Melvin Aro - Práctica Profesional

UUNNIIVVEERRSSIIDDAADD NNAACCIIOONNAALL EEXXPPEERRIIMMEENNTTAALL PPOOLLIITTÉÉCCNNIICCAA ““AANNTTOONNIIOO JJOOSSÉÉ DDEE SSUUCCRREE””

VVIICCEE –– RREECCTTOORRAADDOO DDEE PPUUEERRTTOO OORRDDAAZZ DDEEPPAARRTTAAMMEENNTTOO DDEE IINNGG.. EELLÉÉCCTTRRIICCAA

PPRRÁÁCCTTIICCAA PPRROOFFEESSIIOONNAALL

UUNNEEXXPPOO

CCIIUUDDAADD GGUUAAYYAANNAA ,, AAGGOOSSTTOO DDEE 22000044

Realizado por: Br. Melvin Aro CI: 14440203

Tutor Industrial: Ing. Mery Obando

Tutor Académico:

Ing. José Pérez

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UUNNEEXXPPOO

CCIIUUDDAADD GGUUAAYYAANNAA,, AAGGOOSSTTOO DDEE 22000044

Br. Melvin Aro CI 14440203

Trabajo de Investigación presentado para cumplir con el requisito de Práctica Profesional necesario

para optar al Titulo de Ingeniero Electricista.

Autor: ARO M., Melvin A. “EVALUAR LAS CONDICIONES ACTUALES Y PROPONER UN ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO DEL REGULADOR DE TENSIÓN ELECTRÓNICO TIPO MK-20 EN LA SUBESTACIÓN LAMPO, C.V.G. ALCASA.” 107 Páginas. Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre”

Vice-Rectorado de Puerto Ordaz. Departamento de Ingeniería Eléctrica. Tutor Académico: Ing. José Pérez Tutor Industrial: Ing. Mery Obando Puerto Ordaz, 2004

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““AANNTTOONNIIOO JJOOSSÉÉ DDEE SSUUCCRREE”” VVIICCEE--RREECCTTOORRAADDOO PPUUEERRTTOO OORRDDAAZZ..

TTRRAABBAAJJOO DDEE GGRRAADDOO

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MMeellvviinn AArroo

Aprobado por la Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre” Vice-rectorado Puerto Ordaz

Departamento de Ingeniería Eléctrica

FFiirrmmaass

TTuuttoorr IInndduussttrriiaall IInngg.. MMeerryy OObbaannddoo:: ____________________________________________

TTuuttoorr AAccaaddéémmiiccoo IInngg.. JJoosséé PPéérreezz:: ______________________________________________

i

DEDICATORIA

Éste trabajo ha sido producto de un gran esfuerzo de mi parte y se lo quiero dedicar a:

- DIOS TODOPODEROSO por siempre darme apoyo y empuje en

todos los proyectos que emprendemos juntos.

- Mi familia por estar siempre presente a lo largo de mi carrera

universitaria.

- Mis amigos y todas las personas con quien he compartido mi vida a lo

largo de ésta, puesto que he aprendido lecciones importantes de todas

ellas.

ii

AGRADECIMIENTOS

Quiero agradecer principalmente a mis tutores, el Ing. José Pérez y a la Ing. Mery

Obando por apoyarme y estimular mi paciencia y ánimos para seguir adelante.

Al Ing. José Angulo, al Ing. Ángel Girón, al Ing. Elvis Rísquez, al Ing. Gustavo

Bravo y al T.S.U. Efraín Romero por sus comentarios muy útiles acerca del ejercicio

del ingeniero en el sitio de trabajo.

A mi padre, Ing. Melvin Aro por ayudarme en la elaboración del informe con sus

ideas y experiencia personal como ingeniero.

A Fátima Miramare, compañera de clases y distinguida amiga desde mis comienzos

en pre-grado y a lo largo de toda mi carrera.

A todas las personas anteriormente mencionadas y a aquellas otras que para este

momento no recuerdo, pero que significaron mucho para este trabajo; les agradezco

sobremanera toda la ayuda y colaboración prestadas de manera desinteresada para la

realización y culminación de esta investigación. A todos les digo MUCHAS

GRACIAS.

iii

EVALUAR LAS CONDICIONES ACTUALES Y PROPONER UN ESQUEMA

DE FUNCIONAMIENTO DEL REGULADOR DE TENSIÓN ELECTRÓNICO

TIPO MK-20 EN LA SUBESTACIÓN LAMPO, C.V.G. ALCASA.

