CONDENSADORES Y REACTANCIAS

Los condensadores, reactancia y resistencias dealta tensión son elementos que no siempre sonnecesarios en una subestación y por lo tanto serecurre a ellos en determinadas circunstancias.En concreto, se emplean para corregir y mejorarla calidad de las magnitudes eléctricas delsistema y elevar la eficiencia de la transmisiónde energía eléctrica.

El avance tecnológico y el desarrollo del software asociado han permitido que los relés de protección de los sistemas eléctricos se transformen en un dispositivo inteligente que adquiere señales de campo y realiza varias funciones de control, protección y medida. Así el relé de protección multifunción adquiere aún mayor relevancia para los sistemas eléctricos de potencia.

Los relés son una forma de protección activa designada a mantener un alto grado de continuidad de servicio y un daño limitado de los equipos; en otras palabras se los consideran los centinelas silenciosos de los sistemas de potencia.

Existen diversas formas de clasificar a los relés, entre ellas están:•Por su función: de protección, de monitoreo, de re cierre, de regulación, auxiliar y sincronización.•Por sus entradas: corriente, voltaje, potencia, presión, frecuencia, flujo, temperatura, vibración, etc.•Por su principio de operación o estructura: balance de corriente, porcentaje, producto, estado sólido, térmico, electromecánico, etc.•Por su característica de actuación: distancia, sobre corriente direccional, tiempo inverso, bajo voltaje, piloto, etc.

Con el pasar del tiempo y el mejoramiento dela tecnología, los relés han experimentado loque se puede llamar la clasificación según suhistoria:

•Relés electromecánicos: atracción e inducción electromagnética.

• Relés electrónicos de estado sólido.

•Relés digitales o numéricos (microprocesadores).

Con el pasar del tiempo y el mejoramiento de la tecnología, los relés hanexperimentado lo que se puede llamar la clasificación según su historia:

Los Relé electromecánicos se caracterizan porque las cantidades medidas son convertidas en señales bajas pero similares, y son combinadas o comparadas directamente con valores de referencia que se encuentran en los detectores de nivel para producir la salida deseada.

Los Relé electrónicos son aquellos en los cuales las cantidades medidas son manipuladas en forma análoga y convertida subsecuentemente en forma binaria.

Los Relé digitales las cantidades medidas son convertidas en datos numéricos, mientras que un microprocesador con operaciones matemáticas y/o lógicas toma decisiones de disparo.

Cumplen diferentes aplicaciones, existe una gran diversidad de tipos quedesempeñan una función en particular. Se pueden clasificar en: Relés de protección.

Detectan las anormalidades y dan inicio a la desconexión de un equipo o un grupo de equipos de potencia en el momento que se produzcan fallas y sobrecargas. Relés auxiliares.

Normalmente trabajan en dos condiciones: energizado o desenergizado y asisten a otros relés o dispositivos en alguna función. Su operacióngeneralmente es del tipo instantánea, aunque también existen relés temporizados. Relés de regulación.

Operan cuando la magnitud que supervisan, se sale de márgenes aceptables predeterminados, dando instrucciones a través de otros dispositivos para que se restaure la magnitud en particular a sus límites usuales. Relés de verificación.

Su función es verificar una condición en particular, en relación a un ciertolímite prescrito e iniciar acciones diferentes a la desconexión de equipos.

Fiabilidad.

Una protección fiable es aquella que respondesiempre correctamente, esto significa que laprotección debe responder con seguridad yefectividad ante cualquier situación que seproduzca.

Selectividad.

Es la capacidad que debe tener la protección para detectar la existencia de falla, discernir si la misma se ha producido dentro o fuera de su área de vigilancia y, en consecuencia, dar orden de disparar los disyuntores automáticos que controla, cuando así sea necesario para despejar la falla.

Sensibilidad.

