Ingeniería Eléctrica

Profesor:

MIGUEL MARCELO DE LA PENA ROMO

Alumnos:

Cristóbal de Jesús Flores Iñiguez 11310127

Juan Antonio Baena Villareal 11310030

Luis Rodrigo Mora Barba 11320201

Subestación eléctrica:

Una subestación eléctrica es una instalación destinada a modificar y establecer los niveles de tensión de una infraestructura eléctrica, para facilitar el transporte y distribución de la energía eléctrica. Su equipo principal es el transformador. Normalmente está dividida en secciones, por lo general 3 principales, y las demás son derivadas.

Las secciones principales son las siguientes:

1. Sección de medición.

2. Sección para las cuchillas de paso.

3. Sección para el interruptor.

(Subestación eléctrica común)

Transformadores Eléctricos

Como su nombre lo dice sirven para transformar la energía que viaja por líneas de alta, media y baja tensión, por las subestaciones distribuyéndola por las ciudades. Existen diversos tipos de trasformadores, varían según su potencia, capacidad, el uso o aplicación; a continuación se presentan algunos:

Transformador de potencia

Se utilizan para substransmisión y transmisión de energía eléctrica en alta y media tensión. Son de aplicación en subestaciones transformadoras, centrales de generación y en grandes usuarios.

Características Generales de un transformador de potencia:Se construyen en potencias normalizadas desde 1.25 hasta 20 MVA, en tensiones de 13.2, 33, 66 y 132 kV y frecuencias de 50 y 60 Hz.

(Transformador de potencia común de una subestación eléctrica)

Transformador de distribución

Se denomina transformadores de distribución, generalmente los transformadores de potencias iguales o inferiores a 500 kVA y de tensiones iguales o inferiores a 67 000 V, tanto monofásicos como trifásicos. Aunque la mayoría de tales unidades están proyectadas para montaje sobre postes, algunos de los tamaños de potencia superiores, por encima de las clases de 18 kV, se construyen para montaje en estaciones o en plataformas. Las aplicaciones típicas son para alimentar a granjas, residencias, edificios o almacenes públicos, talleres y centros comerciales.

A continuación se detallan algunos tipos de transformadores de distribución.

(Esta clase de transformadores son lo que distribuyen la corriente a los hogares y empresas, al bajar el nivel de tensión al necesario para el consumo común)

Características Generales:Se fabrican en potencias normalizadas desde 25 hasta 1000 kVA y tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV. Se construyen en otras tensiones primarias según especificaciones particulares del cliente. Se proveen en frecuencias de 50-60 Hz. La variación de tensión, se realiza mediante un conmutador exterior de accionamiento sin carga.

Autotransformadores

Los autotransformadores se usan normalmente para conectar dos sistemas de transmisión de tensiones diferentes, frecuentemente con un devanado terciario en triángulo. De manera parecida, los autotransformadores son adecuados como transformadores elevadores de centrales cuando sé desea alimentar dos sistemas de transporte diferentes.

En este caso el devanado terciario en triángulo es un devanado de plena capacidad conectado al generador y los dos sistemas de transporte se conectan al devanado, autotransformador. El autotransformador no sólo presenta menores pérdidas que el transformador normal, sino que su menor tamaño y peso permiten el transporte de potencias superiores.

Interruptor

Un interruptor es un dispositivo cuya función es interrumpir y restablecer la continuidad en un circuito eléctrico.

Si la operación se efectúa sin carga (corriente), el interruptor recibe el nombre de desconectador o cuchilla desconectadora.

Si la operación de apertura o de cierre la efectúa con carga (corriente nominal), o con corriente de corto circuito (en caso de alguna perturbación), el interruptor recibe el nombre de disyuntor o interruptor de potencia.

Los interruptores en caso de apertura, deben asegurar el aislamiento eléctrico del circuito.

Existen distintas formas de clasificar a los interruptores, una de ellas, según Harper, es por medio de extinción, pudiendo ser: interruptores en aceite (que ya no se utilizan), interruptores neumáticos, interruptores en vacío e interruptores en hexafloruro de azufre.

