe cubrir es como mínimo la que comprende el área
de la estación y sus edificios, hasta unos 5 a 6m. de distancia de ellos, si es
posible.
CAPA SUPERFICIAL
En ciertos casos se recubre el área de la estación con una capa superficial de
piedra partida o canto rodado sin aglomerante de resistividad mucho mas
elevada que el suelo natural que cubre.
Esta capa superficial es de pequeño espesor 10 30 cm, y sus características de
resistividad y espesor deben mantenerse en el tiempo para poder garantizar su
efectividad.
La influencia de esta capa es notada en las corrientes que circulan por el
cuerpo sometido a tensiones de paso y de contacto, ya que su resistencia se
incrementa con las que corresponden al dispersor de los pies sobre esta capa.
4.11 - CORRIENTE A DRENAR
Una falla trifásica, si bien puede afectar los conductores de la red de tierra, no
drena corriente al suelo (tampoco si bifásica aislada).
Se presenta la necesidad de drenar corriente al suelo cuando ocurre una falla
monofásica a tierra (figura 4.16) o bifásica con tierra.
Aún así no toda la corriente de falla a tierra es drenada por la red al suelo,
parte de esta corriente es conducida fuera de la red de tierra por los cables de
guardia de las líneas aéreas ó los cables de tierra que acompañan a los cables
enterrados; o eventualmente, sus armaduras si están en contacto directo con la
tierra o puestas a tierra en otra estación.
Lógicamente para determinar esta repartición de corriente, se debe conocer el
valor de la resistencia de puesta a tierra de la red, y varios parámetros de las
líneas y/o cables.
El cálculo debe repetirse para encontrar las condiciones mas desfavorables en
cada caso. Se deben calcular las corrientes de cortocircuito a tierra que
corresponden a fallas en distintos lugares y condiciones y encontrado el valor
mas desfavorable utilizarlo en el dimensionamiento de la red.
DISTRIBUCIÓN DE CORRIENTE ENTRE DISPERSORES EN PARALELO
La primera aproximación, utilizada en alguna bibliografía fue aceptar una
distribución en corriente continua, ya que la resistencia de la estación, principal
elemento en el que circula la corriente de tierra se considera efectivamente una
resistencia pura, sin reactancia.
El error de esta adopción es no considerar especialmente los acoples
inductivos entre conductores en los que circulan corrientes de falla y cables de
guardia.
Se deben analizar los parámetros del hexapolo que corresponde a un tramo de
línea representada por un conductor, un cable de guardia, una torre y el suelo,
un esquema completo tiene impedancias propias de conductor, guardia, y tierra
y tres mutuas, conductor guardia, guardia tierra, conductor tierra.
Al estudiar el campo de corriente en el suelo de acuerdo a las fórmulas de
Carson todo es como si la corriente se encontrara concentrada a un
profundidad que aumenta con la resistividad y se reduce con la frecuencia,
pero en la proximidad de la estación la corriente que finalmente entra en la red
de tierra se debe considerar cerca de la superficie.
En la determinación de los parámetros se debe tener en cuenta esta hipótesis,
que debe reflejar la cercanía o no del tramo de línea estudiado a la estación.
LÍNEAS DISPERSORAS
La línea presenta dos modos de actuar según se presente corriente en sus
conductores o no.
Cuando no hay corriente de falla en la línea, el cable de guardia se comporta
como un dispersor en paralelo con la resistencia de tierra de la estación, es
como si la resistencia de la estación se redujera por acción de los cables de
guardia de las líneas que llamamos pasivas.
Cuando en cambio una línea alimenta la falla, la corriente en el cable de
guardia es inducida por la mutua impedancia entre este y el conductor,
llamamos a esta línea activa, porque conduce corriente de falla.
Para cada línea se pueden determinar parámetros que permiten encontrar los
valores de corrientes en cada componente.
DISTRIBUCIÓN DE CORRIENTE EN LA ESTACIÓN
Cuando a la estación llegan varias líneas que aportan corrientes de falla, el
problema es determinar la repartición de la corriente entre los cables de
guardia.
Una vez preparados los parámetros de cada línea, y con el fin de determinar la
distribución de corrientes entre cables de guardia y red de tierra de la estación,
se construye un sistema de ecuaciones, una ecuación para cada línea, pasiva y
activa.
Se tienen tantas ecuaciones como líneas, las incógnitas son las corrientes en
los cables de guardia, y en la red de tierra, corresponde entonces agregar una
ecuación mas para la corriente total, la suma de las corrientes de las líneas
debe ser la suma de las corrientes en cables de guardia y la corriente drenada
por la red de tierra.
Son datos las corrientes aportadas por las líneas y la corriente total de falla,
incógnitas las corrientes drenadas por los cables de guardia, y la corriente
drenada por la red de tierra. El sistema de ecuaciones permite resolver el
problema, encontrando los valores incógnitas.
4.13 - CONDICIONES DE PELIGRO - COMENTARIO
Cuando se producen fallas en el sistema y se presentan corrientes a tierra, la
red de tierra asume cierto potencial respecto de la referencia de potencial nulo.
Los valores que caracterizan la seguridad de la red de tierra son las tensiones
de paso y de contacto.
Cuando en las condiciones normales estas tensiones son relativamente
elevadas puede recubrirse el suelo de la estación con un material de alta
resistividad (grava).
Lógicamente, si se utiliza este medio debe garantizarse que la resistividad de la
capa superficial no varía con el tiempo. Si se reduce la resistividad pueden
presentarse situaciones peligrosas.
FÓRMULAS
Para tener en cuenta la capa superficial de material de alta resistividad se
utilizan las fórmula (4.39) y formula (4.40) .
COMENTARIO
Debe notarse que para la tensión del paso se considera 2 veces la resistencia
de contacto pié suelo, mientras que en la tensión de contacto se considera la
mitad.
Efectivamente, en un caso el camino pasa por 2 elementos en serie y en el otro
en paralelo (figura 4.15).
VALORES CARACTERÍSTICOS
La resistencia del cuerpo que debe tomarse es el valor normal mínimo en el
orden de 1000 ohm.
La resistencia de contacto pie suelo que se adopta está dada por la fórmula
(4.41).
El valor de resistividad superficial de la capa de material que cubre el suelo que
se adopta debe ser el mínimo que ésta presentará durante la vida de la
instalación.
Este valor puede resultar de un orden de magnitud superior al suelo natural de
la zona, debiendo tenerse en cuenta que con el tiempo, el material aportado se
irá ensuciando y perderá su elevada resistividad inicial.
La corriente peligrosa se fija con distintos criterios; una práctica es utilizando la
fórmula (4.42).
PRECAUCIÓN
Las corrientes de falla se presentan con una componente continua que es
causa de su asimetría.
La corriente de falla que se utiliza para calcular las tensiones peligrosas debe
tener en cuenta esta situación, en consecuencia se utiliza el valor medio
cuadrático de la corriente de falla, que resulta mayor que el valor eficaz de la
corriente simétrica, dato generalmente informado como corriente de falla
monofásica.
La corriente simétrica debe ser incrementada multiplicándola por un factor que
tiene en cuenta esta situación y que parte de 1 para tiempo de 1 segundo,
llegando a 1.65 para los breves tiempos de 1 ciclo.
4.14 - SECCIÓN DE LOS CONDUCTORES
Los conductores de la red de tierra, y de conexión deben estar dimensionados
para soportar la corriente de falla por el tiempo de duración de la misma.
Las fórmulas que se aplican son las mismas que para los conductores aéreos o
aislados.
Mientras ocurre el fenómeno de conducción de la corriente de falla, el
conductor acumula calor.
Los conductores que conectan los equipos a la red de tierra deben soportar la
mayor corriente de falla que se puede presentar en ellos (que puede ser
bifásica o trifasica).
Los conductores de la red de tierra conducen una parte de la corriente de falla
(monofásica a tierra) y ésta se va repartiendo entre todos ellos.
Los conductores enterrados deben ser en lo posible de gran diámetro, para
asegurar un buen contacto al suelo.
En muchos casos se realizan en planchuela, debiendo superar un espesor
mínimo y una sección mínima, para soportar la corrosión.
Los conductores de las bajadas deben ser protegidos en la zona de transición
aire tierra que es peligrosa por los fenómenos de corrosión que allí se
producen.
La protección de las bajadas, no debe ser hecha con hierro galvanizado por
dos razones, primero incrementa la reactancia de la conexión y segundo se
ponen en proximidad dos metales (hierro y cobre) en tierra húmeda,
debiéndose temer corrosión electrolitica
DISTRIBUCIÓN DE CORRIENTES EN LA MALLA
No todos los conductores de la malla drenan al suelo la misma corriente por
unidad de longitud.
Los conductores periféricos son los que más drenan, mientras que los
interiores drenan sensiblemente menos que el valor medio.
Esto justifica que en ciertos diseños se observe que el mallado no es regular,
siendo mas denso en la periferia y mas ralo en el centro.
JABALINAS
Las redes de tierra de las estaciones eléctricas son relativamente extensas.
Las jabalinas no contribuyen mayormente a drenar la corriente a tierra, ya que
son relativamente pequeñas.
Las jabalinas deben instalarse en los puntos donde se deben drenar las
sobretensiones de impulso.
Cuando es necesario reducir la corriente drenada por la red, para controlar los
potenciales, se instalan jabalinas en la periferia de la misma, que es la zona
donde mejor se aprovechan.
La corriente por unidad de longitud que drenan las jabalinas es sensiblemente
mayor que la correspondiente a los dispersores horizontales.
Debe cuidarse que la corriente que las jabalinas drenan al suelo quede
contenida dentro de límites que no produzcan excesivo calentamiento del
terreno circundante al dispersor.
Si tal fenómeno ocurriera, el efecto es un aumento de resistencia, con aumento
de las tensiones características y de los peligros consiguientes, debido a que
por el calor producido el terreno circundante se seca aumentando su
resistividad.
CORRIENTES IMPULSIVAS
Las descargas atmosféricas que llegan a la estación conducidas por los cables
de guardia, deben ser drenadas a tierra.
También llegan descargas a través de los conductores de fase, y estas son
drenadas por los descargadores y por los objetos de capacitancia hacia tierra
relativamente elevada, capacitores de acoplamiento, transformadores de
corriente, de tensión y de potencia.
Para estas descargas, de frecuencias muy elevadas solo una pequeña parte de
la red de tierra resulta activa y dispersora.
Es conveniente en los puntos donde se presenta esta situación un mayor
adensamiento de la red y la instalación de una jabalina.
Jabalina y cables dispersores ofrecen impedancias a la alta frecuencia que
deben considerarse en paralelo, la corriente impulsiva se divide entre los
caminos y es drenada al suelo por la conductividad transversal que ofrecen
estos elementos.
4.15 - FUNDACIONES
Deben absorber los esfuerzos que la estructura soporte transmite al suelo.
Se identifican las cargas aplicadas, y se desarrollan distintos métodos de
cálculo y verificación.
En general la fundación puede tener forma de paralelepípedo de hormigón, con
cierta armadura (figura 4.17).
Los bulones de anclaje del equipo o del soporte se ubican en agujeros que se
rellenan con hormigón de segunda colada (figura 4.18).
Cuando los esfuerzos son importantes y no se justifica demasiado un mayor
volumen de la fundación, se la puede realizar con zapata.
Los equipos grandes, como los transformadores, requieren fundaciones que
cubren una superficie extensa.
En ciertos casos se prescinde de la fundación, o solo se construye una platea.
Cuando se pueden presentar pérdidas de aceite se puede construir una pileta
cuya finalidad es contener el aceite en caso de grandes pérdidas o rotura de la
cuba.
En los casos donde el peligro lo justifica la solución constructiva es más
sofisticada, la pileta tiene una reja, piedra partida, etc. (figura 4.19).
Cuando se teme la posibilidad de incendio, y la proximidad de otros equipos
hace prever la propagación se construye una pared vertical de hormigón, muro
parallamas.
La altura debe ser suficiente para detener proyecciones de trozos al producirse
una explosión, el espesor suficiente para quedar de pie a pesar del fuego.
5 - LAS HIPÓTESIS DE CALCULO
5.1 - DIMENSIONAMIENTO DE LOS CONDUCTORES DE POTENCIA
La unión entre los equipos, las barras de la estación, las uniones de las barras
y de las líneas, se realizan con conductores que deben ser adecuadamente
dimensionados desde distintos puntos de vista:
- corriente permanente
- sobrecargas de corriente
- cortocircuitos de dada duración
dimensionan la sección del conductor.
En cambio:
- tensión de servicio
- sobretensiones
dimensionan sus diámetros, y sus distancias entre sí y a masa.
- condiciones climáticas, temperaturas, vientos
- condiciones sísmicas
- condiciones de cortocircuito
fijan la capacidad de resistencia mecánica.
LA CAPACIDAD DE TRANSPORTE DE CORRIENTE
Los conductores pueden ser flexibles o rígidos, su sección debe ser capaz de
transportar la máxima corriente permanente, con sobreelevación moderada de
temperatura, que en particular no afecte las características mecánicas del
mismo conductor, ni las características de la aislación en contacto con el.
La corriente permanente se verifica con algún método de cálculo, como el
propuesto por Shurig y Frick, que por otra parte es usado por los conductores
de las líneas aéreas.
La corriente máxima que el conductor puede transportar esta condicionada por
la máxima temperatura aceptada para el conductor, la máxima temperatura
ambiente, la mínima condición de viento, la irradiación solar...
Debe analizarse la correlación de presencia de máximas corrientes,
temperaturas y mínimos vientos.
EL CAMPO ELÉCTRICO SUPERFICIAL
El diámetro y la distancia entre conductores y al suelo afectan el campo
eléctrico en la superficie de los mismos.
El campo eléctrico esta relacionado con el ruido eléctrico, la radiointerferencia,
el efecto corona.
Para reducir el campo eléctrico, en alta tensión se pueden utilizar haces de
conductores flexibles, pero se trata de limitar el número de conductores del haz
para evitar el elevado costo de la morsetería (la morsetería para dos
conductores, es menos costosa que aquella correspondiente a cuatro).
La otra posibilidad de reducir el campo eléctrico cuando los conductores son
rígidos es realizarlos tubulares, con un diámetro relativamente grande para una
dada sección.
El efecto corona depende también de las características de presión y humedad
del aire, eventualmente de la lluvia, se puede evaluar el número de horas en
que cada condición se presenta y juzgar así su aceptación.
CONSIDERACIONES MECÁNICAS - CONDUCTORES RÍGIDOS
Los conductores rígidos tubulares (generalmente) se instalan sobre aisladores
rígidos, y forman con ellos una estructura.
Los conductores en sí pueden considerarse como una viga continua, con
apoyos móviles sobre los aisladores, eventuales articulaciones en la viga.
Las variaciones de temperatura producen variaciones de longitud de la viga, se
debe verificar que los apoyos móviles sean adecuados y no impidan la libertad
de movimiento.
El viento suave es causa de vibraciones debidas a los torbellinos de Von
Karman que con cierta velocidad del viento crean condiciones de resonancia
mecánica, siendo necesario lograr amortiguar estos efectos.
Se utilizan amortiguadores de vibraciones o se resuelve el problema
experimentalmente instalando dentro del tubo horizontal un cable suelto que se
apoya simplemente.
Los vientos fuertes producen el estado de máxima tensión mecánica que debe
ser considerada.
Por razones estéticas frecuentemente se trata de limitar la flecha máxima sin
viento que la barra presenta.
Cuando se hacen las verificaciones de tensión y flecha es necesario considerar
el sobrepeso debido a eventuales accesorios, y cables que se conectan a la
barra.
CONDUCTORES FLEXIBLES
Los conductores flexibles se amarran entre pórticos y pueden ser considerados
como un vano corto de una línea aérea.
Se realizan conductores sencillos o en haz, generalmente es conveniente no
mas de dos. En muy altas tensiones se observan construcciones con tres o
cuatro.
Es importante que la flecha sea relativamente reducida, y también sean
reducidas las cargas que se transmiten a los pórticos, para ello se trata de
limitar el tamaño del vano y se debe preferir el conductor mas liviano, de
aluminio o aleación.
Como los vanos son cortos, generalmente la máxima tensión del conductor se
dará para las temperaturas mínimas, pero si la tensión de la llamada condición
de todos los días (e. d. s. - every day strees) es muy baja, la condición de
máxima tensión puede darse con el máximo viento.
Mientras que para los cálculos de líneas la condición es limitar la flecha, para
limitar la altura de las torres, en los vanos de las estaciones eléctricas la
condición importante es limitar el tiro en las torres para que sus dimensiones y
peso sean limitadas.
Desde el punto de vista mecánico el conductor ideal debe ser liviano, lo que
justifica elegir aluminio o aleación, que para dado diámetro o sección tienen
menor peso por unidad de longitud.
A veces se quiere utilizar el mismo conductor que para la línea, si esta es de
aluminio con alma de acero (solución que puede discutirse para la línea), su
adopción para la estación se demuestra poco conveniente a partir de un simple
cálculo comparativo.
Al profundizar los cálculos se observa que sería ideal que el conductor tuviera
mayor elasticidad, de esta forma tiro y flecha variarían menos con las
condiciones climáticas, y el tiro podría ser menor.
Esto ocurre con las torres, cuando están amarradas de un solo lado y son
suficientemente deformables, pueden ser consideradas como un resorte (que
simula la torre) en serie con el conductor.
En algunos casos se instalan resortes en serie al conductor, en especial
cuando se necesita limitar las variaciones de flecha del conductor para que los
contactos fijos de los seccionadores de apertura vertical (pantógrafo o
semipantografo) no varíen su posición en demasía.
Hasta aquí hemos considerado que los conductores de la estación estaban
amarrados a las torres y hemos despreciado la influencia de las cadenas de
aisladores, esta hipótesis válida para las líneas no lo es tanto para las
estaciones, en alta tensión las cadenas de aisladores son parte importante del
vano.
Al estudiar el funicular formado por las cadenas de aisladores y cables se
pueden suponer tres catenarias, cadena de aisladores, cable y nuevamente
cadena de aisladores, también puede aceptarse la hipótesis de suponer que las
cadenas de aisladores son rígidas (chapa rígida articulada entre torre y cable)
simplificando así el problema.
Pero además del cable están colgados los contactos fijos de los seccionadores
(estribos), y o los cables de conexión, que son pesos no despreciables.
Para reducir y simplificar el problema se puede intentar buscar un cable
equivalente de mayor peso que el real (para tener en cuenta conexiones y
aisladores), y con un módulo elástico que es el resultante de las propias
características del cable, las cadenas de aisladores, la deformabilidad de las
torres (si corresponde).
Justificar estas simplificaciones y equivalencias no es tan simple e inmediato.
CONEXIONES CORTAS
Dentro de la estación hay muchas conexiones cortas entre equipos, y a barras,
cuyas longitudes son de pocos metros.
La limitación importante de estas conexiones es no cargar a los equipos
(exactamente sus bornes) por encima de sus límites admisibles.
No se debe olvidar que los bornes de algunos equipos son naturalmente
débiles; si las cargas son elevadas, habrá que instalar en su proximidad
aisladores auxiliares para descargar el borne.
Estas conexiones también se pueden realizar con conductores tubulares,
rígidos. Cuando la traza del conductor es recta un borne puede ser rígido, pero
el otro deberá ser deslizante para que las variaciones de longitud de la barra
(que se presentan con la temperatura), no sobrecarguen los equipos.
El campo de deslizamiento deberá tener en cuenta también tolerancias de
montaje, asentamientos de fundaciones, esfuerzos de funcionamiento que
pueden variar las distancias entre bornes.
Cuando la traza del conductor es una quebrada, y este no es tan rígido, es
admisible utilizar morsetos rígidos.
Muchas veces se prefiere (por economía) hacer estas conexiones con cables,
que lógicamente no pueden tener una traza recta como las barras rígidas.
El cable flexible no es tan flexible, si se fija al equipo con un morseto rígido, en
su traza observaremos un punto de inflexión, entre el equipo y el punto de
inflexión el cable se comporta como una viga empotrada, mas allá como un
cable tendido.
La viga "empotrada" somete al borne del equipo a un momento flector, que
puede ser una carga crítica. Si el equipo no soporta esta carga el morseto
deberá ser articulado, y no se presentará el tramo de cable que se comporta
como viga empotrada. Pero aún así, según donde esté la articulación podrá
presentarse en el morseto cierto momento flector.
CONDICIONES CLIMÁTICAS
Es necesario para todos estos cálculos conocer las condiciones extremas que
se presentan.
La temperatura mínima y máxima de los conductores son necesarias para los
cálculos, y determinar esfuerzos de dilatación, la temperatura máxima del
conductor debe incluir la sobretemperatura debida a la corriente que se
transmite.
También debe tenerse en cuenta la sobretemperatura debida a corrientes de
cortocircuito, simultánea a la temperatura máxima.
Sin embargo debe pensarse si efectivamente se presenta la máxima corriente
permanente, con la máxima temperatura ambiente, efectivamente el pico de
carga normalmente se produce en las primeras horas de la noche, cuando la
temperatura ya ha bajado de su valor máximo.
Análogamente la máxima corriente de cortocircuito se presenta con la
evolución de la red, además la red debe estar en una dada condición, y es
poco probable que todas las condiciones peores se den simultáneamente.
Los vientos someten al conductor, y a las estructuras a una carga debida a la
presión, proporcional al cuadrado de la velocidad del viento.
La correlación viento temperatura es importante, los vientos elevados se dan
con temperaturas modestas.
Como la temperatura el viento también es un fenómeno estadístico, la
probabilidad de que un anemómetro sea embestido por una ráfaga de cierta
velocidad aumenta con el tiempo de exposición (al viento).
La obra que se proyecta tiene cierta vida útil, el viento de proyecto debe ser
probable en esa vida útil.
Por otra parte la estación es una obra "puntual", o relativamente pequeña, por
lo que en principio es aceptable pensar que la máxima ráfaga la embista toda.
En rigor para aceptar esta hipótesis se debe pensar en una ráfaga del tamaño
comparable a la estación.
El tornado, la caída de aviones, el impacto de misiles son eventos que se
considera no ocurrirán, no se los considera probables.
Por otra parte si ocurrieran eventos catastróficos, es mucho mejor plantearse el
problema de la reconstrucción rápida basada en componentes normalizados, a
intentar realizar una construcción que soporte semejantes solicitaciones.
NIEVE Y HIELO
La formación de hielo sobre los conductores, el depósito de nieve, también son
fenómenos que ocurren y deben ser tenidos en cuenta en el dimensionamiento.
5.2 - EL TERREMOTO
Otro fenómeno natural que afecta estas construcciones es el terremoto, o
sismo, se acepta que si este evento ocurre en la estación se produzcan daños,
pero desea evitarse la catástrofe.
Durante el terremoto se supone que el servicio puede interrumpirse, pero la
estación sin daños graves debe quedar en condiciones de retomar el servicio
en un tiempo razonablemente breve. Se debe asegurar la continuidad de los
servicios vitales.
Se considera que el terremoto no puede ser simultáneo con solicitaciones de
viento importante.
Se trata de minimizar la probabilidad de daño a las personas, evitar el colapso
en caso de sismo de gran intensidad (baja probabilidad), evitar el daño cuando
la intensidad es baja.
Pueden asimilarse los efectos de los sismos a una aceleración vertical de una
fracción de g a la que se superpone un desplazamiento de gran amplitud, en el
dominio de frecuencias 0.1 a 0.2 Hz, un movimiento de velocidad en la banda 1
a 1.5 Hz, y la aceleración entre 15 y 20 Hz. Este espectro se representa en un
diagrama desplazamiento, velocidad y aceleración en función de la frecuencia
(0.1 a 100 Hz).
Las condiciones que se presentan durante el sismo son aceleración horizontal,
velocidad, desplazamiento, aceleración vertical, con valores típicos que
dependen de condiciones del sitio, los valores del terremoto de El Centro
fueron respectivamente 0.33 g, 34 cm/seg., 21 cm, 0.22 g; a continuación se
indica una envolvente de todos los valores posibles 0.5 g, 60 cm/seg., 50 cm,
0.2 g.
APTITUD ANTISÍSMICA
Los diseños preferibles deben ser de baja altura (mayor frecuencia propia), y
las estructuras altas, si no pueden evitarse, deben ser livianas, cables tendidos
con vanos de longitud reducida.
Los pórticos de anclaje deben verificarse, evitar pórticos intermedios en los que
se presentan tracciones diferenciales difíciles de evaluar.
Es bueno minimizar la cantidad de aisladores, y utilizar fijaciones elásticas
amortiguantes, resortes y gomas con histéresis.
El equipo debe soportar solicitaciones verticales y horizontales, que se
amplifican por resonancia.
Deben limitarse los esfuerzos dinámicos transmitidos a aparatos por las
conexiones, esto justifica la preferencia de conexiones en cables.
La otra forma de técnica de adaptación al sismo posible es rigidización, se trata
de alcanzar una frecuencia propia superior a la del sismo y evitar así la
resonancia.
Las únicas fuerzas son las aceleraciones transmitidas por el suelo, caso típico
que se aplica a los transformadores, los accesorios deben estar rígidamente
fijados.
Los soportes si bastante rígidos no entran en resonancia, transmitiendo al
aparato la aceleración del suelo.
Se puede considerar que hay equipos sólidos, se les hace una fundación
rígida, capaz de soportar el 50 % del peso con 0.5 mm de desplazamiento,
equipos esbeltos en los que se busca la sencillez del diseño para lograr
sencillez de cálculo.
ENSAYOS SÍSMICOS
Estudios de diseño apropiados sugieren aisladores fuertes, y un buen
conocimiento dinámico de la estructura.
Se hacen ensayos estáticos, de frecuencia propia y amortiguamiento, útiles
para estudios dinámicos numéricos.
Los ensayos dinámicos se deben hacer sobre mesa vibrante, a frecuencia
variable definen modos de vibración y amortiguamiento de partes, a amplitudes
definidas por la frecuencia, calculadas para los modos de vibración, definidos
por el ensayo a frecuencia variable, y simulando sismos conocidos.
5.3 - ESFUERZOS DE CORTOCIRCUITO
Las distancias entre conductores dentro de la estación, son menores que las
que presentan las líneas, los esfuerzos de cortocircuito son entonces mayores.
Las formas de los conductores, que están bastante lejos de presentar una traza
recta, y la presencia de algunas bobinas (reactores) complican localmente el
problema de la determinación de esfuerzos.
Ya hemos comentado que la máxima corriente de cortocircuito evoluciona
durante la vida de la instalación, a veces varía durante las horas del día.
El valor de la corriente de cortocircuito depende también del punto donde se
produce la falla, y de la sincronización de la falla respecto de la tensión, y del
tipo de falla (trifásica, bifásica).
Generalmente las fallas a tierra no producen los máximos esfuerzos en los
componentes aunque la corriente de falla monofásica puede superar la
trifásica.
Se trata de fijar hipótesis adecuadas para establecer los valores de estas
solicitaciones y como ellos deben afectar al diseño.
Por otra parte el cortocircuito que puede ocurrir en cualquier momento, se
considera que no es posible (probabilisticamente hablando) que sea simultáneo
al viento máximo.
Tampoco se considera posible la simultaneidad con solicitaciones sísmicas.
Las fuerzas de cortocircuito varían con la corriente (alterna), y entre fuerzas,
deformaciones, y estados de tensión de los elementos solicitados, se presentan
ciertos defasajes, por lo que en principio estos fenómenos se estudian en modo
muy simplificado.
Un elemento más complica el problema, las corrientes de cortocircuito
aportadas por las distintas líneas llegan a la barra, en ella la corriente en los
distintos tramos es distinta (y no es en general la máxima).
BARRAS Y CONEXIONES DE LA ESTACIÓN
Las barras y conexiones de una estación eléctrica de alta tensión deben tener
una elevada fiabilidad en relación a las solicitaciones a las cuales están
expuestas en las usuales condiciones de servicio normales y en condiciones
accidentales.
Los eventos que causan solicitaciones de tipo excepcional son las fallas de
cortocircuito, el corte (interrupción) de conductores de una fase o de diferentes
fases, causados ya sea viento, nieve o fenómenos sísmicos.
Estas solicitaciones excepcionales raramente coexisten. Las normas en
vigencia imponen diferentes criterios ya para fijar las hipotéticas peores
condiciones, que los componentes de la instalación eléctrica deben resistir,
como también para verificar su estabilidad.
No deben olvidarse las vibraciones causadas por el viento, que se pueden
aparecer especialmente con vientos modestos, y que estan relacionadas con el
diametro de las barras.
Generalmente para cada estación en examen se propone:
- analizar en forma crítica las normas vigentes.
- definir un modelo y un sistema de cálculo para las solicitaciones de tipo
normal (solicitaciones térmicas, solicitaciones mecánicas causadas por
vibraciones y para las solicitaciones de tipo accidental (solicitaciones térmicas y
mecánicas causadas por corrientes de cortocircuito, solicitaciones mecánicas
causadas por fenómenos sísmicos).
- realizar un proyecto ejecutivo.
- construir a modo de modelo un elemento de barra para efectuar los ensayos y
controles de tipo mecánico.
- preparar especificaciones descriptivas para efectuar, si necesario, pruebas de
simulación de fenómenos sísmicos sobre mesas vibrantes.
En consecuencia los documentos que se deben preparar para estos estudios
son:
- planos constructivos de las barras y de las conexiones.
- especificaciones de las soldaduras, de los elementos, de las barras.
- especificaciones constructivas de tramos lineales y curvos de las barras.
- dibujos constructivos de las bases de los aisladores de soporte de barras.
El proyecto se ejemplifica con detalles que para la solucion tubular, en forma
tipica, se observan en la Figura 11-13.
5.4 - AISLACIONES AUTO-REGENERATIVAS EN UNA ESTACIÓN
El dimensionamiento y la coordinación de las aislaciones de una instalación se
basan:
- en el conocimiento de las solicitaciones dieléctricas a las cuales están
expuestos sus elementos.
- en la verificación del comportamiento que la aislación de cada elemento (en
las condiciones ambientes propias de la instalación) tendrá frente a tales
solicitaciones.
Estos estudios pueden esquematizarse con un diagrama a bloques, figura 1, y
deben efectuarse en la fase preliminar de proyecto de las instalaciones. Los
resultados a los cuales se llega permiten elegir las tensiones de ensayo que
soportan el impulso de maniobra e impulso atmosférico, tensiones que deberán
ser atribuidas al sistema.
Tales valores imponen a su vez una precisa elección de los equipos entre los
de las series comerciales.
No se pueden hacer lo mismo en relación a las aislaciones en aire relativas a
los grandes espacios entre electrodos metálicos, o a lo largo de las superficies
aislantes (contaminables) expuestas al aire.
Para estas aislaciones deben efectuarse dimensionamientos, que son objeto de
condiciones particulares ambientes propias de cada caso particular y que en
consecuencia condicionan el lay-out de la instalación.
Generalmente se propone conducir los estudios y las verificaciones que se
indican a continuación:
a) Control del lay-out de ubicación de las estructuras metálicas de los equipos,
de los transformadores, de las barras y de las conexiones con el objeto de
efectuar:
- el dimensionamiento de los conductores tubulares o de cable para las
conexiones de los distintos aparatos, las bajadas de las barras, las líneas
aéreas y los hilos de guardia.
- elección del tipo de morsetería de conexión entre equipos, entre estos y
barras.
- elección de los tipos de morsetería de conductores en general y la de los hilos
de guardia y conexiones de puesta a tierra.
- elección de los elementos para uniformar el campo eléctrico (los anillos de
guardia por ejemplo) y espinterómetros.
- elección de anillos para los aisladores de columna y cadenas de amarre de
las líneas aéreas.
b) Verificación de las dimensiones reales de los espacios en aire y clasificación
de su aptitud para soportar:
- el riesgo de descarga de sobretensiones de maniobra, atmosféricas, para las
aislaciones auto-regenerativas obtenidas instalando, de acuerdo al lay-out, el
material seleccionado y control de que el riesgo no supere los límites
prácticamente admitidos.
- para soportar los efectos del fenómeno corona producido por los conductores,
por la morsetería y por los aisladores y verificación que los niveles
permanezcan en las bandas admitidas por las normas vigentes.
Para integrar los estudios indicados se preparan los documentos siguientes:
- esquema de la instalación.
- especificaciones técnicas de los materiales.
- informe correspondiente al examen de los ensayos de tipo y de aceptación de
los materiales.
- descripciones y especificaciones de ensayos especiales o complementarios, a
los que desarrollan los fabricantes.
- informes de soporte, para los inspectores de los ensayos y para la
interpretación de los resultados.
- descripciones y especificaciones para la ejecución de controles y pruebas de
puesta en marcha de la planta.
LOS AISLADORES
Las características de aislación que debe tener la estación, fijan las
características de los aisladores, y su capacidad de soportar las distintas
solicitaciones (representadas en particular por los distintos ensayos que se
hacen para comprobar la aislación).
Además los aisladores deben soportar las fuerzas que les transmiten los
conductores, barras o cables.
Se tienen cadenas de aisladores, con los herrajes adecuados, que tensan los
cables entre los pórticos.
El sobredimensionamiento de estas cadenas trata de evitar que sobre ellas se
produzca un arco, la rotura de la cadena de barras es catastrófica para la
estación.
La rotura de una cadena de una derivación que cruza las barras produce un
cortocircuito en barras, catástrofe inadmisible.
En algunos casos las cadenas son dobles, para reducir las solicitaciones de los
aisladores.
Las barras casi nunca están sostenidas por cadenas de suspensión, en general
solo hay retenciones.
Las cadenas de suspensión se utilizan (en los cuellos muertos) para fijar los
conductores flojos que podrían balancearse y causar falla.
Las barras rígidas son soportadas por aisladores de columna, que deben
absorber esfuerzos.
Las mayores limitaciones de los aisladores de columna son su limitada
resistencia al momento flector en la cabeza, razón que obliga a que haya una
articulación entre barra y aislador (morsetería no rígida), en cambio tienen
enorme resistencia a la compresión.
En algunos diseños los aisladores de columna se utilizan para suspender
conductores.
A veces los aisladores de columna se utilizan para sostener barras hechas de
conductores flexibles, aunque este diseño no aprovecha las ventajas que
presentaría el conductor rígido.
Cuando se hace un diseño con aisladores de columna es lógico tratar de
utilizar el mismo tipo que tienen los seccionadores, para unificarlos si presentan
conveniencia.
CONTAMINACIÓN DE LOS AISLADORES
Dependiendo de condiciones ambientes (proximidad de industrias, del mar),
sobre las superficies y en particular de los aisladores se producen depósitos
llamados genéricamente contaminación.
La lluvia limpia los aisladores, pero si esta no es suficiente, o con ciertos
contaminantes (cemento) la suciedad se acumula.