Autor: Melvin Aro Tutor Académico: Ing. José Pérez

Tutor Industrial: Ing. Mery Obando

RESUMEN

Este trabajo tiene como misión proponer un esquema de funcionamiento para el regulador de tensión electrónico tipo MK-20 ubicado en la subestación LAMPO en C.V.G. ALCASA. La ejecución de esta propuesta mejoraría las condiciones operativas de la S/E anteriormente mencionada ya que dicha subestación fue concebida para operar automáticamente. Para realizar esta tarea se hizo un diagnóstico general de la situación en la que se encuentra el regulador de voltaje, con el fin de determinar el estado actual del equipo, su cableado en la subestación y encontrar las causas por las cuales no opera correctamente. El diagnóstico se realizó comparando la información hallada en los planos con lo que se encontró en sitio; y en función de este diagnóstico se elaboró la propuesta de funcionamiento del regulador. La totalidad de este proceso se logró realizando una investigación de campo en la subestación propiamente dicha.

Palabras Clave: MK-20, Regulador de Tensión, Subestación Lampo.

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”

VICE - RECTORADO PUERTO ORDAZ DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

iv

ÍNDICE GENERAL

Pág.

Dedicatoria.......................................................................................................... i

Agradecimientos.................................................................................................. ii

Resumen............................................................................................................... iii

Introducción........................................................................................................ 1

Capítulo I: El Problema..................................................................................... 3

1.1. Planteamiento del problema........................................................................... 3 1.2. Formulación................................................................................................... 4 1.3. Objetivos........................................................................................................ 4

1.3.1. Objetivo general.................................................................................... 4 1.3.2. Objetivos específicos............................................................................ 5

1.4 Justificación.................................................................................................... 5 1.5. Alcance.......................................................................................................... 5 1.6. Delimitación................................................................................................... 6

Capítulo II: Marco Teórico................................................................................ 7

2.1. Antecedentes.................................................................................................. 7 2.1.1. De la Empresa....................................................................................... 7 2.1.2. De la Investigación............................................................................... 8

2.2. Bases Teóricas............................................................................................... 10 2.2.1. Sistema de Potencia.............................................................................. 10 2.2.2. Transformadores................................................................................... 11

2.2.2.1. Polaridad de Voltajes en Transformadores.................................. 13 2.2.2.2. Interconexión de las Bobinas....................................................... 14 2.2.2.3. Partes Básicas de un Transformador............................................ 15

2.2.3. Cambiadores de Tomas......................................................................... 18 2.2.4. Regulador de Tensión Electrónico Tipo MK-20.................................. 21

Capítulo III: Marco Metodológico.................................................................... 30

3.1. Tipo de Investigación..................................................................................... 30 3.2. Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos........................................ 31

3.2.1. Pruebas de Funcionamiento.................................................................. 33 3.2.1.1. Prueba 1: Valor de Referencia.................................................. 35 3.2.1.2. Prueba 2: Ajuste de Tiempo de Retardo................................... 37 3.2.1.3. Prueba 3: Ajuste de Sensibilidad.............................................. 38 3.2.1.4. Prueba 4: Ajuste para Bloqueo a Tensión Reducida................. 39

v

3.2.2. Ajustes del Regulador de Tensión para su Puesta en Marcha.............. 40

Capitulo IV: Resultados..................................................................................... 42

4.1. Revisión del manual del regulador MK-20................................................... 42 4.2. Revisión de los planos del circuito cambiador de tomas con carga............... 43 4.3. Levantamiento de cableado........................................................................... 43

4.3.1. Levantamiento de cableado asociado al Regulador de Tensión Automático tipo MK-20 del Transformador T1............................................. 44 4.3.2. Levantamiento de cableado asociado al Regulador de Tensión Automático tipo MK-20 del Transformador T2............................................. 56

4.4. Pruebas de funcionamiento al regulador MK-20........................................... 68 4.4.1. Resultados de las pruebas aplicadas al Regulador de Tensión Automático MK-20 asociado al T1................................................................ 68 4.4.2. Resultados de las pruebas aplicadas al Regulador de Tensión Automático MK-20 asociado al T1................................................................ 71

4.5. Resumen General de las pruebas realizadas a los reguladores...................... 63 4.6. Propuesta de Funcionamiento........................................................................ 74

Conclusiones........................................................................................................ 78

Recomendaciones................................................................................................ 79

Lista de Referencias............................................................................................ 80

Anexos.................................................................................................................. 81

Anexo A: Manual del Regulador de Tensión Electrónico Tipo MK-20............... 82 Anexo B: Plano 688-613-41-E-719 Hojas 43-46................................................. 98 Anexo C: Plano 688-613-41-E-719 Hojas 43-46................................................. 103

vi

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla Título Pág.