La protección debe saber distinguirinequívocamente las situaciones de falla deaquellas que no lo son. Para dotar a un sistemade protección de esta característica es necesarioestablecer para cada tipo de protección lasmagnitudes mínimas necesarias que permitendistinguir las situaciones de falla de lassituaciones normales de operación.

Rapidez.

Tras haber sido detectada una falla debe serdespejada lo más rápidamente posible, cuantomenos tiempo se tarde en aislar la falla, menosse extenderán sus efectos y menores daños yalteraciones se producirán al reducirse eltiempo de permanencia bajo condicionesanómalas en los diferentes elementos.

Economía y Simplicidad.

La instalación de una protección debe estarjustificada tanto por motivos técnicos comoeconómicos. La protección de una línea esimportante, pero mucho más lo es impedir quelos efectos de la falla alcancen a lasinstalaciones alimentadas por la línea o queéstas queden fuera de servicio.

b. Tiempos de operación del relé.

El tiempo con que puede actuar una protección depende directamente de la tecnología empleada en su construcción y de la de la velocidad de respuesta del sistema de mando y control de los disyuntores automáticos asociados a la misma.

Instantáneas

Actúan tan rápido como debido a que la falla se ha producido dentro del área que vigilan directamente. En la actualidad, el tiempo usual de despeje de una falla en Alta Tensión (AT), mediante una protección instantánea puede situarse en el entorno de dos o tres ciclos. Si el tiempo de despeje es menor la protección se denomina de alta velocidad.

Tiempo Diferido o con Retraso en Tiempo. Son aquellas en las que de manera intencionada se introduce un tiempo de espera que retrasa su operación, es decir, que retrasa el inicio dela maniobra de apertura de disyuntores una vez que ha sido tomada la decisión de operar. Este retraso facilita, por ejemplo, la coordinación entre protecciones con el objetivo de que actúen solamente aquellas que permiten aislar la falla desconectando la mínima parte posible del SEP.

Los relés numéricos se basan exclusivamente en latécnica de microprocesadores. Estos equiposrepresentan la generación más potente y modernade los sistemas de protección, caracterizados porsus capacidades como son, relacionar enlacesmatemáticos de valores de medida, procesaroperaciones aritméticas y adoptar decisioneslógicas. Los relés digitales ofrecen la precisión ysuperioridad de la técnica digital de protecciónfrente a dispositivos de protección convencionales,y se caracterizan por las siguientes propiedades:

Relé de Sobre corriente.

Son los encargados de abrir el disyuntorcorrespondiente cuando la corriente que circulapor el elemento eléctrico que se estáprotegiendo (línea, barra, transformador) supera un valor predeterminado (I>Iarranque).

De manera instantánea.

Es decir, con retardo de actuación nulo. Cuando I>Iarranque, inmediatamente el relé abre el disyuntor. La gráfica de funcionamiento se muestra en la figura

Con temporización de tiempo definido.

Cuando I>Iarranque, paso un tiempo fijo el relé

abre el disyuntor. También se utiliza para la

coordinación entre distintos relés de

sobrecorriente. Si queremos que ante una fallaactúe primero uno y si éste se avería que actúe otro, pondremos una temporización mayor en el segundo.

Con temporización de tiempo inverso.

En este caso la temporización es dependiente de la magnitud medida, cuanto mayor es la (I) corriente detectada, menor es el tiempo de actuación del relé. Con esto se reduce el tiempo de actuación en fallas graves y se es más permisivo con las fallas leves.

Relé de Sobre voltaje.

Tienen un funcionamiento similar a los deprotección de sobrecorriente. La diferenciareside en la magnitud medida, ahora es elvoltaje, y en la consigna de acción, ahora esV>Varranque. Los tres tipos de funcionamientode los relés de sobrecorriente.