La superficie aislante, contaminada, sucia, cuando se humedece presenta una
corriente superficial, que produce evaporación quedando zonas de alta
resistividad, la distribución de tensión no es la que corresponde al diseño y se
producen arcos sobre las partes secas.
La raíz del arco se desplaza y expande, la corriente de fuga es representativa
del estado de contaminación, se alcanza una corriente critica y se presenta
perdida de la aislación (independientemente del método de contaminación).
Las pruebas de contaminación se hacen definiendo un grado de
contaminación, aplicando la tensión fase tierra, hasta que se observa el
contorneo del aislador.
5.5 - MORSETERIA
El campo eléctrico en la superficie de los conductores esta determinado por el
tamaño del conductor, o del haz, y la calidad (superficial) del conductor.
También la forma de las partes que están bajo tensión, de los equipos, debe
diseñarse para que el campo eléctrico sea controlado.
Los conductores se unen a los equipos con morsetos (de conexión) y estos
afectan el campo eléctrico local, en muchos casos se hacen necesarios anillos
equipotenciales para controlar el campo.
Análoga situación se presenta cuando el conductor se amarra o apoya sobre el
aislador.
La buloneria de la morseteria debe estar "disimulada" para que no genere
puntas en las que se presenta elevado campo.
La importancia del campo eléctrico lógicamente depende de la tensión, sin
embargo este detalle, que es muy cuidado en las tensiones mas elevadas,
también debe ser controlado en las tensiones mas bajas.
Campos eléctricos intensos son causa de radiointerferencia y otros disturbios
que contaminan el espacio y deben controlarse.
La morsetería puede cumplir funciones mecánicas, de fijación, también realizar
la conexión eléctrica, y frecuentemente transportar corriente.
Los materiales de los terminales, o elementos, que los morsetos unen deben
ser compatibles, los equipos en general han tenido bornes de cobre o bronce (a
veces plateado), sólo mas recientemente se ha difundido el aluminio, los
conductores en cambio desde hace mucho tiempo se hacen de aluminio, la
morsetería debe ser adecuada para no generar pares electrolíticos
(bimetálicos).
A veces se utiliza en la separación de los dos metales una chapa de material
bimetálico (cobre aluminio con penetración molecular) y algunos fabricantes de
morsetería tienen la técnica del llamado ánodo masivo, el morseto debe ser de
tamaño importante.
La morsetería debe unir bornes de distinta forma, con conductores.
Los bornes frecuentemente son cilíndricos, también los hay planos, a veces al
borne plano se le agrega el cilíndrico, pero el criterio a respetar es minimizar el
número de superficies de contacto en serie.
Deben evitarse soluciones constructivas que con objeto de unificar los
morsetos obligan a que los bornes de los equipos sean todos del mismo tipo,
es preferible que el borne sea el "natural" del equipo, sin aditamentos, aunque
esto conduzca a cierta variedad de los morsetos.
La especificación del morseto debe definir que elementos une, borne cilíndrico,
zapata plana, cable, barra, indicando en cada caso tamaño, material,
eventuales perforaciones (que quizás pueden dejarse para obra), eventuales
bulones (tornillos, tuercas, arandelas, arandelas elasticas y de bloqueo).
La unión del morseto al elemento unido puede ser de presión, abulonado con
tornillos (de acero inoxidable, o material resistente y que no es agredido), pero
también sobre cables puede ser de compresión.
La Figura 11-14 muestra las combinaciones de conexiones que pueden darse
entre aparatos y conductores, y las soluciones necesarias de morseteria que se
plantean. Un campo tipico con las necesidades de morseteria, y como se
clasifican, es mostrado por la Figura 11-15 que desarrolla tambien la planilla de
materiales, y la especificacion de los morsetos.
La morseteria de barras puede observarse en los esquemas tipicos de la Figura
11-13, esta morseteria tambien frecuentemente puede ser evitada,
prefabricando los tramos de barras con soldadura.
Frecuentemente los tramos largos deberán soldarse. Dos tubos soldados se
refuerzan introduciendo debajo de la soldadura otro tubo que calza forzado de
manera de garantizar un elevado momento de inercia local (momento
resistente).
Los accesorios que complementan el tubo son: soportes deslizantes, soportes
fijos, juntas de dilatacion, tapa extremo del tubo, cable amortiguador (que se
pone dentro del tubo como solucion posible a las vibraciones).
La morseteria especialmente de aluminio, exige cuidadosa limpieza de las
superficies a unir, se utilizan grasas neutras para retardar la oxidación de la
unión.
La morsetería de las cadenas de aisladores, requiere poder ajustar la flecha, es
necesario medir cuidadosamente el conductor, un tensor (con roscas derecha e
inversa) permite el ajuste fino, a veces se utiliza una chapa con varias
perforaciones que facilita el ajuste pero grueso.
Algunos componentes de la morsetería, como los compensadores de tiro por
ejemplo, pueden tener elementos aislantes, bujes de teflon por ejemplo, y
deben ser cortocircuitados para evitar diferencias de potencial entre partes,
solo los aisladores (reales) deben soportar diferencias de potencial.
5.6 - SOPORTES DE EQUIPOS
La función es unir la fundación con el equipo, el soporte está entonces
condicionado a la forma del equipo.
Los soportes pueden ser columnas simples, pueden ser también pares de
columnas unidas por uno o mas travesaños, o un grupo de tres o cuatro
columnas formando una "mesa" que sostiene el equipo.
Los materiales con que se hacen los soportes pueden ser:
- hormigón armado, pretensado, centrifugado, o hecho en obra...
- acero reticulado.
- acero tubular.
La fijación del equipo al soporte se hace con bulones cuando el soporte termina
en una chapa de acero o perfiles, cuando es hormigón se empotran algunos
bulones, la nivelación se hace con arandelas o chapas U.
Todo el material de hierro generalmente es galvanizado por inmersión en
caliente para asegurar inmunidad al ataque de la atmósfera, y en particular el
agua.
El soporte se empotra, o se fija con bulones de anclaje (cuando metálico).
Algunos equipos incluyen el soporte (frecuentemente los interruptores), y estos
se anclan directamente a la fundación.
5.7 - FUNDACIONES
Estas son bloques de hormigón macizo, por cada soporte simple un bloque, si
el soporte es doble es conveniente un único bloque para que no se presenten
movimientos relativos entre patas que sostienen un mismo equipo.
Algunos aparatos tripolares tienen transmisión mecánica entre polos
(seccionadores, interruptores), también para estos, aún con independencia de
columnas soporte debe preferirse la fundación única para el aparato tripolar.
Cuando en cambio los aparatos solo están unidos por cables (conexiones de
potencia) puede admitirse desplazamiento relativo entre ellos, debidos a
deformaciones o asentamientos del suelo.
Un estudio de suelos cuidadoso, y un cálculo de fundaciones estudiado, serán
justificados por la economía de hormigón.
5.8 - TORRES Y FUNDACIONES
Las estructuras terminales de las líneas, y de amarre de las barras (de cables),
requieren construcciones relativamente altas y sólidas.
Los amarres de barras pueden realizarse con un pórtico con un travesaño que
solo sirve a un campo, o a veces una viga continua, y columnas de soporte.
Estas estructuras frecuentemente son reticuladas, en algunos casos de acero
de alma llena, también se realizan de hormigón (pero resultan estructuras muy
pesadas).
Las fundaciones son de tamaños muy grandes, a veces están realizadas con
bloques independientes (uno por cada pata).
5.9 - CAMINOS Y CIRCULACIÓN
En la estación se presentan problemas de circulación que deben ser
contemplados en el proyecto.
Durante el montaje, el mantenimiento, es necesario circular en la estación, y
prever algunos caminos que faciliten el acceso a determinados puntos (de
frecuentes acciones).
El transporte de los transformadores es un problema que debe resolverse bien
para el primer momento, los grandes carretones exigen un estudio particular,
en algunos casos, pero muy poco frecuentes, se repite la necesidad de
transporte durante la vida de la instalación, ya por fallas, o por necesidad de
cambiar el equipo.
El resto de equipos no presentan dificultades particulares, con camión y grúa
es suficiente para ellos.
El acceso a la estación también debe ser resuelto, hay un gran esfuerzo de
transportes y movimiento durante el montaje, y necesidades del personal y de
mantenimiento a lo largo de la vida de la instalación.
Un elemento que frecuentemente se integra con los caminos son las
canalizaciones, de las que deben definirse formas y trazados, y que recorren el
área desde los equipos a los kioscos y el edificio.
6 - LA DOCUMENTACIÓN DE PROYECTO
ing. Norberto I. Sirabonian - ing. Alfredo Rifaldi
Una obra pasa por distintas etapas, inicia con ideas, y finalmente se transforma
en objetos materiales, una construcción.
Se pasa por distintas etapas, anteproyecto, proyecto, obra, y la documentación
correspondiente también, pasa por documentación de anteproyecto, proyecto, y
conforme a obra.
El objetivo de la documentación en las primeras etapas es finalmente el hecho,
la construcción, cuando se finaliza en cambio el objetivo es conocer como está
hecha la obra para acciones necesarias a lo largo de su vida (aún la demolición
si así fuera).
En cada etapa del trabajo los documentos deben incluir solo la información útil
en esa etapa.
La pregunta es: Que es un proyecto?, trataremos de definir que es y aplicar los
conceptos materializándolos en el proyecto de una estación eléctrica.
6.1 - DEFINICIÓN
Un proyecto es la materialización (ejecución) de una idea volcada en
documentos (planos), que finalmente se realiza (materializa) con la obra y
explotación, y contempla distintas etapas:
- ingeniería básica
- ingeniería de detalle
- ingeniería de obra
6.2 - INGENIERÍA BÁSICA
Define los lineamientos generales e ideas básicas del proyecto. Estas ideas y
definiciones del proyecto son los pilares en los que se basará la ingeniería de
detalle, para la ejecución de los planos constructivos.
La ingeniería básica es desarrollada por un pequeño grupo profesional, en
comparación con el que realiza la ingeniería de detalle mas numeroso, elabora
planos, especificaciones técnicas y pliegos de licitación (si corresponden).
Como ejemplo podemos mencionar para el caso que nos ocupa que la
ingeniería básica define:
- el estudio de la red, corrientes nominales, sobretensiones y niveles de
aislación, condiciones de desarrollo futuro, tensiones de servicio máximas y
mínimas, necesidades de regulación.
- ubicación de la estación transformadora. Ubicación física, y orientación de la
estación eléctrica respecto de las líneas, y otras exigencias.
- esquemas unifilares: (de la estación, de los servicios auxiliares): sistemas de
barras, corrientes nominales (barras), tensiones de servicio (maximas y
minimas), tensiones de servicios auxiliares, tensiones de auxiliares,
coordinación de características eléctricas.
- disposición de equipos (lay-out), distancias entre fases, distancias a tierra,
alturas de los conductores, soportes, tipos de pórticos.
- dimensiones generales del edificio de comando, necesidades, definición de
locales y niveles.
- definición de equipos y especificacion, características, interruptores (medios,
principios de interrupción si alguna razón obliga a preferencias), seccionadores
(formas constructivas, cuando afectan el diseño, semipantógrafo, de apertura
horizontal, una o dos columnas, polos paralelos o fila india), protecciones
(características, tipos, electromecánicas o de estado sólido, combinación con
comando y señalización), panel de comando, panel de medición, panel de
protección, telecomando, teleprotección, etc.
- definición del cableado, kioscos, armarios de conjunción, borneras de
interconexión, tipos de cable a utilizar en las distintas funciones (multipolares
simples, con blindajes, eventual armadura, etc.).
- esquemas funcionales básicos.
- eventual pliego de licitación.
Es bueno reflexionar al desarrollar la ingeniería básica preguntándose que
desea obtenerse de esta tarea, sabiendo que será seguida por una ingeniería
de detalle, que es constructiva.
La ingeniería básica no es constructiva, con los planos disponibles en esta
etapa no se pretende construir, ni montar equipos.
La documentación de ingeniería básica permite cotizar la obra, o el montaje
con suficiente aproximación, pero no permite construir la obra, es necesaria la
ingeniería de detalle.
6.3 - INGENIERÍA DE DETALLE
Quien realiza este trabajo, se ajusta en un todo a los valores y especificaciones
de la ingeniería básica, realizando la ingeniería de detalle conforme a normas,
respetando las reglas del arte, la seguridad.
La ingeniería de detalle, se ajusta a la ingeniería básica (admitida correcta), es
siempre conveniente antes de iniciar esta etapa, someter la ingeniería básica a
una cuidadosa revisión, detectando las observaciones que merezca, y
proponiendo las mejoras que correspondan.
La realización de la ingeniería de detalle requiere consultas a la ingeniería
básica, éstas deben realizarse a través del comitente, o un sector de
coordinación, para atenuar o exaltar adecuadamente el problema.
La ingeniería de detalle, se debe realizar conforme a normas, reglas de arte, y
criterios de seguridad, todo esto debe ser también discutido convenientemente
al inicio de este trabajo.
Salvo obras de poca monta, la relación entre los que ejecutaron la ingeniería
básica, y los que desarrollan la ingeniería de detalle, no se mantienen
directamente, sino se hacen a través del Comitente.
En esta etapa se convierte la información provista por la ingeniería básica en el
diseño detallado de la obra, de manera de permitir la compra y o construcción
de sus elementos constitutivos, y su montaje en forma correcta cumpliendo los
requerimientos técnicos de la instalación.
Integran la ingeniería de detalle: planos, planillas, croquis, memorias de
cálculo, especificaciones técnicas, en forma tal que permitan realizar al
contratista los trabajos indicados.
La ingeniería de detalle comprende para el caso que nos ocupa el desarrollo
del proyecto constructivo y las instalaciones de las distintas disciplinas,
electricidad, arquitectura, obras civiles, estructuras, etc.
La ingeniería de detalle se fundamenta en la ingeniería básica, tomando los
lineamientos indicados y desarrollando planos constructivos.
Tiene como nueva variable la definición precisa de los equipos a montar (que
ya se han adquirido), es decir cuenta con planos certificados de los mismos, y a
medida que avanza la fabricación los planos se convierten en conformes a
fabricación.
Se dispone entonces de planos de: interruptores, seccionadores, tableros,
transformadores de potencia, de tensión, de corriente, etc.
Con estos datos se elaboran los planos de obra, definiendo con precisión para
las distintas especialidades:
- electricidad:
- esquemas unifilares
- esquemas trifilares
- esquemas funcionales de comando, protecciones, enclavamiento.
- disposición de equipos en playa (lay out).
- ubicación de la estación en el terreno (relación a líneas y otras obras
exteriores).
- dimensiones del edificio de comando.
- ubicación de tableros y paneles dentro de los edificios.
- segregación de tensiones.
- planillas de borneras.
- cableados dentro de paneles (pueden corresponder al proveedor de tableros).
- cableados entre paneles y equipo se playa.
- listas de cables.
- tablas de tendido de barras (conductores flexibles)
- cómputos de materiales.
- planos de puesta a tierra.
- especificaciones técnicas de construcción,
provisiones complementarias, montajes.
- Arquitectura y obras civiles.
- planos de replanteo, nivelación y movimiento de tierra.
- planos arquitectónicos del edificio de comando, y otros edificios
(planta, cortes, frentes, detalles constructivos, carpintería, etc.).
- planos de instalaciones varias en edificios (agua, gas, electricidad, desagües,
etc.).
- planos de caminos y pavimentos.
- planos de desagües pluviales y sanitarios.
- planos de pilotajes (si necesarios).
- planos de encofrado, armaduras de fundaciones y
estructuras de hormigón armado.
- planillas de doblado de hierros.
- planos generales de estructuras metálicas (pórticos, soportes de equipos,
etc.).
- especificaciones técnicas de construcción, provisión y montaje.
- planillas de cómputos de materiales.
Los documentos que se emiten en etapa de ingeniería de detalle son:
- planos
- memorias de cálculo
- especificaciones técnicas
- planillas de materiales
- informes de ensayo
La denominación genérica que se da a todos estos documentos es "planos".
En rigor se los puede separar en documentos escritos (textos), y documentos
dibujados (simbólicos).
LOS PLANOS
Con ellos la obra se construye. Es el producto final de la ingeniería de proyecto.
Deben ser claros, autosuficientes, sin necesidad de recurrir a otros planos para
su entendimiento (comprenderlos), salvo en lo complementario.
Al respecto tendrá indicados en sus referencias los planos, o documentos en
los cuales esta basado (antecedentes), o lo complementa. En el caso de planos
de ingeniería de detalle se debe recordar que con ellos se construye la obra.
No deben dejar margen de creación a la obra, salvo en detalles menores, y
para salvar esta necesidad se hacen planos de típicos de montaje, y detalles
constructivos.
Todos los planos deben ser en lo posible del mismo tamaño, para facilitar su
archivo, y el manejo de los mismos en obra.
Se recomienda el tamaño 840 x 600 mm (correspondiente a la norma IRAM
tamaño A1) o medidas similares fijadas por las normas de aplicación
correspondientes.
Antes de ejecutar un plano conviene bosquejarlo en un croquis, a mano alzada,
mostrando lo que se desea.
Una vez ejecutado un plano, se lo envía PARA APROBACIÓN, al comitente o a
quien corresponda, y a su regreso con o sin observaciones, realizadas las
revisiones que correspondan se lo emite APTO PARA EJECUCIÓN o
APROBADO PARA CONSTRUCCIÓN.
Hasta su aprobación un plano puede sufrir varias revisiones, es necesario
establecer una manera adecuada y clara de reconocer las sucesivas
revisiones.
Se puede actuar de la siguiente manera:
- sin identificar, la primera emisión
- las sucesivas revisiones se identifican con: a, b, c, ...
Toda revisión debe tener indicado lo modificado respecto de la anterior,
generalmente lo revisado se incluye en una nube y un triangulito con la letra
correspondiente a la revisión.
Cada nueva revisión corresponde la limpieza de las anteriores; el objeto de las
nubes es que no queden dudas respecto de las modificaciones hechas.
Finalmente una revisión es aprobada y entonces el plano se emite limpio, sin
nubes, PARA CONSTRUCCIÓN, en revisión 0 (cero).
En este punto es deseable que el plano no sufra más actualizaciones, pero
puede ocurrir que nuevas informaciones obliguen a modificar los planos,
generando ulteriores revisiones:
- que sucesivamente se numeran: 1, 2, 3, ...
Lógicamente se califican PARA CONSTRUCCIÓN, debe evaluarse por el
avance de la obra y por la magnitud si tiene sentido hacer este trabajo, es
importantísimo que esto no genere papel inútil, o peor aun confusión, en
particular en la obra (las modificaciones llegaran en tiempo útil a la obra).
Con la metodología indicada anteriormente se tiene finalmente volcada en los
planos, toda la historia de sucesivas modificaciones.
Las revisiones tienen indicadas dentro de una nube las modificaciones, y
dentro de un triangulito se indica la codificación de la revisión, en cada revisión
se borran las nubes de las revisiones anteriores.
El objeto de las nubes es poner en evidencia en forma clara y precisa, las
modificaciones de un plano respecto de la versión anterior, individualizándolas
y no dejando lugar a dudas.
Hay dos momentos en un proyecto en los cuales un plano se encuentra limpio
de nubes, luego de su primera emisión:
al momento de la revisión cero (0) Apto para ejecución
cuando se hace Conforme a obra
El plano conforme a obra es aquel, como su calificación indica, que tiene
asentadas las modificaciones realizadas en obra, indica como se ha construido,
sus cotas, montado, conectado, etc. un equipo.
Estos planos son de suma importancia ya que de ellos se valdrá el personal de
explotación, para la operación y mantenimiento, y serán documentos que se
utilizaran eventualmente en el futuro para el desarrollo de la ingeniería de
eventuales modificaciones o ampliaciones.
Los planos para aprobación no se deben emitir para la obra, solo causan
confusión, solo deben llegar al comitente, cuando se emiten Aptos para
ejecución, deben ir a la obra y al comitente, las actualizaciones posteriores es
indispensable que la obra las reciba y tome nota de su importancia
sustituyendo las versiones superadas.
El plano tiene ahora asentadas las modificaciones realizadas en obra, y
certifica como quedó construido, montado, conectado, etc., un equipo, o
realizada una construcción o instalación.
Los planos son de suma importancia, acompañan la vida de la obra, de ellos se
vale el personal de explotación para la operación y el mantenimiento de la
estación eléctrica y también son los documentos que se utilizarán en el futuro
para desarrollar la ingeniería de ulteriores ampliaciones.
Los planos que se emiten para la obra son los calificados PARA
CONSTRUCCIÓN, los planos PARA APROBACIÓN, a la obra solo le interesan
para información, pero en general no llegan a ella para evitar confusiones, solo
se le envían cuando se requiere de la obra comentarios útiles para el montaje.
LAS MEMORIAS DE CALCULO
El objeto es conservar documentadas las razones de las decisiones tomadas al
adoptar una determinada solución, a veces se tienen varias opciones y se debe
optar, estas memorias se emiten al comitente para aprobación.
Aprobadas por el comitente, se tiene el visto bueno para llevar adelante el
proyecto de la propuesta adoptando la solución. Para no atrasar la ingeniería,
frecuentemente no se espera esta aprobación, en la esperanza que estos
documentos sean correctos.
El proyecto recién adopta dicha solución, una vez aprobada la memoria de
cálculo, generalmente este documento no interesa a la obra, ni al eventual
contratista de obra.
En cuanto a revisiones, referencias, etc. reciben el mismo tratamiento que los
planos... a veces por el tipo de memoria (imaginemos un cálculo de
cortocircuito) el cartel APROBADO PARA CONSTRUCCIÓN es jocoso, debe
usarse simplemente el APROBADO.
La claridad de las memorias es importante, se deben separar los puntos que
las componen en forma evidente, por ejemplo:
- objeto.
- alcance.
- premisas de cálculo, hipótesis, datos.
- metodología de cálculo, programas utilizados, desarrollo del cálculo.
- resultados de cálculo.
- conclusiones.
Deben incluir dibujos simplificados, gráficos claros, generalmente se organizan
separando texto, tablas, gráficos, ya que en general cada parte recibe distinto
tratamiento en su elaboración.
Algunos pretenden tener las conclusiones al principio de la memoria... esto no
es fácil a nivel de elaboración, se puede hacer al finalizar el trabajo
reordenando el texto... pero generalmente se tendrán conclusiones sin
premisas, y la lectura de la memoria completa resultara mas dificultosa.
LAS ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
Las especificaciones técnicas deben definir con claridad como debe realizarse
(técnicamente) ciertas tareas a cargo del contratista.
O bien especifican que se desea recibir como provisión de determinado equipo.
Es importante destacar que debe distinguirse lo que se desea (que!), y como se
debe hacer (como!), esto último es menos importante cuando quién hace es
idóneo, normalmente la especificación de ingeniería dirá que se debe hacer, y
la de obra explicará como se hará.
Las especificaciones técnicas deben definir la función, no deben ser un manual
de construcción del equipo, esto es responsabilidad del proveedor, el ingeniero
de proyecto no es ingeniero de producto.
La calidad que desea obtenerse debe estar basada en las normas, la sola
mención de las mismas es la que fija (es suficiente para obtener) la calidad del
producto.
Para controlar la calidad, en los pasos intermedios de fabricación se debe
controlar el cumplimiento de los diferentes requerimientos de las normas.
Dentro de una misma provisión no es posible mezclar normas, no es válida la
aplicación de la frase: deberá cumplirse la norma mas rigurosa entre las
siguientes...
Las especificaciones técnicas deben tener una forma similar a las memorias de
cálculo, fijando puntos en forma clara similarmente a las memorias de cálculo,
pero sin hacer múltiples referencias cruzadas a la documentación de proyecto,
para evitar tener que transmitir un paquete de especificaciones cuando solo se
desea un producto.
La claridad de las especificaciones es importante, se deben separar los puntos
que las componen en forma evidente, teniendo especialmente en cuenta que
estos documentos afectan a empresas que no trabajan dentro del proyecto, y
debe facilitarse la rápida comprensión para lograr una cotización conveniente;
lo puntos a incluir en la especificación son por ejemplo:
- objeto.
- alcance.
- características generales, normas de aplicación general.
- características particulares, normas particulares.
- planilla de datos, informativos y garantizados.
- ensayos y seguimiento de la producción.
En cuanto a revisiones, referencias, etc. reciben similar tratamiento de los
planos.
Conforme avanza la gestión de compra puede haber una negociación que
supere partes de la especificación, notas que aclaren, etc. si bien se trata de un
trabajo adicional, es conveniente actualizar la especificación haciéndola
conforme al contrato, e incluyendo en ella datos de la provisión y citando en
ella los documentos de la provisión (planos de proveedor), esto facilita el
trabajo de proyecto de detalle ya que informa sobre el equipo adquirido.
La herramienta que se tiene para comprobar finalmente la calidad del producto,
son los ensayos de recepción, que también producen resultados a incluir en la
especificación, conformándola a la provisión.
PLANILLAS DE MATERIALES.
En estas se definen los materiales requeridos, en forma precisa y clara (pero
sobre todo breve) detallando las cantidades necesarias que surgen del
cómputo de la obra, con mayoraciones eventuales debidas a criterios que
dependen de como se ha computado.
Pérdidas (robos) y recortes exigen eventuales ulteriores mayoraciones que
entran bajo la responsabilidad del contratista de montaje, como trabaja, como
cuida del material.
Ulteriores materiales, se juzgan menores o de consumo, y no se computan
considerándoselos parte no significativa, pero si deben ser provistos para
realizar el montaje.
El cómputo de los materiales menores, por ejemplo:
- cinta aisladora, hilo de atar...
- borneras, anillos indicadores, prensacables...
- terminales de cables de comando, medición...
corresponde al contratista del montaje, que generalmente lo hace con la
ingeniería de obra, o con estimaciones basadas en su experiencia.
Como para los otros documentos ya vistos revisiones, referencias, etc. reciben
similar tratamiento.
COMENTARIO
Sobre los distintos documentos se agregan referencias que justifican su origen,
interrelaciones.
Generalmente una Memoria de cálculo, junto con los croquis preliminares
generan la base de proyecto de un determinado detalle.
Posteriormente este se materializa en un plano, que muestra la solución
adoptada (y como realizarla).
La solución adoptada trae como consecuencia la necesidad de materiales y
equipos cuyos requerimientos se vuelcan en planillas de materiales y
especificaciones técnicas.
Las planillas de materiales tienen por objeto fijar las cantidades necesarias de
cada componente, las especificaciones técnicas fijan en cambio características
y calidad de los componentes.
Surge en consecuencia que solo deben realizarse especificaciones técnicas
para equipos y componentes que lo merezcan por su importancia.
Cuando en las planillas de materiales se especifican los materiales en forma
demasiado concisa, se hace necesaria alguna frase que fije el nivel de calidad
deseado, esto se logra citando la norma, o bien con una hoja anexa a la planilla
que especifica nivel de calidad y ensayos.
Este tipo de necesidades están muy ligadas al mercado que proveerá los
materiales, y a eventual imposibilidad (prohibición) de citar marcas especificas
para asegurar la calidad.
Los interesados directos de estos distintos documentos son:
- la oficina de compras, que requiere planillas de materiales y especificaciones
técnicas, y eventualmente el asesoramiento de la oficina de proyecto para
alguna discusión con oferentes primero y proveedores después, y finalmente
asesoramiento para los ensayos.
- la obra, que requiere planillas de materiales (con detalle de lo efectivamente
comprado), en general no utiliza las especificaciones de compra, sino parte de
la información conforme a la provisión, y los planos de proyecto.
En rigor es conveniente que la obra posea toda la documentación para
disponer de los elementos de juicio que le permitan superar eventuales
dificultades con el adecuado apoyo de ingeniería que tiene la responsabilidad
de proyecto.
Las memorias de cálculo tienen como destino el departamento de ingeniería de
quien operará con la obra (comitente), ya que utilizará esta documentación
frente a dificultades que aparezcan con el tiempo, o como base para mantener
los criterios fijados en futuras ampliaciones.
6.4 - ESTIMACIÓN DE INGENIERÍA
El proyecto se debe lograr realizar en tiempo y forma, por lo que es necesario
evaluar la mole de trabajo a desarrollar, organizar la modalidad de trabajo,
repartir las tareas, suplir imprevistos, fijar prioridades...
El trabajo de proyecto es esencialmente un trabajo mental, por lo que el
recurso que se emplea es el hombre, con las condiciones de idoneidad para la
tarea que debe hacer.
Se presupone que se contará con el recurso adecuado, y entonces el trabajo a
hacer se evalúa en meses hombre, u horas hombre que insumirá finalmente el
proyecto.
Para la estimación se parte generalmente de la lista de actividades, tareas, que
se deben desarrollar, frecuentemente se utiliza la lista de planos preliminar que
se prevé ejecutar.
Utilizar la lista de planos tiene un defecto, muchas actividades quedan ocultas,
y pueden no ser correctamente estimadas por esta razón, de todos modos
frecuentemente esta es la modalidad que se utiliza para estimar el trabajo.
Se denomina genéricamente planos a todos los documentos que corresponden
a la ingeniería a desarrollar, ya hemos hecho esta aclaración, la documentación
incluye planos propiamente dichos, especificaciones, memorias, planillas...
Con la lista de planos (o mejor de actividades), se estima para cada uno las
horas hombre que insumirá para distintas categorías de personas que
intervendrán en su realización:
- ingeniero
- proyectista
- dibujante
De la suma de estas horas surge la estimación total del trabajo, finalmente en
meses hombre.
La ejecución total de la ingeniería exige un encadenamiento de tareas, de una
misma disciplina, como también de distintas disciplinas, y con los proveedores,
las horas hombre previstas deben distribuirse en el tiempo de acuerdo a estas
condiciones.
Otro condicionante es que a veces un mismo especialista (presentado como
recurso escaso) se debe ocupar de varias tareas , que no deben en
consecuencia ser simultáneas, esta es una situación importante a considerar y
respetar cuando se trata de realizar el cronograma de tareas.
Con estas consideraciones quedan definidas las necesidades de personal en
cada momento del desarrollo de la ingeniería, vacaciones y sucesos aleatorios
también deben considerarse, se debe tratar de que en todo momento no se
produzcan valles, ni picos en los requerimientos del recurso de personal.
Es conveniente dividir al personal en grupos, equipos, que crecen a medida
que avanza el proyecto y lo requiere la actividad, y luego gradualmente se
reducen cuando el trabajo llega a su fin.
Cada equipo debe mantenerse durante el mayor tiempo posible de desarrollo
del proyecto, sus integrantes son en definitiva los conocedores de los detalles
del desarrollo del proyecto.
6.5 - APOYO A LA OBRA
Quienes ejecutan la ingeniería de detalle deben realizar periódicas visitas a la
obra, recogiendo los inconvenientes y los aciertos de las distintas soluciones y
detalles volcados en los planos.
Esta es una útil experiencia a tener en cuenta en los futuros proyectos.
Otra tarea importante es discutir preliminarmente ciertas ideas de desarrollo de
la ingeniería, ya que ésta deberá ser realizada por la obra, y se debe tratar de
facilitar su trabajo.
La obra requiere de cierto apoyo de ingeniería al momento de ejecución de su
trabajo, y esta necesidad crece al momento de ensayos, y puesta en servicio,
como también los ensayos de funcionalidad.
Para estos últimos es necesario que se encuentre en obra quien conozca al
detalle las condiciones operativas de la estación y los esquemas funcionales.
Los ensayos de funcionalidad deberían encontrar reunidos, al proyectista, al
que construyó, y al que operará, a fin de que se logre el adecuado
trasvasamiento de información, y recuperación de experiencias.
6.6 - LA ORGANIZACIÓN DE UN PROYECTO
Analizaremos someramente como puede organizarse un proyecto para realizar
la ingeniería básica, y de detalle. Lógicamente los casos analizados deben
tomarse como ejemplos que normalmente se presentan, pero no excluyen de
ninguna manera otras alternativas.
INGENIERÍA BÁSICA
Veamos un posible caso, las empresas que intervienen son la empresa de
servicio público (que tiene la concesión del servicio) y que contrata la
realización del trabajo de ingeniería, la llamamos COMITENTE.
Una empresa de ingeniería, que es contratada para realizar el proyecto (puede
ser una empresa consultora), la denominaremos INGENIERO.
El comitente establece "que quiere" a través de su departamento idóneo (de
planeamiento, o de ingeniería), para el caso que nos ocupa, puede tratarse de
la ejecución de algunas estaciones eléctricas previendo la mayor demanda de
energía en cierto polo de desarrollo.
El ingeniero define la ingeniería básica, recomendando la solución mas
conveniente "como se debe hacer". Realiza los documentos que incluyen esta
recomendación y los emite para la aprobación del comitente.
Quien aprueba esta documentación técnica es el departamento de ingeniería
del comitente, que observa si las soluciones están de acuerdo a sus criterios,
ya plasmados en sus restantes instalaciones, o eventualmente si es hora de
introducir otras soluciones.
Esta modalidad respeta el esquema A1 (ingenieria basica / relacion comitente
ingeniero), que conviene observarlo en detalle.
Si la empresa de servicios tiene un departamento de ingeniería suficiente,
puede ser que la función de ingeniero sea desarrollada por dicho
departamento, es necesario de todos modos separar las funciones de
comitente e ingeniero, definir quién hace y quién aprueba.
Este caso se ha representado con el esquema A2 (ingenieria basica / relacion
comitente ingeniero - oficina de ingenieria de la empresa), ambos esquemas
son similares, para el primer caso el plantel de la empresa de servicio público
debe ser mas reducido.
INGENIERÍA DE DETALLE
Veamos ahora algunos esquemas correspondientes al desarrollo de ingeniería
de detalle, generalmente el equipo que hace esta tarea no es el mismo que se
dedicó a la ingeniería básica.
También aquí se pueden presentar distintas alternativas, el esquema B1
(ingenieria de detalle / relacion comitente ingeniero), similar al esquema A1
(ingenieria basica / relacion comitente ingeniero), el comitente entrega la
ingeniería básica al ingeniero para que ejecute la ingeniería de detalle.
El ingeniero desarrolla su trabajo, emite planos para aprobación que son
controlados por el departamento de ingeniería del comitente y retornan
aprobados, o con observaciones.
Al fin aprobados, se emiten aptos para ejecución, para construcción, de envían
a la obra.
La obra será realizada por un CONTRATISTA de montaje, que recibe estos
planos y se ajusta a ellos para realizar eventualmente alguna ulterior ingeniería
de obra y finalmente la obra.
El esquema B2 (ingenieria de detalle / relacion comitente ingeniero - oficina de
ingenieria de la empresa), propone que la misma empresa de servicio publico
ejecute su ingeniería de detalle, a semejanza de esquema A2 (ingenieria
basica / relacion comitente ingeniero - oficina de ingenieria de la empresa), el
departamento de ingeniería debe destacar un equipo que revise el proyecto y
apruebe los planos como si llegaran de un externo a la empresa.