3.1 Tabla para el levantamiento de cableado.................................................... 32 3.2 Medidas del ajuste de tiempo de retardo..................................................... 38 3.3 Medidas de ajuste de sensibilidad............................................................... 39 3.4 Medidas de ajuste de bloqueo..................................................................... 40 4.1 Datos recolectados para la Etapa TP del MK 20 asociado al T1................ 45 4.2 Datos recolectados para la Etapa de Maniobra del MK 20 asociado al

T1................................................................................................................ 47 4.3 Datos recolectados para la etapa de Alimentación del Circuito de Control

del MK 20 asociado al T1........................................................................... 49 4.4 Datos recolectados para la etapa de Control Manual del Cambiador de

Tomas con Carga asociado al T1................................................................ 51 4.5 Datos recolectados para la Etapa TP del MK 20 asociado al T2................ 57 4.6 Datos recolectados para la Etapa de Maniobra del MK-20 asociado al

T2................................................................................................................ 59 4.7

Datos recolectados para la Etapa de Alimentación del Circuito de Control del MK-20 asociado al T2.............................................................. 61

4.8 Datos recolectados para la etapa de Control Manual del Cambiador de Tomas con Carga asociado al T2................................................................ 63

4.9 Resultados de la aplicación de la Prueba 2 (Ajuste del tiempo de retardo) al Regulador MK 20 del T1.......................................................... 68

4.10 Resultados de la aplicación de la Prueba 3 (Ajuste de sensibilidad) al Regulador MK 20 del T1............................................................................ 69

4.11 Resultados de la aplicación de la Prueba 4 (Ajuste para bloqueo a tensión reducida) al Regulador MK 20 del T1........................................... 70

4.12 Resultados de la aplicación de la Prueba 2 (Ajuste del tiempo de retardo) al Regulador MK 20 del T2..........................................................

71

4.13 Resultados de la aplicación de la Prueba 3 (Ajuste de sensibilidad) al Regulador MK-20 del T2........................................................................... 72

4.14 Resultados de la aplicación de la Prueba 4 (Ajuste para bloqueo a tensión reducida) al Regulador MK 20 del T2........................................... 73

vii

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura Título Pág.

2.1 Diagrama unifilar de un sistema de potencia............................................... 11 2.2 Esquema básico de un transformador.......................................................... 12 2.3 Tipos de conexión entre bobinas de un transformador................................ 14 2.4 Diagrama de una bobina típica de un transformador con cambio de toma. 19 2.5 Diagrama de bloques del regulador de tensión MK-20............................... 23 2.6 Representación de los parámetros de una línea de transmisión corta.......... 24 2.7 Diagrama fasorial de los parámetros de una línea de transmisión corta...... 25 2.8 Diagrama unificar de conexión del MK 20................................................. 25 2.9 Panel frontal del MK 20 con sus respectivos elementos de control............ 28 3.1 Diagrama de conexión para pruebas de funcionamiento del regulador de

tensión.......................................................................................................... 36 3.2 Diagrama de conexión para prueba de bloqueo del regulador de tensión... 39 4.1 Bornera del regulador de MK-20 subdividida en etapas para facilitar el

levantamiento de cableado........................................................................... 43 4.2 Levantamiento de cableado, plano 688-613-41-E-719 Pág. 45, Col. 1....... 53 4.3 Levantamiento de cableado, plano 688-613-41-E-719 Pág. 45, Col. 2....... 54 4.4 Levantamiento de cableado, plano 688-613-41-E-719 Pág. 45, Col. 4....... 55 4.5 Levantamiento de cableado, plano 688-613-41-E-720 Pág. 45, Col. 1....... 65 4.6 Levantamiento de cableado, plano 688-613-41-E-720 Pág. 45, Col. 2....... 66 4.7 Levantamiento de cableado, plano 688-613-41-E-720 Pág. 45, Col. 4....... 67

1

INTRODUCCIÓN

A nivel industrial la aplicación práctica de la electricidad depende de factores

importantes que son inherentes a la calidad del servicio que presta la compañía de

energía. Entre otras cosas, ésta busca proveer a la industria de una potencia eléctrica

que cumpla con normas estandarizadas como por ejemplo: suministrar una tensión

constante o casi constante, el voltaje debe poseer una forma de onda lo más sinusoidal

posible, la frecuencia debe ser constante (para el caso de C.A.), se debe garantizar el

equilibrio de fases (para sistemas polifásicos), etc. Estas normas tienen como misión

garantizar la correcta operación de los sistemas de potencia con la finalidad de

aprovechar la electricidad al máximo y de una manera segura.

Esta investigación está enfocada principalmente en el parámetro relacionado a

proveer una tensión constante o casi constante a la carga ya que centra su atención en

la elaboración de una propuesta para la puesta en marcha del regulador de tensión

automático tipo MK-20. Estos equipos están asociados a los cambiadores de toma

con carga que operan sobre los transformadores T1 y T2 de la subestación LAMPO

ubicada en C.V.G. ALCASA, Puerto Ordaz, Estado Bolívar. Se busca, pues controlar

automáticamente el ajuste de los cambiadores de tomas bajo carga instalados en los

transformadores de potencia T1 y T2 de dicha subestación. Con la ejecución de este

proceso se garantiza que la variación de tensión del sistema no exceda el rango de

tolerancia permitido, tanto para condiciones normales de operación, como para

condiciones de emergencia.