También se clasifican los interruptores como de construcción de "Tanque muerto" o de "Tanque vivo". De tanque muerto significa que el tanque del interruptor y todos sus accesorios se mantienen al potencial de tierra y que la fuente externa y conexiones a la carga se hacen por medio de boquillas convencionales. De tanque vivo significa que las partes metálicas y de porcelana que contienen el mecanismo de interrupción se encuentran montadas sobre columnas de porcelana aislante y están, por lo tanto, al potencial de línea. En la siguiente tabla se clasifican por medio de su interrupción y su disponibilidad.

Cuchillas fusibles:

Este tipo de cuchillas abren al presentarse una sobre corriente. Este tipo de cuchillas tienen internamente un elemento fusible calibrado para que con determinada corriente alcance su punto de fusión e interrumpa el paso de la corriente eléctrica a través de el. Para restablecer es necesario reponer el elemento fusible a la cuchilla y volver a conectar. Las cuchillas fusibles son por lo general de operación unipolar, en caso de fundirse únicamente una fase, únicamente ésta es repuesta y no necesariamente se tienen que abrir las demás fases.

Las cuchillas desconectadoras

Son interruptores de una subestación o circuitos eléctricos que protegen a una subestación de cargas eléctricas demasiado elevadas. Son muy utilizadas en las centrales de transformación de energía eléctrica de cada ciudad. Consta de las siguientes partes:

1. Contacto fijo. Diseñado para trabajo rudo, con recubrimiento de plata.

2. Multicontacto móvil. Localizado en el extremo de las cuchillas, con recubrimiento de plata y muelles de respaldo que proporcionan cuatro puntos de contacto independientes para óptimo comportamiento y presión de contacto.

3. Cámara interruptiva. Asegura la interrupción sin arco externo. Las levas de las cuchillas y de la cámara interruptiva están diseñadas para eliminar cualquier posibilidad de flameo externo.

4. Cuchillas. Fabricadas con doble solera de cobre. La forma de su ensamble proporciona una mayor rigidez y alineación permanente, para asegurar una operación confiable.

5. Contacto de bisagra. Sus botones de contacto troquelado y plateados en la cara interna de las cuchillas, en unión con un gozne plateado giratorio y un resorte de presión de acero inoxidable, conforman un diseño que permite combinar óptimamente la presión de contacto, evitando puntos calientes pero facilitando la operación y estabilidad de las cuchillas.

6. Aisladores tipo estación. De porcelana, dependiendo del tipo de seccionador varía el número de campanas.

7. Base acanalada. De acero galvanizado de longitud variable, con varios agujeros y ranuras para instalarse en cualquier estructura.

8. Cojinete. De acero, con buje de bronce que proporciona una operación suave. No requiere mantenimiento y resiste la corrosión.

9. Mecanismo de operación. Permite una amplia selección de arreglos de montaje para diferentes estructuras.

El pararrayos

Un pararrayos es un instrumento cuyo objetivo es atraer un rayo ionizando el aire para excitar, llamar y conducir la descarga hacia tierra, de tal modo que no cause daños a las personas o construcciones. Fue inventado en 1753 por Benjamín Franklin.Las instalaciones de pararrayos consisten en un mástil metálico (acero inoxidable, aluminio ,cobre o acero) con un cabezal captador. El cabezal tiene muchas formas en función de su primer funcionamiento: puede ser en punta, multipuntos, semiesférico o esférico y debe sobresalir por encima de las partes más altas del edificio. El cabezal está unido a una toma de tierra eléctrica por medio de un cable de cobre conductor. La toma de tierra se construye mediante picas de metal que hacen las funciones de electrodos en referencia al terreno o mediante placas de metal conductoras también enterradas. En principio, un pararrayos protege una zona teórica de forma cónica con el vértice en el cabezal; el radio de la zona de protección depende del ángulo de apertura de cono, y éste a su vez depende de cada tipo de protección. Las instalaciones de pararrayos se regulan en cada país por guías de recomendación o normas.