Dependiendo de la envergadura de la obra (y de la empresa) puede ser que
ella misma realice el montaje.
Otra variante mostrada en el esquema B3 (ingenieria de detalle y montaje /
obra llave en mano), corresponde a la modalidad llamada "llave en mano", en
este caso el comitente contrata ingeniería de detalle, y montaje a la misma
empresa constructora, que a partir de la ingeniería básica debe desarrollar la
ingeniería de detalle, realizar la obra, y entregarla funcionando.
En este caso el departamento de ingeniería del comitente asume la función de
control de la ingeniería de detalle.
A veces el comitente contrata a una empresa consultora la revisión del
proyecto de ingeniería de detalle, podríamos llamar esta función INSPECCIÓN,
resumido este caso en el esquema B4 (contrato de inspeccion).
La cantidad de documentación que se desarrolla como ingeniería de detalle es
muy grande, requiere un equipo importante de profesionales y técnicos, aun
mayor que para la ingeniería básica, el caso esquema B2 (ingenieria de detalle
/ relacion comitente ingeniero - oficina de ingenieria de la empresa), por
similitud con el esquema A2 (ingenieria basica / relacion comitente ingeniero -
oficina de ingenieria de la empresa), requiere entonces un plantel muy
numeroso en la empresa de servicio.
Una forma que tiene la empresa de servicio de reducir la mole de trabajo de
ingeniería de detalle, y por tanto realizarla en tiempos muy breves, y no
necesitar subcontratarla, es haciendo gran uso de documentación
preelaborada, esquemas típicos adaptables a cualquier obra, de manera que
una vez definida la ingeniería básica la de detalle se realiza extrayendo los
documentos adecuados del archivo, y realizando solo un mínimo de
documentación complementaria.
CONCLUSIÓN
Surge de lo expuesto que independientemente de como se organizan las
empresas que intervienen en los distintos esquemas vistos, deben existir
equipos de trabajo con funciones bien definidas.
Para desarrollar la ingeniería básica:
- Equipo de planeamiento (define "que quiere")
- Equipo de Ingeniería básica (define "como se debe hacer")
- Equipo de Aprobación (revisa lo ejecutado como ingeniería básica, y la
aprueba)
Para desarrollar la ingeniería de detalle:
- Equipo de Aprobación (entrega la ingeniería básica, recibe y aprueba la de
detalle)
- Equipo de Ingeniería de detalle (desarrolla los documentos para ejecución,
construcción)
- Equipo de montaje (realiza la obra)
- Equipo de inspección (supervisa la obra, ejecuta los ensayos, aprueba lo
construido)
6.7 - LA ORGANIZACIÓN
La figura 4.1 (organigrama)muestra a modo de ejemplo un organigrama y
funciones para el desarrollo de la ingeniería de detalle.
6.8 - CRONOGRAMA
En la figura 5.1 (cronograma de ingenieria basica, de detalle, obra) se observan
las etapas de ingeniería básica, y de detalle, y su relación con la obra,
mostrando el tiempo que puede insumir la gestación de la ingeniería básica,
hasta la terminación de la obra.
Se puede apreciar que muchas tareas se disponen superpuestas, y no
sucesivamente, para lograr contener los tiempos de realización.
Por ejemplo, la ingeniería de detalle se inicia en paralelo con la fabricación de
equipos, la obra se inicia cuando todavía se desarrolla ingeniería, la emisión de
planos se hace a medida que la obra los requiere por su avance.
El ejemplo quiere mostrar la necesidad que frecuentemente se presenta de
seguir este camino para acortar plazos, en el ejemplo se ha logrado contener
este a 38 meses (mas de 3 años), si las tareas se ejecutan en serie el plazo
llegaría a 55 meses...
7.1 - ESQUEMAS ELÉCTRICOS - INTRODUCCIÓN
Ya se han presentado distintos esquemas eléctricos de la estación, y se han
observado algunas de sus características.
Cuál es el criterio que guía la adopción de determinados esquemas en las
estaciones eléctricas de un sistema?
Para analizar la conveniencia de optar por un esquema, es necesario
compararlo con otros y calificarlo.
Una calificación es el costo, que interesa para determinar la inversión, otra está
fijada por criterios de operación, mantenimiento, confiabilidad, etc. En general
se imponen exigencias técnicas.
A continuación se examinan las distintas características, y se proponen formas
de analizarlas con el objetivo de calificarlas.
EL COSTO:
Es difícil establecer el costo de una estación sin desarrollar completamente el
proyecto a nivel de disposición de equipos, evaluación de obras, que permiten
definir el costo.
En el análisis del costo influyen el área ocupada, el tipo de materiales, los
equipos.
Una parte importante del costo de los equipos es representado por los
interruptores, cantidad, y corriente nominal en particular.
Sin embargo el costo no está solo representado por los equipos, y las obras,
instalación, aparecen además costos de operación y mantenimiento, y durante
la fase del proyecto un costo llamado ingeniería.
Cuando se trata de controlar los costos, frecuentemente se los limita, el equipo
mas barato, significa quizás costos de operación y mantenimiento mayores que
se pagan durante la vida de la instalación, la construcción menos costosa
puede producir efectos parecidos.
Análogamente, ahorrar costos de ingeniería, no estudiando temas que
deberían profundizarse también puede significar mayores costos de la obra, o
de los equipos, probablemente desproporcionados al ahorro de costos de
ingeniería.
La economía debe hacerse con gran inteligencia, tratando de aprovechar la
experiencia de obras similares, de lo contrario puede caerse en la paradoja de
no mirar gastos con tal de ahorrar centavos.
CANTIDAD DE INTERRUPTORES:
Los esquemas de simple juego de barras, doble, triple, los esquemas en anillo
tienen un solo interruptor por salida.
En rigor los esquemas de doble juego de barras, o de barra principal y de
transferencia, o simple barra partida, con interruptor, necesitan un interruptor
más en la estación para acoplamiento.
En esta comparación el esquema de interruptor y medio por salida es más
costoso (presumiblemente 50%) y el esquema de doble interruptor, aun más.
CORRIENTE NOMINAL DE LOS INTERRUPTORES:
Los esquemas de acople por barras requieren interruptores (y otros equipos)
capaces de conducir la corriente de la línea.
Los interruptores de paralelo de barras pueden requerir ser de mayor corriente
nominal que los de línea.
Los esquemas con acople por interruptores requieren interruptores capaces de
conducir la corriente de más líneas, en condiciones de emergencia la estación
debe funcionar con solo algunos interruptores en servicio.
También el esquema de interruptor y medio en situaciones de emergencia
requiere interruptores de corriente nominal mayor que la que corresponde a la
línea.
Es posible afirmar que los esquemas con acople por interruptores utilizan
interruptores de mayor corriente nominal que los esquemas de acople por
barras.
NUMERO DE INTERRUPTORES A ACTUAR FRENTE A FALLA:
Se pueden presentar fallas en distintos puntos de la red, fallas en las líneas,
fallas en la estación.
Cuando ocurre una falla en la línea ésta debe ser separada del sistema.
Si las estaciones son con acople de barras, los dos interruptores en los
extremos de la línea deberán actuar.
Si las estaciones son con acople por interruptores (estación en anillo) o con
esquema de interruptor y medio, o doble interruptor, deben actuar dos
interruptores en cada extremo, cuatro en total.
Los esquemas de anillos múltiples requieren la apertura de más interruptores.
Las fallas de las líneas, son las más frecuentes, cuantos más interruptores
deban abrirse frente a una falla, mayor es la probabilidad de que pueda
presentarse un mal funcionamiento.
Se considera más desfavorable la necesidad de abrir más interruptores. Esta
necesidad complica el cableado en tal sentido.
SIMPLICIDAD DE MANIOBRAS DE OPERACIÓN:
La intervención humana, a lo largo de la operación de la estación, es
permanente.
El esquema debe prestarse a rápidos reflejos, la transmisión de órdenes
verbales o escritas simples, y seguramente inteligibles.
Las actuaciones en el tablero de comando, o al pie de los aparatos deben ser
correctamente realizadas, se considera favorable la simplicidad.
En muchos casos la exigencia de mayor seguridad se opone a la simplicidad,
debe controlarse que la mayor seguridad sea efectiva, y no aparente.
SEGURIDAD DE OPERACIÓN:
En caso de falla interna en la estación, falla en barras verdadera, o cuando la
falla en una salida no es eliminada, (falla en barras falsa), la falla debe
eliminarse rápidamente.
Es importante que ésta falla sea eliminada con pocas acciones, se trata de
desconectar pocas líneas o transformadores.
El esquema de acople por barras, en caso de falla en barras, conduce a la
desconexión de todas las líneas.
En cambio el esquema de interruptor y medio separa la barra en falla, sin
deshacer el nodo.
La misma situación se presenta en el esquema de dos interruptores por salida
cuando trabaja con todos los interruptores cerrados.
Los esquemas en anillo no presentan tramos de barras, sólo hay fallas en
líneas.
FLEXIBILIDAD DE OPERACIÓN:
Algunas redes requieren desacoplar la red en partes, este desacoplamiento es
variable en el tiempo.
Es necesario subdividir la red construyendo varios nodos adicionales.
Los esquemas de doble juego de barras, de tres juegos, permiten satisfacer
ésta necesidad.
Los esquemas en anillo, de interruptor y medio, de barra única, en cambio no
son flexibles, ya que no es posible dividir en más nodos la estación.
POSIBILIDAD DE MODIFICAR INSTALACIONES EXISTENTES:
A medida que transcurre el tiempo la evolución de la red obliga a cambios de
estructura.
Se presenta la necesidad de modificar la estación, ya convirtiéndola a una con
características superiores, o reduciendo sus posibilidades.
Algunos esquemas (con adecuadas previsiones) permiten evolución, simple
barra, doble barra, agregado de barra de transferencia.
Otros esquemas son en cambio difíciles de modificar, interruptor y medio,
anillo.
7.2 - CONSIDERACIONES RELATIVAS AL COSTO DE LAS ESTACIONES
ELÉCTRICAS
Como para toda obra es difícil dar reglas que permitan definir el costo
suficientemente próximo al real sin alcanzar un grado de avance de proyecto
suficientemente elaborado.
De la experiencia de proyectos realizados puede hacerse un análisis de
incidencias porcentuales de los distintos rubros que componen el costo de le
estación.
Este estudio puede hacerse en detalle sobre obras existentes, para las cuales
se conocen los cómputos reales, y así se pueden encontrar factores que
caracterizan el valor relativo de los costos.
La tabla I muestra los valores relativos del costo de los rubros indicados, dentro
del costo total de las estaciones.
En la tabla I se han mezclado resultados de distintos esquemas, distintas
condiciones, distintas tensiones nominales, y corresponden a las estaciones
eléctricas aisladas en aire, y estos valores solo pueden considerarse
groseramente indicativos, por ello la suma de componentes esta comprendida
en un amplio margen, que da idea del error.
La tabla II muestra otras variables, comparativas de distintas características de
diseño de esquemas eléctricos adaptables para estaciones. Se comparan las
superficies, los costos, las cantidades de aparatos para distintos esquemas.
También esta tabla II debe considerarse al menos en los rubros área y costo
como puramente indicativa.
7.3 - ESQUEMAS SIMPLIFICADOS
El esquema unifilar en su expresión mas simple incluye una representación
topológica de las líneas (ramas) que convergen (inciden) en la estación (nodo).
Físicamente el nodo no es un punto, se debe desarrollar suficientemente para
poder dar cabida a las líneas o transformadores.
El punto que representa el nodo debe ser en realidad de ciertas dimensiones
para poder ser un nodo real.
Los interruptores que maniobran las líneas pueden disponerse sobre ellas y en
consecuencia el nodo se formará con las barras y el acople será por barras, o
bien disponerse en los lados del polígono que constituye el nodo real, el acople
será por interruptores y el esquema se denominará anillo.
En principio ambos esquemas utilizan un número de interruptores igual al de
líneas, es decir que desde este punto de vista son equivalentes.
Cuando analizamos sus distintas cualidades e intentamos mejorarlas aparecen
los distintos tipos de esquemas reales utilizados.
ESQUEMAS CON ACOPLE POR BARRAS
Cada interruptor pertenece a una línea, y si ambas estaciones extremas se han
proyectado con criterios compatibles, una línea tiene entonces dos
interruptores, uno en cada extremo, que la protegen.
En estos esquemas los interruptores pertenecen a las líneas, la indisponibilidad
de un interruptor afecta la posibilidad de usar la línea.
El primer esquema naturalmente es el mas simple, se llama de único juego de
barras, y en caso de falla de las barras la estación completa sale de servicio.
Este defecto puede compensarse dividiendo las barras con un seccionador o
un interruptor, esquema de simple juego de barras partidas.
Así se tiene alguna flexibilidad, si se requiere seguridad la solución debe ser
con interruptor, solo en este caso se puede mantener el esquema con un único
nodo, y en caso de falla en un tramo de barras saldrán de servicio todas las
líneas que llegan al tramo fallado, y se abrirá el interruptor divisor de barras.
La flexibilidad es mínima, no se puede alimentar una línea que está sobre un
tramo de barras cuando éste está fuera de servicio, en cambio vale la pena
destacar sencillez, simplicidad, y reducido costo.
Si la red es compleja, muy mallada, cada nodo esta unido a muchos otros,
quizás la baja flexibilidad del nodo esté compensada por la elevada flexibilidad
de la red, por lo que el esquema simple es recomendable.
Si la red es rala, pocos nodos, líneas escasas y largas, este esquema
evidentemente conduce a importantes salidas de servicio por lo que no se lo
acepta.
Parientes próximos del sistema de único juego de barras partidas, cuando se
trata de una estación transformadora de distribución, son los esquemas
denominados "H", que sirven cuando dos líneas alimentan dos cargas.
El esquema simple barra con acoplamiento requeriría 5 interruptores, que se
reducen a solo 3 o 1, lógicamente se deben transferir los disparos a la estación
que se encuentra en el otro extremo de las líneas.
La principal ventaja de estas ideas estriba en la minimización de costos, se han
perdido en cambio todas las otras cualidades.
La necesidad de disponer de gran flexibilidad ha conducido a los esquemas de
doble juego de barras.
El doble juego de barras permite flexibilidad ya que la estación puede dividirse
en dos nodos, formándolos de manera totalmente arbitraria.
Para poner en paralelo las barras es necesario un interruptor de acoplamiento
de barras, las barras se mantienen en paralelo la configuración es de simple
barra partida con interruptor.
Este esquema sigue siendo sensible a la falla en barras, en caso de falla en
barras sale de servicio la fallada, y se abre el acople, se pierde parte del nodo,
pero las líneas de la barra fallada pueden conectarse a la barra sana, y se
puede completar el nodo dejando finalmente la barra fallada fuera.
Si se realiza el esquema doble barra, y cada una partida, se pueden formar
arbitrariamente dos nodos, y hasta cuatro nodos en forma no demasiado
flexible.
Resulta así un esquema bastante seguro, flexible, simple, modificable, que
requiere solo abrir un interruptor en cada extremo de la línea en caso de falla
de la misma, y pierde todas las líneas de un tramo de barras afectado en caso
de falla en barras (o falla de un interruptor de línea que transforma la falla en
línea en falla en barras).
La ventaja adicional de este esquema es la limitación de los niveles de
cortocircuito que puede lograrse para la red (por la flexibilidad), duplicando el
numero de nodos.
Esta última es una característica indispensable en redes muy malladas y que
poseen líneas relativamente cortas, en las cuales la salida de servicio de una
parte de la estación no tiene consecuencias graves, y en cambio es necesario
no superar cierto nivel de cortocircuito.
La imaginación puede evolucionar a triple juego de barras, este esquema solo
se justifica cuando siempre es necesario separar la estación en mas de dos
nodos.
En el triple juego de barras el acoplamiento une dos barras por vez, se
requieren entonces dos interruptores de acople, y varios seccionadores, se
puede también pensar en triple juego de barras partidas...
Las redes nacen con pocos nodos y líneas largas, son redes ralas, muy
sensibles a las fallas, si una línea sale de servicio la capacidad del sistema
queda afectada, análogamente ocurre con un nodo.
El esquema simple no sirve, y es necesario complicarlo, se pasa de la
concepción de simple juego de barras, a doble.
A medida que el sistema se hace mas denso, hay mas líneas entre estaciones,
las líneas son mas cortas, hay mas estaciones, la salida de una línea es menos
sentida, su función es tomada por otros caminos disponibles, análogamente la
pérdida de una estación no produce crisis.
Si el sistema está adecuadamente concebido, su evolución permite que los
nuevos nodos sean mas simples, de simple juego de barras por ejemplo, no es
aceptable que un sistema complejo obligue a sucesivas ampliaciones que
mantienen el grado de complejidad.
Todos los sistemas hasta aquí analizados tienen como consecuencia de la falla
de un interruptor o necesidad de mantenimiento, la salida de servicio de la línea
por todo el lapso de mantenimiento.
Para poder suplir la falta del interruptor en mantenimiento se realiza el
esquema con interruptor de transferencia.
El esquema puede realizarse con barra principal y barra de transferencia, o con
doble juego de barras y barra de transferencia, o también haciendo que la
segunda barra pueda ser utilizada como barra principal, y cuando necesario
como barra de transferencia.
El interruptor de transferencia permite reemplazar el interruptor no disponible
por falla o mantenimiento, la segunda contingencia (falla) pone en crisis el
sistema.
El interruptor de transferencia puede asociarse al de acoplamiento de barras en
los sistemas de doble barra, y con un solo aparato se pueden cumplir ambas
funciones.
Una forma de superar el lapso de mantenimiento del interruptor, logrando
mantener la línea en servicio es con seccionador (y o con conexiones
desmontables) de "BY PASS" del interruptor, y transfiriendo la función del
interruptor de línea al de acoplamiento.
Durante el periodo de mantenimiento la estación se transforma entonces en
una simple barra, donde todas las líneas llegan a ella, salvo la que corresponde
al interruptor en mantenimiento, que a través del interruptor de acoplamiento se
conecta a la barra en servicio.
La dificultad principal de estos esquemas estriba en la poca comprensión que
ofrecen, y en consecuencia dificultades de operación.
Al querer encontrar buenas disposiciones físicas la complicación en el
esquema unifilar dificulta el trabajo a límites que hacen casi inconveniente
intentar la solución.
Por último la transferencia del interruptor requiere también transferir el disparo,
la protección (relé), el transformador de medida, quizás cambiar la regulación
del relé, operaciones todas que no es conveniente realizar con apresuramiento
por ser delicadas.
ESQUEMAS CON ACOPLE POR INTERRUPTORES
El esquema conceptualmente mas inmediato es el anillo, en este una falla en
línea exige la apertura de los dos interruptores que se encuentran en el punto
de incidencia de la línea, y el anillo se abre.
Puede observarse que en este esquema como en el de simple barra el numero
de salidas coincide con el de interruptores.
Es conveniente alternar entradas y salidas para que la corriente en los
interruptores (del anillo) o en las barras (en el esquema de barras) sea mínima.
La indisponibilidad de un interruptor por razones de mantenimiento permite
mantener el servicio por el otro interruptor.
Cuando se da esta situación la falla siguiente significa salida de servicio de al
menos una parte del sistema.
El defecto de este esquema es la poca flexibilidad y su escasa (casi nula)
posibilidad de ampliación y o modificación futura.
Para conservar seguridad deben estar cerrados todos los interruptores del
anillo, cuando se hace mantenimiento en un equipo no es posible repartir las
cargas, y ante una contingencia la estación se divide en dos partes, que
inclusive pueden no ser aceptables para el flujo de carga necesario.
Los inconvenientes del anillo simple pueden superarse con un anillo doble, que
permite soportar la ausencia de un interruptor sin perder seguridad.
El doble anillo presenta también cierta flexibilidad, ya que es posible cierto
número de asociaciones, en compensación la falla de la línea exige la apertura
de 3 interruptores de la estación.
Claridad de esquema, facilidades de ampliación no son precisamente
cualidades salientes de esta solución.
La eventual falla de un interruptor debe ser eliminada por la actuación de varios
interruptores y saca de servicio dos circuitos.
Compartiendo un lado de dos anillos se logra un esquema de anillos múltiples.
Este esquema en principio parece simple, pero la realidad de la planta es
dificultosa, y esta condición es desfavorable para la comprensión.
Al observar la disposición en planta se notan los varios cruces necesarios, el
esquema es poco flexible, difícil de maniobrar, difícil de ampliar.
Un detalle que es necesario observar es la distinta corriente nominal de los
equipos que forman el anillo respecto de la corriente nominal de las líneas (y de
los equipos necesarios en esquemas de acople por barras).
El esquema de acople por barras requiere que los equipos sean de la corriente
nominal de las líneas.
El esquema de anillo requiere en ciertas condiciones que en un aparato circule
la suma de las corrientes de varias líneas, lógicamente habrá que buscar de
alternar las entradas y salidas para que no haya equipos llamados a transportar
la suma de todas las corrientes entrantes en alguna condición de
funcionamiento.
El dimensionamiento de los equipos del anillo es parecido al dimensionamiento
de las barras y del interruptor de acoplamiento en una estación de doble juego
de barras.
Para el anillo múltiple también debe partirse de este criterio, pero finalmente en
todos los casos se trata de unificar eligiendo todos los aparatos iguales, o a lo
sumo adoptando dos categorías de aparatos.
Los defectos encontrados en los esquemas de simple juego de barras, y doble
juego de barras con un interruptor por salida se pueden remediar con dos
soluciones, con un interruptor y medio por salida (en rigor 3 interruptores para 2
salidas) se tiene características que lo asemejan a un anillo pero no se sufren
sus inconvenientes, la otra posibilidad es de dos interruptores por salida.
Para el esquema de un interruptor y medio en situación normal todos los
interruptores trabajan cerrados, una falla en barras obliga a abrir todos los
interruptores sobre dicha barra, pero quedan todas las salidas en servicio.
La falla de las dos barras es improbable, lleva a que los circuitos (líneas)
queden asociados de a pares, es entonces conveniente estén asociados
alimentador y carga.
Una falla de interruptor obliga a abrir todos los interruptores que lo rodean,
saldrán de servicio dos líneas o una línea y una barra, según se trate del
interruptor entre líneas (central) se pierden dos circuitos, o del lado barras
(lateral) se pierde un circuito.
Cuando se separa una línea (del par) la otra queda conectada a barras.
La seguridad es evidentemente elevada, la flexibilidad es en cambio reducida.
La indisponibilidad de un interruptor permite seguir operando las líneas con los
otros dos interruptores del mismo vano, funcionarán las líneas conectadas a
cada barra por su interruptor, o ambas líneas a la misma barra y los
interruptores en serie.
Es conveniente que a un mismo vano pertenezcan una línea que trae energía,
y una que sale, en este caso todos los interruptores pueden ser iguales, en
cambio si ambas líneas aportan energía, en caso de indisponibilidad de un
interruptor se suman las corrientes, los interruptores del lado barras deben
tener corriente nominal doble que los del lado línea.
Cuando una línea sale de servicio la otra queda conectada como si fuera
simple barra, a través de un solo interruptor. Si esta condición es desfavorable
entonces son indispensables los seccionadores de línea para poder seccionar
la línea fuera de servicio, y cerrando los interruptores tener la línea en servicio
conectada a ambas barras.
Cuando se quieren exaltar aún mas ciertas características se puede hacer un
esquema de dos interruptores por salida, el costo del equipamiento alcanza el
máximo.
Aún así no se logra un sistema simultáneamente seguro y flexible, en cada
momento debe decidirse la cualidad que interesa, se opta por una u otra y en
consecuencia se elige el modo de operación.
A pesar del elevado costo no se logran conseguir todas las cualidades
deseadas.
Cuando se comparan el esquema de doble barra doble interruptor con el de
interruptor y medio se observa la equivalencia entre ambos, y surge la
conveniencia económica.
La evolución de esquemas de doble barra doble interruptor a interruptor y
medio es una posibilidad real que debe considerarse en el diseño.
En la bibliografía se encuentran muchos otros esquemas pero en general las
soluciones de estaciones de muy alta tensión se eligen entre los propuestos.
Al observar esquemas de este tipo es muy importante tener presente que los
vanos deben ser mas de dos, el número de salidas más de cuatro, si así no
fuera se tratará de esquemas en anillo con interruptores en serie.
EVALUACIÓN DE CONVENIENCIAS
Partiendo del unifilar básico, elegido como ya indicado por los estudios de
confiabilidad del sistema, conviene desarrollar alternativas para lograr controlar
la conveniencia desde todo punto de vista de la solución elegida.
A pesar de haberse elegido para un sistema un esquema unifilar típico para sus
estaciones, en determinados puntos pueden encontrarse dificultades de
adaptación del esquema a las condiciones locales.
Un detalle que debería tenerse en cuenta en los estudios de confiabilidad, es
que los equipos de corrientes nominales modestas, utilizados con corrientes de
cortocircuito moderadas, al ser menos solicitados dan confiabilidades
superiores al equipo en sí, y en consecuencia modifican los datos básicos de
los estudios.
Estas consideraciones deben ser complementadas por un mejor conocimiento
estadístico de las fallas en equipos ligado a las condiciones locales, la
extrapolación de experiencias de piases lejanos (en distancias, costumbres, y
modos de trabajo) no siempre tiene valor.
Los sistemas extensos, con líneas largas, pocos centros de interconexión,
requieren mantener las líneas en caso de indisponibilidad de un interruptor, su
característica mas importante es la seguridad, en consecuencia optan por los
esquemas de anillo o de interruptor y medio.
Los sistemas muy mallados, con líneas cortas, donde la indisponibilidad de una
línea no tiene mayores consecuencias, y en cambio los niveles de cortocircuito
deben ser controlados (limitados) se orientan a esquemas flexibles, como el de
doble barra con un interruptor por salida.
Para comparar entre sí los distintos esquemas deben calificarse sus
cualidades, en la tabla III se ha reunido una calificación de los distintos
esquemas, teniendo en cuenta las siguientes cualidades:
- seguridad, buena cuando el nodo no se pierde ante una falla.
- flexibilidad, buena cuando el nodo puede dividirse en dos al menos.
- número de interruptores que deben abrirse en caso de falla de una salida,
considerado mejor cuando solo se debe abrir un interruptor.
- simplicidad de maniobras de operación, considerando mejores los esquemas
con pocas complicaciones.
- posibilidad de modificación futura.
- cantidad de interruptores para 10 salidas considerando interruptores de dos
corrientes nominales, 2 y 4 kA por ejemplo, esta característica esta ligada a
costo y confiabilidad.
La calificación en cada caso es buena, regular o mala, en ciertos casos la
calificación depende del modo de operación, de la realización o de otras
consideraciones.
EVOLUCIÓN DEL ESQUEMA
Un aspecto a tener en cuenta en las redes en desarrollo es su lenta o explosiva
evolución en el tiempo.
Al planificar se mira un sistema final, que satisface necesidades supuestas, se
verifica la confiabilidad de la ultima etapa y se adopta un sistema final.
Se reduce al sistema necesario actualmente, si bien las obras se han pensado
para la etapa final se observa que hay construcciones y equipos no esenciales,
y se reduce el proyecto a solo lo necesario.
7.4 - SOLUCIONES CONSTRUCTIVAS
La técnica ofrece equipamiento que orienta hacia dos tipos de soluciones
constructivas básicas:
estaciones aisladas en aire (convencionales).
estaciones blindadas (aisladas en SF6)
Las tecnologías son totalmente distintas, sin embargo puede concebirse una
mezcla de ambas realizando:
estaciones híbridas, con parte del equipamiento blindado, y parte aislado en
aire.
Mas recientemente ha aparecido la tecnología de estaciones compactas,
aisladas en aire y aprovechando al máximo la experiencia en diseños
convencionales.
ESTACIONES CONVENCIONALES
Llamamos así a las estaciones aisladas en aire, porque son las mas difundidas,
las de tecnología mas antigua, las que estamos acostumbrados a ver.
Su importancia subsiste por varias razones:
- ventajas de explotación y mantenimiento, facilidad de instalación, poco
requerimiento de especialización.
- los conjuntos se forman con aparatos separados
- las fases están aisladas en aire ambiente
- la gran separación entre las fases representa esfuerzos electrodinámicos
modestos
- la instalación individual se resuelve con cálculos simples, al no haber vínculos
no hay solicitaciones mutuas, solo hay solicitaciones simples sobre cada
aparato. La concepción es simple los cálculos son elementales, los esfuerzos
son limitados
- el esquema es visible, claro.
- se requiere poca especialización, herramientas simples
- la instalación solo requiere productos y servicios que pueden ser locales,
obras civiles, carpinterías, conductores, cables, aparatos que pueden ser de
distintas procedencias.
- facilidad de recuperar, modernizar, cambiar, evolucionar.
- flexibilidad para cambios de esquemas, acepta equipos cualesquiera.
- flexibilidad frente a ampliaciones
ESTACIONES BLINDADAS
La necesidad de reducir tamaños ha obligado al desarrollo de estaciones de
tamaño reducido, iniciando con la técnica del aire comprimido, el éxito se
obtuvo el utilizar el SF6.
El diseño de todos los equipos y de las barras de conexión se desarrolla dentro
de tanques chicos que contienen el gas aislante.
Los disenios son muy dependientes del fabricante, que realiza distintos
modulos para distintas aplicaciones y tensiones.
En tensiones menores algunos fabricantes adoptan soluciones trifasicas con
las tres fases (en disposicion triangulo) contenidas en un recinto (cilindro)
comun.
Para las tensiones mayores en cambio las soluciones son con fases
separadas, independientes.
Conviene observar ejemplos de un mismo fabricante para ver los cambios de
criterios al crecer de la tension.
Veamos soluciones utilizadas hasta 170 kV con las barras en un solo recinto, la
Figura 11-5 muestra la seccion de un campo de salida con cable desde un
sistema de doble barra.
La Figura 11-7a muestra como se realiza la instalacion, dentro de edificio y con
facilidades de elevacion (puente grua) para montaje y mantenimiento, el
ingreso para esta caso se hace a traves de cables, la Figura 11-7b muestra el
caso de ingreso desde linea aerea, se destaca la diferencia de espacio que
requiere la interfase aire gas, haciendo que la reduccion de espacio tan
mentada no sea tal.
Para limitar los problemas que causaria una eventual perdida o contaminacion
del gas, la construccion se realiza en distintos compartimientos estancos unos
a otros. La estanqueidad se logra con barreras que tambien cumplen la funcion
de soportes de barras, separando los recintos. En cada recinto se vigila la
presion del gas para advertir eventuales pardidas antes que estas traigan
consecuencias a la aislacion que depende del gas y de su presion. La Figura
11-7c muestra los distintos compartimientos estancos.
Con tensiones mas elevadas (245 kV) se hace la separacion fase por fase, la
Figura 11-8a muestra, el corte con el ingreso de un cable, la planta Figura 11-
8b. Es necesario mirar el diagrama unifilar correspondiente Figura 11-8c para
comprender los detalles de la planta, observense, cables entrantes, salida a un
transformador, la simple barra, con un seccionador de barras.
Para un esquema unifilar de simple juego de barras con barra auxiliar, la Figura
11-9a muestra la entrada de una linea aerea, la Figura 11-9b la planta, y la
Figura 11-9c el esquema unifilar de observense la entrada de linea aerea, el
campo con el interruptor entre barra auxiliar y principal, la entrada con cable.
La disposicion de los interruptores en las tensiones menores es con su eje
vertical, pero para tensiones mas elevadas se prefiere el eje horizontal que
permite mayor facilidad para el mantenimiento, aunque ocupa mucho lugar.
Observemos soluciones usadas hasta 525 kV, la Figura 11-11a muestra la vista
de un sistema de interruptor y medio con una entrada de linea y un
transformador y la Figura 11-11b es un esquema en planta simplificado de una
fase, se destaca el detalle de la disposicion de los polos de los interruptores, la
Figura 11-11c esquema unifilar correspondiente.
Los conceptos de disenio de las soluciones tradicionales estan fuertemente
arraigados, y cuando se adoptan soluciones blindadas frecuentemente se
observa que el esquema unifilar planteado en la ingenieria basica no se
rediscute, surge la pregunta: tiene sentido adoptar esquemas electricos
complejos en las soluciones blindadas?
Esta pregunta sin duda es motivo de una profunda y necesaria discusion, que
seguramente por la mayor confiabilidad de los componentes de la estacion
blindada, y por las distintas necesidades que se plantean ante una intervencion
de mantenimiento, reparacion o ampliacion nos orientara hacia esquemas
simples y con facilidades de by pass.
Siempre se puede aprender de las historias pasadas, entre los anios 50 y 60
las cabinas de media tension (construidas con aparatos sueltos y con tabiques
de mamposteria) se comenzaron a sustituir por tableros (metal clad), pero se
quisieron mantener los disenios de doble juego de barras que optimos para el
mantenimiento en soluciones abiertas, degradaron la confiabilidad de los
tableros ofreciendo facilidades (teoricas) que no se aprovechaban en servicio y
que degradaban (por la mayor cantidad de componentes) la confiabilidad,
quizas estemos frente una situacion analoga.
Veamos ahora un sistema de 800 kV, la Figura 11-12a muestra la vista dos
entradas de linea, es dificil entender la topologia, observemos la Figura 11-12b
la planta de una fase, los dos sistemas de barras, los polos de los
interruuptores, volvamos a la Figura 11-12a.
La Figura 11-12c muestra el esquema unifilar, doble barra con seccionadores
que permiten el by pass del interruptor, o el by pass de toda la estacion
uniendo directamente entrada y salida
ESTACIONES HÍBRIDAS
Aprovechando partes de los diseños blindados se puede intentar introducirlos
en estaciones convencionales, lográndose interesantes reducciones de
espacio, o la posibilidad de elevar la tensión de la estación sin necesidad de
incrementar los tamaños.
La construcción blindada puede incluir interruptor, transformadores de
corriente, seccionadores.
La construcción convencional en cambio incluye las barras, las entradas de
líneas con seccionadores, transformadores de tensión, descargadores, bobina
filtro y capacitor de acople.
El transformador de potencia puede estar unido al interruptor con un conducto
blindado, que incluirá los descargadores.
Las siguientes figuras son ejemplos de estas soluciones, la Figura 11-30a
muestra un sistema de doble juego de barras 420 kV, con aislacion en aire, en
el cual para reducir parcialmente el espacio se ha instalado un conjunto
interruptor, transformadores de corriente y seccionador de tipo blindado,
lograndose una solucion hibrida.
La Figura 11-30b muestra un sistema de interruptor y medio de 525 kV, con
aislacion en aire, realizado tambien en forma hibrida, en el detalle de la planta
se observa como estan dispuestos los tres interruptores
La Figura 11-31 muestra el esquema unifilar de una estacion de 420 kV con
esquema de interruptor y medio que permite aplicar el detalle antes visto
ESTACIONES CONVENCIONALES COMPACTAS
Hace años por distintas razones se construyeron estaciones convencionales
dentro de edificios, el esquema eléctrico debía ser simple para que la obra
resultara razonable, las barras fijadas a la pared o techo, los interruptores
seccionables, los tamaños se trataban de reducir al máximo.