Los reguladores de tensión que se quieren poner a funcionar fueron instalados en el

año 1990, sin embargo por razones de incumplimiento de contrato por parte de

2

la empresa constructora de la S/E nunca llegaron a operar correctamente. En la

actualidad se busca concluir esta obra y para ello se requirió hacer un diagnóstico de

las condiciones actuales de la subestación con el fin de evaluar la factibilidad de su

puesta en marcha y proponer el esquema de funcionamiento más apropiado de

acuerdo a las necesidades de la empresa.

La necesidad de realizar esta investigación se debe a que C.V.G ALCASA siempre ha

buscado automatizar sus procesos industriales con la finalidad de incrementar su

productividad y competencia en el mercado del aluminio, es por ello que se hace

relevante la puesta en marcha de estos reguladores. Si bien es cierto que la operación

denominada cambio de tomas puede realizarse de manera manual, se prefiere la

manera automática por estar más acorde con los intereses de la empresa.

Para lograr estos objetivos se ha realizado un trabajo de investigación entre el 5 de

mayo y el 27 de agosto de 2004 de donde se deriva este informe el cual está

constituido por cuatro capítulos que contienen todo lo relacionado con la

investigación llevada a cabo:

- El Capítulo I expone el planteamiento del problema, formulación del

problema, objetivos, justificación y delimitaciones.

- El Capítulo II esta compuesto de los antecedentes de la empresa,

antecedentes de la investigación, las bases teóricas y todo aquello

concerniente a la descripción y funcionamiento del equipo regulador MK

20.

- El capitulo III expone el marco metodológico donde se exponen todos los

instrumentos y técnicas utilizados para desarrollar la investigación.

- El capitulo IV expone todo lo concerniente a los resultados obtenidos en

la investigación como producto de aplicar la metodología expuesta en el

capítulo III. Finalmente, en base al análisis del capítulo IV se exponen las

conclusiones y recomendaciones de este trabajo.

3

CAPITULO I

EL PROBLEMA

1.1 Planteamiento del Problema

La Subestación Laminadores Puerto Ordaz (S/E LAMPO), ubicada en C.V.G.

ALCASA posee dos reguladores de tensión electrónicos tipo MK-20 los cuales se

encargan del control de los cambiadores de tomas bajo carga instalados en los

transformadores de potencia T1 y T2 de dicha subestación. Estos equipos están

instalados en LAMPO, pero no están operativos por incumplimiento del contrato por

parte de la empresa encargada de su construcción.

En la actualidad el incremento de la demanda a la S/E LAMPO por parte de cargas

importantes, ha generado que ocurran fluctuaciones de voltaje considerables. Estas

fluctuaciones de tensión sobrepasan el rango de variación permitido para los equipos

de laminación y otras cargas asociadas a la S/E. También ocurre que no solo el

incremento de carga ha introducido perturbaciones en el perfil de voltajes de la S/E,

sino también los trabajos de expansión de la red eléctrica por parte de CVG EDELCA

los cuales han causado que ocurran variaciones importantes de voltaje en el lado de

alta tensión de la S/E propiamente dicho. Muchas de estas variaciones de voltaje son

prolongadas y ameritan un cambio de tomas en el trasformador de potencia.

4

El problema radica al momento en que se necesita un cambio de tomas, pues se debe

contactar telefónicamente a un operador técnico el cual se trasladará a la S/E

LAMPO. Éste actuará sobre los controles adecuados para efectuar la maniobra de

cambio de tomas que corresponda al tipo de variación. Este proceso resulta

relativamente lento e ineficiente y no está acorde con la concepción original de la S/E

LAMPO la cual se define como subestación no asistida. Se busca, pues, automatizar

los procesos de cambio de tomas como parte de las mejoras operativas por parte de

CVG ALCASA. Se requiere, entonces, poner en funcionamiento a los reguladores de

tensión electrónicos tipo MK-20 preexistentes con el fin de solventar la problemática

anteriormente expuesta.

1.2 Formulación

Evaluando las circunstancias actuales en que se encuentra la S/E LAMPO, en lo que

concierne a la necesidad de tener capacidad de respuesta rápida, eficiente, automática

ante los requerimientos de cambio de toma por parte de los transformadores T1 y T2

de la S/E LAMPO en la empresa C.V.G. ALCASA: ¿Cuál es el esquema de

funcionamiento más adecuado que puede implementarse para la puesta en marcha de

los reguladores de tensión electrónicos tipo MK-20?

1.3 Objetivos

1.3.1 Objetivo General

Realizar una evaluación de las condiciones actuales con miras a proponer un esquema

de funcionamiento para la puesta en funcionamiento de los reguladores de tensión

electrónicos tipo MK-20.