RELE DIFERENCIAL

Es un relé diseñado para detectar a través de lamedida de la magnitud y la diferencia angular entrelas corrientes medidas en los extremos de la zonacubierta por el sistema de protección. En esencia sufundamento se basa en que las sumas de lascorrientes que entran y salen a la zona de protección,debe ser siempre cero, excepto cuando exista unafalla interna, proporciona protección a equipos talescomo: transformadores, generadores y barras en lassubestaciones eléctricas.

Relé Direccional.

Tiene la funcionalidad de comparar magnitudes oángulos de fase y distinguir el sentido de los flujos decorrientes. Por tanto, estos relés contarán con dosunidades bien diferenciadas:•Unidad de sobre corriente: Vigila el valor del módulode la corriente.

•Unidad direccional: Determina el sentido en el queestá circulando la intensidad comparando el ánguloeléctrico que forma el fasor I con el fasor de unamagnitud de referencia (Habitualmente la tensión).El funcionamiento de los relés de protección direccionalse muestra en la figura.

Cualquier anomalía magnética o eléctrica quese presenta en el interior de un transformador

da origen a calentamientos locales quedescomponen el aceite o dan lugar a lacombustión de los aislantes, originándose undesprendimiento más o menos importante degas. El primer objeto del relé de Buchholtz esdetectar este desprendimiento.

El relé está previsto para ser intercalado en la tubería que une la parte más alta de la cuba del transformador y el depósito de expansión.

En ocasiones las bornas de salida del transformador contienen aceite, formando un recipiente completamente separado y aislado del resto de la cuba. Estas bornas se unen entre sí por medio de una serie de tubos los cuales van conectados por un colector común a un relé de Buchholtz, independientemente del propio transformador.

El mecanismo introducido en una caja estanca, se compone de dos flotadores FA y FD que pueden girar en torno a sus respectivos ejes, basculando de este modo dos contactos de mercurio situados en las ampollas adosadas a cada flotador.

Cada uno de estos contactos cierra su correspondiente circuito (de alarma el flotador superior FA, y de disparo y bloqueo de disyuntores el inferior FD.).

El descenso del flotador de alarma FA, puede ser visualizado por una mirilla transparente, situada en un lateral del relé.

Rele de imagen térmica

En los transformadores es de gran importancia la temperatura enel cobre, puesto que la vida de estos depende en gran manera delos sobrecalentamientos en la parte activa.

Dado el alto grado de aislamiento que requieren lostransformadores para alta tensión, sería harto dificultoso colocarsondas termométricas en los devanados, que nos permitan unadetección directa de la temperatura en el cobre, sin un notableperjuicio de aislamiento en los devanados.

Para evitar el problema que representa la toma directa de latemperatura en el cobre se ideo el dispositivo de imagen térmica,que hace posible obtener una reproducción en imagen de lasmismas condiciones de temperatura que en el interior detransformador.

El dispositivo está constituido por una sonda termométrica situada en el interior de un

cilindro aislante, al que se encuentra arrollada una resistencia de caldeo, recorrida por una parte de la intensidad secundaria de un transformador de intensidad, por cuyo primario circula la intensidad de carga del transformador.El conjunto resistencia e caldeo-sonda termométrica, está situado en el interior de un

recipiente metálico estanco, lleno de aceite, sumergido a su vez en el aceite del transformador de

potencia.Todo este conjunto se encuentra adosado a la tapa superior de la cuba y protegido con uncilindro metálico perforado. En la parte superior del aparato, existe una caja de bornas, a las quese conectan las salidas de la sonda termométrica y de la resistencia de caldeo.

En paralelo con esta se coloca una resistencia ajustable que permite regular la intensidad que

pasa por la resistencia de caldeo y por tanto el ajuste fino del aparato.

Las bornas de salida de la sonda termométrica, se conectan a un instrumento indicador de

temperatura, que puede estar dotado de contactos eléctricos para activar una alarma a un proceso

predeterminado de temperatura, o provocar el disparo de los disyuntores necesario para aislar el

transformador de potencia.