La crisis del espacio ha invadido también las soluciones intemperie, en
espacios que el resto de usos ha dejado reducidos se deben insertar
estaciones eléctricas, frecuentemente, en especial en espacios próximos a las
industrias donde antes había una estación de 13.2 o 33 kV se debe lograr
quepa un centro de distribución de 132 kV.
Una solución la ofrecieron las estaciones blindadas, pero a pesar de su buen
resultado, la solución es vista con recelo especialmente por quienes tienen
instalaciones convencionales, y las ideas se orientaron a lograr hacer mas
compactos los diseños convencionales.
La figura 7.1 muestra una primera necesidad, resuelta con equipamiento
totalmente convencional
El espacio ocupado por el conjunto interruptor, transformadores de corriente
seccionadores parece digno de objeción, y a este se ha dedicado el proyectista
que propone la solución mostrada por la figura 7.2 que debe observarse con
atención, buscando en particular los seccionamientos:
La solución obtenida esta muy ligada al fabricante del interruptor, que ha
combinado su forma de cilindro vertical, con un seccionador rotativo del tipo de
tres columnas, la reducción de espacio ocupado es muy interesante.
Una solución de este tipo exige un interruptor muy confiable, con mínimo
mantenimiento en la zona que entra en tensión, ya que al no haber distancias
suficientes las intervenciones de mantenimiento exigen sacar de tensión media
estación completa abriendo el seccionador de barras.
El dispositivo en la base del interruptor que produce su rotación debe ser sólido
y seguro, ya que es el elemento esencial para la confiabilidad y flexibilidad de
la estación, no olvidando que es la interfase entre interruptor y su fundación...
recibe y transmite los golpes que la actuación del interruptor implica.
La observación de la planta (figura 7.3) nos muestra los compromisos de
espacio.
Al analizar esta propuesta se observa inmediatamente la necesidad de que el
esquema sea simple, debiendo pensarse en un simple juego de barras
partidas, y perdiendo sentido la búsqueda de soluciones con este tipo de
interruptores en doble juego de barras.
Los fabricantes de interruptores recomiendan esta solución porque incluye
seccionadores (elementos que hacen el seccionamiento) de mejor nivel de
confiabilidad (tecnológicamente mejor desarrollados) que los que fabrican sus
competidores (que no son fabricantes de interruptores y por tanto no pueden
realizar esta propuesta).
Las aplicaciones mostradas corresponden a sistemas llamados H con cuatro
interruptores, y a continuación se observa la solución con dos interruptores
(figura 7.4).
En la planta se observa la llegada de una sola línea, quizás la segunda línea
aparezca en el futuro (figura 7.5).
Otras fabricas ofrecen otras soluciones, interruptores seccionables por
desplazamiento como en media tensión, la dificultad del diseño es que los
puntos de entrada y salida al interruptor deben estar ambos del mismo lado.
Otra idea es que el interruptor tenga la cámara de interrupción horizontal y que
se desplace hacia el suelo cuando se lo secciona.
Las barras se desarrollan en una disposición llamada nabla, el esfuerzo de
comprensión de la disposición vale la pena, la solución constructiva requiere
una adecuada morseteria por las uniones entre barras.
La planta (figura 7.6) que se presenta a continuación también se desarrolla
sobre un esquema H con cinco interruptores, puede analizarse como seria con
menos.
Al observar los correspondientes cortes (figura 7.7), se ven las trazas de las
barras, que pasan por distintas ubicaciones al relacionar los distintos nodos
eléctricos.
La reflexión que sigue, para quien acostumbrado a razonar sobre esquemas
tradicionales es que estas soluciones son demasiado rígidas, y entonces
parecen menos confiables que las soluciones convencionales por ejemplo de
doble juego de barras.
Si se desarrolla un estudio de confiabilidad, asignando adecuados valores a los
componentes, se puede demostrar que las ventajas de estos diseños
compensan ampliamente las limitaciones y falta de flexibilidad del esquema
eléctrico (H) que adoptan.
Otro fabricante propone una solución con interruptores de los llamados de
tanque muerto (a tierra), esta solución con un seccionador especialmente
diseñado permite realizar soluciones compactas de doble juego de barras
(figura 7.8), el diseño de seccionadores especiales que utilizan como contactos
fijos el mismo interruptor, o un transformador de tensión permite una ulterior
reducción de espacio (figura 7.9 a y figura 7.9 b), se han evaluado también las
reducciones que se muestran en la tabla siguiente.
Solución Convencional Compacta GIS
Blindada
Superficie 100 55 17
Volumen 100 80 20
Costo
materiales
100 100 300
Tiempo
montaje
100 65 18
Para tres diseños, convencional, compacto como los aquí presentados, y
blindada (aislada en gas) se han comparado las características: la superficie
ocupada en el suelo, el volumen ocupado (altura), los costos de materiales, y
los tiempos de montaje (en alguna medida el costo de montaje), los valores
indicados están dados en porcentaje de la solución convencional tomada como
base (correspondiente a tensión nominal de 123 a 170 kV).
Que se busca con esta racionalización de diseños?
Reducción de superficie.
Reducción de tiempos de planeamiento
Reducción de tiempos de puesta en servicio
Reducción de costos de construcción
Reducción de costos de mantenimiento
Reducción de tiempos de interrupción
Reducción de tiempos de montaje
Minimizar los requerimientos de mantenimiento
Rentabilidad adecuada
Además son convenientes, y valiosas, las siguientes cualidades:
Aplicación flexible
Terminación y verificación en fabrica, prefabricación
Configuración clara
Buena accesibilidad
Solución adecuada para renovación de instalaciones viejas
Estas cualidades pueden valorizarse al comparar distintas soluciones frente a
la necesidad de optar por la solucion mejor.
8 - DISTANCIAS ELÉCTRICAS
ing. Alfredo Rifaldi - ing. Norberto I. Sirabonian
Las distancias están condicionadas por la aislación que debe tenerse en el aire
entre puntos en tensión y entre éstos y masa.
Partiendo del respeto de las condiciones de aislación se llega a ubicar ejes de
los equipos, considerando también tolerancias.
Finalmente las distancias entre ejes deben adoptarse en valores enteros de la
unidad de medida que se utiliza (metro) con lo que se reducen posibilidades de
errores.
Es criterio obligatorio que todo esté relacionado con los ejes, cuidando en
particular que los centros de equipos coincidan con intersecciones de ejes.
8.1 - INFLUENCIA DE LA AISLACION - OBJETO:
La coordinación de la aislación engloba la selección de la tensión que debe
soportar el material y la instalación, en función de las sobretensiones que
pueden aparecer en la red, y las características de los dispositivos de
protección disponibles.
Se trata de reducir a un nivel aceptable, desde el punto de vista económico y
del servicio, la probabilidad de que las solicitaciones dieléctricas resultantes
impuestas a los materiales, causen daño a las aislaciones o afecten la
continuidad del servicio.
REFLEXIÓN:
El tema es de importancia para definir los valores que debe soportar la
aislación del sistema, de sus partes, de sus componentes aislantes, y de los
espacios de aire.
Son los espacios de aire los que definen las distancias en el diseño de una
estación eléctrica (tanto de tipo convencional como de tipo blindada).
CLASIFICACIÓN:
El origen de las solicitaciones que se presentan se clasifica en:
- tensión normal de servicio
- sobretensiones temporarias
- sobretensiones de maniobra
- sobretensiones atmosféricas
La aislación puede clasificarse por su tipo:
-aislación externa: distancias en aire y superficies de contacto con la atmósfera,
sometidas a la influencia de las condiciones atmosféricas y otros agentes
externos, como polución, humedad, animales, etc.
Ejemplo: aislador de soporte
- la aislación externa puede ser para interior, si debe ser utilizado al abrigo de
la intemperie o en el interior de un edificio), si puede estar sometida a la acción
de la intemperie entonces debe ser para exterior.
- la aislación interna es la que se encuentra protegida de la influencia
atmosférica y de otros agentes.
Ejemplo: en un transformador, su aislación de papel aceite, es una aislacion
interna, el aislador pasatapas es una aislación en aire (superficie aislación
externa)
COMENTARIO:
El comportamiento de una aislación interna puede ser influenciado por el
envejecimiento, y puede ser autoregeneradora si recupera íntegramente sus
propiedades aislantes después de una descarga disruptiva, mientras que si no
se recupera se dice no autoregenadora.
Las aislaciones autoregeneradoras son generalmente, (aunque no
necesariamente) aislaciones externas.
Ejemplo: aislación en aire, aislación de un seccionador.
En un equipo genérico encontramos normalmente combinaciones de ambos
tipos de aislación.
Ejemplo: transformador, reactor de compensación, etc., que tienen aislación en
aire externa y en aceite/papel, interna
CARACTERÍSTICAS DE LOS EQUIPOS:
La aislación de los equipos se comprueba con algunos ensayos dieléctricos
- ensayo a frecuencia industrial de larga duración (este ensayo dura horas, en
función de la norma y del aparato).
- ensayo a frecuencia industrial de breve duración (1 minuto).
- impulso de maniobra.
- impulso atmosférico.
La tensión normal de los aparatos que se selecciona en base a la tensión mas
elevada (máxima) que se presenta en la red es la característica que liga los
ensayos que deben hacerse y ofrece las opciones de valores que pueden
seleccionarse.
Para un equipo, de una dada tensión nominal, en general solo son
representativos algunos ensayos.
Ejemplo:
- en 145 kV se hacen ensayos de frecuencia industrial 1 minuto e impulso
atmosférico.
- en 500 kV se hace el ensayo de impulso de maniobra (y quizás no se hace el
ensayo de impulso atmosférico)
- para ciertos equipos son de importancia ensayos de descargas parciales,
tangente delta, estabilidad térmica, que se hacen a frecuencia industrial por
tiempos largos.
SELECCIÓN DE VALORES BÁSICOS
A fin de elegir los valores básicos que deben adoptarse, es necesario hacer
distintos estudios.
Lógicamente en el estado actual de la técnica es forzoso buscar la solución
dentro de las opciones ofrecidas por las normas.
La tensión nominal de una red trifásica es el valor eficaz de la tensión entre
fases, con la que se denomina la red.
Los estudios de regulación de tensión y flujo de carga califican esta elección.
En una condición de carga, (en un instante) y en un punto cualquiera de la red
en funcionamiento normal, se presenta la tensión más elevada (máxima).
Los componentes de la instalación se seleccionan para la tensión más elevada,
(del sistema), que coincidirá en general con la tensión nominal (de los equipos).
OBSERVACIÓN
El valor de la tensión máxima de la red, no tiene en cuenta variaciones
temporarias debido a condiciones anormales, (por ejemplo desconexión brusca
de cargas importantes), ni variaciones transitorias (por ejemplo debidas a
maniobras).
SELECCIÓN DE VALORES DE ENSAYO
Pasada la etapa de determinación y ajuste de valores de funcionamiento
normal, se deben examinar las sobretensiones que se presentan en la red, las
posibles limitaciones de estos valores, con dispositivos de protección, y la
capacidad de soportar sobretensiones que los equipos y la instalación deben
tener.
Se desarrollan estudios de propagación de sobretensiones atmosféricas, y de
evaluación de sobretensiones de maniobras. Los resultados aconsejan los
valores a adoptar o las modificaciones oportunas de la red para mejorar la
situación.
Estas adopciones se orientan básicamente a reducir los costos y mantener
aceptables condiciones de servicio.
8.2 - SOBRETENSIONES - DEFINICIONES
Sobretensión es toda tensión función del tiempo, entre conductor de fase y
tierra que sobrepasa el valor de pico de la tensión (máxima) fase tierra o entre
conductores de fase, que sobrepasa el valor pico de la tensión fase-fase.
REFERENCIAS
Los valores fase tierra se refieren a Um raíz(2/3) = 0.8165 Um, mientras que los
fase-fase se refieren a Um raíz(2) = 1.4142 Um (siendo Um: tensión más
elevada del material).
Las sobretensiones se evalúan en por unidad, cuando se trata de
sobretensiones fase-fase se expresan como K raíz(3) = 1.7321 K.
COMENTARIOS
Las sobretensiones son siempre fenómenos transitorios.
Groseramente se pueden distinguir sobretensiones no amortiguadas, (o poco),
de duración relativamente larga, y amortiguadas de duración relativamente
breve.
La frontera entre los dos grupos de sobretensiones no puede fijarse con
precisión.
CLASIFICACIÓN
Las sobretensiones de breve duración se clasifican por su origen en
sobretensiones de maniobra y sobretensiones atmosféricas.
Estas últimas son de muy breve duración (y unidireccionales).
De todos modos a los fines de la coordinación de la aislación se clasifican por
su forma (y no por su origen).
A estos fines es suficiente describir estas sobretensiones con su clasificación y
su valor de cresta.
Las sobretensiones temporarias, son oscilaciones que aparecen en un punto
de la red, y tienen duración relativamente larga.
Se originan por maniobras o fallas, (aperturas de cargas importantes, fallas
monofásicas), o por fenómenos no lineales, (ferroresonancia, armónicas) y se
caracterizan por su amplitud, sus frecuencias de oscilación, su duración, su
amortiguamiento.
COMENTARIO
Las tensiones y sobretensiones que se presentan en un sistema trifásico
dependen del estado del neutro.
Se puede tener: - red con neutro aislado - red compensada por bobina de
extinción (Petersen) - red con neutro a tierra (efectivo, o a través de resistencia
y/o reactancia de valor relativamente pequeño) En general los sistemas de alta
tensión tienen el neutro puesto efectivamente a tierra.
Para limitar la corriente de falla monofásica, cuando su valor es elevado, se
ponen a tierra sólo algunos neutros de los transformadores.
FACTOR DE FALLA A TIERRA - DEFINICIÓN
Factor de falla a tierra (factor de puesta a tierra), en un punto de una red
trifásica y para un esquema de funcionamiento dado, es la relación entre la
tensión eficaz más elevada, (a frecuencia de red), entre una fase sana y la
tierra durante una falla a tierra, (que afecta una fase cualquiera ó más, en un
punto cualquiera de la red) y la tensión fase tierra que se tiene en el mismo
punto en ausencia de falla.
COMENTARIOS
Si el neutro está efectivamente a tierra este factor es 1, si está aislado puede
ser 1.73, si hay resonancia puede ser aún mayor.
Este factor se puede calcular a partir de los valores de impedancia de la red.
Se considera neutro efectivamente a tierra cuando este valor es inferior a 0.8 *
1.73 = 1.4.
CONCEPTOS
La magnitud de las sobretensiones que aparecen en la red, es un fenómeno
estadístico, cada valor de sobretensión tiene una probabilidad de ocurrencia.
Por otra parte la aplicación de una sobretensión a un objeto tiene cierta
probabilidad de ser soportada.
DEFINICIONES
Sobretensión estadística, aquella cuyo valor de cresta puede ser superada con
una probabilidad de referencia (adoptada en 2 %).
Tensión soportada estadística, con dado valor de cresta puede ser soportada
con una probabilidad de referencia (adoptada en 90 %).
Este concepto es solo aplicable a aislaciones autoregenerables para las
aislaciones no autogenerables el concepto a aplicar es el de tensión soportada
convencional, que aplicada cierto número de veces, no produce ninguna
descarga.
8.3 - DISTANCIAS DE AISLACION FASE TIERRA
Para espacios en aire del orden de los que se presentan en el diseño de las
estaciones eléctricas, se pueden considerar válidas las fórmula 8.3 y fórmula
8.4.
VALORES TÍPICOS A FRECUENCIA INDUSTRIAL
Para soportar una sobretensión a frecuencia industrial (en particular para
soportar cierta tensión por 1 minuto) se fija el gradiente de 300 kV/m.
Las fórmulas 8.1 y 8.2 resuelven el dimensionamiento bajo este aspecto.
VALORES TÍPICOS A IMPULSO DE MANIOBRA
Para una sobretensión de maniobra la fórmula 8.3 da la tensión de descarga
que tiene el 50 % de probabilidad de ser soportada, (y 50 % de producirse), la
fórmula 8.4 permite determinar la distancia.
El problema de determinar una distancia que satisfaga la tensión soportada
estadística, (90 % de probabilidad de soportar la tensión), requiere conocer la
desviación típica.
Para las sobretensiones de maniobra la desviación típica (reducida) es de 0.07.
La fórmula 8.5 permite determinar el valor que debe tener la tensión soportada
estadística, (90 %) partiendo de la tensión de descarga 50 %.
COMENTARIO
La figura 8.1A muestra los valores del factor de espacio K (gap factor,
intervalo), para un electrodo de forma de punta, y los otros de distintas formas.
Obsérvense para las distintas configuraciones el valor que les corresponde y la
amplia variación que presenta.
La figura 8.1B es analoga pero para un electrodo de forma de conductor, la
figura 8.1C corresponde a configuraciones de electrodos alrededor del
conductor.
Como la tensión de descarga es proporcional a K, surge que un dado espacio
en aire soporta más tensión a medida que su K aumenta (por variación de los
electrodos).
Viceversa al aumentar K puede reducirse la distancia para lograr una
determinada tensión de descarga (o soportada).
VALORES TÍPICOS A IMPULSO
Para una sobretensión atmosférica, es válida la fórmula 8.1 en la cual U tiene el
significado de tensión soportada estadística, y se debe dar un adecuado valor
del campo EK.
Este depende del factor de espacio (definido para sobretensión de maniobra),
para K = 1,15 con un gradiente de 560 kV/m se presenta una probabilidad de
descarga de 50 %.
Para otros factores de espacio puede observarse la figura 8.2 aunque la
variación no es importante, el gradiente depende de la polaridad, pero está
comprendido entre 530 y 620 kV/m.
Efectivamente, el valor dimensionante es el menor entre las dos curvas, para
factores de espacio menores, hasta 1.55 es critico el impulso positivo, por
arriba el negativo.
La desviación típica (reducida) que corresponde para las sobretensiones
atmosféricas es 0.03.
REFLEXIÓN
Las fórmulas indicadas permiten determinar para cierta forma de los electrodos
(factor K) y cierta distancia entre ellos (d) la tensión soportada (o de descarga)
con una probabilidad dada.
La interposición de un aislador en el espacio en rigor influye en el valor de K,
sin embargo no se lo tiene en cuenta, haciéndose la suposición de que el
espacio se comporta como si fuera aire.
Este criterio es válido para aisladores bien fabricados y de diseño comprobado
en los ensayos.
Los valores de K que se utilizan son aproximaciones válidas a nivel de
anteproyecto pero para mejor determinación deben hacerse ensayos sobre un
modelo de la parte de instalación que siendo crítica quiere observarse.
8.4 - DISTANCIA FASE - FASE
Solo las sobretensiones de maniobra pueden presentar valores fase-fase que
justifiquen su mejor análisis, y en consecuencia deben tenerse en cuenta en la
verificación de distancias fase-fase.
Las sobretensiones fase-fase son de orden de 1.4 a 1.6 del valor de las fase-
tierra.
La figura. 8.3 muestra para distintas formas de electrodos los valores de
tensión (de maniobra) de descarga 50 % fase - fase en función de la distancia.
8.5 - PROTECCIÓN
Para limitar las sobretensiones se utilizan dispositivos de protección.
En la actualidad se utilizan descargadores de óxido de cinc, en el pasado se
utilizaron descargadores de carburo de silicio (con explosores en serie).
En algunos casos, en que no se justifica la instalación de descargadores
(indudablemente es una solución costosa), se instalan explosores (cuernos)
cuyo objeto es fijar un punto de descarga definido y un valor de descarga
limitado.
De los dispositivos de protección es de interés conocer: - tensión de descarga a
impulso - tensión residual con una dada corriente - tensión máxima en el frente
(dividida por 1.15 para descargadores con explosores en serie).
Los valores de los niveles de protección se refieren a la tensión nominal del
dispositivo, y se denominan factores de protección.
Una referencia común para utilizar en el caso de los explosores es la tensión
simple Um / raíz(3).
FACTOR DE SEGURIDAD
Es la relación entre la tensión soportada, y la sobretensión máxima
correspondiente.
Cuando esta relación se hace entre valores estadísticos, se debe definir un
riesgo de falla, teniendo en cuenta las características de las distribuciones.
8.6 - DIMENSIONAMIENTO DE LAS DISTANCIAS - GENERALIDADES:
Las distancias de diseño de la estación deben tener en cuenta los
requerimientos de la aislación, y las necesidades de acceso (de personas y
equipos) por razones diversas a la proximidad de partes en tensión.
Siempre se debe tener presente que las normas no pueden garantizar en modo
absoluto la inmunidad de las personas y las cosas a los peligros. Disminuyen sí
las ocasiones de peligro, pero no pueden evitar circunstancias accidentales que
determinen situaciones peligrosas.
Cuando se diseña la estación se fijan los ejes (en base a una idealización) de
los distintos equipos y construcciones que finalmente deben materializarse
adquiriendo cierto tamaño real.
Muchas veces el equipo idealizado es envolvente de los equipos realizados por
distintos fabricantes.
Finalmente, para las estaciones aisladas en aire, o para las partes aisladas en
aire de estaciones blindadas, deben lograrse respetar distintas distancias
mínimas.
FUNCIÓN DE LAS DISTANCIAS:
Como dicho anteriormente las distancias deben:
- mantener aislación adecuada entre partes
- mantener aislación segura hacia las personas y cosas
Las distancias deben lograr que se cumplan las siguientes condiciones:
- seguridad
- mantenimiento
- operación
- aislacion
Lógicamente respetando las dimensiones de los equipos y de la estación.
CLASIFICACIÓN Y DEFINICIONES:
- Aislación fase-tierra, interpuesta entre elementos en tensión y elementos a
tierra.
- Aislación fase-fase, interpuesta entre elementos en tensión que pertenecen a
fases distintas de un mismo sistema eléctrico.
- Aislación de separación, entre elementos en tensión que pertenecen a
sistemas distintos (distintos niveles de tensión, por ejemplo 500 kV y 132 kV).
Estas aislaciones se obtienen respetando distancias mínimas en aire, en el
diseño de la estación.
ADVERTENCIA:
Los elementos de la instalación que son sometidos a ensayos de aislación no
necesitan respetar las distancias de diseño establecidas con los criterios que
más adelante se cometan.
Las distancias en cuestión deben ser respetadas en la instalación en el
supuesto que no se somete a ensayos de aislación, al conjunto de aislaciones
de la instalación.
DEFINICIONES:
- Zona de guardia se denomina el espacio que rodea un elemento, (o una
instalación) bajo tensión, en el cual no se admite la presencia de personas, o
de objetos móviles extraños a la instalación, accesibles a personas, (ejemplo:
escaleras, vehículos, herramientas...).
- Distancia de Guardia es la distancia mínima entre un punto en tensión y la
superficie que limita la zona de guardia a su alrededor.
- Zona de Trabajo es el espacio en el cual pueden moverse personas y objetos
de manera de no penetrar en la zona de guardia.
- Distancia de vínculo es la distancia entre el elemento en tensión y la
superficie, dentro de la zona de trabajo, en la cual la persona con ambos pies
en la superficie, y en ausencia de barreras materiales está impedido de
penetrar en la Zona de Guardia.
- Superficie de circulación, de las personas, o de los vehículos, son las áreas
que garantizan la no penetración en la Zona de Guardia de las mismas ni de
objetos móviles conectados.
8.7 - LIMITACIONES AL DESPLAZAMIENTO:
Oportunas distancias o limitaciones materiales a la circulación, impiden o
advierten de la cercanía de peligros.
En general la distancia vertical (al suelo) se considera condicionante adecuado.
Para evitar que el movimiento sobre superficies haga penetrar en zonas
peligrosas se realizan:
- Limitaciones de advertencia, que no impiden ni retienen a quien quiere
desobedecer, pero son eficaz aviso (carteles, barreras, cintas, cadenas,
banderas..)
- Parapetos, sólidos y estables, que limitan el acceso pero no impiden que con
el brazo se supere el límite.
- Defensas (paredes) sólidas, estables, de superficie plena o con mallas con
aberturas de amplitud tal que no puede pasar la mano.
Se trata siempre de mantener aislación segura hacia el personal que debe
moverse y operar en estas instalaciones.
Se considera en particular que las personas que realizan tareas en las
instalaciones están en conocimiento de los peligros, y en particular de los
constituidos por partes bajo tensión.
No debe olvidarse de que el accidente es consecuencia de condición insegura
y acción insegura, siendo fundamental la instrucción del personal, y las
adecuadas condiciones de trabajo.
ENFOQUE DEL PROBLEMA
Las solicitaciones dieléctricas, a que está sometida una parte de la instalación
en funcionamiento son debidas a:
- la tensión máxima (que se presenta en un punto de la red en condiciones de
funcionamiento normal).
- sobretensiones a frecuencia de servicio (que se presenta en ciertas
circunstancias excepcionales, embalamiento de un alternador, resonancia entre
circuitos L C).
- sobretensiones de maniobra (particularmente cuando se cierran y abren
interruptores).
- sobretensiones de impulso atmosférico (caso de sistemas expuestos a rayos).
El nivel de aislación caracteriza la aptitud de la aislación fase-tierra a soportar
las solicitaciones dieléctricas (con distinta importancia).
Los criterios de coordinación de la aislación sirven de base para la elección del
nivel de aislación.
La aptitud de las aislaciones fase-fase es coordinada con el nivel de aislación.
Se debe analizar para distintas solicitaciones de la aislación, y para las distintas
formas típicas de los electrodos (cuando influyen), las mínimas distancias
admisibles para que no ocurra una descarga.
A medida que el proyecto avanza se controlan rigurosamente los valores de las
distancias efectivas entre partes, para comprobar que no aparezcan puntos de
probable peligro.
Los controles se repiten para los puntos críticos antes de iniciar tareas
constructivas, cuando los equipos ya están definidos en forma y dimensiones.
Las distancias de guardia permiten construir los volúmenes dentro de los
cuales no se debe penetrar.
Se verifican entonces las distancias de vínculo, y los volúmenes dentro de los
cuales es posible el movimiento del operador.
Se verifican las distancias críticas que se presentan en situaciones particulares,
y que no deben satisfacer los mínimos exigidos ya que se supone que no
puede presentarse esta situación con una sobretensión.
DISTANCIAS NORMALES
Se determinan las distancias básicas para las solicitaciones dieléctricas que
corresponden a los valores de ensayo del equipamiento.
Para esto pueden utilizarse los valores indicados en las normas, o algunas
fórmulas que se encuentran en la bibliografía.
Es útil determinar las distancias que soportan las distintas solicitaciones
dieléctricas.
Particularmente en las muy altas tensiones las distancias indicadas pueden
resultar escasas en el caso de electrodos con formas muy particulares (en
general con geometría asimétrica). Estos electrodos deben evitarse, o mejorar
su comportamiento mediante anillos de guardia.
Hasta la tensión máxima de 245 kV la distancia fase-tierra también se utiliza
para determinar la distancia fase-fase.
Para tensiones desde 300 kV las sobretensiones (de maniobra) fase-fase son
causa de que la distancia mínima fase-fase sea mayor que la fase-tierra.
Como distancia de aislación en aire se adopta el mayor de los valores que se
determinan en relación con cierto nivel de aislación.
Se observa que para alta tensión (hasta 245 kV) la distancia está determinada
por la solicitación a impulso atmosférico, mientras que para muy alta tensión,
(desde 300 kV) la determinante es el impulso de maniobra.
DISTANCIAS REDUCIDAS
Las distancias de aislación en aire para los elementos móviles se verifican en
condiciones de servicio normales, ausencia de cortocircuito y velocidad de
viento mínima (20-30 km./h por ejemplo).
Por distintas causas, ciertas distancias varían y alcanzan un valor mínimo, en
consecuencia debe ser controlada la aislación para la máxima declinación de
los elementos móviles.
Las causas de movimiento son:
- la acción del viento máximo, (130 km./h por ejemplo) en la dirección más
critica para la aislación.
- la fuerza electrodinámica producida por la condición de cortocircuito en el
sistema, que resulta crítica para el elemento.
Las distancias mínimas que se fijan en estas situaciones son del orden del 50%
de las distancias que corresponden al nivel de aislación y se las llama
distancias reducidas.
Estas distancias dependen no del nivel de aislación, sino de particulares
solicitaciones dieléctricas que pueden ser simultáneas a la situación que ha
llevado a la declinación máxima el elemento.
La distancia fase-tierra bajo cortocircuito se adopta como el 60% de la distancia
de aislación definida por la tensión de ensayo a frecuencia industrial o
sobretensión de maniobra. Se supone que simultáneamente al cortocircuito
puede presentarse una sobretensión de 60-70%, pero que no se alcanza el
100%.
La distancia fase-tierra por acción del viento debe soportar la tensión máxima
fase-tierra; influye en esta distancia el factor de falla a tierra, para sistemas con
neutro a tierra a partir de los 145 kV se asume 80% de la tensión máxima.
El criterio es que con máximo viento, en el instante en que la máxima ráfaga
lleva a los conductores a su posición extrema, no se presenta ningún tipo de
sobretensiones, ni situación anormal.
La distancia fase-fase bajo cortocircuito se adopta asumiendo una sobretensión
dinámica a frecuencia industrial dada por el 120% de la tensión máxima.
Se supone que las sobretensiones durante el cortocircuito son de frecuencia
industrial, y las sobretensiones de maniobra que se presentan no afectan esta
aislación (es decir no serán simultáneas en las distintas fases, y no alcanzarán
los valores máximos).
Se admite que el viento no causa variaciones significativas de las distancias
fase-fase de los elementos móviles de la estación.
8.8 - DISTANCIAS DE AISLACION SUPERFICIALES - AISLADORES
Están determinadas fundamentalmente por la tensión máxima de servicio y el
nivel de contaminación del ambiente.
Por otra parte están ligadas a las características geométricas de la aislación
superficial (línea de fuga, forma y longitud).
El nivel de contaminación ambiental se clasifica con cierta escala como nulo,
ligero, pesado, excepcional.
En correspondencia con cada nivel de contaminación, según el tipo de ensayo
se fija el grado de contaminación que la aislación debe soportar, y se
recomienda la relación : línea de fuga/tensión máxima fase-tierra, (de 2 o más
de 6 cm/kV).
8.9 - DISTANCIAS DE GUARDIA
Estas distancias deben garantizar la aislación para permitir acceder con
seguridad.
Se adopta superior a la distancia de aislación multiplicándola por cierto factor.
Cuando la distancia de aislación esta definida por la solicitación a impulso
atmosférico entre 250 y 750 kV, el factor está comprendido entre 125% y 115%
y se obtiene por interpolación lineal.
Por arriba de 750 kV se adopta 115% y por debajo de 250 kV 125-130%.
Cuando la distancia de aislación está definida por la solicitación de maniobra,
para obtener la distancia de guardia se incrementa en 15% la sobretensión de
maniobra, y con un factor de espacio 1.15 (recordemos que depende de la
forma de los electrodos) se determina la distancia de guardia.
Las distancias así determinadas sirven para anular el riesgo de descarga.
De todos modos deben ser comparadas con las distancias que están fijadas
por reglamentos que en ciertos casos son imperativos.
Las distancias de guardia permiten determinar alrededor de partes de tensión
los volúmenes dentro de los cuales no se deben penetrar, y la zona de trabajo
en la cual sí se puede estar.
Cuando un elemento puede asumir distintas posiciones se considera la que da
la mínima distancia dentro de los límites en que puede encontrarse el elemento
durante el trabajo.
A fin de evitar que un operador penetre en la zona de guardia debe tenerse en
cuenta como vincular su superficie de desplazamiento, (en la cual debe tener
los pies), para asegurar que precisamente no penetre en esta zona.
8.10 - DIMENSIONES DEL HOMBRE
Se hace referencia a un hombre convencional cuyas dimensiones están
definidas, ver figura 8.4.
Se supone que el operador es de altura normal, esta adiestrado, normalmente
utiliza pequeñas herramientas manuales.
En particular su altura es de 1.75 m, con el brazo extendido hacia arriba
alcanza 2.25 m, con los brazos extendidos horizontalmente ocupa 1.75m,
cuando estira el brazo retenido por una barrera de 1.2 m de altura alcanza
1.25m, cuando estira el brazo hacia arriba desde un plano de trabajo alcanza
también 1.25 m.
Con estas dimensiones es construible un gálibo que permite determinar en
base a la ubicación de los pies el volumen que el hombre pueda alcanzar.
8.11 - DISTANCIAS DE VINCULO
Con las dimensiones de guardia y del hombre quedan definidas las superficies
de vínculo y las distancias de vínculo vertical (dvv = dg +2.25 m), y horizontal
(dvh = dg + 1.25 m).
El movimiento sobre las superficies de vínculo garantiza que este se hace en
condiciones de seguridad, si la superficie se prolonga, debe limitarse con
parapetos, obstáculos, advertencias.
Algunas normas o reglamentos fijan distancias de vínculo mayores, y deben ser
tenidas en cuenta (cuando vigentes).
La figura 8.5 ayuda a interpretar las distancias de guardia y las zonas que
definen las superficies de vínculo.
Colóquese el hombre con el brazo extendido y levantado que define las
distancias desde las superficies de vínculo.
Obsérvese la necesidad del parapeto, (o de la pared), si la superficie de
circulación se prolongara.
La figura 8.6 muestra la superficie de circulación de un vehículo, con distancia
de tolerancia (0,7 m) para que pueda circular por el camino respetando
razonablemente la senda.
La senda debe estar marcada con cordones que impidan efectivamente que el
vehículo salga del camino (involuntariamente).
Una aplicación que exige también una pequeña explicación es la zona de
guardia alrededor de los aisladores.
Los sostenes aislantes (aisladores de soporte, aisladores de aparatos) no
deben quedar accesibles a las personas, en ninguna parte de su superficie.
Se considera a los fines de la seguridad que el aislador es un punto peligroso, y
en consecuencia aún su borde inferior debe encontrarse a una altura no
alcanzable, o deben existir obstáculos que impidan tocarlo.
A veces el tamaño del aislador coincide con la distancia de guardia, como
muestra la figura 8.7, a veces es de tamaño menor, y entonces el soporte
(metálico) penetrará en la zona de guardia, la superficie de vínculo se
determinará en base a la zona de guardia.
Como el aislador es de tamaño mayor que la distancia de guardia, de manera
que su parte inferior (fuera de ella) puede estar a menos de 2.25 m, el diseño
del soporte debe prever una defensa a 2 m de altura que impida alcanzar el
aislador.
8.12 - INFLUENCIA EN EL MANTENIMIENTO
Al prepararse el mantenimiento de una parte de la instalación, se deben
estudiar las zonas de guardia a respetar alrededor del área de trabajo, y
establecer correctamente las superficies de vínculo, definidas por las distancias
de vínculo, a fin de garantizar la ausencia de riesgos.