1.3.2 Objetivos Específicos

• Revisión de los planos y la documentación técnica disponible relacionada con

el regulador automático de voltaje tipo MK-20

5

• Efectuar un levantamiento del cableado asociado al circuito de control del

regulador automático a fin de verificar la información contenida en los planos

de la empresa.

• Diseñar y efectuar ensayos de campo para verificar el correcto

funcionamiento del equipo.

• Calcular y ajustar las variables de control del regulador de tensión electrónico

tipo MK-20.

• Proponer soluciones con miras a su puesta en funcionamiento.

1.4 Justificación

La ejecución de este proyecto ayudará a mejorar los perfiles de voltaje existentes en

la barra de 13,8 kV de la S/E LAMPO permitiendo de esta manera garantizar la

confiabilidad en el suministro de energía eléctrica. Esto es deseable ya que las cargas

conectadas requieren de una fuente de tensión con mínimas fluctuaciones de voltaje

debido a la naturaleza de los procesos de producción para la cuales están diseñadas.

1.5 Alcance

El alcance de esta investigación se concentra en hacer una evaluación exhaustiva del

equipo regulador de tensión automático tipo MK-20 en lo que se refiere a conexiones

de cableado, y correcto funcionamiento. Para ello se dispondrá de pruebas a cada una

de las etapas del equipo tal y como se definió en los objetivos específicos. Finalmente

se comprobará la factibilidad de su puesta en marcha, dejando una propuesta para

dicha acción en un futuro inmediato.

1.6 Delimitación

La investigación aquí expuesta se llevó a cabo en la empresa C.V.G. ALCASA en la

Superintendencia de Rectificadores de Alta Tensión, específicamente en el área

6

Rectificadores I, sala de control de la Subestación Laminadores Puerto Ordaz (S/E

LAMPO) equipos reguladores de tensión automáticos tipo MK-20 asociados a los

transformadores de potencia T1 y T2.

7

CAPITULO II

MARCO TEÓRICO

2.1 Antecedentes

2.1.1 De la Empresa

C.V.G. Aluminio del Caroní S.A. (ALCASA) se encuentra ubicada en la Avenida

Fuerzas Armadas, Zona Industrial Matanzas, Ciudad Guayana, Estado Bolívar. Es

una empresa que se constituyó en 1960 iniciando operaciones el 14 de Octubre de

1967, siendo su misión principal la reducción de la alúmina para obtener aluminio

primario y sus derivados. C.V.G. ALCASA busca satisfacer al mercado del aluminio

de una manera competitiva, con calidad integral de gestión, de la forma más eficiente

y rentable, y participando activamente en el desarrollo de la cadena productiva del

sector aluminio.

C.V.G. ALCASA fue la primera planta reductora de aluminio en el país. Su

capacidad de producción inicial era de 10.000 toneladas métricas anuales de aluminio

primario. Posteriormente C.V.G. ALCASA emprendió la construcción de las fases de

ampliación II, III y IV elevando su capacidad de producción a 22.500 TM/año, luego

a 50.000 TM/año y por último a 120.000 TM/año respectivamente.

A mediados de los años 80, la empresa pone en marcha lo que actualmente es

conocido como fase VI, proyecto que incluía la construcción de las líneas de

reducción IV y V logrando con esto llevar la producción a 420.000 TM/año. Sin

8

embargo este proyecto no logró ejecutarse en su totalidad logrando tan sólo hacer

funcionar la Línea IV ubicando su capacidad en 210.000 TM/año.

Actualmente, la empresa está conformada por cuatro (4) líneas las cuales en todo su

conjunto están formadas por 684 celdas electrolíticas distribuidas como se indica a

continuación:

- 288 celdas electrolíticas del tipo “Niagara” modificadas a “Guayana”.

- 180 celdas electrolíticas tipo P-20.

- 216 celdas electrolíticas tipo P20S.

Las celdas electrolíticas son los lugares donde se llevan a cabo las reacciones

químicas que reducen la alúmina para convertirla en aluminio.

Tal como se mencionó anteriormente, todo este proceso industrial está construido

para producir 210.000 TM/año y esto consume grandes cantidades de energía

eléctrica provenientes de C.V.G. Electrificación del Caroní (EDELCA), la cual es

distribuida por C.V.G. ALCASA mediante subestaciones ubicadas estratégicamente

en la compañía.

Finalmente y de acuerdo con la página web de C.V.G. ALCASA, la visión de la

empresa es avanzar durante los próximos cinco años en posicionar a Venezuela como

país productor de aluminio, a través de la comercialización de un producto con un

alto valor agregado y un nivel de integración en la cadena productiva, capaz de

garantizar la sustentabilidad del sector, dentro de los parámetros de eficiencia

exigidos por la industria mundial del aluminio.