El aparatarayos

Es un equipo supresor de sobretensiones eléctricas provocadas por descargas atmosféricas. Dichas sobretensiones son drenadas a través de un entrehierro externo conectado en serie con elementos de resistencia no lineal de óxidos metálicos

encapsulados en Concreto Polimérico, evitando con esto último, el problema de absorción de humedad y descargas parciales

Tipos de apartarayos:

1.-ADOM (APARTARRAYO DE ÓXIDOS METÁLICOS)El ADOM está conformado por elementos que sujetan a la cruceta por medio de un perno roscado de hierro galvanizado. El conjunto sirve además como soporte mecánico de aislador tipo alfiler con el que conforma el sistema de protección.

2. ALEA (APARTARRAYO DE LÍNEA CON ENTREHIERRO EN AIRE) El ALEA está conformado por elementos resistivos no lineales (varistores de óxido de zinc) de 5 ó 10 kA; Encapsulados en Concreto Polimérico y herrajes de aluminio para su instalación (incluidos). A diferencia del Alfiler ADOM, este tipo de apartarayos no se instala como soporte mecánico del aislador (se coloca en paralelo con el aislador) por lo que se puede instalar con cualquier tipo de aislamiento.

3.ABT (APARTARRAYO DE BAJA TENSIÓN) El ABT está conformado por elementos resistivos no lineales (varistores de

óxido de zinc) de 10 kA encapsulados en Concreto Polimérico, con herrajes de latón y tornillería de Ac. Inoxidable para su fijación al equipo a proteger.

Como alternativa de solución técnico-económica, MAPPEC desarrolló el Apartarrayo de Baja Tensión, para protección de equipos y transformadores (bobina del secundario).

En este último caso, se conectan directamente a la boquilla del secundario, a través del herraje de fijación y su conexión a tierra es por medio de tornillería de Ac. Inoxidable.

Sistemas de tierra

El concepto tierra física, se aplica directamente a un tercer cable, alambre, conductor, como tu lo llames y va conectado a la tierra propiamente dicha, o sea al suelo, este se conecta en el tercer conector en los tomacorrientes, a estos tomacorrientes se les llama polarizados. Tierra física es un sistema de conexión de seguridad que se diseña para la protección de equipo eléctrico y electrónico de disturbios y transitorios imponderables por lo cual sus equipos pueden ser dañados. Dichas descargas surgen de improvisto, tales como fenómenos naturales (rayos), o artificiales (sobre cargas), descargas electrostáticas, interferencia electromagnética y errores humanos. Cuando se propone hacer la instalación a “Tierra Física”, de inmediato pensamos en una varilla o una malla de metal conductora (red de tierra), ahogada en el terreno inmediato de nuestras instalaciones con el fin de que las descargas fortuitas ya mencionadas, sean confinadas en forma de ondas para que se dispersen en el terreno subyacente y de esa forma sean “disipadas”, en donde se supone que tenemos una carga de cero volts y que además nos olvidamos de que estos elementos son de degradación rápida y que requieren mantenimiento.

Sistemas puestos a tierra

El Grounding Electrode Cabinet (GABINETE TIERRA FISICA) Un pararrayos por sí solo no sirve como protección contra los rayos. Ha de ser conectado a tierra. Un correcto diseño del sistema de puesta a tierra es fundamental para asegurar la correcta conducción de la descarga eléctrica del rayo. Para ello, debemos asegurarnos que el conjunto del sistema de puesta a tierra tiene una resistencia menor de 10 W, así como asegurarnos de que no existan bucles que produzcan tensiones inducidas.