Es útil a nivel de proyecto un análisis aunque sea somero, de las condiciones
de mantenimiento, esto no libera de ningún modo a quienes hacen el
mantenimiento, de su responsabilidad en el respeto de las reglas de seguridad.
DISTANCIAS DE TRABAJO
Cuando se accede a las instalaciones para efectuar trabajos, las distancias
deben determinarse teniendo en cuenta las condiciones reales cada vez.
Cuando existen conductores se debe proveer a respetar las distancias.
No se consideran conductores desnudos en tensión:
- los que están incluidos en aparatos con caja metálica.
- los que están protegidos por paredes metálicas puestas a tierra con suficiente
grado de protección.
- los protegidos con paredes llenas no metálicas (mampostería o aislantes)
cuya superficie accesible se encuentre al menos a la distancia de guardia del
conductor.
- si la distancia es inferior a la de guardia se debe poder contar con el efecto
aislante de la pared.
DELIMITACION DE LA ZONA DE TRABAJO
La delimitación se controla en dirección horizontal y vertical.
En superficies de circulación no se admite la delimitación por simple distancia,
es necesario vallas que indiquen esta delimitación.
Se acepta la limitación por simple distancia cuando el operador se encuentra
alejado del suelo (por ejemplo sobre una escalera) ya que aun un error
involuntario no podrá hacerle superar un cierto límite en sentido horizontal.
Limitaciones de altura parcial, parapetos contienen el desplazamiento del
cuerpo del operador pero no sus brazos.
Limitaciones de altura total, tabiques, obstaculizan cualquier movimiento.
En sentido vertical el simple distanciamiento se realiza cuando el operador en
los distintos planos a que tiene acceso y con los brazos levantados no penetre
en zona de guardia.
La condición de estar debajo de partes en tensión no requiere ni siquiera el
aviso.
Puede tenerse limitaciones materiales aptas a contener los movimientos del
operador hacia arriba
En las limitaciones por simple distanciamiento es importante tener en cuenta
las acciones erróneas o movimientos accidentales y considerarlos en las
distintas de vínculo.
EL MANTENIMIENTO Y EL PROYECTO
La seguridad de las operaciones de mantenimiento obliga a hacer
consideraciones que en la actualidad interfieren a nivel de proyecto , obligando
al proyectista a un esfuerzo de asumir criterios que lo comprometen en mas
con la vida de la obra.
Es obvio que la libertad absoluta de mantenimiento puede lograrse con una
parada total de la instalacion, con desconexion total de las fuentes de peligro,
pero esta situacion normalmente no se presenta.
Se trata siempre de hacer mantenimiento con parte de la instalacion en
servicio, en este caso independientemente del proyecto corresponde a los que
asumen la responsabilidad de mantenimiento analizar cuidadosamente las
condiciones de trabajodurante las operaciones.
Se define el area de trabajo, superficie del suelo y se la seniala (eventulamente
cerca rodea) limitando el area de peligro, dentro del area de trabajo la persona
no debe penetrar en zonas peligrosas.
Se considera que no debe llegar a una distancia (3 m según algunas normas)
desde donde extendiendo el brazo se penetra en zonas de peligro (hacia el
costado, hacia arriba).
Se acepta tener por arriba puntos en tension, y en este caso queda restringida
la altura de eventuales superficies para elevarse durante el trabajo.
Las partes que pueden asumir cargas por el campo electrico (por ejemplo una
barra fuera de tension, que se carga capacitivamente por influencia) deben
ponese a tierra para linitar sustos o tensiones imprevisibles.
Observese el corte de una playa (por ejemplo de 132 kV) y tomese nota de los
problemas que se presentan, por ejemplo la cantidsad de planos de tension
(cabezal de equipos, Barras principales, conexiones de salida o cruces).
Planteense acciones de mantenimiento, la salida fuera de servicio cruza al
menos sobre una de las barras principales, por lo que no se puede trabajar en
en la salida el los elementos que estan sobre la barra en tension.
El tramo vertical de subida esta cerca de las barras, entre ellas por lo que no
puede llegarse a esta aunque solo una barra se encuentre en tension, si se
pueden hacer trabajos debajo de las barras, en los seccionadores o los
aparatos, controlando las distancias de seguridad.
Cada trabajo se debe plantear en esta forma, analizarlo y respetar las
condiciones de trabajo seguro, y este analisis se deba hacer con quenes haran
el trabjo para que ellos tengan conciencia de lo que pueden hacer y lo que no
deben hacer.
8.13 - INFLUENCIA DE LA ALTURA - CONCEPTO
La rigidez dieléctrica del aire depende de la presión atmosférica y de la
temperatura del aire.
Un objeto, con características de aislación definidas tiene una aislación
externa, que depende del aire, y que puede ser crítica.
Cuando el sitio de instalación es en altura, más de 1.000 m sobre el nivel del
mar, la disminución de rigidez del aire, puede hacer que no sean soportadas
sobretensiones que al nivel del mar no traerían consecuencias.
LAS DISTANCIAS
Para tener en cuenta la disminución de rigidez del aire las distancias de
aislación en aire se aumentan 1,25 % por cada 100 m de aumento de altura a
partir de los 1.000 m.
La fórmula 8.6 es aplicable para determinar la distancia en altura a partir de
una distancia definida al nivel del mar.
FACTORES DE CORRECCIÓN
La descarga de la aislación en aire depende de las condiciones atmosféricas,
en particular depende de la presión y de la humedad del aire.
La tensión de descarga medida en una condición determinada, se refiere al
valor que se hubiera logrado en condiciones atmosféricas definidas normales.
Se pretende que el equipo en prueba soporte a una cierta altura sobre el nivel
del mar un ensayo con cierto valor de tensión, en esas condiciones de presión
(y temperatura) se aplica efectivamente la tensión de ensayo.
Si ese ensayo se refiere al nivel del mar, se determina el factor de referencia
(kd = factor de corrección).
En consecuencia, definido y aprobado el equipo con la tensión que
corresponde al nivel del mar, con el factor de corrección queda identificada la
tensión de prueba aplicable en altura.
La fórmula 8.7 permite determinar la variación de presión con la temperatura, la
formula 8.9 permite determinar el factor de corrección. Los exponentes m y n
generalmente valen 1, pero para el ensayo de corriente alterna, y para impulso
de maniobra positiva, entre electrodos punta-punta o punta-plano, dependen
del espacio de descarga, su valor es 1 hasta 1 m, de 1 m a 6 se interpola
linealmente entre 1 y 0.4, por arriba de 6 m el valor es 0.4.
La fórmula 8.10 da la tensión corregida, (referida a condiciones normales)
partiendo de un ensayo en condiciones especiales.
En la aplicación que examinamos Vsnm es la tensión que el equipo soporta al
nivel del mar, kd es el factor de corrección que corresponde a la altura de
instalación, Vens es la tensión que puede soportar en altura.
REFLEXIÓN
Debe considerarse que la tensión de prueba que se aplica a un equipo es
común tanto a las aislaciones externas como a las internas.
Generalmente las aislaciones internas no son sensibles a la presión
atmosférica y en consecuencia no se degradan con la altura.
Por otra parte, las aislaciones en aire se autoregeneran, mientras en las otras
aislaciones, en general, la falla es definitiva.
ADVERTENCIA
Al aplicar tensiones de prueba mayores para tener en cuenta la influencia de la
altura deben tomarse precauciones para no solicitar indebidamente las partes
del equipo de aislación no autoregenerativa (aislación interna).
EJEMPLO
El ensayo de un transformador, representativo de su funcionamiento en altura,
hecho al nivel del mar requiere ensayar por separado la máquina, y la aislación
en aire de los aisladores.
RELACIÓN ENTRE PRESIÓN Y LA ALTURA
La presión varía con la altura con una expresión que depende de ella en modo
complejo.
La figura 8.8 muestra un gráfico simple, que puede utilizarse para aplicaciones
rápidas.
CONCLUSIONES
Las instalaciones en altura requieren equipos con aislaciones en aire capaces
de soportar (al nivel del mar) solicitaciones mayores que las que corresponden
a su categoría de tensión.
En otras palabras, para una instalación que funciona a la tensión nominal (Um
a la que corresponde una tensión de ensayo Ue, se requieren equipos que
soporten la tensión de ensayo Ue/Kd, y en consecuencia serán de tensión
nominal superior a Un (desde este punto de vista sobredimensionados).
Las aislaciones internas, no en aire, en cambio no requieren
sobredimensionamiento alguno.
ADVERTENCIA
La variación de densidad del aire con la altura, afecta además las condiciones
de disipación de calor.
En consecuencia la corriente (nominal) que lleva un equipo a su temperatura
límite será menor con la altura.
Como puede considerarse que en general la temperatura ambiente máxima
disminuye con la altura esta situación puede no tener importancia.
8.14 - LA AISLACION SUPERFICIAL
El interés que ésta presenta es debido a su sensibilidad a la contaminación que
provoca el ambiente.
Las consecuencias de la contaminación se observan, especialmente con las
salidas de servicio debidas a descargas cuando la superficie de los aisladores
está sucia.
GRADOS DE CONTAMINACIÓN
- nulo - se clasifica así un ambiente sin industrias, donde hay baja densidad de
habitaciones con instalaciones de calefacción (productoras de humos), lejos del
mar, o no expuesto a vientos marinos (contaminación salina).
Cuando las industrias son importantes, el sitio debe ser bien ventilado, y las
lluvias deben ser abundantes (de manera que se produzca lavado de los
aisladores).
Cuando se presentan neblinas, las líneas de 145 kV con menor número de
aisladores normales (9-10) no salen de servicio.
- ligero - las industrias no son de tipo particularmente contaminantes, si la
densidad es alta el sitio debe ser muy ventilado y lluvioso, si hay vientos
marinos la distancia al mar debe ser de 1 km. al menos.
En líneas de 145 kV con menos de 9-10 aisladores normales se presentan
salidas de servicio en condiciones de neblina.
- pesado - alta densidad de instalaciones de calefacción, exposición a vientos
marinos importantes.
Se requieren mas de 11-12 aisladores normales para que una línea de 145 kV
no presente salidas de servicio en condiciones de niebla o viento marino.
- excepcional - se trata de zonas muy localizadas, donde el humo produce
depósitos particularmente conductivos, o los vientos marinos arrastran gotas de
agua de mar de dimensiones perceptibles, o se forman mezclas de sal y betún.
Se presentan salidas de servicio en condiciones de niebla o tempestades
marinas aún si el número de aisladores de la línea es de 11 ó 12.
ENSAYOS
Los ensayos tiene por fin determinar el máximo grado de contaminación que un
aislador puede aceptar sin perder su capacidad de soportar una tensión dada,
o determinar la tensión soportada con cierto grado de contaminación.
Los métodos de ensayo son dos:
- método de la niebla neblina, consiste en inyectar niebla de agua salada en la
cámara de prueba donde se encuentra el objeto en ensayo sometido a tensión.
- capa sólida superficial, el objeto se recubre con una capa de contaminante de
cierta conductividad, el depósito se humedece hasta que la resistencia
superficial alcanza un mínimo, y en estas condiciones se somete a tensión.
El nivel de contaminación se reconoce por la salinidad soportada (en Kg./m3 de
agua) o la conductividad de la capa (en micro Siemens).
Según el grado de contaminación se recomienda una relación entre la longitud
de la línea de fuga y la tensión máxima fase-tierra.
8.15 - SOLUCIONES CON AISLACION EN SF6
Intentando reducir tamaños de las instalaciones de alta tensión se desarrollaron
equipos aislados en SF6, las soluciones actuales se basan en módulos
compactos que corresponden a los mismos equipos que se encuentran en las
soluciones tradicionales.
En tensiones menores (170 kV) la construcción puede ser tripolar, mientras que
con tensiones mayores solo unipolar.
- los interruptores son con una o mas interrupciones por polo, en muy altas
tensiones se utilizan seccionadores bajo carga (aptos para maniobrar, pero que
no interrumpen las corrientes de cortocircuito).
- seccionadores generalmente de diseño coaxial, telescópico.
- transformadores de corriente de tipo toroidal.
- transformadores de tensión de tipo inductivo, aislados en gas.
- transformadores capacitivos, aislados con aceite y gas, utilizados en muy
altas tensiones
- barras, en contenedor de gas, unipolares o tripolares.
Los elementos son estancos, están separados unos de otros mediante
aisladores de soporte barras que cumplen la función de tabique entre
ambientes de SF6.
- los transformadores de potencia, aislados en aceite, se unen a las barras
mediante aisladores pasantes SF6/aceite.
- los cables de aislacion sólida, o de aceite fluido, también se unen a barras con
aisladores terminales.
- para conectar líneas aéreas se utilizan aisladores SF6/aire, con adecuada
línea de fuga, ya que esta puede llegar a ser la única aislacion sujeta a
contaminación de la instalación.
- el diseño se completa con cuchillas de tierra de alta velocidad, que se
disponen para seguridad de las personas.
Estos diseños constructivos están muy ligados al proveedor, inclusive en su
ingeniería básica.
9 - MODULARIDAD Y RACIONALIZACIÓN
9.1 - INTRODUCCIÓN
El análisis de los temas incluye las hipótesis de cálculo, las soluciones
constructivas posibles, su selección, los métodos de cálculo y verificación de la
solución adoptada, eventuales comparaciones con otras soluciones, diseño
constructivo y detalles.
El enfoque de los temas de proyecto, y la profundidad con que deben ser
estudiados determinados problemas que se presentan, no permite desarrollar
en tiempos breves proyectos suficientemente optimizados.
9.2 - LA MODULARIDAD
La principal característica de una estación eléctrica, es su modularidad, en una
misma estación ciertos conjuntos (construcciones) se repiten más veces, en
consecuencia la acción de optimizar detalles tiene gran rendimiento.
A su vez, generalmente el diseño de una estación eléctrica puede repetirse
varias veces en la red, el rendimiento del buen diseño se multiplica.
El proyecto unificado y normalizado de estaciones eléctricas con detalles
optimizados, evita reproyectar en cada caso, y permite la máxima racionalidad,
e interesantes economías.
Ya al observar los esquemas de ingeniería básica de una estación, el esquema
unifilar, el croquis de disposición de equipos, son evidentes sus características
modulares.
Se identifican partes que se repiten en el diseño de la estación, por ejemplo:
- módulo de barras
- módulo de salida
- módulo de línea
- módulo de transformador
- módulo de interruptor y seccionadores asociados, etc.
Estas condiciones sugieren que la racionalización del proyecto es necesaria, y
que seguramente producirá rédito.
LO EXISTENTE
Teniendo estaciones eléctricas ya realizadas, cada una quizás con distintos
criterios y distintas tecnologías, nos encontramos frente a una buena base que
permite avanzar rápidamente en el intento de desarrollar un proyecto de una
nueva estación, si partimos de un proyecto ya realizado, adoptando sus
módulos, y utilizándolos para obtener un nuevo proyecto, haremos una gran
economía de esfuerzos y costos.
Esta economía puede permitirnos "gastar" gran esfuerzo en mejorar aspectos
parciales de detalle del proyecto que enfrentamos y esto redundará en nuevas
ventajas de costos.
LA COMPARACIÓN
Es fundamental obtener de la explotación y mantenimiento, que son quienes
sufren los errores de los proyectistas, la crítica que permite mejorar el proyecto
en las nuevas realizaciones.
Es importante la comparación entre las posibles distintas soluciones,
comparación que surge de observar su desempeño frente a las solicitaciones
reales, las condiciones de montaje, las condiciones y dificultades de
mantenimiento y de operación, la extracción de conclusiones de acuerdo con
los distintos interesados.
CUALIDADES DEL PROYECTO
La sencillez de las soluciones, la intuitividad del proyecto, son las máximas
cualidades que facilitan la comprensión y en consecuencia permiten la buena
utilización de la obra.
Lamentablemente son indispensables siempre complicaciones para conseguir
otras cualidades de la obra.
Es importante controlar permanentemente , que el mayor grado de
complicación de la solución adoptada sea compensada por evidentes ventajas.
Nunca debe olvidarse que el máximo mérito de un proyectista es lograr un
proyecto, en el cual él pase al olvido... si no es olvidado, entonces mala señal,
los motivos de que no se lo olvide son sus errores.
El costo depende de ingeniería, materiales y mano de obra, el ahorro de
ingeniería (de oficina, de proyecto) trae como consecuencia el desarrollo
(quizás improvisación) de ingeniería de obra.
La economía debe hacerse sobre materiales y mano de obra, teniendo en
cuenta que los talleres permiten mejor aprovechamiento de los materiales, y
poseen mano de obra quizás mas costosa, pero que puede rendir más por las
mejores condiciones de trabajo, la prefabricación de elementos es importante.
Por otra parte para el taller es conveniente la construcción de muchos
elementos iguales, los criterios de proyecto deben tener en cuenta esta
condición.
9.3 - DISPOSICIÓN DE EQUIPOS
Tratamos de convertir un esquema unifilar (estación simbólica) en una solución
constructiva (estación física).
Hemos clasificado los esquemas por su modo de acople:
- esquema de acople por barras
- esquema de acople por interruptores
- esquema mixtos
Por la disposición de sus fases:
- fases asociadas
- fases segregadas
- fases mixtas
Al realizar la estación eléctrica se deben separar los distintos planos (niveles)
que contienen los elementos en tensión, con éste criterio se clasifican:
- con dos planos (niveles)
- con tres planos
Analizaremos distintos diseños de estaciones, desarrollaremos estos análisis
identificando los módulos típicos, y eventualmente subdividiéndolos
convenientemente:
- zona de salida (línea, transformador)
- zona de barras
El análisis lo haremos sobre los distintos esquemas posibles.
ZONA DE SALIDA
Esta zona incluye aparatos que se encuentran en serie en la salida
propiamente dicha:
- interruptor
- transformadores de corriente
- seccionador de línea
- cuchillas de tierra
- transformador de tensión
- capacitor de acoplamiento y bobina de filtro
- descargadores
El criterio de disposición de los equipos en elevación (corte) puede basarse en
distintas posibilidades.
Trazando una recta horizontal paralela al suelo se define el límite inferior de la
zona de guardia. Conviene trazar otra recta horizontal que define el límite
inferior de la posible posición del conductor y que genera la zona de guardia.
Con estos límites se ubican los equipos controlando que su parte superior
conductora quede por arriba de la segunda recta, y el extremo inferior de sus
aisladores quede por arriba de la primera recta.
En general la traza del conductor que unirá los bornes de los equipos será
tortuosa, no seguirá una recta, y para algunos puede no ser agradable desde el
punto de vista estético (Figura 9.1)
Sobre el diseño anteriormente logrado puede intentarse convertir al conductor
en una recta horizontal, debiendo adoptarse como altura del mismo la mayor
obtenida con el método anterior (Figura 9.2)
El haber logrado un diseño rectilíneo del conductor con ciertos equipos, puede
al cambiarse marcas y/o modelos entrar en crisis y nuevamente aparecerá una
línea tortuosa como traza del conductor.
El pretender mantener mínimas las alturas puede bajar la altura mínima del
conductor y la zona de guardia se acerca al suelo no quedando altura libre
suficiente debajo de ella.
En éste caso será indispensable instalar vallas, parapetos, para limitar las
zonas de circulación (Figura 9.3).
Un aspecto que se considera es la posibilidad de retirar equipos (o partes) para
operaciones de mantenimiento, o cambiarlas por causa de la evolución.
El necesitar extraerlas, desmontarlas, define vías de paso, de mantenimiento, y
zonas de trabajo.
Las vías de paso pueden definirse paralelas al conductor (eje) de salida, o
transversales y exigen espacios de circulación en consecuencia.
La distancia entre campos vecinos debe garantizar seguridad cuando se hace
el mantenimiento en un campo.
Estas necesidades fijan la distancia entre campos próximos.
MODULO DE SECCIONADOR
Entre los equipos que se incluyeron en la salida, los que ocupan en general el
mayor espacio son los seccionadores.
Seccionadores de dos columnas, obligan a una distancia entre fases que debe
tener en cuenta la posición de abierto en particular (ver figura 9.4.1)
Seccionadores de cuchilla que se mueve en un plano vertical exigen menos
espacio entre fases pero requieren espacio superior (en posición abierto).
Es conveniente considerar el volumen de guardia definido por el seccionador
en sus distintas posiciones.
Los seccionadores de dos columnas pueden adoptar una disposición más
compacta, pero los polos no podrán quedar alineados, y se dificulta (o
imposibilita) la transmisión mecánica del movimiento entre polos (ver Figura
9.4.2).
PÓRTICO DE SALIDA
La línea saliente se amarra a un pórtico, para minimizar costos se requiere
contener la altura. Dentro del área de estación, donde puede haber
restricciones a la circulación, ésta altura puede ser mínima, pero cuando la
línea sale del recinto de la estación, la altura de la línea sobre el suelo debe
permitir la libre circulación y dejar la altura libre necesaria.
El pórtico se utiliza a veces para sostener la bobina de filtro; capacitor de
acople y descargadores se instalan en su proximidad.
Bobina y capacitores, en ciertos casos se instalan en sólo una fase, o solo en
dos y muchas veces se debe contemplar la posibilidad de que ésta pueda ser
cualquiera.
Los cambios de conexión deben preverse sin requerir acciones de envergadura
(Figura 9.4.3), a veces es necesario cambiar la fase a la cual el filtro esta
conectado.
ZONA DE BARRAS
Las barras principales pueden realizarse con cables (flexibles) o con tubos
(rígidos).
El utilizar un material u otro depende de varios factores y en particular de
algunas características de la disposición de barras, más adelante se analiza
esta selección.
El módulo de barras incluye las barras propiamente dichas y los conductores
de derivación, (salida), la conexión entre ambos se realiza interponiendo
seccionadores.
Barras y conductores de derivación, cuando el diseño es con fases asociadas,
deben estar contenidas en planos distintos, ya que se cruzan.
La figura 9.4 muestra un módulo de barras con el seccionador de derivación, de
tipo rotativo de tres columnas, con disposición de polos paralelos.
Si se utilizan en esta disposición seccionadores de dos columnas, varían las
dimensiones del módulo en planta, ver figura 9.4.1.
La utilización de seccionadores de cuchilla que se mueve en el plano vertical
obliga a tener en cuenta la distancia entre cuchilla y barra más próxima
mientras la cuchilla se mueve.
La figura 9.4 muestra una disposición con las barras altas y las derivaciones
por abajo, no se ve ventaja en intentar esta disposición en planta con las
derivaciones altas y las barras bajas.
Al contrario se presentan dificultades para proyectar las conexiones de
derivación por arriba de las barras, los equipos (seccionadores) instalados a
mayor altura son más dificultosos de mantener.
Un doble sistema de barras se logra asociando dos módulos como la figura 9.4,
disponiendo los seccionadores al centro, la salida se debe hacer en elevación,
cruzando por arriba de uno de los juegos de barras. Hemos dicho que barras y
derivación se deben disponer en planos distintos, la figura 9.5 muestra la
solución natural de unirlas con seccionadores de tipo pantógrafo (de apertura
vertical) en disposición diagonal.
La figura muestra la posibilidad de barras altas y derivaciones bajas, pero es
inmediato pensar en la solución con barras bajas, prolongando las líneas
punteadas, y derivaciones altas.
Más sistemas de barras, dos, tres se realizan disponiendo más módulos el uno
al lado del otro como la figura 9.5.
Los seccionadores de tipo pantógrafo exigen la atención del proyectista a fin de
mantener bajo control la posición del contacto fijo en las distintas condiciones
climáticas (temperatura, vientos) y en distintas situaciones de funcionamiento.
Surge aquí en forma natural la conveniencia de que las barras, (aún si altas)
sean rígidas; si son flexibles el mantener fija la posición del contacto fijo, es
más difícil.
La claridad de este diseño es ejemplar, aún con varios juegos de barras.
La figura 9.6 permite una solución similar a la de los seccionadores pantógrafo
figura 9.5.
Los seccionadores de dos columnas rotativos se han dispuesto en fila india.
También podrían haberse dispuesto en diagonal, como los pantógrafos.
Los seccionadores están dispuestos en forma transversal a las barras que
sostienen.
El mismo ejemplo es válido para seccionadores rotativos de tres columnas.
La figura 9.7 muestra como puede conseguirse cierta compactación, y
reducción de superficie.
Cuando los seccionadores están alineados, ya en fila india o en disposición con
polos paralelos, pueden tener un único comando, y transmisión mecánica entre
polos.
Cuando la disposición es la que se observa en figura 9.7 la transmisión
mecánica del movimiento de un solo comando a los distintos polos no es
(fácilmente) realizable, y se utilizan seccionadores con comandos por polo.
Las figura 9.6 y figura 9.7 corresponden a un diseño de barras altas y
derivaciones bajas, es fácil imaginar la solución de barras bajas y derivaciones
altas.
Al asociar dos módulos como las figura 9.6 y figura 9.7 se realiza un sistema de
doble juego de barras, también puede ser triple.
El esquema de doble juego de barras basado en la figura 9.6 cubre una
superficie mayor que para la figura 9.4.
Como hemos dicho la salida del doble juego de barras basado en la figura 9.4,
requiere un pórtico para elevarse con los conductores de la derivación y salir
pasando sobre las barras.
La superficie mínima de la figura 9.4 resulta pagada con (tres planos de
tensión) una mayor altura, la solución es aceptable si el costo de la superficie
es muy elevado en comparación con la obra, y se justifica así el mayor costo de
la altura.
9.4 - DIAGRAMACION DE ESTACIONES CON ESQUEMAS DE ACOPLE POR
BARRAS (continuacion)
Las figura 9.13 y figura 9.14 muestran esquemas de un único juego de barras.
En particular la figura 9.13 (es único juego de barras), las salidas se pueden
hacer hacia ambos lados, cada módulo de barras tiene dos salidas.
La figura 9.14 muestra un esquema de único juego de barras con barra de
transferencia, también en este caso cada módulo de barras tiene dos salidas,
obsérvese que hay tres planos de tensión, el de los equipos, inferior, el de las
barras, intermedio, y el superior de cruce que lleva la barra de transferencia
donde requerido.
La figura 9.15 también muestra un esquema de único juego de barras, con
barra de transferencia, la barra de transferencia se encuentra a ambos lados, y
de esta manera los planos de tensión sólo son dos.
La diagramación de la planta permite controlar el buen diseño de las barras y la
posibilidad de resolver las salidas.
Con los sistemas de doble juego de barras si se realiza una salida hacia un
lado, no puede salirse hacia el otro lado.
El buen aprovechamiento de la superficie en el caso de más juegos de barras
requiere tener todas las salidas a un sólo lado, o que la línea cruce por arriba
de la estación.
Para realizar salidas a ambos lados, con un buen aprovechamiento del terreno,
se puede disponer una barra en U rodeando a la otra, la impresión aparente
que se tiene, es de que se trata de un triple juego de barras. Figura 9.15.1.
Al disponer las barras en U, es importante respetar las secuencias de la barra y
de las salidas, aunque pudiera parecer justificado no respetar la secuencia.
El no respetar la secuencia puede generar confusiones y grave riesgo.
Todos los módulos también deben ser iguales, la simetría especular puede
originar errores, y debe evitarse.
Todos los esquemas vistos son con fases asociadas, tanto en las barras, como
en las salidas.
Si se realizan las barras en fases separadas, y las salidas en fases asociadas
se puede lograr un excelente aprovechamiento (90 %) de la superficie para un
diseño de doble juego de barras, con salidas a ambos lados.
Esta solución se observa en la figura 9.16, la limpieza de la instalación
entusiasma, sin embargo esquemas de este tipo, distintos a los habituales (o
intuitivos) exigen un notable esfuerzo de educación del personal que opera en
estas instalaciones.
El adoptar esquemas especiales exige que la adopción se extienda a todas las
instalaciones de un sistema, de manera que no se presenten confusiones al
pasar de una instalación a otra.
El tipo de seccionadores adoptados influye en modo importante (y esencial) en
la arquitectura del sistema de barras y de la estación.
9.5 - DIAGRAMACION DE ESTACIONES DE INTERRUPTOR Y MEDIO POR
SALIDA
La figura 9.17 muestra la composición modular del esquema de interruptor y
medio.
La solución propuesta es con tres planos de tensión.
Cada módulo puede realizarse con aparatos que tienen distinta forma
constructiva, y en consecuencia se observan detalles característicos.
En la figura son admisibles los módulos de barras con seccionadores de tipo
pantógrafo.
El diseño puede realizarse con tres pórticos en lugar de cuatro, el aumento de
vano implica mayor tiro, más esfuerzo en las torres, que debe ser compensado
por la menor cantidad de pórticos.
La particularidad que puede observarse es que las barras están separadas por
los equipos, y el diseño resulta con tres niveles de tensión.
El desarrollo de un diseño con las barras próximas y los equipos afuera permite
solo tener dos niveles de tensión, equipos y barras.
La figura 9.18 muestra esta posibilidad de resolver el diseño, la particularidad
es que una conexión entre dos interruptores es muy larga.
También se aprecian dos cortos tramos de barras, de las que salen las líneas
de derivación.
La figura 9.19 propone una solución con barras en fases asociadas, y las
salidas en fases mixtas, el diseño es más limpio que la figura 9.18, pero a los
fines del mantenimiento el diseño no es claro, puede ser confuso.
Se proponen dos plantas en la figura 9.19, en la segunda dos polos del mismo
interruptor se encuentran próximos.
9.6 - DIAGRAMACION DE OTROS DISEÑOS
Un excelente diseño de estación en anillo con seis salidas se logra con dos
campos como el de la figura 9.17 así se tienen cuatro salidas, las barras
permiten conectar dos salidas más.
La altura de las salidas puede contenerse realizando el diseño con sólo dos
niveles de tensión, como muestra la figura 9.20.
Las figura 9.21,0 y figura 9.21 muestran dos posibles esquemas de doble juego
de barras con dos interruptores.
En muchos diagramas aparecen algunos campos especiales, que no son de
resolución inmediata, a veces exigen ocupar más de un campo o agregar un
plano más de tensión en altura.
Cuando se desean dividir las barras con seccionadores o interruptores también
deben resolverse las dificultades de este módulo especial.
9.7 - DIMENSIONES DE EQUIPOS
Al encarar el proyecto a veces el equipamiento esta definido, pero es bueno
controlar que puedan utilizarse equipos de mas de un fabricante.
Por esto es conveniente un rápido estudio de dimensiones típicas cuyo objetivo
es definir cuerpos envolventes.
La normalización avanzada en algunos piases ha obligado a sus fabricantes a
forzar soluciones esquematizadas y de dimensiones definidas, en particular en
los vínculos del equipamiento con la instalación, concretamente en las bases, y
los bornes de potencia.
. Aspectos en la disposición de equipos
. Ventajas y aplicaciones de la normalización
. Aspectos en la documentación
. Modularidad en la documentación (no repetición de información)
. Ventajas en la operación y en la evolución
. Ampliaciones, ingeniería resuelta
. Tipificacion de esquemas
10 - LA SEGURIDAD Y LA INTERFERENCIA
10.1 - RED DE TIERRA
Esta obra tiene por objeto definir una superficie equipotencial en el suelo de la
estación.
La razón por la que se construye la red de tierra es seguridad, se estudia el
campo eléctrico y la corriente en el suelo, se analiza la distribución de corriente,
las tensiones inducidas.
Se busca la forma natural de la red, son necesarios datos del terreno, y el valor
de la corriente a drenar; se dispone de fórmulas simplificadas de evaluación, y
modelos complejos de verificación, modelos físicos (cuba electrolítica), y
modelos matemáticos.
La red debe cubrir un área cuyo perímetro debe tener forma de polígono
convexo, formas rebuscadas de la red de tierra deben ser evitadas, su forma
debe ser sencilla.
Se realiza con cables enterrados a 0.5-1.0 m de profundidad, formando una
cuadrícula de cierto mallado según las dos direcciones principales.
Los cables de la red de tierra deben ser tendidos para facilitar la conexión a
tierra de todos los soportes, se buscan recorridos rectos que no choquen con
las fundaciones.
En el proyecto primero se buscan los recorridos naturales, de manera de
facilitar la realización de las conexiones a la red de tierra que se esta gestando,
y luego se aumenta el mallado en lo necesario y suficiente.
La red de tierra se rodea con un cable, que fija la forma del perímetro, y de
alguna manera genera una línea equipotencial perimetral de la estación.
Deben evitarse las puntas, la forma del perímetro debe ser redondeada, y ser
suficientemente exterior a todos los puntos que deban ser puestos a tierra.
Con la forma se busca de que el potencial varíe con suavidad, por eso deben
evitarse formas con puntas, o derivaciones que salgan del perímetro.
La resistencia de la tierra, y los potenciales de paso y contacto se evalúan en
primera aproximación con fórmulas muy simples, y luego si se justifica se repite
el trabajo con modelos mas y mas complejos, llegándose a mediciones cuando
la obra está en fase final de construcción.
Cada punto que debe conectarse a la red de tierra se puede unir a una o dos
ramas, en el segundo caso tratando de conectarse a ramas distintas de la red.
Los cables de puesta a tierra deben conducir distintas corrientes de falla, todos
pueden estar llamados a conducir la corriente de falla monofásica (o bifásica) a
tierra (corriente que se drena al suelo).
Además los cables que unen polos de distintos equipos pueden conducir
corrientes de falla bifásica o trifásica.
La corriente se ramifica desde el punto de inyección en la red , se acepta que
en un nodo donde se inician dos caminos la repartición puede ser 60% y 40%,
constructivamente es difícil lograr que en el punto de inyección concurran mas
ramas dispersoras.
En la base de ciertos equipos en los que se producen descargas de tipo
impulsivo, como descargadores, transformadores de corriente (que se
presentan como capacitores a la descarga de sobretensiones) y de tensión
(eventualmente capacitivos), capacitores, transformadores de potencia
(también puntos de descarga de sobretensiones), es necesario que la red
tenga mayor densidad.
En estos puntos las sobretensiones (de alta frecuencia) al descargarse a tierra
solo ven una pequeña parte de la red total.
Para mejorar localmente la red de tierra también se instalan algunas jabalinas,
que prácticamente no influyen cuando se estudia el comportamiento de la red a
frecuencia industrial, pero que mejoran el comportamiento de la parte de red
que es afectada por descargas de alta frecuencia.
MEDICIONES PREVIAS
Es necesario el conocimiento del suelo en distintos puntos, y a distintas
profundidades, normalmente los estudios de suelo para fundar incluyen la
medición de resistividad del suelo.
Los valores de resistividad del suelo realizando mediciones superficiales, y
cierto conocimiento geológico permiten obtener una imagen del suelo
(resistividad media, dispersión, variación en profundidad, etc.).
VERIFICACIONES DURANTE LA CONSTRUCCIÓN
A medida que se construye la red de tierra, se hacen partes, y es posible medir
su resistencia y verificar los cálculos.