2.1.2 De la Investigación

De acuerdo a un boletín informativo de www.powerdesigners.com, conforme la

industria se mueve hacia un ambiente globalizado altamente competitivo se hace

9

imperativo posicionarse y mantener altos niveles de productividad. Es por ello que se

requiere que los procesos industriales operen continuamente siendo una de las

razones principales de la interrupción de los procesos industriales los problemas

relativos a la red eléctrica como lo son los picos y depresiones de voltajes, armónicos

del sistema e interrupciones de servicio. Para esta investigación se hace énfasis en la

información concerniente al enfoque que hace la gente de Power Designers en lo

referente a los efectos negativos de las fluctuaciones de voltajes:

Las variaciones de voltaje causan problemas en equipos tanto eléctricos como

electrónicos como por ejemplo: disparo de bobinas de contactores y relés que ocurren

debido a voltajes incorrectos en sus terminales; voltajes CD inadecuados en los bus

de los PLC y otras cargas electrónicas; bloqueo del rotor, sobrecalentamiento y

disparo de motores; operaciones indeseadas a velocidades y torques incorrectos; y en

el peor escenario posible ocurren paradas de procesos vitales para la industria.

Para corregir estas situaciones referentes a los voltajes se recurren a diversas técnicas,

ejemplo: transformadores con cambiador de tomas, reguladores de reactancia

saturable, reguladores controlados por fase, transformadores ferroresonantes, variacs

motorizados, reguladores electrónicos, etc. Ahora bien, en C.V.G ALCASA la S/E

LAMPO se encarga de alimentar una serie de cargas que causan perturbaciones a la

red y a su vez son sensibles a las variaciones de voltaje de ésta, es por ello que es

necesario emplear un método de regulación de voltaje. Se utilizan, pues, los

reguladores de tensión electrónicos MK-20.

Para mayor información se recomienda leer el artículo electrónico:

http://www.powerdesigners.com/InfoWeb/design_center/articles/AVR/avr.shtm

Las fluctuaciones de voltaje ocurren por diferentes razones, sin embargo la razón

principal por la que ocurren la expone Graf:

10

Una fuente de potencia eléctrica ideal debería tener una impedancia

interna de valor cero, en el caso de ser una fuente de voltaje; o de valor

infinito, en caso de ser una fuente de corriente. De esta manera el voltaje o

corriente de salida de dicha fuente se mantendrían constantes

independientemente de la carga conectada. Desafortunadamente estas

fuentes sólo existen en la teoría y únicamente se utilizan en ingeniería para

efectos didácticos. En la realidad todas las fuentes tienen una impedancia

interna cuyo valor varía de acuerdo al tipo de carga que se conecta a ella.

Es por ello que se utilizan los reguladores de tensión o corriente, con la

finalidad de modelar, en el mundo real, el comportamiento de la fuente de

poder ideal.

El autor de esta investigación hace notar que en los sistemas de potencia asociados a

procesos industriales, las cargas conectadas a éstos son de una naturaleza muy

diversa; por otro lado, los procesos industriales implican conexión y desconexión de

los diversos elementos que los conforman. Finalmente se puede decir que los

reguladores automáticos de voltaje son de uso obligatorio en todos los sistemas de

potencias.

Para mayor información de las propuestas del Sr. Graf se recomienda revisar el

enlace electrónico:

http://www.northcountryradio.com/PDFs/column002.pdf

2.2 Bases teóricas

2.2.1 Sistema de Potencia

El uso de la electricidad de manera extensiva, práctica y rentable implica la existencia

de los sistemas de potencia que comprenden las siguientes etapas:

- Generación: Etapa que comprende generadores térmicos, nucleares

hidroeléctricos, entre otros; cuya misión es la obtención de la energía

11

eléctrica. Esto se logra mediante la conversión de otros tipos de energía en

energía eléctrica.

- Transmisión: Etapa mediante la cual, utilizando conductores, se transporta la

energía desde los centros de generación hasta los centros de consumo, a través

de distancias relativamente largas y a niveles de alto voltaje.

- Subtransmisión: Etapa que utiliza conductores para transmitir la energía

eléctrica a través de distancias relativamente cortas y a niveles de voltaje más

bajos que los de transmisión. Se suele utilizar dentro de las ciudades.

- Distribución: Etapa que aplica un conjunto de técnicas para llevar la energía

desde la S/E de distribución hasta los usuarios finales.

En todo sistema de potencia se busca que la potencia eléctrica suministrada tenga una

tensión constante o casi constante, seguridad, fases equilibradas (si es polifásico),

forma de onda sinusoidal y frecuencia constante.

Figura 2.1: Diagrama unifilar de un sistema de potencia.

2.2.2 Transformadores

En todas las etapas del sistema de potencia está presente el transformador que de

acuerdo con Grainger - Stevenson 1996 “Los transformadores son los enlaces entre

los generadores del sistema de potencia y las líneas de transmisión, y entre líneas de

diferentes voltajes”.