La temperatura del cobre en los transformadores, depende fundamentalmente delcalor

generado por las pérdidas por el efecto Joule y de la temperatura del aceite circulante.

Como la resistencia está sumergida en aceite (o piraleno) que tendrá su temperatura idéntica

a la del transformador, siendo además recorrida por una intensidad proporcional ala carga, que

genera en ella un calor en relación directa al cuadrado de esta intensidad. (Q=R · I· 0.24 calorías) ;

la sonda termométrica medirá una temperatura que será suma de la generada porel nivel calórico del

aceite, más el aportado por la resistencia de caldeo.

Dimensionando adecuadamente la resistencia de caldeo y el recipientecontenedor del

sistema, para que el efecto sea el mismo que el producido en el interior del transformador, la

temperatura señalada por el instrumento de medida, será la misma que la del cobre de los devanados

en su punto más caliente.

En la construcción, un cortafuego es un muroresistente y diseñado para disminuir lavelocidad de propagación del fuego en caso deincendio. Es un dispositivo certificado y sonutilizados como muros divisorios, ubicados deacuerdo al reglamento deconstrucción aplicable. Estos dispositivos sonparte de los denominados sistemas deprotección pasiva contra fuego.

La malla o red de conexión a tierra suministra la adecuadaprotección al personal y al equipo que, dentro o fuera de lasubestación, pueden quedar expuestos a tensiones peligrosascuando se presentan fallas a tierra en la instalación.Estas tensiones dependen básicamente de dos factores:

La corriente de falla a tierra y la resistencia de puesta a tierra de lamalla.

El primero de ellos depende del sistema de potencia al cual seconecte la subestación y el segundo. de algunos factorescontrolables y otros incontrolables, tales como, la resistividad delsuelo, el calibre de los conductores de la malla, su separación, suprofundidad de enterramiento y la resistividad de la capa detriturado que recubre el piso de la subestación.

[IEEE (1986), IEEE Std 142 (1991), DIN VDE-0141 (1989)].

Las funciones de la malla de tierra de una instalación son:

Proteger a los individuos, limitando las tensiones de toque y paso a valoresaceptables en las vecindades de la instalación durante condiciones decortocircuito.

Proporcionar un medio para disipar la corriente eléctrica en la tierra bajocondiciones normales o de cortocircuito, sin exceder ningún límite operacional delos equipos o afectar adversamente la continuidad del servicio.

Asegurar el buen funcionamiento de los equipas de protección de una red. lo cualgarantizará el adecuado aislamiento de las porciones de dicha red que estén enfalla

Minimizar la interferencia de los circuitos de transmisión y distribución sobre lossistemas de comunicaciones y control.

Mantener ciertos puntos de una red a un nivel de potencial definido con referenciaa la tierra.

Impedir que los sopores de los equipos alcancen un nivel de potencial diferente alde la tierra.

Evitar las descargas eléctricas estáticas en atmósferas explosivas.

Proteger la red contra los efectos de las descargas atmosféricas.

Permitir la utilización de la tierra como camino de retorno en la transmisión deenergía en corriente continua.

Los servicios auxiliares se refieren a la alimentación dela subestación que no se encuentra relacionado con lasllegadas, es decir, en este se encuentran la alimentaciónde todos los equipos electrónicos de control, proteccióno medición; todos los equipos de patio que seanmotorizados o que requieran alimentación; el serviciode alumbrado interno de armarios y tableros, dealumbrado público y aire acondicionado de áreas de lasubestación.

Básicamente con esto se busca satisfacer las distintasexigencias de alimentación de las subestaciones, sincomprometer el servicio. Para satisfacer estasnecesidades se adoptan distintos tipos de alimentación,a corriente alterna (C.A) y a corriente continua. (C.C).

Norma IEC 60694, referencias para subestación tipo AIS, de 115/13,8 KV

“Los servicios auxiliares serán alimentados de las barras de 13,8 kV, colocando los transformadores de servicios auxiliares a la intemperie, cerca del pórtico de 13,8 kV.