Lógicamente este trabajo es de cierto grado de dificultad, es necesario calcular
las partes de red de acuerdo a lo que se mide.
VERIFICACIONES AL FIN DE LA CONSTRUCCIÓN
Una vez construida la red es posible medir su resistencia total, aunque esta
medición no es inmediata.
También se pueden medir potenciales en zonas críticas, generalmente
seleccionadas por los cálculos previos, o por singularidades que se notan en el
proyecto.
VERIFICACIONES DURANTE LA VIDA
La red de tierra es una obra que está oculta, no es visible.
Se debe verificar que se conserva, mantiene su integridad, la solución es
desenterrar y mirar, observar.
Si hay partes desconectables, es posible medir y comparar medidas, pero es
necesario disponer de valores que efectivamente puedan ser comparados.
CONDICIONES DE SEGURIDAD FRENTE A TENSIONES DE CONTACTO.
Al realizarse una red de tierra, se determinan sus características de diseño
desde el punto de vista de seguridad.
Los valores controlados son en particular las tensiones de paso y de contacto.
La magnitud de estas tensiones debe quedar contenida dentro de los límites de
seguridad.
Cuando un operador realiza la maniobra de un equipo, si se produce una falla
el operador quedará sometido a la tensión de contacto Vc, a la que se debe
agregar la tensión entre los dos extremos de la conexión de puesta a tierra Vx,
como indica la figura 10.1-A.
El potencial de contacto aparece entre cualquier otro punto de los soportes o
partes metálicas de la estación, y el suelo, entonces cualquier otro operador
puede estar sometido a la tensión de contacto aunque sin ser el que dio origen
a la falla.
Se considera que el operador que da origen a la falla esta sometido a un mayor
riesgo que otros operadores, para los cuales es poco probable que estén en
contacto en el momento de la falla.
Para el operador que da origen a la falla existe la certeza de que está sometido
a la tensión total de contacto.
En consecuencia cuando el potencial de contacto, aun siendo limitado, puede
ser sentido por el operador, se buscan condiciones de mayor seguridad.
Si el potencial de contacto es extremadamente bajo, las precauciones
adicionales pueden no parecer justificadas.
En la revista ELECTRA N- 19 fue sometido a la consideración pública un
trabajo titulado: "la incidencia de las reglas de seguridad en la construcción de
las estaciones".
En dicho artículo se tratan entre otros en particular los temas de puesta a tierra,
y maniobra de los aparatos de alta tensión.
La posibilidad de que ocurra una falla, y de que el operador esté sometido a un
cierto riesgo es particularmente importante en caso de comando manual local.
El artículo propone las soluciones posibles que garantizan que entre el
comando y el suelo no pueda establecerse corriente a través del cuerpo del
operador, o que el potencial aplicado sobre el operador sea mínimo.
Se proponen dos soluciones posibles:
- Una reja metálica ligada por una parte a la red general de tierra, y por otra
parte al comando del aparato.
La figura 10.1.B muestra la reja al pie del operador, y la figura 10.1.C muestra
el esquema equivalente eléctrico de esta solución.
- la reja se encuentra conectada al comando del aparato a través del conductor
de tierra.
- Por otra parte la reja se encuentra conectada a tierra a través de una
resistencia no bien definida, que puede ser elevada.
- Si se supone que toda la corriente If circula por Zc entre el punto de contacto
y la reja se presenta la tensión Zc * If.
- El cable Zc se dimensiona para conducir la corriente de falla, su longitud es
de un par de metros, su impedancia puede ser 0.1 a 0.2 ohm/km. * 2 m = 0.2 a
0.4 milliohm.
- con una corriente de falla de 15 a 20 kA se tiene una tensión entre los
extremos del cable de Vx = 4 a 8 Volt.
- La reja se encuentra apoyada sobre el suelo y parte de la corriente If pasará
de la reja al suelo, dependiendo de la resistencia de contacto de la reja.
- De todos modos la tensión de contacto aplicada al operador queda contenida
dentro del valor de Vx fijado.
La figura 10.2 muestra la otra posible solución.
- la reja se encuentra aislada, y el operador sobre ella no se encuentra
sometido a tensión alguna.
La comparación de las dos figuras, y la suposición de contingencias muestra
ventajas y posibles inconvenientes.
En la figura 10.1.C pueden suponerse varias posibles fallas:
- Si el cable que conecta la reja a tierra se interrumpe, esta situación se
muestra en la figura 10.3 donde se establece un camino de corriente a través
del operador, en serie con la resistencia de puesta a tierra que presenta la reja.
- Se observa que es favorable un valor elevado de resistencia de tierra.
- Si el cable que se interrumpe es el de bajada figura 10.4 aumentará la tensión
porque la impedancia de tierra del soporte es mayor que la del cable.
- Las fallas de figura 10.3 y figura 10.4 son prácticamente imposibles ya que el
estado de las conexiones es siempre visible, en consecuencia no puede darse
una degradación que llegue a la interrupción, periódicas inspecciones permiten
garantizar la seguridad.
- Si el cable que se encuentra enterrado se interrumpiera figura 10.5 la
corriente de falla se verá forzada a pasar a través de Zc, la reja y su puesta a
tierra, pero en este caso el operador sigue sometido a la misma tensión de
contacto que se tenía con la conexión integra.
- Señalemos que la degradación debe ser tal que se interrumpan los dos
cables.
En la figura 10.2 pueden suponerse las siguientes fallas:
- Corte del conductor entre la base conductora de apoyo de los aisladores que
sostienen la reja y el punto de contacto figura 10.6, esta situación no trae
consecuencias.
- Pérdida de aislación de los aisladores en los que la reja está apoyada, esta
situación puede ocurrir fácilmente, a causa de la suciedad, pasto crecido,
acumulación de agua, etc. Esta situación lleva a que la reja tenga respecto del
comando un potencial que coincide en el caso límite con el de la figura 10.1,
ver figura 10.7.
La interrupción del cable enterrado figura 10.8 es análoga a la presentada en
figura 10.5, pero con resistencia infinita entre reja y suelo (si los aisladores
están limpios).
De lo indicado parecería que la solución de figura 10.2 es mas segura, sin
embargo la solución de figura 10.1.B permite apoyar la reja sobre dos soportes
de hormigón, prácticamente sobre el suelo.
La altura del eventual escalón que aparece es de 10 - 15 cm, valor razonable.
Al tratar de realizar la solución de figura 10.2 los aisladores fijan mayor altura.
El escalón por razones obvias no puede pasar de los 10 - 15 cm, dependiendo
de los aisladores utilizados puede ser necesario realizar en el suelo una
"pileta", que se convertirá en receptáculo de agua, suciedad, y ayudará a
degradar la aislación de los aisladores.
Se considera entonces que la solución de figura 10.2 puede sufrir procesos de
degradación, y no ofrece particulares ventajas frente a la propuesta de figura
10.1.B.
10.2 - PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS DIRECTAS -
FUNCIÓN
La estación eléctrica es una obra de superficie relativamente pequeña, y en
consecuencia el riesgo de que sea alcanzada por una descarga atmosférica
también es pequeño en relación con una línea.
La línea puede considerarse como una obra de gran superficie, ya que su
longitud es importante aunque su "ancho" sea pequeño.
EL NIVEL ISOCERAUNICO
Se llama con este nombre la cantidad de tormentas eléctricas (en las que se
escuchan truenos) que hay en un año.
El número de tormentas eléctricas tiene indudable relación con el número de
descargas que ocurren por unidad de superficie y unidad de tiempo.
Es mas representativo el número de descargas eléctricas por unidad de
superficie (km. cuadrado) y por año, que mide la probabilidad que tiene un
punto del terreno de ser alcanzado por una descarga atmosférica.
EJEMPLO
En la zona de Buenos Aires las mediciones realizadas durante algunos años
arrojaron un resultado de 5 descargas / km2 año.
En consecuencia una obra de 200 x 100 m tiene una probabilidad de ser
alcanzada de 0.02 * 5 = 1 descarga / 10 años.
ACLARACIÓN
En rigor la estación eléctrica es una obra que sobresale del suelo y en
consecuencia debe considerarse que la probabilidad de ser alcanzada por una
descarga aumenta por esta razón.
Es fácil estimar el aumento de área que corresponde considerar por este
motivo, tratando de aumentar la superficie del suelo considerado incluyendo en
él la parte de suelo apantallada por la construcción, utilizando algún criterio de
ángulo de protección o similar.
BLINDAJE
Se debe evitar que la descarga directa alcance partes en tensión, que
solicitarían la aislación en modo no admisible.
En consecuencia se trata de proteger las partes en tensión creando a su
alrededor una "jaula" realizada con:
- cables de guarda.
- pararrayos de punta.
Los criterios de ubicación de los cables de guarda son similares a los que se
utilizan para líneas aéreas.
UBICACIÓN DEL CABLE DE GUARDA
Un criterio simple, que se utiliza para ubicar el cable de guarda en las líneas, es
suponer que el mismo define un diedro de protección de cierta abertura
angular.
Un solo cable protege 30 grados a ambos lados de la vertical, sin embargo se
observa que este criterio no garantiza buena protección en ciertos diseños.
Un criterio bastante difundido es el propuesto por Langher, se basa en trazar
círculos que pasan por el (o los) cables de guarda y definen áreas protegidas
(ver figura 10.1g)
Este criterio es útil para definir la posición de los cables de guarda sobre los
conductores que se deben proteger, y los restantes equipos de la estación (ver
figura 10.2g).
COMENTARIO
En rigor puede observarse que no hay una protección absoluta contra
descargas atmosféricas, es una cuestión de probabilidades.
Un criterio propuesto por Wagner (AIEE Transactions 61, Shelding Substations)
fija curvas que definen zonas de protección con probabilidad de exposición de
0.1 %, (ver figura 10.3g Westinghouse Reference Book fig. 35).
Estas propuestas cubren el espacio entre dos cables de guarda, el espacio
bajo un solo cable de guarda, el espacio bajo un pararrayos de puntas.
Además se dan reglas para construir el área protegida bajo varios pararrayos
de puntas (dos, tres, cuatro ver figura 10.4g).
PARARRAYOS DE PUNTAS
Ya se ha indicado como puede determinarse el área protegida (probabilidad
99.9 %) por un pararrayos de puntas.
Se puede desarrollar un mismo proyecto con cables de guarda o con
pararrayos de puntas.
Algunos proyectistas consideran que el cable de guarda tiene una elevada
probabilidad de producir una falla al romperse (imaginemos que cae sobre las
barras en tensión), y en consecuencia consideran aceptable disminuir
ligeramente el blindaje, y evitar la probabilidad de falla por corte del cable de
guarda.
Basados en estas consideraciones se prefiere proteger parte de la estación con
pararrayos de puntas.
MODELOS ELECTROGEOMETRICOS Y TÉCNICA DE MONTECARLO
Una vez definidas las ubicaciones de cables de guarda, pararrayos de puntas,
elementos (cables y equipos) a proteger, se puede poner a prueba el blindaje
diseñado.
Los modelos electrogeométricos y la técnica de Montecarlo basados en la
bibliografía relacionan:
- distribuciones estadísticas de rayos (intensidad, dirección, ubicación).
- representación tridimensional de la estación.
- propagación en modo escalonado (distancia de salto, función de la corriente,
de su distribución, y de la distribución de ángulos).
- estadística de puntos alcanzados.
Esta tarea, representa en alguna forma, el "ensayo" del diseño propuesto con
métodos simples.
La conclusión que puede lograrse con este "ensayo" es la eventual
conveniencia de reubicar algunos dispositivos de protección modificando el
diseño, o quitar otros dispositivos y controlar cuanto se desmejora la
protección, justificando así o no la protección lograda.
El modelo electrogeométrico, se basa en determinar el lugar geométrico de los
puntos equidistantes del elemento protector y protegido, y los puntos
equidistantes del elemento protector y la tierra.
El rayo avanza a saltos cuya longitud esta ligada al valor de la corriente, y se
orienta al azar, salvo que a distancia muy próxima se encuentre un punto
donde descargarse.
Con el modelo electrogeométrico queda definida una zona en la cual si el rayo
penetra, es probable que alcance el elemento protegido, pero solo podrá
penetrar a ella si su corriente no supera cierto valor (es decir si la longitud de
su salto no es muy grande).
10.3 - DESCARGAS ATMOSFERICAS CONDUCIDAS - ARCO INVERSO
Cuando un rayo impacta en el cable de guardia o en una torre de una línea, el
cable de guarda asume un potencial elevado pudiendo considerarse que los
conductores se encuentran conectados a tierra, las cadenas de aisladores
pueden no soportar esta tensión y se produce una descarga que se conoce con
este nombre (contorneo inverso - pensando que es una descarga que va en
sentido contrario a lo que se consideraría normal).
La descarga atmosférica alcanza entonces la estación conducida por los cables
de la línea, y para proteger de los efectos de ésta, o de descargas que
impacten directamente los conductores cuando falla el blindaje se instalan los
descargadores.
LOCALIZACIÓN DE DESCARGADORES
A través de los conductores de la línea pueden llegar sobretensiones que en
los puntos de discontinuidad se reflejan en parte.
La onda de sobretensión avanza por la línea a 300000 km./s, o sea 300
m/microsegundo, tratándose de una onda de 1 microsegundo de frente este es
de 300 m, y si 50 microsegundos corresponden al 50% de la amplitud se trata
de 15 km.
La amplitud de la sobretensión esta fijada por la tensión soportada por los
aisladores de la línea, y el efecto corona que presenta el conductor sometido a
alta tensión.
Para las aislaciones en aire, se admite la falla de la aislación, esta se
autoregenera, el criterio de protección es probabilístico.
En cambio en las aislaciones sólidas, los transformadores por ejemplo, no
puede admitirse una falla, el criterio es determinístico.
La línea entrante, puede no tener descargadores, o solo tener cuernos,
mientras que el transformador siempre tendrá en su proximidad un
descargador.
10.4 - CANALES DE CABLES Y CABLEADO
El edificio (de comando) contiene los equipos de comando y control, medición y
protecciones, servicios auxiliares, y de allí salen los cables que llevan y traen
de la playa (campo) las distintas funciones.
Se deben realizar canalizaciones que van desde las bases de los distintos
equipos de campo al edificio.
El tamaño de estas canalizaciones va en aumento a medida que nos
acercamos al edificio, la estructura topológica de estas canalizaciones es
arborescente.
En grandes instalaciones se llega a construir un túnel de cables, aunque si se
estudia adecuadamente la solución económica es realizar varios canales
amplios pero superficiales.
Frecuentemente se realizan canales de hormigón con tapas también de
hormigón, quizás prefabricadas, y en ellos se tienden los cables.
Otros prefieren tender caños, y por ellos tender los cables, esto frecuentemente
se hace para los tramos de canalización próximos a los equipos, cuando la
cantidad de cables no es muy grande.
Si se adopta el tendido en caños en las zonas de alta concentración de cables
es necesario prever cámaras (pozos) de tiro con amplitud suficiente para el
trabajo, y la solución pierde conveniencia económica.
Un problema que requiere cuidadoso análisis de la solución es el cruce de
calles, o caminos de circulación para mantenimiento, el canal con tapas
fácilmente se rompería.
Lógicamente como la función de los canales es recibir el tendido de cables, el
criterio con que se los adopta está estrictamente ligado a el criterio de
cableado.
La red de cables tiene estructura arborescente, se la puede realizar con
distintos conceptos.
Los cables de los equipos pueden ir directamente a la sala de comando, a
veces se realizan en el campo armarios concentradores (marshaling kiosk) en
los cuales se reúnen los cables de los equipos de playa, también en estos
armarios se pueden instalar algunos relés auxiliares.
De los concentradores, cables con muchos conductores llevan las señales al
edificio de comando.
Puede ser conveniente en el edificio realizar otro armario concentrador de
bornes, donde llegan todos los cables de playa, y de él se llega a todos los
tableros del edificio que realizan las distintas funciones.
En algunas instalaciones, en particular cuando las distancias son muy grandes,
en el campo se realizan edificios (los kioscos de relés) en los que se instalan
los equipos de protección, y entonces la comunicación entre kioscos y edificio
se puede hacer con los conceptos de telecomando, transmitiendo señales por
cables telefónicos (menos costosos), quizás se pueda ya pensar en transmisión
por fibras ópticas, ahorrando gran cantidad de cables.
COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA
Los cables en los canales están sometidos a una gran interferencia
electromagnética, ésta debe poderse evaluar a fin de conocer el posible
comportamiento y descartar las soluciones que implican funcionamientos
anormales, o soluciones que obligan a enormes costos inútiles.
En los canales, los cables de tierra se tienden para lograr cierto
apantallamiento, además los cables mismos pueden ser simples, o quizás sean
necesarios apantallados, con pantalla simple o dobles pantallas.
Lógicamente según la función del cable (potencia, señal) es necesario mejor
apantallamiento, ligado a la relación señal ruido.
En la estación conviven tres circuitos de distintas funciones y distinta potencia,
en particular:
- circuitos de potencia, de alta, o altísima tensión, en el que además se
presentan corrientes elevadas.
- circuitos de medición, que en los transformadores de medición tienen una
proximidad física muy grande con la alta tensión, y además recorren la playa.
- circuitos auxiliares de corriente continua y alterna, que recorren la playa.
Los circuitos de menor potencia están sometidos a perturbaciones que se
originan por acción de los de mayor potencia y tensión.
Las perturbaciones se presentan por acoplamiento entre un conductor, sede de
un transitorio (generador de perturbación) y conductores conectados a equipos
eléctricos sensibles.
Se puede presentar acoplamiento capacitivo, que resulta proporcional al campo
eléctrico, a la tensión (transitoria máxima a tierra), pueden llegar a algunos kV.
Acoplamiento inductivo, particularmente por paralelismo importante entre
conductor inductor y conductores sensibles, se nota en fenómenos con
elevadas corrientes, o fenómenos de frecuencias muy elevadas (maniobras de
circuitos capacitivos).
Acoplamiento resistivo, en el elemento común de resistencia, generalmente
cables de puesta a tierra.
Las perturbaciones implican tensiones en modo común, donde el disturbio esta
representado por una elevación de tensión de todos los conductores afectados,
que pueden crear problemas de aislación o de seguridad (por la tensión
elevada), tensiones diferenciales, presentándose diferencia de tensión entre
conductores afectados y que afectan el funcionamiento de equipos.
Los fenómenos aparecen como una excitación mas frecuencias propias del
circuito afectado, las principales influencias son en general atribuibles a
reductores de medida y transformadores de potencia, se transmite una parte de
la alta frecuencia del primario.
El control de estos efectos exige:
- reducir niveles de sobretensiones inducidas
- reducir valores de intensidad. y frecuencia inductora
- reducir caídas de tensión en circuitos de tierra
- disminuir la influencia con pantallas electrostáticas
Las medidas prácticas son:
- buena puesta a tierra, la puesta a tierra debe estar mejorada localmente cerca
de los reductores de medición, en los transformadores de potencia (si hay
protección de cuba, el cable de conexión a tierra debe ser corto).
- apantallamiento, la primera norma es que la red de puesta a tierra acompañe
los cables, aumentando la capacitancia a tierra, y reduciendo la inductancia
mutua con el inductor.
- canalizaciones metálicas enterradas, conectadas a la red de tierra producen
buen blindaje, pero por otras razones en las estaciones frecuentemente se
prefieren canales abiertos.
- se hacen necesarios cables blindados, blindaje sistemático, puesto a tierra. El
blindaje de resistividad nula (homogénea) elimina el campo eléctrico interno.
La mutua inductancia es igual para pantalla y conductores interiores, no hay
perturbaciones diferenciales, con corriente en la pantalla no se presenta campo
magnético interno.
Las distancias de reductores a transformadores deben ser pequeñas para que
no se presenten influencias por diferencias de tensión de propagación.
Los circuitos secundarios de los reductores deben estar a tierra por seguridad,
y esta conexión debe hacerse en la proximidad del reductor.
. Red de tierra - criterios - verificaciones
. Cableado - criterios
. Duplicación de sistemas
11 - SISTEMA DE COMANDO Y PROTECCIÓN
11.1 - CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES
Este sistema debe integrar varias funciones, y permitir o facilitar las acciones
del operador en condiciones normales y sobre todo en emergencias, donde el
tiempo y la seguridad de la acción son esenciales para el mejor funcionamiento
del sistema.
Se deben resolver:
- maniobras locales y remotas
- actuación de protecciones
- seguridad y enclavamientos
- claridad del esquema, facilidad de comprensión
- integración con comunicación, supervisión y telecomando
- economía
NOTA PARTICULAR
El sistema de comando y protección depende mucho del sistema eléctrico, por
lo que la descripción debe hacer referencia a casos particulares, en nuestro
caso una estación eléctrica de 132 kV, con las siguientes tensiones auxiliares
de corriente continua:
48 Vcc para comando señalización y alarmas.
110 o 220 Vcc para protecciones, y accionamientos de equipos de maniobra.
DEFINICIONES - DESPACHO
Lugar desde donde se envían a la estación ordenes de telecomando y en cual
se recibe la información transmitida desde la estación a través del telecontrol.
11.2 - EDIFICIO DE CONTROL (SALA DE CONTROL)
Lugar de la estación donde se encuentra la sala de control propiamente dicha,
y en el que se alojan además equipos tales como:
- paneles de protección.
- tableros de relés auxiliares y relés repetidores.
- paneles de medidores de energía.
- paneles de convertidores de medida.
- tablero de distribución de servicios auxiliares de corriente alterna y corriente
continua.
- salas de baterías
- panel de sincronización automática.
- tablero de regulador automático de tensión.
- panel de borneras, repartidores de cables.
- registrador cronológico de eventos, osciloperturbógrafos.
- localizadores de fallas.
SISTEMA DE CONTROL
Tablero mímico, puede ser de tipo mosaico, desde el que se hace el control
total de la estación.
La figura 11.1 muestra las relaciones cableadas entre los distintos elementos
del sistema.
También se puede pensar en una pantalla de computadora en la cual aparece
el esquema, y sobre la cual se opera.
REGISTRADOR CRONOLÓGICO DE EVENTOS
Equipo que registra con objetivo de protocolización los sucesos que ocurren y
que le son transmitidos, señalizaciones, alarmas, cambios de posición
originados en los distintos equipos de la estación.
El osciloperturbógrafo registra tensiones y corrientes, de fases y residuales
(secuencia cero), para una dada actuación de un relé, o una dada condición,
desde antes de que se presente la falla hasta cierto tiempo después.
CONVERTIDORES DE MEDIDA
Convierten magnitudes disponibles, corriente, tensión, frecuencia, ángulo, en
señales de corriente continua independientes de la carga y proporcionales al
rango de medición.
Las señales son utilizadas por los instrumentos indicadores. También pueden
convertirse las magnitudes físicas disponibles a magnitudes numéricas
(digitales).
RELES REPETIDORES
Auxiliares utilizados para repetir posición de contactos auxiliares de los equipos
de maniobra, o convertir señales de una tensión a otra.
COMANDO
Orden voluntaria o automática programada para la ejecución de una maniobra.
El comando se puede ejecutar "local", mando eléctrico ejecutado al pie del
equipo.
O bien "remoto, o desde la sala" ejecutado desde el tablero de comando de la
estación.
La ubicación del conmutador del comando local remoto es al pie del equipo
asociado.
De esta manera se evita durante el comando local, que corresponde al
mantenimiento, mientras existe presencia de personal al pie del equipo, la
operación involuntaria o errónea desde la sala de control o desde el despacho
por telecomando.
CONMUTADOR LOCAL REMOTO (L-R)
Este conmutador de dos posiciones instalado en equipos de playa permite
seleccionar el modo de mando de los mismos.
En posición LOCAL (L) inhibe el accionamiento remoto, en general sólo se
utiliza en esta forma para mantenimiento.
En posición REMOTO (R) admite que el equipo sea operado a distancia, ya
sea de la sala de comando o de donde desde allí se autorice (telecomando).
Este conmutador también puede existir en la sala de comando allí en posición
LOCAL se interpretara que el comando se hace desde la sala, mientras que en
posición REMOTO se transfiere al telecomando la responsabilidad de
comandar.
SEÑALIZACIÓN
Son indicaciones iniciadas en contactos auxiliares de equipos, y/o relés
auxiliares repetidores que identifican un estado o confirman un cambio de
posición o maniobra. Por ejemplo posición de interruptores y seccionadores,
posición del regulador bajo carga, etc. Pueden ser impulsivos pero en general
son de tipo permanente.
ALARMAS
Indicadores "si no" iniciados en contactos auxiliares de relés y dispositivos de
protección que identifican la aparición de una falla o perturbación.
Pueden ser de tipo impulsivo o permanente, con o sin memorización de la
situación.
11.3 - MEDICIONES - MEDICIONES DIRECTAS
Realizadas mediante aparatos conectados en forma directa a los secundarios
de los transformadores de medida.
MEDICIONES ANALÓGICAS
Las magnitudes de corriente, tensión, potencia, frecuencia, se han previamente
convertido con un convertidor.
MEDICIONES POR ACUMULACIÓN DE SEÑALES
Periódicamente se miden ciertas magnitudes eléctricas, por ejemplo energía
activa, que se obtienen de magnitudes que generan señales impulsivas, que se
acumulan durante cierto tiempo e integran un resultado a intervalos prefijados.
El valor de medición obtenido de esta manera se interpreta como una magnitud
promedio en cierto lapso, o una integral de la magnitud.
11.4 - DOCUMENTACIÓN
La necesidad de explicar el funcionamiento de estos sistemas con suficiente
claridad y velocidad, obliga a esmerar las características de comprensión de la
documentación que se muestra asociada a estos sistemas.
DIAGRAMAS DE BLOQUES
La idea de conjunto del sistema se representa mediante diagramas de bloques,
que ponen en evidencia las funciones de las partes y el flujo de información
entre ellas.
ESQUEMAS FUNCIONALES
Visto en forma de diagrama de bloques el principio de control entonces se
avanza en su funcionamiento y comprensión mediante el esquema funcional.
Repasemos algunos conceptos básicos.
DEFINICIONES
El esquema funcional (de acuerdo a distintas normas) se basa en la
representación sucesiva de circuitos en orden, en lo posible, en el cual
intervienen en la secuencia normal de maniobras.
Se dividen entonces máquinas y aparatos en sus elementos (componentes)
constitutivos.
El esquema funcional muestra entonces circuitos en los cuales se lee a través
de la posición de distintos contactos como se generan ordenes de control, y
sus consecuencias.
La representación dividida en fajas debe ser de lectura natural, ayudando a
quien la analiza a una rápida ubicación.
Para los circuitos de potencia, el esquema funcional no se utiliza, aun cuando
se habla de un esquema funcional completo se alude a un esquema en el que
los circuitos de potencia se representan en forma ordinaria, ya sea trifilar, o
unifilar.
Análogamente ocurre con los circuitos de medición cuya representación trifilar
o tetrafilar por mas que se la dibuje en forma clara, organizada en fajas, no es
un diagrama funcional.
En los esquemas funcionales los contactos de los equipos se representan en la
posición normal, por ejemplo un contacto de presión del aire comprimido se
dibujará en la posición que corresponde al estado de presión normal, por lo que
los contactos de alarma de baja o alta presión no estarán activados.
Los contactos que dependen de bobinas eléctricas se consideran en posición
normal cuando se ha interrumpido la alimentación de tensión, y los contactos
de los aparatos de dos posiciones se representan para la posición del aparato
abierto (interruptor o seccionador abierto).
Frecuentemente es bueno que algunas notas explicativas aclaren en el
funcional el estado en que se observan los contactos de los elementos.
PRINCIPIOS Y CONCEPTOS
Los sistemas comandados por relés son típico ejemplo de sistemas de control
discontinuo (marcha parada, adentro afuera).
Los símbolos con que se dibujan los diagramas dependen de las normas que
se utilizan, éstas son distintas y entonces es necesario no mezclar símbolos a
fin de no afectar la posibilidad de comprender la documentación que se
elabora.
La normalización internacional ha avanzado mucho en unificar los símbolos a
fin de que el "idioma simbólico" sea único, también ha avanzado en simplificar
los símbolos para que el trabajo de dibujo sea menor, que sea más fácil utilizar
los medios de dibujo automático (sistemas de dibujo ayudado por
computadora).
Los distintos elementos se individualizan con un nombre sintético que explica la
función, un grupo de números, o letras o combinaciones. Las normas también
se han ocupado de esto, y de su aplicación también se facilita el trabajo y
comprensión.
Los sistemas automáticos deben esquematizarse a fin de poder estudiar su
funcionamiento. Cuando se trata de sistemas con relés la esquematización que
da el mejor resultado es el esquema funcional.
En los esquemas topográficos se respeta la ubicación relativa de aparatos, los
bornes se unen con líneas. Tienen el inconveniente que aún los circuitos muy
sencillos son difíciles de comprender inmediatamente en su funcionamiento por
la gran cantidad de interconexiones.
Sin embargo como el esquema topográfico es una imagen muy próxima a la
realidad (al menos circuito y constructiva) es muy utilizado tradicionalmente en
el desarrollo de documentación de sistemas eléctricos de comando.
En los esquemas funcionales se separan los componentes de cada aparato,
contactos, bobinas, etc. y se asocian por funciones tratando de simplificar al
máximo el esquema (darle apariencia de sencillez, evitando en particular líneas
de conexión largas y tortuosas).
El esquema se dibuja entre dos barras que representan la fuente de
alimentación, y los distintos circuitos que parten de una y llegan a la otra
incluyendo todos los elementos se representan sobre una línea con símbolos y
siglas que los individualizan.
La línea de unión entre los símbolos representa los conductores que completan
la continuidad eléctrica del circuito.
En la diagramación se hace mucho esfuerzo para que el funcional pueda ser
leído de corrido, y para esto se establece un orden de las funciones que en
general coincide con la sucesión en el tiempo de los eventos de control.
Los criterios de diseño deben ser tan flexibles como necesario en función de la
simplicidad y de que no sea necesario anticiparse en la lectura del mismo
saltando partes.
La apariencia final de los esquemas así representados ha hecho que algunos
los llamen diagramas "escalera".
Las funciones resueltas en el esquema se clasifican con cierto orden, que debe
verse reflejado en el diagrama:
- funciones comunes
- alimentación de circuitos
- señalización, ordenes (comando), medición
- protecciones
- automatismos
- desacople
- relación con otros circuitos
BORNES Y CONDUCTORES
Frecuentemente el esquema funcional se completa indicando en el bornes, e
individualizando estos y los conductores con sus nombres.
Puede ser conveniente que la numeración de conductores sea fijada por el
funcional y en este caso el se convierte en la llave de los circuitos del sistema.
Información complementaria es entonces el esquema de borneras e
interconexiones.
LOS CIRCUITOS
Cuando la noción de tiempo no interviene los circuitos se denominan de
combinación pura, del examen de los mismos surge la situación del sistema.
En cambio cuando la noción de tiempo debe ser tenida en cuenta el circuito se
llama secuencial, interviene el orden en que los acontecimientos se han
desarrollado.
Un relé que tiene un contacto auxiliar en paralelo con alguno de los restantes
contactos que lo comandan, y puede quedar autoalimentado es un circuito
secuencial ya que en este caso interviene el tiempo porque el relé tiene
memoria del estado por el que ha pasado.
La función de los elementos lógicos de un circuito es decidir.
No debe perderse en ningún momento el sentido de lo que debe realizarse al
proyectar un circuito de uso industrial. Se deberá tener en cuenta que sucede
en casos de fallas, en caso de interrupción de la alimentación, en caso de que
no se respeten las condiciones iniciales u otras condiciones.
Al proyectarse un circuito debe buscarse la solución optima, pero lo óptimo es
difícilmente definible. No siempre la solución con menor número de contactos
es la optima, menos contactos en los relés pueden exigir pulsadores o circuitos
con mas contactos, menos contactos en juego pueden exigir mas cableados e
interconexiones. Como puede apreciarse es dificultoso definir la mejor solución,
puesto que puede serlo en un caso y no en otro.
Es conveniente por ejemplo que los fines de carrera (de interruptores,
seccionadores, etc.) y los pulsadores no tengan mas de un juego de contactos,
ya que es difícil asegurar la simultaneidad de los contactos de estos elementos,
y en consecuencia con varios contactos se tendrían situaciones transitorias
incomprensibles.
Se denominan señales lógicas aquellas que responden a SI NO (ON OFF), o
sea apertura o cierre de contactos.
Señales analógicas las de amplitud variable en función de lo que miden o
controlan.
ESQUEMAS LÓGICOS
Una forma de representar el sistema es a través de diagramas de bloques, y
flujo de señales, cuando este diagrama llega a manejar las señales
elementales, y los bloques tienen las funciones más simples se trabaja sobre
diagramas lógicos.
Puede resultar conveniente desarrollar estos diagramas como paso previo al
funcional, es más se puede construir el diagrama funcional partiendo del lógico,
y también al revés.
Los esquemas lógicos elementales se pueden representar con diagramas de
compuertas o con contactos:
- esquema "Y" (AND), cuando se da A Y B ocurre C, que representado con
contactos en serie se lee cuando A Y B están cerrados, se excita la bobina C.
- esquema "O" (OR), cuando se da A O B ocurre C, que representado con
contactos en paralelo se lee cuando A O B están cerrados, se excita la bobina
C.
Los esquemas funcionales pueden ser considerados esquemas de lógica
cableada, mientras que los esquemas lógicos, se han convertido en los
funcionales que pueden ser incorporados en los controladores lógicos
programables (PLC), o en los controles por computadora.
Aplicando estos conceptos se pueden desarrollar los distintos esquemas
funcionales, los esquemas de detalle que explican lo que en síntesis muestran
los diagramas de bloques (ver plano 601/c hoja 2).
11.5 - CONCEPCIÓN DE LOS TABLEROS
Del esquema en bloques surge natural la división de tableros por funciones, y
la concepción de cada uno dependerá evidentemente de la función que se le
asigne.
La alimentación eléctrica de los distintos circuitos que cumplen las variadas
funciones obliga a cierta clasificación, que según la importancia del sistema
puede reducirse o ampliarse.
- comando de cierre - apertura
- señalización (tensión oscilante)
- auxiliares de protecciones
- automatismos
- alarmas
TABLERO DE CONTROL
Frecuentemente de tipo mímico, quizás merezca ser realizado de tipo mosaico.
En él se tienen:
- manipuladores, predispositores, para comando y señalización de interruptores
y seccionadores
- indicadores de posición para señalización de interruptores y seccionadores de
línea o de tierra.
- mímico de la instalación
- instrumentos indicadores, para que el operador tenga noción del estado de
carga de la instalación
- conmutadoras voltimétricas y amperométricas
- indicadores de posición de los conmutadores de los transformadores
- pulsadores o llaves de control del regulador del transformador.
- cuadro de alarmas
- pulsadores de aceptación de alarmas, anulación de las mismas, prueba de
lámparas.