12

El transformador posee la capacidad de cambiar los niveles de voltaje y corriente CA

en otros niveles de voltaje y corriente CA prácticamente sin afectar la potencia

suministrada. Estos cambios de nivel se hacen gracias a la acción de campos

magnéticos lográndose con ello un aumento del rendimiento del sistema de potencia

al reducir las pérdidas de energía. Este aumento ocurre puesto que la ecuación de la

potencia eléctrica es: IVP ×= , luego Si V se incrementa, entonces I debe disminuir

para mantener la relación. Por otro lado, como se resalta en la ecuación:

RIP 2

Lineas ×= , una disminución de I reduce cuadráticamente las pérdidas de energía

por efecto resistivo en las líneas de transmisión lo cual se incrementa la eficiencia del

sistema de potencia.

Básicamente un transformador está conformado por dos bobinas de conductor

arrollados alrededor de un núcleo ferromagnético común. Una de las bobinas se

conecta a una fuente de CA (Bobina primaria) mientras que la otra se conecta a la

carga para suministrar energía (Bobina secundaria). En la figura 2.2 se muestra el

esquema básico de un transformador y a continuación de ésta las ecuaciones que

rigen los cambios de los niveles de corriente y voltaje.

Figura 2.2: Esquema básico de un transformador.

13

A continuación se exponen las ecuaciones que rigen al transformador ideal:

aN

N

V

V

2

1

2

1 == a

1

N

N

I

I

1

2

2

1 ==

V1 Voltaje del primario. V2 Voltaje del secundario.

I1 Corriente del primario. I2 Corriente del secundario.

N1 Número de vueltas del primario. N2 Número de vueltas del secundario.

2.2.2.1 Polaridad de Voltajes en Transformadores

La relación entre la polaridad de voltaje de entrada y la polaridad de voltaje de salida

se establece mediante el convenio del punto. Los puntos que están en el extremo de

cada devanado nos indican la polaridad del voltaje de éstos:

a) Todos los voltajes del extremo o los extremos de salida del transformador

marcados con punto, tendrán la misma polaridad del voltaje aplicado en el

primario del transformador respecto al extremo marcado con punto de dicho

devanado.

b) Si la corriente en el primario del transformador fluye hacia adentro por el

extremo marcado con punto, la corriente en el devanado secundario (o los

secundarios según el tipo de transformador) fluirá hacia afuera por el extremo

marcado con punto.

Esto ocurre puesto que dentro de un transformador ideal la fuerza magnetomotriz en

el núcleo es cero, por lo tanto toda corriente que fluye hacia un devanado por su

extremo marcado con punto produce una fuerza magnetomotriz positiva, mientras que

si fluye hacia fuera por su extremo marcado con punto, se produce una fuerza

magnetomotriz negativa. Finalmente las corrientes que entran y salen del

transformador producen fuerzas magnetomotrices cuyas sumatorias dan cero.

14

2.2.2.2 Interconexión de las Bobinas

Dependiendo de cómo se interconecten las bobinas en un circuito magnético, los

flujos podrán sumarse o restarse según se explica a continuación:

a) Conexión Aditiva: Si el extremo sin marca de punto de la bobina A se conecta

al extremo marcado con punto de la bobina B, los flujos magnéticos de A y B

se sumarán. Esto equivaldría a aumentar el número de vueltas de la bobina A.

b) Conexión Sustractiva: Si el extremo sin marca de punto de la bobina A se

conecta al extremo sin marca de punto de la bobina B, los flujos magnéticos

de A y B se restarán. Esto equivaldría a disminuir el número de vueltas de la

bobina A.

Figura 2.3: Tipos de conexión entre bobinas de un transformador.

Nótese que en ambos casos, físicamente, se está aumentando el número de vueltas de

la bobina en cuestión, sin embargo desde el punto de vista eléctrico en un caso los

flujos se suman teniendo un voltaje de bobina mayor; en el otro los flujos se restan

teniendo un voltaje de bobina menor; y en ambos casos esto impacta sobre la relación

de transformación como se verá más adelante.

15

2.2.2.3 Partes Básicas de un Transformador

a. Núcleo Magnético: Estructura hecha generalmente de acero que se utiliza para

confinar el flujo magnético φ de manera tal que éste enlace a todos los

devanados presentes en el transformador.

b. Devanados: Conductores eléctricos que están arrollados sobre el núcleo.

Dependiendo de su conexión en la red se clasifican, grosso modo, en:

- Devanado primario: arrollado por donde entra la potencia eléctrica al

transformador.

- Devanado secundario: arrollado por donde el transformador entrega la

potencia eléctrica.

c. Materiales Aislantes: En un transformador se utilizan diversos tipos de

aislantes sólidos, líquidos y gaseosos. Se describen a continuación.

o Materiales Aislantes Sólidos: Entre los aislantes sólidos más importantes

tenemos:

- Cintas sintéticas: Pueden ser de diversos materiales, ejemplo:

tereftalato de polietileno (PET), naftalato de polietileno (PEN),

sulfido de polifenileno (PPS), etc. Las cintas se utilizan para envolver

los conductores magnéticos de los bobinados. Entre sus bondades

tenemos que poseen excelentes propiedades dieléctricas y buena

adherencia sobre los alambres magnéticos que poseen cobertura de

barniz.