“Para la alimentación de los servicios auxiliares se prevén dos (2) bancos de transformación de 75 KVA cada uno, tres (3) transformadores monofásicos de distribución 13,8 kV / 120-240 V, conectados a secciones separadas de las barras de 13,8 kV.”

Ejemplo de servicios auxiliares.

Para los servicios auxiliares, el suministro de corriente alterna vendrá de un transformador trifásico de 22,9+-2x2,5%/0,40-0,23 kV, 25 kVA, Yd5.Para el suministro de corriente continua en 110 Vcc, se ha considerado un banco de baterías del tipo Plomo Acido de 110 Vcc, 100 Ah, con su respectivo cargador-rectificador de 50 Acc.Para el suministro de corriente continua en 48 Vcc, se ha considerado un banco de baterías del tipo Plomo Acido de 48 Vcc, 100 Ah, con su respectivo cargador-rectificador de 50 Acc. Se ha considerado un tablero de servicios auxiliares de 380/220 Vea y un tablero de servicios auxiliares de 110 Vcc.

Protección Consumos unitarios

• Relé de distancia : 30 W

• Relé diferencial de transformador•

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: 20 W

Relé de falla de interruptor : 5W.Relé de sobrecorriente : 5 WConsumos por celdasCelda de línea 66 kV: 1 celda + 1 celda futura : 2 x (30 + 5 + 5= 80 WCelda de transformador 66 kV : 1 celda: 1 x (20 + 5 + 5) = 30 WCela de transformador 22,9 kV: 1 celda : 1 x (5) = 5 WCelda de línea 22,9 kV : 1 celda + 2 celdas futuras: 3 x (5) = 15 WCelda de transformador: 1 celda : 1 x (5) = 5 WCeldas de banco de capacitare: 3 celdas: 3x50= 15W

Alumbrado

Reflectores: 5x 100 W = 500 W

Alumbrado de Edificio de Control 9 x 50 W = 450 W 950 W

Consumo permanente de la subestación

150 W + 1 600 W + 950 W = 2 700 W

Control y Medición

Cada módulo de control y medición : 200

Consumo por ocho (8) celdas: 8 x 200 W = 1 600 W

Localización, determinación de topografías y características geotécnicas

Adecuación del terreno

Drenajes de patios y áreas generales

Malla a tierra

Vías de acceso e internas y su señalización

Cimentaciones para pórticos y equipos

Carrileras, fosos colectores y tanque de aceite

Ductos, muros corta fuego

Edificio de control y casetas en patios

Portería y muros perimetrales

Estructuras metálicas

Construidas en acero galvanizado

Soporte para el amarre de las líneas y conexiones

Soporte para los quipos eléctricos y embarrado

Andamiaje de mantenimiento

Parque a la intemperie:

Cimentaciones de hormigón

Atarjeas para cables cubiertas con tapas

Bancadas de hormigón para transformadores y reactancias

Muros corta fuegos

Rieles para rodadura

Drenaje

Deposito

Edificio de mando y control

A. Barra simple

B. Barra partida

C. Barra principal y barra de transferencia

Esquema sencillo

Menor coste de construcción

Poco espacio requerido

Corte total en caso de fallo en la barra

Corte total por parada de la barra por mantenimiento, renovación o ampliación

Maniobra de las diferentes líneas limitada

Utilizada en redes con poco mercado

Mayor flexibilidad en la operación

Aislamiento de zona afectada en caso de fallo en una semibarra

Alimentación posible desde dos fuentes de alimentación diferentes

Coordinación de protección

Posibilidad de utilizar bypass

Flexibilidad de operación

Esquema mas complejo

Mas espacio requerido

Corte total en caso de fallo de la barra principal.

Conexión de las líneas a las dos barras a través de su interruptor

Permite parar una de las barras sin interrumpir el servicio