- indicadores luminosos, presión de aire, etc.
El tablero puede ser de tipo abierto o cerrado, y debe prever las posibilidades
de acompañar el desarrollo de la estación.
PANELES DE PROTECCIÓN
Los paneles de protección se utilizan cuando el número de elementos que los
componen para cada unidad funcional lo justifican.
A título de ejemplo puede citarse:
- protecciones de distancia de líneas equipadas con recierre unipolar y
vinculación del otro extremo con teleprotección.
- protecciones de barras, con dispositivos de ensayo y monitoreo de servicio,
incorporados.
Los relés serán modulares, en racks de ejecución normal, y contendrán a la
totalidad de los componentes de protección, fuentes de alimentación,
conmutadores, accesorios de ensayo y monitoreo, y estarán totalmente
cableados hasta borneras.
El acceso puede ser frontal y/o posterior, los relés abisagrados para inspección
y/o mantenimiento.
La llegada de cables es normalmente por la parte inferior, pueden requerir
alimentación auxiliar para calefactores, y/o ventiladores.
RELÉS DE PROTECCIÓN
Las características específicas como función, rangos de ajuste, sensibilidad,
etc., son objeto de estudios y especificaciones particulares en cada caso,
desarrolladas por la ingeniería básica.
A continuación se ven aspectos generales comunes a los relés de protección y
características especiales que deben cumplir los mismos para su utilización.
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS GENERALES
Circuitos de tensión de medición de frecuencia industrial:
- Frecuencia
- Tensión nominal, para conexión a transformadores de medida: 110 V o 110 /
1.73 = 63.6 V
- para conexión directa en los tableros de servicios auxiliares: 220 o 380 V.
Circuitos de corriente de medición de frecuencia industrial:
- Frecuencia
- Corriente nominal, para conexión a transformadores de medida: 1 A o 5 A, las
instalaciones más antiguas son de 5 A, mientras actualmente se nota
preferencia por 1 A, especialmente en las instalaciones donde las distancias
son grandes (altas tensiones).
- Capacidad de sobrecarga permanente: 2 * In
- Sobrecarga de breve duración, según necesidades del caso particular.
Los valores de corrientes nominales indicados se refieren a valores de fase, y
por tanto no aplicables a relés de tierra conectados para detectar la corriente
de secuencia cero, para los cuales corriente nominal y capacidad de
sobrecarga serán objeto de los estudios correspondientes.
Tensión auxiliar de alimentación y accionamiento en corriente continua:
- Tensión nominal Un: 220 o 110 V
- tolerancia +10, -15 %
- ondeo residual 5 %
Capacidad mínima de contactos en 220 Vcc:
- Para desconexión, corriente permanente 5 A
- corriente de corte (con L / R = 15 mS), 0.1 A
- Para señalización, corriente permanente 0.5 A
- corriente de corte (con L / R = 15 mS), 0.1 A
Tensión de ensayo de aislación, 2 kV a frecuencia industrial 1 minuto.
Condiciones ambientales
A título de ejemplo se pueden indicar valores que deben ser soportados en
ciertos casos:
- temperatura mínima -10 grados C.
- temperatura máxima 40 grados C.
- humedad relativa 100 %
Características técnicas particulares
Estas serán indicadas en cada caso en las especificaciones técnicas
particulares, en las que se consignarán además eventuales apartamientos de
las características generales antes detalladas.
TIPOS DE RELÉS - EJECUCIÓN
Los relés pueden ser:
- relés estáticos (electrónicos), de tipo analógico, o digital.
- relés electromecánicos.
Los relés estáticos son los más modernos, y de tecnología superior, mientras
que los electromecánicos son todavía los mas conocidos, y sirven
frecuentemente como punto de referencia de las características deseadas
(confiabilidad).
Los relés estáticos poseen circuitos de medición totalmente estáticos, de bajo
consumo, circuitos impresos modulares diseñados según las técnicas de
integración.
Las salidas de desconexión y señalización son mediante relés con contactos
libres de potencial de las capacidades necesarias.
También se pueden tener salidas con transistores o tiristores disparados con
optoacopladores, para aislarlos haciéndolos libres de potencial.
La alimentación de los circuitos electrónicos, cuando requerida, es de tipo
ondulador rectificador, no aceptándose en general baterías incorporadas al
relé, para evitar problemas de mantenimiento.
La tensión de alimentación de estas fuentes se toma de los servicios auxiliares
de corriente continua disponible.
Los relés pueden ser adquiridos sueltos o en armarios modulares, la
descripción de los armarios ya se ha presentado.
Los relés sueltos deben ser contenidos en cajas a prueba de polvo, para
liberarlos de trabajoso mantenimiento.
Se fabrican de montaje saliente o embutido, y algunos prefieren la primera
ejecución.
La eventual fuente de alimentación necesaria, es conveniente que forme parte
del relé, pero a veces está separada del mismo, contenida en una caja y se
instala ya en el frente o en el interior del panel de relés.
Cuando una fuente es común a dos o más relés debe cuidarse que los mismos
no sean unidades funcionales distintas, esto para evitar que una falla de la
fuente afecte a más protecciones.
Hay que observar que cuando se suministran una fuente para dos o más relés
debe evitarse que los mismos pertenezcan a unidades funcionales distintas no
equipadas con protecciones de reserva, o a protección principal, y de reserva
de una misma unidad funcional, o toda otra situación dado que en caso de
dicha fuente tuviera una falla, la misma afecte severamente a las protecciones
de más salidas.
Este requerimiento de relés de protección sueltos se nos presenta en los casos
de ampliaciones de estaciones eléctricas.
La ubicación de los mismos se realiza en los paneles de protección existentes,
suponiendo que exista lugar para ellos, en caso contrario se hacen necesarios
mas paneles de protección, exclusivamente para la ampliación, y entonces ya
no se trata aparatos sueltos.
CONTACTOS
Los relés deben disponer contactos libres de potencial, separados con las
siguientes funciones:
- desconexión
- señalización
Cuando un relé debe actuar sobre dos o más interruptores debe poseer
contactos de desconexión independientes para cada uno de ellos.
En los casos en que se requiera la protocolización de secuencias de operación
de apertura y recierre unitripolar con cronología exacta, en registradores de
eventos u osciloperturbógrafos, los relés deberán contar con todos los
contactos disponibles que sean necesarios para las señalizaciones
cronológicas que interesan.
Estas se harán preferiblemente a partir de contactos propios de los relés
disponibles a ese efecto, o mediante relés repetidores de alta velocidad.
11.6 - PANEL DE BORNERAS REPETIDORAS
Este es un panel de tipo abierto y solo contiene borneras, recibiendo todos los
cables de la playa.
Como su nombre indica es el centralizador y repartidor de todas las señales a
los diferentes tableros dentro del edificio.
Se realizan en él las cruzadas de señales, puentes, y es el lugar de chequeo
del personal de mantenimiento cuando trata de determinar la ubicación de una
falla de los circuitos de comando o auxiliares en general.
La acometida de los cables al mismo es como indica la figura.
11.7 - COMANDO Y PROTECCIONES
Trataremos ahora de establecer criterios de proyecto que parece se utilizan,
concretamente se pueden adoptar dos criterios:
- comando y protección concentrados en el edificio, lo que puede hacerse
cuando las distancias no son muy grandes.
- comando en el edificio principal, y protección en los kioscos (próximos a los
interruptores comandados) que es conveniente cuando las distancias son
grandes.
Las protecciones son un problema del sistema, como ya se comento al tratar
los esquemas unifilares de la estación, las protecciones deben ser vistas en el
sistema, especialmente en lo que se refiere a las líneas.
También el comando, cuando debe pensarse en telecomando, es un problema
de sistema.
Pensando que aun cuando en el primer momento pueda parecer que comando
y protección no son problemas de sistema, a la larga lo serán, entonces se
debe prever funcionalidad y actuar con ese criterio.
Actualmente puede pensarse que en pocos años (a lo sumo), todas las
estaciones serán telecomandadas, en consecuencia el proyecto debe
considerar esta posibilidad.
La protección actualmente se basa en relés, que cumplen funciones definidas,
su rapidez depende del principio de funcionamiento y de necesidades de
coordinación de protecciones o de estabilidad.
En el futuro se prevé un enorme aumento en la adquisición de datos, y la
medición a través de cálculos, en general puede afirmarse que los relés más
lentos serán reemplazados por computadoras dedicadas, solo los más rápidos
subsistirán.
Los relés más lentos, los que cumplen funciones de protección térmica por
ejemplo, serán reemplazados por cálculos (programas) desarrollados en la
computadora, análogamente las mediciones desarrolladas por aparatos
dedicados (potencia, impedancia) también serán sustituidas por cálculos.
Entonces, aunque se sea tradicionalista, el proyecto actual debe prever que
todos los puntos de medición puedan entregar una señal (corriente y tensión).
La corriente medida debe ser lo más proporcional posible a la de la red, en el
pasado se daba mucha importancia a que el núcleo del transformador
entregara señales que se saturaban para proteger los instrumentos de
medición, o entregara señales que no se saturaban para la función de
protección (o medición de perturbaciones).
Las señales adquiridas, que se tratan en computadora, es necesario sean
realmente proporcionales independientemente se use la magnitud para
medición o protección, los transformadores deben ser con núcleos lineales,
para satisfacer necesidades futuras.
Por otra parte los núcleos de transformadores saturables (utilizados en el
pasado para no dañar los instrumentos de medición sensibles a
sobrecorrientes) son sensiblemente más costosos y dificultosos de realizar que
los núcleos no saturables (utilizados en protección).
Recordemos además que los núcleos saturables no son tales si no se
encuentran correctamente cargados, lo que obliga a verificaciones y controles
en proyecto y obra.
11.8 - CRITERIOS DE CABLEADO
La instalación de comando, enclavamiento, señalización, medición y protección
se realiza con distintos criterios.
Cuando toda la instalación es cableada, con conductores destinados a cada
función especifica, se puede hacer el diseño basándose en los siguientes
principios:
- registrar las borneras de todos los aparatos de maniobra (interruptores,
seccionadores)
- realizar borneras que centralizan los transformadores de medición (en esta
forma se reduce su carga)
- realizar una bornera centralizadora en el campo (marshalling kiosk)
- registrar las borneras de los tablero de comando, alarma, protección,
medidores, etc.
- realizar eventualmente una bornera centralizadora en el edificio de comando.
Con estos principios la topología del cableado es clara, lógicamente pueden
realizarse uniones directas entre cualquier par de borneras, pero es preferible
mantener el respeto de la estructura sugerida.
Algunos centros auxiliares pueden eliminarse o confundirse, elimínense los
kioscos, o la bornera de edificio, si se eliminan ambas las uniones serán
directas entre los equipos y tableros.
La decisión es económica, los cables múltiples cuestan menos que los de
pocos conductores (por cada conexión), pero aparece el costo adicional de
tableros y borneras intermedias.
En general los cables de medición y protección no deben interrumpirse, es
preferible no tengan borneras intermedias.
Las señales en los cables múltiples deben ser compatibles, generalmente
ciertas funciones deben separarse en cables distintos, por canalizaciones
distintas.
Si bien para realizar el conexionado es necesario conocer el funcional, para
evaluar cables, número de conexiones y bornes de apoyo se puede razonar
sobre los bornes de los equipos que se deben conectar, puede pensarse en el
caso extremo de que toda la bornera de cada equipo debe llegar a la bornera
centralizadora del edificio.
Hasta se pueden tender y conectar los cables, y hacer las conexiones
funcionales todas en la bornera centralizadora, sacando del camino critico de la
obra el tema de esquemas funcionales, y facilitando la tarea de correcciones en
el momento de la puesta en servicio, fijando un único punto de trabajo.
VERIFICACIÓN DE CABLES
- Los cables son una carga importante para los transformadores de medición,
tiene ventajas el uso de la corriente secundaria de 1 A, ya que con 5 A se
requieren secciones muy grandes para limitar la prestación de los núcleos.
- Los cables de disparo que alimentan bobinas de interruptores, no deben
producir caídas excesivas, el recorrido debe minimizar la longitud.
- Los recorridos de los circuitos deben abrazar el mínimo flujo, el conexionado
no debe presentar lazos, conductor de ida y retorno deben pertenecer al mismo
cable, o uno muy próximo.
11.9 - ANÁLISIS DE LOS ESQUEMAS DE PROTECCIÓN
Algunos esquemas unifilares presentan particularidades para plantear los
esquemas de protecciones.
Entre los esquemas de acople por interruptor, la mayor dificultad se presenta
con los esquemas con interruptor de transferencia.
El transformador de corriente puede estar en la línea, en este caso la
protección asociada deberá permitir el disparo del interruptor correspondiente a
la línea, o el de transferencia cuando esté en servicio el interruptor de
transferencia.
Si el transformador de corriente está asociado al interruptor (cerca de él), la
protección deberá transferirse tanto en su parte de medición, como en su
disparo al interruptor de transferencia cuando corresponda; todos los
transformadores de corriente deberán ser iguales (al de transferencia) para no
tener que reajustar las protecciones.
En este caso la protección podría no transferirse, pero entonces la protección
asociada al interruptor de transferencia deberá ser reajustada cada vez que el
interruptor de transferencia reemplace a uno de línea, con los riesgos
consiguientes a ajustar una protección con urgencia para salvar una
emergencia.
Los esquemas de acople por interruptores implican medir la corriente de una
línea utilizando dos o más transformadores de corriente.
La superposición de zonas de los relés puede hacer que el proyectista crea
conveniente utilizar más transformadores de corriente que el mínimo necesario,
debido a un mal análisis de los esquemas y a una exagerada importancia
atribuida a ciertas fallas.
En los esquemas con interruptores con tanque a tierra (tipo gran volumen de
aceite, o en SF6 blindados - técnica norteamericana) son esperables fallas de
aislación del interruptor, mientras que los transformadores de corriente del tipo
de barra pasante son poco costosos (costo independiente de la tensión, solo
ligado al diámetro - por otra parte si se ponen dos núcleos el costo es
independiente de que se pongan ambos de un lado o a ambos lados del
interruptor), por lo que se pueden tener transformadores a ambos lados del
aparato, y el esquema de protecciones puede utilizar esta característica.
En cambio en los esquemas con interruptores con tanque en tensión (tipo
pequeño volumen de aceite, o en SF6 o aire comprimido de cámaras múltiples
- técnica europea) las fallas de aislación del interruptor son en rigor fallas de
aislaciones en aire, y los transformadores de corriente (convencionales) son
costosos (costo dependiente de la tensión), por lo que sí se quieren tener
transformadores a ambos lados del aparato se debe duplicar la cantidad de
transformadores de corriente, con importante aumento del costo, no justificado
por la función.
EL PROBLEMA DE LAS PROTECCIONES DE LOS SISTEMAS
ELÉCTRICOS
Generalmente el criterio de funcionamiento de las protecciones para el sistema
de alta tensión de la estación ha sido fijado en estudios preliminares de la
instalación.
Las protecciones deberán funcionar en un sistema que integre la red existente
con la nueva estación.
Nacen así problemas de coordinación de los que depende el correcto
funcionamiento del sistema de protección.
Para resolver este problema es necesario efectuar estudios de las condiciones
operativas de las instalaciones de producción, transporte y distribución;
examinar el estado de regulación de las protecciones de dichas instalaciones y
preparar las especificaciones que fijen el rol y la regulación de las protecciones
existentes y nuevas.
Los documentos que se deben entonces desarrollar son:
- tabla de los parámetros (impedancia a la secuencia positiva y a la negativa y
a Cero) de las máquinas y líneas a proteger.
- tabla de verificaciones de funcionamiento de las redes eléctricas.
- tabla de relaciones de los transformadores de medición y de regulaciones de
los relés.
- esquemas que muestran la coordinación de las protecciones según los
diferentes niveles de actuación (principal, de back-up, etc.).
11.10 - PANEL DE RELÉS AUXILIARES
El panel de relés es de tipo cerrado y contiene exclusivamente relés auxiliares
requeridos para:
- repetir la posición de contactos auxiliares de los equipos de maniobra
(interruptores, seccionadores, etc.).
- Convertir por medio de sus contactos, por ejemplo si son de 48 Vcc en otra de
220 V (o 110 V) o viceversa.
La acometida de los cables, es como para todo el resto de los tableros por la
parte inferior.
Los relés con todos sus contactos cableados a bornera. De esta manera se
tiene flexibilidad de utilizar contactos adicionales, no previstos originalmente en
el proyecto, en cualquier momento del proyecto, obra o explotación.
RELÉS AUXILIARES
Con relación a los relés auxiliares cabe hacer algunos comentarios de sus
características.
Es aconsejable que los mismos sean de tipo extraible, alojados en cajas
herméticas al polvo y que no puedan accionarse a mano sin abrir las mismas.
Los contactos deben ser de tipo autolimpiante y adecuados para operación
repetida sin deterioros en las condiciones que se especifiquen en cada caso.
Con respecto a este punto se recomienda no sobrepasar la tensión máxima de
operación de 110 Vcc dado que superado el mismo (por ejemplo 220 Vcc)
aparecen inconvenientes sobre la capacidad de apertura de los contactos en
los circuitos inductivos.
Las bobinas deben ser de bajo consumo y diseñadas para energización
continua a la tensión máxima de operación, sin necesidad de utilizar
resistencias economizadoras.
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS GENERALES.
Tensión nominal (Un): en corriente alterna 380, 220, 110, 63.5 V; en corriente
continua 220, 110, 48 V.
Tensión máxima de operación 110 % Un
Tensión mínima de operación 60 a 80 % Un.
TIPOS DE RELÉS Y SU APLICACIÓN
Básicamente se utilizan dos tipo de relés:
- relés monoestables (de solo una posición estable)
- relés biestables (de dos posiciones estables)
Los relés monoestables por su aplicación pueden clasificarse en:
- relés para usos generales.
- relés de alta velocidad.
- relés para interfase de telecontrol.
RELÉS MONOESTABLES PARA USOS GENERALES
Se usan en las siguientes aplicaciones típicas:
- repetidores de contactos auxiliares de equipos de maniobra y casos
particulares de conmutadores de selección de mando, para multiplicación de
sus contactos o sistematización del cableado, en esquemas de
enclavamientos, señalización, selección de tensión, y sincronización.
- repetidores de contactos de relés de protección, para multiplicar los mismos,
en los casos en que el tiempo adicionado por ellos no intervenga como factor
critico.
- relés de indicación de cero tensión, supervisión de cumplimiento de
determinadas secuencias, y aplicaciones generales.
Deben ser de construcción robusta, y su duración mecánica será garantizada
por un mínimo de 2 * 10^6 maniobras, a razón de 300 maniobras por día unos
20 años.
Su tiempo de cierre será no mayor de 50 mS para la tensión mínima de
atracción.
Deben ser provistos con un mínimo de alternativamente 4 contactos inversores
o 6 independientes. Los valores típicos de la capacidad mínima de los mismos
es la siguiente:
- corriente máxima permanente: 5 A.
- corriente máxima de cierre: 10 A.
- corriente de corte para tensiones alternas de hasta 220 V: 5 A.
- corrientes de interrupción en corriente continua con L/R = 15 mS, para 48 V, 1
A; 110 V, 0.5 A; 220 V, 0.2 A.
RELÉS DE ALTA VELOCIDAD
Se designan así los relés auxiliares cuya velocidad de operación sea no mayor
de 5 mS en corriente continua o alterna.
Sus aplicaciones más típicas son la repetición de contactos de interruptores y
contactos de disparo de relés de protección de alta velocidad, con contactos
propios insuficientes, para alguno de los siguientes propósitos:
- comando simultáneo de varios interruptores
- protocolización cronológica de secuencias de maniobras en registradores de
eventos (por ejemplo protocolización de ciclos de recierre unitripolar rápido).
- repetición de contactos de relés rápidos comunes de varias salidas, para
mantener la segregación de circuitos auxiliares de corriente continua (por
ejemplo: protecciones diferenciales de barras, protecciones de falla de
interruptor, etc.).
La tensión mínima de atracción debe ser no menor de 60 % Un
Indicativamente la capacidad mínima de los contactos es la siguiente:
- corriente máxima permanente: 5 A.
- corrientes de interrupción en corriente continua con L/R = 15 mS, para 48 V, 1
A; 110 V, 0.5 A; 220 V, 0.2 A.
Los contactos deben estar diseñados para un mínimo de 1000 operaciones en
las condiciones establecidas.
RELÉS DE INTERFASE DE TELECONTROL
Se utilizan en la vinculación de equipos de telecontrol y el resto de las
instalaciones de la estación, actuando a su vez como separación galvánica
para la repetición de las señales.
El consumo máximo de las bobinas debe ser limitado 1.5 W por ejemplo.
RELÉS BIESTABLES
Con dos bobinas de posicionamiento que son totalmente independientes entre
sí, y que resultan energizadas una por vez solo durante el tiempo propio de
posicionamiento del relé, pasado el cual el consumo de energía es nulo. Un
contacto en serie con cada bobina prepara el próximo cambio de posición.
El cambio de posición en ambos sentidos se realiza por medio de la fuerza de
atracción de sus respectivas bobinas hasta un punto de vuelco a partir del cual
el movimiento es completado por acción de resortes.
Su uso es reservado en general para la repetición y/o multiplicación de
contactos de conmutadores de selección de modo de mando (por ejemplo:
local remoto, manual automático, etc.), y repetición de posición de
seccionadores.
La duración mecánica mínima es de 10^6 operaciones.
Las características de los contactos en general son las mismas que para los
relés monoestables.
CRITERIOS GENERALES DE UTILIZACIÓN DE LOS RELÉS AUXILIARES
Los relés monoestables que se utilizan como repetidores de contactos de
interruptores y seccionadores para circuitos de enclavamientos, señalización y
selección de tensión, serán a emisión de tensión, uno para cada posición de
equipo.
El concepto es que la falta de tensión no pueda ser interpretada como una
dada posición (errónea).
El circuito debe ser elaborado de modo que en caso de falla de uno de los
relés, o falta de tensión continua de alimentación de los mismos, las
consecuencias sean las siguientes:
- para enclavamientos: bloqueo de la maniobra.
- para señalización: indicación incoherente (cerrado y abierto
simultáneamente).
- para selección de tensión: alarma y bloqueo de la maniobra de sincronización
en el interruptor de la salida afectada.
En el caso de interruptores o seccionadores con accionamientos individuales
para cada polo, los relés auxiliares para indicación de posición de apertura o
cierre trifásico, serán accionados por tres contactos en serie (uno por polo)
para cada posición
Cuando se utilicen relés biestables para las aplicaciones previstas, los circuitos
deberán ser elaborados de modo de obtener la señalización de la posición del
conmutador cuyos contactos se repiten y/o multiplican a partir de los contactos
del mismo relé, los mismos se conectaran en cascada, es decir que cada uno
será posicionado por el anterior y la señalización se obtendrá a partir de los
contactos auxiliares del último relé.
De esta manera la señalización confirmara la conmutación del relé biestable.
En casos especiales, cuando la importancia del conmutador así lo requiera
podrá obtenerse la señalización de posición utilizando contactos en paralelo del
conmutador propiamente dicho y del relé biestable, de manera de obtener en
caso de falla una señalización de discrepancia o alarma según sea
conveniente.
En los casos en que sea necesario obtener conmutación desde varios puntos a
la vez, el conmutador propiamente dicho será reemplazado por pulsadores,
quedando la conmutación a cargo del relé biestable exclusivamente.
11.11 - LA REALIZACIÓN DE LOS CABLEADOS
Entre paneles y entre equipos de playa se utilizan cables de tipo multipolar o de
tipo telefónico, según sea necesario y conveniente.
Normalmente para las interconexiones entre equipos de playa y edificio de
comando se utilizan cables multifilares con protección mecánica (con
armadura).
Dentro del edificio de comando, para la interconexión entre tableros se utilizan
cables multifilares y telefónicos sin armadura.
LOS CABLES MULTIPOLARES.
Se utilizan para conexión entre los circuitos secundarios de los transformadores
de medida, como así también en los circuitos de accionamiento del resto de los
equipos en alta, media y baja tensión con sus respectivos paneles de
protección y control en 220 o 110 Vcc.
Los cables multifilares son con conductores de cobre, aislación seca de
material sintético, para una tensión de servicio de 1000 V (en ciertos casos se
utiliza 600 V), ensayados según la norma aplicable, en Argentina IRAM 2220.
Las secciones mínimas a utilizar son:
- circuitos de comando y señalización en 110 o 220 Vcc: 2.5 mm2
- circuitos de medición de tensión: 2.5 mm2
- circuitos de medición de corriente: 4 mm2
Los conductores simples de los cables multifilares deben ser a su vez formados
por cables de hilos de cobre, no siendo necesario en general que estén
estañados, esto preferible a la solución con alambres ya que estos se pueden
cortar durante la tarea de embornado.
Para casos justificados, tramos cortos, bornes pequeños, se utilizan secciones
menores, 1 o 1.5 mm2, pero el cableado en estos casos resulta endeble, y
debe ser tratado con mayor cuidado.
Los cables son con aislación y cubierta exterior, suficientemente robusta para
soportar las operaciones que se ejecutan durante la instalación y vida útil del
cable.
Por razones particulares de tendido en playa, o por presencia de roedores, los
cables requieren protección mecánica (armadura) de flejes de acero, en este
caso hay un ulterior recubrimiento de plástico exterior.
CABLES MULTIPARES TELEFÓNICOS.
Se utilizan para conexión de circuitos de comando, señalización, alarma y
telecontrol en 48 Vcc.
Según la aplicación se utilizan distintos tipos de cables.
CABLES TELEFÓNICOS PARA USO GENERAL.
Construidos y ensayados según normas específicas (en argentina ENTEL 755
por ejemplo).
Los conductores constituidos por un alambre de cobre recocido y estañado de
1 mm2 de sección 1.13 mm de diámetro, aislados en material termoplástico,
cableados de a pares dispuestos en capas concéntricas.
El núcleo de pares cableados esta recubierto de cintas de material aislante,
aplicada longitudinalmente o helicoidalmente, con superposición adecuada,
luego superpuesto un blindaje continuo, y finalmente la cubierta exterior de
terminación de material termoplástico.
CABLES MULTIPARES TELEFÓNICOS PARA CIRCUITOS DE MEDICIÓN.
Se utilizan para la transmisión de señales analógicas de corriente continua
obtenidas mediante convertidores de medida.
Sus características son similares a los anteriores, la diferencia es que poseen
blindaje individual por cada par, los blindajes a su vez no están en contacto
entre sí, llevando una capa aislante cada uno.
UTILIZACIÓN Y SEGREGACIÓN DE CABLES MULTIPOLARES Y
MULTIPARES
Para distintas funciones se destinan distintos cables:
- secundarios de transformadores de tensión. Respetando a su vez la
segregación de circuitos determinada por protecciones termomagnéticas o
juegos de fusibles que en cada caso se adopten.
- secundarios de transformadores de corriente. Cuando hay varios secundarios
la segregación se ajusta a su número. Las tres fases de un mismo sistema
secundario en cambio forman un único cable.
- circuitos de corriente continua correspondientes a sistemas de protección
duplicados, o alimentados desde distintas fuentes.
- circuitos de corriente continua alimentados desde una misma fuente pero a
través de distintos fusibles.
- circuitos de distinto tipo de tensión (cc, ca), o del mismo tipo pero de distinta
tensión (48 Vcc, 110 Vcc).
Para los cables multipares telefónicos se mantiene separación entre los tipos
definidos de uso general (blindaje único), y los de circuitos de medición
(blindaje por par).
TENDIDO DE CABLES Y PUESTA A TIERRA DEL BLINDAJE
En todos los casos se debe evitar la formación de lazos cerrados, aún cuando
hay blindajes.
Alimentaciones y retornos deben utilizar conductores de un mismo cable, y en
las excepciones deben extremarse los cuidados para que a lo largo de todo el
recorrido se garantice el paralelismo y la proximidad del cable que contiene el
conductor de ida y el que tiene el retorno.
En general los blindajes se ponen a tierra en un solo extremo, y para cables de
equipos específicos como telecontrol, protocolización de eventos, se deben
respetar cuidadosamente las recomendaciones del fabricante, y
compatibilizarlas.
11.12 - ALIMENTACION DE LAS FUNCIONES DE COMANDO (CRITERIOS)
La división de las alimentaciones de los circuitos se puede realizar en múltiples
formas.
Una posibilidad difundida es llegar al tablero de comando con alimentaciones
de:
comando (+ / -)
señalización (+ / - / oscilante)
alarmas (+ / -)
Se lleva dentro del tablero una guirnalda (de panel en panel - campo físico de
la estación) y en cada panel se separan con una llave todos los circuitos del
panel.
Cuando las funciones de comando son muy importantes, entonces se tienen
circuitos separados para cada panel. Esto se hace en particular cuando hay por
ejemplo generadores, transformadores, etc.
En particular la división de circuitos de comando se hace por niveles de
tensión, con este criterio los interruptores a ambos lados de transformadores
deberían tener distintas alimentaciones, esto complica los circuitos de disparo,
es más lógico establecer una única alimentación para todos los interruptores
del transformador.
Otra posibilidad es dividir las alimentaciones en el origen, con una alimentación
a cada panel. En el panel a partir de esta se separan las funciones, comando,
señalización, alarmas. Esta solución dificulta la señalización.
El sistema mixto es alimentar cada panel con la tensión de comando, y
alimentar con un único circuito la señalización, siendo esta común a todos los
campos.
Si se tiene en cuenta la seguridad se debe poder seccionar cada panel
(campo), dejándolo sin tensión en su interior (área de trabajo), pero esto no es
fácil.
Los circuitos de comando tienen distinta jerarquía, en rigor el circuito de
apertura es todavía más importante que el de cierre. Se pueden separar los
circuitos de comando en cierre y apertura. El circuito de apertura se realiza sin
elementos de protección (se prefiere que no haya fusibles en el circuito), el
circuito de cierre en cambio con sus fusibles puede alimentar además otras
funciones.
La simplicidad de estos circuitos, su extensión mínima, son criterios de diseño
esenciales que hacen a la comprensión, y que ayudan a encontrar una
eventual falla.
. La funcionalidad
. Los esquemas de proyecto
. La concepción de los tableros
. Cableados - borneras - racionalización
. Esquemas eléctricos típicos
. Organización, proyecto, obra
. La realización de los cableados
. Aspectos funcionales, criterios
. Lista de cables
. Borneras, centralización
. Sistemas de protección contra incendios
12 - LOS SERVICIOS AUXILIARES
ing. Norberto I. Sirabonian - ing. Alfredo Rifaldi
Los servicios auxiliares de una estación eléctrica de 132 kV, son los siguientes:
- corriente alterna 380/220 V frecuencia industrial
- corriente continua segura 220 o 110 V
- corriente continua para comunicaciones 48 o 24 V
NECESIDADES
Las necesidades de energía de las estaciones eléctricas requieren satisfacer
distintas exigencias:
- alimentaciones no esenciales (que pueden faltar por tiempos largos sin
afectar el servicio)
- alimentaciones esenciales (que no pueden faltar sin comprometer el servicio)
Para satisfacer estas necesidades se adoptan distintas fuentes de
alimentación:
- corriente alterna de la red pública, o de terciario de transformadores (utilizada
para servicios no esenciales)
- corriente alterna de UPS (unidades de potencia no interrumpibles), obtenida
por generadores electrónicos alimentados por baterías (utilizada para servicios
esenciales), estas fuentes no son habituales en las estaciones donde se
prefiere todavía la corriente continua.
- corriente continua segura de batería (fuente independiente de eventos
externos)
- aire comprimido centralizado, sistema que en la medida que los interruptores
son con comando autónomo (a resortes, oleodinámicos, aire o gas comprimido)
ha caído en desuso.
- corriente alterna de generadores autónomos (utilizada en casos especiales
cuando la confiabilidad de otras fuentes es reducida)
SERVICIOS AUXILIARES DE CORRIENTE ALTERNA
La baja tensión se obtiene a través de un transformador de media a baja,
normalmente la media tensión en 13.2 kV.
A su vez la media tensión se origina del terciario de algún autotransformador o
transformador que generalmente existe en el área de la estación eléctrica.
También puede obtenerse tensión desde alguna línea de media tensión que
pasa por las cercanías.
La potencia del transformador 13.2 / 0.400-0.231 kV se obtiene de sumar todas
las cargas instaladas en baja tensión y afectadas por el factor de
simultaneidad.
En caso de falta de la media tensión para alimentar el transformador se debe
disponer de un grupo electrógeno, o sistema de energía ininterrumpida (SEI).
En este caso la potencia del grupo electrógeno (SEI) debe ser menor que lo
requerido en uso normal dado que sólo se alimentarán los servicios esenciales
(ver figura 12.1 y figura 12.2).
Los consumos de 380 / 220 V ca son:
- fuerza motriz
- calefacción
- tomacorrientes de playa
- iluminación
Consumos esenciales son:
- ventilación del transformador
- regulación del transformador
- cargadores de baterías
Estas cargas pueden quedar algún tiempo sin alimentación, pero se consideran
con máxima prioridad, ya que al no alimentarlas la situación rápidamente se
transforma en crítica.
Consumos no esenciales:
- corriente alterna para servicios generales (iluminación, calefacción)
- taller, tomacorrientes
SERVICIOS AUXILIARES EN CORRIENTE CONTINUA
Normalmente 220 Vcc (o 110 Vcc) o 48 Vcc
El consumo de este sistema responde a las necesidades de las protecciones y
el accionamiento de los equipos de maniobra.
La potencia y la capacidad del sistema depende del tipo de baterías y del
tiempo estimado en que funcionará en emergencia.
LAS BATERÍAS
Las baterías pueden ser alcalinas (Ni-Cd) o ácidas (Pb-Ca).
Como valores característicos se puede establecer un tiempo mínimo de
descarga de 5 horas y una tensión final por elemento de 1.1 V para las baterías
alcalinas.
Los límites de servicio de las baterías es de +/- 10% Un.
EL CARGADOR
El rectificador es del tipo puente trifásico, con diodos de silicio y estabilización
de la tensión de salida por medio de reactores saturables o tiristores. El
transformador de alimentación del puente es del tipo de aislación seca.
La tensión de salida deberá mantenerse constante, admitiéndose variaciones
da +/- 2% del valor estabilizado, para variaciones descarga entre 0 y 100 % de
la corriente nominal, y con variaciones de tensión y frecuencia de la fuente de
alimentación de corriente alterna de +10, - 15 y +/- 2% respectivamente.
La corriente de salida deberá ser limitada automáticamente por los cargadores.
Tal limitación se fija normalmente en el 100 % de la corriente nominal.
El cargador deberá permitir la carga de la batería en "flote" y a "fondo", la
conmutación de modos de carga deberá poderse hacer en modo manual y
automático.