El sistema de puesta a tierra consta principalmente de:

1. Tomas de tierra.

2. Anillos de enlace.

3. Punto de puesta a tierra.

4. Líneas principales de tierra.

Tomas de tierra: Las tomas de tierra están formadas por los siguientes elementos:

Los electrodos son elementos metálicos que permanecen en contacto directo con el terreno. Los electrodos estarán construidos con materiales inalterables a la humedad y a la acción química del terreno. Por ello, se suelen usan materiales tales como el cobre, el acero galvanizado y el hierro zincado. Según su estructura, los electrodos pueden ser placas de cobre o hierro zincado, de al menos 4 mm de grosor y una superficie útil nunca inferior a 0.5 m2. Se colocarán enterradas en posición vertical, de modo que su arista superior quede, como mínimo a 50 cm bajo la superficie del terreno. En caso de ser necesarias varias placas, están se colocarán separadas una distancia de 3 m. Picas: pueden estar formadas por tubos de acero zincado de 60 mm de diámetro mínimo, o de cobre de 14 mm de diámetro, y con unas longitudes nunca inferiores a los 2 m. En el caso de ser necesarias varias picas, la distancia entre ellas será, al menos, igual a la longitud.

Los conductores enterrados: se usarán cables de cobre desnudo de al menos 35 mm2 de sección, o cables de acero galvanizado de un mínimo de 2.5 mm de diámetro. Estos electrodos deberán enterrarse horizontalmente a una profundidad no inferior a los 50 cm. Mallas metálicas: formadas por electrodos simples del mismo tipo unidos entre sí y situados bajo tierra. En todos los casos, la sección del electrodo debe ser tal que ofrezca menor resistencia que la el conductor de las líneas principales de tierra. Puesto que la resistencia del electrodo depende de su forma, de sus dimensiones y de la resistividad del terreno, podemos usar como una primera aproximación los valores de la siguiente tabla.

Naturaleza del terreno

Resistividad media, r a (W x m) Terrenos cultivables fértiles y terraplenes húmedos 50, Terrenos cultivables poco fértiles y terraplenes 500, Suelos pedregosos desnudos y arenas secas 3000

Tipo de electrodo

Resistencia de Tierra (W) Placa vertical R = 0.8 x r a /P Pica vertical R= 2 x r a /L Conductor enterrado horizontalmente R=2 x r a / L r a = resistividad media del terreno (W x m) P = perímetro de la placa L = longitud de la pica o cable (m). Como la tierra no tiene la misma resistividad en todos los puntos, pueden existir distintos potenciales entre dos placas de metal enterradas. Por eso en un sistema de protección formado por múltiples placas, conectadas entre sí mediante una malla, se pueden originar campos electromagnéticos generados por la corriente de descargas a través del pararrayos y los electrodos de la toma de tierra. Además, con la caída de un rayo en las inmediaciones de un edificio, y fluir la corriente de descarga por la tierra, esta diferencia de potencial entre las tomas de tierra hará que por la malla circule una corriente, que puede crear campos eléctricos y magnéticos que afectarán negativamente a los aparatos electrónicos que se encuentren en el edificio. Para intentar reducir estos efectos, será necesario hacer uso de protecciones secundarias.

Anillos de enlace con tierra. El anillo de enlace con tierra está formado por un conjunto de conductores que unen entre sí los electrodos, así como con los puntos de puesta a tierra. Suelen ser de cobre de al menos 35 mm2 de sección.

Punto de puesta a tierra. Un punto de puesta a tierra es un punto, generalmente situado dentro de una cámara, que sirve de unión entre el anillo de enlace y las líneas principales de tierra.

Líneas principales de tierra. Son los conductores que unen al pararrayos con los puntos de puesta a tierra. Por seguridad, deberá haber al menos dos trayectorias (conductores) a tierra por cada pararrayos para asegurarnos una buena conexión. Así mismo, se deben conectar a los puntos de toma de tierra todas las tuberías metálicas de agua y gas, así como canalones y cubiertas metálicas que pudieran ser alcanzadas por un rayo. Para reducir los efectos inducidos, estos conductores estarán separados un mínimo de 30 m, y cualquier parte metálica del edificio no conductora de corriente estará a un mínimo de 1.8 m.

Bibliografía:

Ingenieria eléctrica, Hugh Hilbedth skilling, ed.C. E.S.A

Fuentes de consulta:

http://www.secovi.com/news/Newsletter_Secovi_Febrero.pdf

http://www.mappec.com/apartarrayos.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Pararrayos

http://subestacoiones.blogspot.mx/2011/