Con el cargador en "automático", la posición de carga habitual es en "flote" y se
pasara automáticamente a "fondo" por baja tensión de batería o con
posterioridad a una falta de tensión de entrada.
Completada la carga de la batería se retornara automáticamente a "flote". La
duración de la carga a fondo es controlada por un temporizador ajustable.
En la derivación al consumo el cargador deberá estar dotado de filtros para
mantener el ondeo residual (ripple) dentro de los siguientes valores indicativos:
- con batería conectada: 2 % eficaz
- con batería desconectada: 5 % eficaz
También en la derivación al consumo deberá preverse en el cargador
dispositivos adecuados para que, cualquiera sea la condición de carga de la
batería, la tensión del consumo se mantenga dentro de los limites +/- 10 % de
su valor nominal, 220 (o 110) V, valor estabilizado.
En caso de baja tensión en el cargador, deberá evitarse la descarga de la
batería sobre aquel.
ALARMAS
Todas las anormalidades del cargador deberán visualizarse con indicación local
y con contacto libre de potencial para poder desarrollar circuitos de alarma.
Básicamente contará con las siguientes alarmas:
- Falta de tensión de alimentación 380/220 V corriente alterna (con indicación
de falta de fase)
- Falta de tensión de corriente continua en salida de batería.
- Falta de tensión de corriente continua en salida a consumo.
- Falla cargador
- Baja tensión de corriente continua en salida a consumo
- Alta tensión de corriente continua en salida a consumo.
En la figura 12.3 se ve el esquema unifilar básico para el sistema de corriente
continua en 220 V (o 110 V), también aplicable a 48 V.
ALIMENTACIÓN DE LOS SERVICIOS AUXILIARES - COMENTARIOS
Salvo casos excepcionales los servicios auxiliares de una estación eléctrica
suman potencias modestas.
El sistema eléctrico normalmente funciona y en consecuencia los servicios
auxiliares están alimentados en forma normal.
La alimentación normalmente puede obtenerse del servicio público en media
tensión que se encuentra próximo a la estación, si ésta lo alimenta la solución
es evidente.
A veces se tiene una estación donde no se dispone de media tensión, entonces
aparecen soluciones de aprovechar los equipos de gran potencia y muy alta
tensión como fuentes para los servicios auxiliares, los transformadores de
potencia tendrán terciario accesible al exterior para alimentar los servicios
auxiliares, o bien los reactores (de compensación de las líneas) tendrán
secundario, transformándose así en "transformadores" con un bobinado débil...
La confiabilidad de los equipos de potencia que deben cumplir estas funciones
complementarias resultan degradadas.
Por otra parte los niveles de cortocircuito que se presentan en el terciario de los
transformadores son muy elevados para alimentar un pequeño transformador
de servicios auxiliares, requiriendo entonces reactores limitadores para
contener este valor.
Una cuestión que debe analizarse seriamente es la degradación de los equipos
de potencia para alimentar los servicios auxiliares, o el costo exagerado que
eventualmente implica traer la media tensión desde una fuente segura
relativamente próxima, aunque en los hechos alejada.
Es lógico que los servicios auxiliares se alimenten de la media tensión, y si la
instalación solo dispone de alta y altísima tensión, debe plantearse seriamente
a nivel de planeamiento de la distribución de energía de la zona la inclusión de
una transformación a media tensión que además de alimentar los servicios
auxiliares de la estación pueda servir a los vecinos de la zona.
Pensar por ejemplo en 500 / 132 kV, y resolver con exclusividad los servicios
auxiliares desde un terciario de un transformador de 300 MVA, no
necesariamente es demasiado menos costoso que dedicar un campo de 132
kV a un transformador de 20 MVA que alimenta en 13.2 kV a los servicios
auxiliares.
La inclusión de un campo de 132 /33 o 13.2 kV, que alimenta los servicios
auxiliares, invita a alimentar también la ciudad próxima o la red rural, se logra
una buena solución para la solución práctica del problema, quizás inicialmente
la carga sea poca, pero como siempre que se brinda disponibilidad,
seguramente crecerá en breve tiempo.
CLASIFICACIÓN DE LOS SERVICIOS AUXILIARES
Los servicios auxiliares se clasifican por la necesidad de continuidad en la
alimentación, se alimentan en corriente continua o alterna, y se trata de
minimizar el consumo de corriente continua, que se la considera fuente
permanente.
Los interruptores tienen energía acumulada, en forma de resorte cargado, aire
comprimido, o aceite a presión, disponible para el comando.
Pueden entonces hacer algunas maniobras con independencia del suministro
eléctrico, eventualmente el resorte deberá cargarse con corriente continua.
El aire comprimido, o el aceite a presión dependen de compresores o bombas
alimentadas con corriente alterna, y si falta esta alimentación en forma
permanente quedará bloqueada la estación.
Los motores de los seccionadores pueden funcionar con corriente alterna
(trifásicos, jaula, con todas las ventajas de este tipo de motor), pero si falta la
corriente alterna se deben operar los seccionadores a mano hasta restablecer
la corriente alterna.
Mayor comodidad dan los motores de corriente continua, pero tienen colector,
requieren mas cuidados y mantenimiento. Algunos juzgan que la
indisponibilidad por mantenimiento o falla del colector (que obliga a la maniobra
manual) es mas frecuente que la falta de corriente alterna de los auxiliares, con
lo que no queda ninguna duda sobre cual es la elección acertada.
Aunque es un servicio esencial del transformador, la refrigeración del mismo se
realiza con motores de corriente alterna, que mueven bombas (OF) y
ventiladores (AF), para este caso se piensa que la salida de servicio de los
auxiliares implica la salida de servicio del transformador, o la limitación de su
carga en modo importante en breve tiempo.
LA BATERÍA DE CORRIENTE CONTINUA
El tamaño de las baterías de corriente continua se define a partir de un ciclo
"crítico" de descarga, superando la indisponibilidad (falla) del cargador, si falta
la corriente alterna durante largo tiempo, no puede reponerse la carga de la
batería, pero si se da esta circunstancia la estación misma no cumple función
alguna.
Debe tenerse sumo cuidado con la carga de la batería, a veces se conecta a
ella la iluminación de emergencia, y ésta ante una emergencia se transforma
en la iluminación principal, agotando en breve tiempo la batería, y dejando la
estación sin comando...
Es importante que a nivel de operación se conozca el estado de carga de la
batería, y su capacidad medida en forma de que se sepa como no agotarla, y
que hacer en caso de largas salidas de servicio de la red.
EL CABLEADO
En la instalación los cables de potencia cuya función es alimentar lamparas de
iluminación, tomacorrientes, calefactores, motores, se disponen en forma de
red radial que inicia desde el tablero de servicios auxiliares.
. Dimensionamiento
. Servicio normal y emergencia
. Baterías, cargadores, grupos de emergencia
. Iluminación
. Sistemas de protección contra incendio
. Necesidades
LA ALIMENTACION EN CORRIENTE CONTINUA
Introducción
La función de los sistemas de suministro en corriente continua es entregar
potencia auxiliar para el equipamiento de control, y el equipamiento de potencia
diseñando para esta operación.
La tensión
La tensión se elige dependiendo del uso pudiendo ser 220, 110, 48, 24 Vcc.
Las tensiones de 220 y 110 V normalmente se usan para cierre, apertura,
control e indicaciones; también la iluminación de emergencia.
La tensión de 220 V se prefiere para algunas aplicaciones, la red de cables de
distribución será más económica, el resto de los componentes (relés, bobinas)
en cambio son más económicos si de 110 V, con esta tensión la resistencia de
contactos (que incrementa con el envejecimiento) todavía no es critica, otro
elemento a tener en cuenta es que muchos aparatos se fabrican para 110 V y
se utilizan en 220 V con una resistencia en serie o diodos de caída.
El 220 V es también conveniente para sistemas de iluminación de emergencia
de manera de hacer posible la compatibilidad de la alimentación en alterna y
continua, sin embargo debe pensarse que la iluminación de emergencia
alimentada con el mismo sistema que corresponde al comando puede
descargar la batería (periodo de emergencia prolongado) y afectar la
confiabilidad del comando.
Hay equipos de iluminación de emergencia autónomos que no generan la
dificultad comentada, su autonomía limitada obliga a disponer de un grupo
generador de emergencia para superar faltas prolongadas si se las supone
posibles, esta opción lleva a un más racional dimensionamiento de la batería
de corriente continua.
La tensión de 48 V se utiliza normalmente para telecomando, telefonía,
telecomunicaciones, telemetría, la razón de esta elección esta en los sistemas
telefónicos. En Europa también se usa 24 V para los sistemas de carrier, radio,
telecontrol.
Tipos de baterías
La aplicación requiere baterías estacionarias:
plomo ácido, placas planas
plomo ácido, placas (celdas) tubulares
plomo ácido, celdas Plante
alcalinas, celdas níquel cadmio, níquel hierro
Cuando se requiere una gran capacidad de descarga combinada con una baja
capacidad (pocos amper-hora) la solución recomendable es níquel cadmio. Las
baterías alcalinas tienen una característica de duración de 25 o mas años y
requieren poco mantenimiento, y poco cuidado en los ciclos de carga y
descarga, utilizándolas en lugares no atendidos.
Las baterías Plante adecuadamente mantenidas duran 25 años, soportan
operaciones cíclicas con descarga pesada, pero no pueden quedar largos
periodos en condición de descarga.
Las baterías de plomo ácido con placas tubulares, soportan las aplicaciones de
estaciones eléctricas, y tienen bajo costo inicial, su expectativa de vida esta en
el orden de 10 años, considerando la importancia del servicio frecuentemente
se justifica un mayor costo.
Las baterías de plomo ácido con placas planas, son las mas económicas, su
expectativa de vida es de 5 - 10 años, y las de aplicación en automotores solo
duran 2 años, aun así en algunas aplicaciones se destaca su bajo costo que es
la razón de la opción.
Puesta a tierra de la batería
Polo negativo a tierra, fusible del lado positivo, si se ponen fusibles en ambos
polos, cuando se presenta una falla es necesario cambiar ambos fusibles (no
lográndose determinar el estado del fusible que no actuó, lo que afecta la
confiabilidad), frecuentemente se prefiere un también un seccionamiento del
lado tierra, ver figura 12.31.
Polo positivo a tierra, similar al anterior, ver figura 12.32.
Punto central de la batería a tierra, fusibles en ambos polos, si funde un fusible
la falla esta individualizada, este método no es conveniente para los circuitos
de disparo que requieren alta integridad. Es conveniente cuando una falla
puede cerrarse a través del punto medio de la carga, ver figura 12.33.
Negativo a tierra a través de una resistencia de tierra, requiere fusible del lado
positivo, la principal ventaja de la resistencia es que la corriente de falla esta
muy limitada, y el sistema puede quedar en operación con falla a tierra del
positivo. Es fundamental no ignorar la primera falla, ya que una segunda falla
en el polo negativo causa la fusión de los fusibles, ver figura 12.34.
Positivo a tierra a través de una resistencia de tierra, similar al anterior.
Punto central de la batería a tierra a través de una resistencia, se puede poner
fusible en ambos polos, o en solo el positivo. Los fusibles funden en caso de
falla entre polos, la falla de un solo polo no causa la fusión, si solo hay un
fusible la falla entre polos produce su fusión, luego circula corriente (por el polo
sin fusible) limitada por la resistencia.
Centro artificial a tierra, entre los polos de la batería dos resistencias R1 y R2
generan un punto medio que se pone a tierra a través de RE, puede haber solo
fusible en el polo positivo, (o en ambos polos) como en el caso anterior,
siempre la batería drena corriente a través de las resistencias R1 y R2, ver
figura 12.35.
Positivo a tierra a través de circuito detector, (negative biased circuit erthing),
provee mejor protección contra corrosión de las bobinas, desventaja que se
denuncian fallas de alta resistencia en el polo que no esa a tierra, ver figura
12.36.
Para las tensiones mas altas se prefiere la puesta a tierra a través de
resistencias, lo que permite soportar la primera falla manteniendo la
alimentación.
Carga de batería
Carga a flote a tensión constante, diseñada para un 10% de tensión por arriba
de la nominal 2.25 V por celda ácidas, o 1.4 V níquel cadmio, la carga esta
diseñada para soportar 10 o 15% de sobretension.
Cuando inicia la carga, esta se hace primero a corriente constante, y luego
finaliza a tensión constante.
Las variaciones de carga son normalmente absorbidas por el suministro en
corriente alterna a través del cargador, y la batería queda libre de severas
cargas y descargas que afectarían su vida.
Carga rápida, se utiliza para regenerar la batería después de una larga
emergencia, se pueden alcanzar los 2.7 V por celda ácidas, o 1.65 V níquel
cadmio, y normalmente no es aceptable tener conectada la carga, este
inconveniente se salva con dos baterías, con topes para ajuste de tensión, o
con diodos de caída para la carga.
Cuando se tiene dos baterías, un pequeño cargador (trickle charging) mantiene
en carga la batería desconectada. Con este arreglo se impide la corriente de
circulación entre ambas baterías mediante diodos de bloqueo.
Protección de los circuitos de continua
Se han propuesto uno o dos fusibles a la salida de la batería, la desventaja de
los dos fusibles es que deben cambiarse ambos, aunque uno haya quedado
integro, la ventaja es que se limita la perdida al circuito afectado.
Si el sistema esta puesto a tierra con resistencia, la falla en A no produce
actuación del fusible, una segunda falla en E causa la actuación del fusible -3,
la posibilidad de esta falla depende de la longitud del cable E, que
generalmente esta limitado al tablero de relés.
Las fallas C - D, D - E implican mal funcionamiento, y no son influenciadas por
la opción de fusibles elegidas (uno o dos), ver figura 12.37.
Los interruptores miniatura deben verificarse en su corriente de cortocircuito (lo
que requiere combinarlos con fusibles), y no es fácil lograr selectividad ante
fallas (por la actuación del disparo instantáneo).
Niveles de cortocircuito en CC
Dos fuentes contribuyen a la corriente de cortocircuito, la batería y el cargador,
el aporte de la batería depende de la resistencia interna, por ejemplo 2.2 V por
celda, 400 amper-hora, 300 microohm por celda.
Icc = 2.2 / (300 * 10^-6) = 7300 A
El aporte del cargador, es el cortocircuito equivalente en bornes de baja tensión
del cargador, por ejemplo un transformador de 20 kVA, reactancia 3%,
apropiado para una batería de 400 amper-hora, a 110 V presenta un aporte de:
100 * 200 / 3 = 667 kVA; 667000 / 110 = 6060 A
Los circuitos limitadores del cargador actúan en dos ciclos (40 mS)
La corriente de falla es ulteriormente limitada (en valor y velocidad de
crecimiento) por los circuitos de distribución.
Capacidad de la batería
La decisión del tamaño correcto de la batería esta ligada al tipo, se debe definir
un diagrama de descarga que simule la necesidad (en un caso extremo).
Cuando la descarga es demasiado rápida la capacidad de la batería resulta
reducida (según sea el tipo).
A medida que se descarga la tensión de la batería se reduce, debiendo
definirse la tensión mínima que sirve para la carga.
Pasados lo 5 años de uso debe controlarse que las baterías mantengan su
capacidad, a fin de garantizar el servicio.
Distribución en corriente continua
La distribución mas simple es un tablero de distribución (panel) con una batería
y un solo cargador, es la mas económica, y con adecuado control y
mantenimiento es suficiente. Las estaciones importantes tienen baterías y
cargadores redundantes, cada batería y cargador esta conectado a una barra
distinta del tablero de distribución.
La carga debe estar conectada a la batería, y no a los bornes del cargador,
este entrega corriente y tensión pulsantes, el seccionamiento de las barras de
distribución con dos seccionadores (interruptores) facilita el mantenimiento,
ambas barras normalmente pueden estar en paralelo, diodos de bloqueo en la
entrada a barras impiden que una batería se descargue en la otra, ver figura
12.38.
Las líneas de distribución pueden ser radiales o en anillo, y si se hace este
ultimo con seccionamientos que permiten dividir el anillo parte sobre una barra,
y parte sobre la otra.
Ubicación de los contactos y cargas
Los contactos que separan las cargas se ponen del lado positivo, y las bobinas
(cargas) del lado negativo, para evitar que la corrosión de las bobinas se
convierta en carga permanente, y los alambres de las bobinas deben ser de
sección suficiente para reducir la posibilidad de fallas.
La probabilidad de mala operación del relé se reduce con contactos a ambos
lados de la bobina, pero esta solución lleva a circuitos mas complejos.
Ubicación de la falla a tierra
La forma de encontrar una falla a tierra es ir seccionando cada circuito hasta
que la alarma de falla a tierra desaparece. La sucesiva aislacion de los circuitos
puede resultar inconveniente, ver figura 12.39.
Se puede realizar una coordinación de protecciones con escalonamientos
(fusibles por ejemplo) si la corriente de cortocircuito es suficientemente
elevada.
Alarmas
falla el suministro de corriente alterna
falla del cargador de baterías
falla a tierra de batería
alta tensión continua
baja tensión continua
Precauciones en salas de baterías de plomo ácidas
Es necesario adecuado espacio para inspección, mantenimiento, pruebas, y
reemplazo de celdas. La sala debe ventilarse por medios naturales o asistida
con un ventilador para prevenir la acumulación de hidrogeno.
Las celdas están montadas sobre racks, si metálicos deben estar conectados a
tierra, deben ser resistentes al ácido, las celdas deben estar aisladas de los
racks, si los racks son aislantes su aislacion debe ser para la tensión máxima
de la batería.
Distintas baterías, o baterías de distintas tensiones deben ser separadas. Por
su peso es preferible ubicarlas en el suelo sólido. Son de importancia respetar
condiciones especiales cuando hay peligros de sismos.
El suelo debe ser a prueba de ácidos, debe haber previsiones para contener el
electrolito, debe haber suministro de agua, instalaciones resistentes al ácido.
Los equipamientos metálicos que se ubican dentro de la sala deben ser a
prueba de explosión, y a prueba de ácidos.
Debe haber también disponible agua destilada, especialmente en los lugares
donde se prevé dificultad de obtención.
13 - ORGANIZACIÓN DEL PROYECTO
ing. Juan Carlos Alaniz
13.1 - PRESENTACIÓN
El diseño de una Estación Transformadora es una tarea multidisciplinaria, que
implica desarrollar las acciones necesarias para definir, por medio de
documentación técnica adecuada, todas las etapas a cumplir a partir de la
decisión de construirla, hasta su puesta en servicio.
Esta decisión, tomada generalmente en áreas de Planeamiento y Estudio,
involucra también la definición de otros parámetros básicos, como son los
Niveles de Tensión, las Potencias de Transformación, los Niveles de
Cortocircuito, la Coordinación de los Niveles de Aislación, los Limites de
Estabilidad del Sistema, etc., y que junto con la información sobre la evolución
prevista de la demanda y la zona de ubicación tentativa de las instalaciones,
son los datos de partida para la tarea de diseño.
Las etapas de diseño pueden subdividirse de acuerdo al orden cronológico
natural, que surge del desarrollo de la idea básica, hasta la definición de todos
los detalles de ejecución.
Evidentemente, esta subdivisión así como el grado de detalle hasta el que se
llegue en cada etapa, dependen de las modalidades y particularidades de cada
empresa o grupo, que deba acometer la tarea de diseñar una Estación
Transformadora.
Así por ejemplo, el diseño podría consistir solamente en la definición de la
Ingeniería Básica o bien extenderse hasta la definición de los mínimos detalles
del equipamiento y la obra, digamos exagerando prácticamente hasta "el último
tornillo".
En el primer caso se deja para el grupo que ejecuta las obras, la definición de
aspectos muy amplios, referidos al equipamiento, la instalación o el
conexionado; en el segundo, prácticamente solo se requerirá mano de obra.
Entre ambos extremos existe una amplia gama de posibilidades. En nuestro
medio se los conoce con los nombres de "Gestión Externa" o "Llave en Mano"
y "Gestión Interna Completa" o "Por Administración".
La experiencia recogida en nuestro medio, donde ambas modalidades se han
empleado, apunta últimamente hacia un modelo intermedio, que podríamos
denominar de "Gestión Interna Incompleta" donde el grado de definición suele
llegar hasta los detalles generales del equipamiento y la instalación, quedando
a cargo de los grupos de ejecución, solo los detalles constructivos menores,
que de todos modos están sujetos a la supervisión del grupo de diseño.
Para finalizar diremos que la tarea de diseño no se agota con la entrega de la
documentación técnica necesaria para construir físicamente la Estación
Transformadora, sino que comprende la asistencia técnica a las etapas de
adquisición de equipamiento, obras, pruebas y puesta en servicio y aún suele
prolongarse hasta la explotación y mantenimiento de las instalaciones.
A modo de ejemplo se indica el diagrama de etapas de un modelo de "Gestión
Interna Incompleta" incluyéndose un breve resumen que describe cada etapa.
Cada una de esas etapas supone partir de ciertos datos de entrada, resolver
los problemas planteados (aplicando las reglas del arte y los conceptos
técnicos correspondientes), adoptar una serie de decisiones y elaborar
finalmente la documentación técnica, que servirá de base o punto de partida
para una etapa posterior.
13.2 - ESQUEMA ELÉCTRICO BÁSICO. E- E- B.
Datos de Entrada:
- Niveles de tensión.
- Potencia y cantidad de transformadores
- Cantidad de entradas y salidas, (líneas o cables) y potencia a transmitir por
cada una de ellas y para cada tensión.
- Evolución prevista del sistema para cada nivel de tensión (para prever las
reservas y futuras ampliaciones).
- Potencia y cantidad de equipos de compensación (Reactores, capacitores,
etc.)
Problemas a Resolver:
Elegir para cada nivel de tensión un esquema unifilar básico que contemple las
necesidades del servicio, con la confiabilidad adecuada. Es decir resolver un
problema técnico - económico: Confiabilidad versus Economía.
Datos de Salida:
Esquema unifilar básico indicando valores nominales de:
- Barras
- Seccionadores
- Interruptores
y ubicación de transformadores de medición, descargadores, equipos de Onda
Portadora, etc.
Comentario:
El esquema eléctrico básico muchas veces esta predeterminado por las etapas
de planeamiento y estudio.
13.3 - ESQUEMA UNIFILAR COMPLETO. E- U- C.
Datos de Entrada:
- Esquema Eléctrico Básico.
- Niveles de Cortocircuito.
- Destino o procedencia de las líneas o cables.
- Límites de estabilidad del sistema.
- Coordinación de los Niveles de aislación.
Problemas a Resolver:
- Definir el resto de las características nominales de todos los aparatos.
- Definir el esquema de protecciones
- Definir el esquema de maniobra
- Definir el esquema de sincronización y enclavamiento
- Definir el esquema de medición y telecontrol
- Definir la potencia y cantidad de los Servicios Auxiliares
Datos de Salida:
Esquema Unifilar detallado y completo con toda la información necesaria para
definir el equipamiento
13.4 - DISPOSICIÓN CONSTRUCTIVA BÁSICA. D- C- B.
Datos de Entrada:
- Esquema Eléctrico Básico
- Zona de ubicación de las instalaciones
Problemas a resolver:
Elegir para cada nivel de tensión aquella disposición constructiva que más se
adapte a la zona donde se ubicarán las instalaciones y a las condiciones de
servicio que deberá prestar. Se definirá por ejemplo si las instalaciones serán a
la intemperie o interiores, las barras coplanares o superpuestas etc.
Datos de salida:
Disposición general de las partes de la instalación con la ubicación relativa del
equipamiento en base a distribuciones típicas.
13.5 - ANTEPROYECTO BÁSICO
Datos de Entrada:
- Esquema Unifilar Completo
- Disposición Constructiva Básica
Problemas a Resolver:
Distribuir las partes de la instalación de forma tal que la solución global
obtenida optimice las soluciones particulares adoptadas, para cada problema
específico, por ejemplo: ubicación relativa de las playas de alta tensión,
caminos de acceso y mantenimiento, edificios de maniobra, auxiliares,
dependencias, etc.
Datos de Salida:
Distribución general de las instalaciones, (Lay- Out), con dimensiones
máximas.
13.6 - DEFINICIÓN DEL EQUIPAMIENTO PRINCIPAL O CRITICO
Este equipamiento es el que debe fabricarse especialmente y generalmente
tiene plazos de entrega del orden de uno o dos años, (Transformadores de
Potencia, Reactores, Interruptores, Seccionadores, Sistemas de Protecciones,
Comando y Medición, etc.)
Datos de Entrada:
- Esquema Unifilar Completo
- Datos del Sistema
- Anteproyecto Básico
Problemas a Resolver:
- Definir tipo de equipamiento a adquirir (seccionadores rotativos o pantógrafo,
Transformadores monofásicos o trifásicos, etc.)
- Características de los aparatos (Régimen de carga de los transformadores,
medios de extinción del arco, etc.)
- Tensión de maniobra (auxiliar)
- Formas de accionamiento
- Cantidad y Prestaciones de los núcleos de los TV y TI
- Límites de la provisión
- Plazos de fabricación y entrega
- Garantías de los proveedores
- Repuestos - Supervisión de montaje
Datos de Salida:
Todas las definiciones tomadas se volcarán en las Especificaciones Técnicas,
que junto a las condiciones económicas - legales (Pliegos), que regirán los
contratos con los proveedores, forman la documentación necesaria para la
adquisición del equipamiento.
13.7 - ESTUDIO DE OFERTAS Y ADJUDICACIÓN
Datos de Entrada:
- Pliegos de Condiciones y Especificaciones Técnicas
- Ofertas de los proveedores
Problemas a Resolver:
- Verificar que lo propuesto por los oferentes, responde a lo solicitado.
- Analizar y comparar técnica y económicamente las ofertas, introducir las
modificaciones que fueren necesarias, (previo a la adjudicación), para
compatibilizar los materiales de distintos proveedores.
Datos de Salida:
Informe Técnico con la calificación y elencamiento de los proponentes.
13.8 - DEFINICIÓN DEL ESPACIO NECESARIO - ESTUDIO DE
ALTERNATIVAS
Datos de Entrada:
- Anteproyecto Básico
- Zona de ubicación
Problemas a Resolver:
Con las dimensiones del Anteproyecto Básico se inicia la búsqueda del terreno
necesario para implantar la Estación Transformadora.
Normalmente se presentan varias alternativas de ubicación, de ellas se
analizarán aquellas que presenten las mejores soluciones con respecto al
ingreso de electroductos, (actuales y futuros), caminos de acceso, tipo de
terreno, escurrimiento de aguas pluviales, existencia de servicios (agua
potable, energía eléctrica en B.T., etc.)
Se efectuará para cada una de ellas un estudio económico que tendrá en
cuenta básicamente el costo de las obras civiles, (movimiento de suelo,
caminos de acceso, tipo de fundaciones, etc.) y los electroductos.
Datos de Salida:
Informe técnico - económico de cada una de las alternativas analizadas.
13.9 - ANTEPROYECTO DEFINITIVO
Datos de Entrada:
- Anteproyecto Básico
- Plano de relevamiento topográfico del terreno elegido y de la zona de
ubicación.
Problemas a Resolver:
Remodelar el Anteproyecto básico para compatibilizar el ingreso de los
electroductos actuales y futuros, los caminos de acceso, las ampliaciones
futuras, etc.
Ubicar en forma definitiva los edificios de comando, auxiliares, dependencias,
canales de cables, caminos de mantenimiento, cercas perimetrales, desagües,
etc.
Datos de Salida:
Plano acotado con implantación general de la Estación Transformadora
indicando:
- Dimensiones generales de las playas de A.T.
- Dimensiones generales de todos los edificios
- Recorrido de los canales de cables
- Traza de electroductos
- Ubicación de los pórticos de acometida de líneas
- Niveles y pendientes del terreno
- Numeración y orden de fases de barras y equipos
- Ubicación de los caminos de acceso y mantenimiento
- Ubicación de las cercas perimetrales, cañerías y canales de desagüe.
- Ubicación de la eventual antena de comunicaciones.
13.10 - ANTEPROYECTO DETALLADO
Datos de Entrada:
- Anteproyecto Definitivo
- Equipamiento Adquirido
Problemas a Resolver:
Incluir en el Anteproyecto Definitivo las características del equipamiento
adquirido, produciendo las modificaciones que sean necesarias.
Datos de salida:
La diferencia con el Anteproyecto Definitivo estriba en el grado de detalle de la
información que suministra. Además de los ya mencionados se agregan:
- Detalles de las bases de equipos (dimensiones, esfuerzos, agujeros de
fijación, etc.)
- Detalle de los canales de cables (dimensiones, disposición de bandejas, etc.)
- Detalle de edificios (dimensiones interiores, canales, ubicación de tableros,
etc.)
- Ubicación de armarios de mando o intermediarios en las playas.
- Desarrollo de la Red de Puesta a Tierra
- Ubicación de los dispersores de puesta a tierra.
13.11 - SEGUIMIENTO Y CONTROL DE FABRICACIÓN - RECEPCIÓN
Datos de Entrada:
- Pliegos de Condiciones y Especificaciones Técnicas
- Ordenes de Compra o contratos de fabricación
Problemas a Resolver:
- Conocer en todo momento el estado de fabricación del equipamiento.
- Obtener en tiempo y forma la documentación técnica necesaria para la
continuidad de otras etapas de proyecto.
- Servir de nexo entre los proveedores y el equipo de proyecto para transmitir
necesidades o definiciones.
- Intervenir en forma inmediata ante modificaciones de fabricación o de
proyecto, para ponerlas en conocimiento del proveedor o el equipo de Proyecto
- Supervisar los ensayos de recepción
Datos de Salida:
- Documentación Conforme a Fabricación y Protocolos de Ensayo
13.12 - PROYECTO CIVIL - PLIEGOS Y ESPECIFICACIONES
Datos de Entrada:
- Anteproyecto Detallado
- Terreno adquirido
Problemas a Resolver:
En base al Anteproyecto Detallado y a las características del terreno donde se
ubicarán las instalaciones deberá encontrar la solución más económica y que
mejor se adapte a los requerimientos de la obra eléctrica, teniendo en cuenta el
medio circundante.
Datos de Salida:
- Planos generales y de detalle de arquitectura y estructurales.
- Pliegos de Condiciones económico- legales y Especificaciones Técnicas para
contratar la ejecución de las obras civiles.
13.13 - ESTUDIO DE OFERTAS Y ADJUDICACIÓN
Datos de Entrada:
- Pliegos de condiciones y Especificaciones Técnicas
- Ofertas de los Contratistas
Problemas a Resolver:
- Verificar que lo propuesto por los oferentes responda a lo solicitado
- Analizar y comparar técnica y económicamente las ofertas
- Tratar de incluir, previo a la adjudicación, aquellas modificaciones de proyecto
que se hubieren produciendo desde la confección de las Especificaciones
hasta el inicio de las obras.
Datos de Salida:
Informe Técnico con la calificación y elencamiento de los proponentes.
13.14 - ASISTENCIA TÉCNICA - RECEPCIÓN
Datos de Entrada:
- Pliego de Condiciones y Especificaciones Técnicas
- Contrato de adjudicación de las obras
Problemas a Resolver:
- Conocer en todo momento el estado de avance de las obras
- Obtener en tiempo y forma la documentación técnica Conforme a Obra,
necesaria para la continuidad del Proyecto Eléctrico.
- Servir de nexo entre el Jefe o Director de obra y el equipo de Proyecto para
transmitir necesidades o definiciones
- Intervenir, ante modificaciones de obra o de proyecto, para ponerlas en
conocimiento de los equipos de proyecto o de obras.
- Recepcionar las obras civiles.
Datos de Salida:
Planos civiles Conforme a Obra
13.15 - PROYECTO ELÉCTRICO - DEFINICIÓN DE EQUIPAMIENTO
SECUNDARIO
Datos de Entrada:
- Esquema Unifilar Completo
- Anteproyecto Detallado
- Documentación Conforme a Fabricación del equipamiento adquirido.
Problemas a Resolver:
- Definir la forma de montaje de todo el equipamiento
- Definir los criterios de funcionamiento de la Estación Transformadora
(sistemas de maniobra, señalización, alarma, enclavamientos, etc.)
- Compatibilizar los criterios de operación del sistema de protecciones con el de
funcionamiento de la Estación Transformadora.
- Traducir todas las definiciones a documentación técnica adecuada para la
ejecución de las tareas de montaje y conexionado.
- Definir y realizar el cómputo del resto de los materiales y aparatos necesarios
para completar el equipamiento de la Estación (cables de maniobra, relés
auxiliares, bornes de interconexión, morseteria, etc.)
- Definir el programa de las pruebas de recepción y puesta en marcha de la
Estación Transformadora (en colaboración con las áreas de Obras y
Explotación)
Datos de Salida:
- Planos de Montaje Electromecánicos
- Esquemas Unifilares y Trifilares
- Esquemas Funcionales y de Principio
- Planos de Conexionado
- Planillas de Borneras
- Lista de Cables
- Memorias Descriptivas
- Listas Varias (de planos, de relés auxiliares, de alarmas, etc.)
- Cómputo de Materiales
13.16 - CONFECCIÓN DE PLIEGOS Y ESPECIFICACIONES
Datos de Entrada:
- Proyecto Eléctrico
Problemas a Resolver:
- Explicitar las tareas que debe realizar el contratista o equipo de obras para
instalar, probar y poner en servicio la Estación Transformadora.
- Definir claramente los límites de la provisión de materiales y ejecución de
trabajos.
- Establecer las garantías y recaudos que habrán de tomarse durante la obra
(Seguros sobre equipos, personas, vigilancia y seguridad, limpieza de obra,
etc.)
Datos de Salida:
- Pliegos de Condiciones económico - legales y Especificaciones Técnicas para
contratar la ejecución de las obras eléctricas.
13.17 - ESTUDIO DE OFERTAS Y ADJUDICACIÓN
Datos de Entrada:
- Pliegos de Condiciones y Especificaciones Técnicas
- Ofertas de los contratistas
Problemas a Resolver:
- Verificar que lo propuesto por los oferentes responda a lo solicitado.
- Analizar y comparar técnica y económicamente las ofertas
- Analizar la capacidad técnica de los oferentes.
Datos de Salida:
- Informe Técnico con la calificación y elencamiento de los proponentes.
13.18 - ASISTENCIA TÉCNICA - PUESTA EN SERVICIO
Datos de Entrada:
- Pliego de Condiciones y Especificaciones Técnicas
- Contrato de adjudicación de las obras
- Proyecto Eléctrico
Problemas a Resolver:
- Conocer en todo momento el estado de avance de las obras.
- Servir de nexo entre el Jefe o Director de obra y el equipo de Proyecto para
transmitir necesidades o definiciones.
- Intervenir ante modificaciones de obra para adoptar las soluciones
necesarias.
- Participar en la puesta en servicio para tomar nota de las modificaciones que
se produzcan y asentarlas en la documentación técnica.
Datos de Salida:
- Proyecto Eléctrico Conforme a Obra.