- Cartón prensado o pressboard: Utilizado como aislamiento entre

vueltas de las bobinas de transformadores. Debido a su rigidez sirve

para dar forma a estructuras de aislamiento.

16

o Materiales Aislantes Líquidos: También conocidos como fluidos o

líquidos dieléctricos cumplen una doble función, por un lado aíslan las

bobinas en los transformadores, y por el otro disipan el calor en el interior

de estos equipos. El líquido dieléctrico más empleado en la actualidad es

el aceite mineral obtenido a través de procesos de refinación del petróleo

de manera similar a los aceites lubricantes. Estos aceites se tratan para que

tengan un elevado punto de inflamación (sobre 300ºC).

Entre otros fluidos dieléctricos mencionamos los líquidos aislantes

sintéticos como lo es el Ascarel o PCB, pero su uso fue prohibido a fines

de los 70 debido a su alto nivel cancerígeno.

En la actualidad se han desarrollado otros fluidos sintéticos de

características biodegradables de alto punto de inflamación. Entre estos

destacan las siliconas y los poly-alfa-olefines No obstante el empleo de

estos nuevos aislantes se ve bastante limitado debido a su alto costo y a su

menor disponibilidad respecto al aceite mineral.

o Materiales Aislantes Gaseosos: Dependiendo del nivel de voltaje para el

cual está diseñado el transformador se utilizan determinados gases como

aislamiento. Para los transformadores de voltaje bajo o medio los aislantes

más utilizados son el aire y el nitrógeno. Estos transformadores son, por lo

general, de construcción sellada. Para transformadores modernos de altos

voltajes a se utiliza el hexafloruro de azufre o SF6, gas caracterizado por

no ser inflamable ni contaminante. Este gas posee una menor capacidad de

disipación de calor que el aceite mineral, pero esta carencia se puede

compensar aumentando la presión del gas SF6 en el tanque del

transformador.

o Otros Aislantes: Entre estos están los barnices y resinas aislantes que se

utilizan en para cubrir, con una capa delgada y flexible, los conductores

magnéticos que componen las bobinas de un transformador y además, para

encapsular de manera global las bobinas de los transformadores

denominados del tipo seco Los barnices más utilizados en la actualidad

17

son aquellos fabricados a base de resina epóxica y poliester. También se

utiliza papel barnizado, fibra, micanita, cinta impregnada, algodón

impregnado, madera precocida en aceite, etc.

d. Refrigerante: Los transformadores de potencia generan calor cuando operan.

Esta energía debe ser disipada con fines de mantener el rendimiento y para

esto se utilizan los refrigerantes. Esta refrigeración suele ser por: circulación

de aire natural, circulación forzada de aire, inmersión en aceite mineral,

combinación de inmersión aceite con circulación forzada de aire, combinación

de inmersión en aceite con circulación de agua, circulación forzada del aceite

mineral, inmersión en líquidos sintéticos; entre otros.

e. Cuba: Es el tanque que contiene inmersos al núcleo y los devanados en los

transformadores sumergidos. Están construidas en acero y pueden tener

diferentes formas según el diseño del fabricante.

f. Tanque Compensador: Permite mantener constante el nivel de aceite del

transformador y compensar la presión dentro de la cuba cuando el aceite se

dilata o contrae por causa de variaciones térmicas que se producen por el

funcionamiento normal del transformador. Al variar el nivel de aceite en el

depósito de expansión, también lo hace el volumen de gases contenidos en el

espacio remanente entre el aceite y la cuba. Esto provoca cambios de presión

internas que son compensadas por este elemento.

g. Deshumectador: Como se dijo anteriormente, el nivel de aceite varía por

efectos térmicos dentro del transformador. Existen transformadores que están

en comunicación con la atmósfera y realizan intercambios de aire con el

exterior de acuerdo con las variaciones del nivel. El deshumectador es el

aparato a través del cual dichos cambios se llevan a cabo. El aire aspirado

atraviesa a este elemento y deja en el mismo las impurezas importantes:

polvo, gotitas de agua en suspensión y, finalmente la humedad contenida en

él.

h. Pasatapas: También conocidos como bushings, son elementos que sirven para

18

proyectar hacia afuera las terminales del transformador. Es a través de los

pasatapas que se conectan las líneas de entrada y de salida a los devanados

del transformador. La longitud de proyección de los pasatapas es proporcional

al nivel de tensión a la cual operan. A mayor tensión, mayor longitud.

i. Relé Bucholz: Dispositivo de protección utilizado para censar fallas internas

en el transformador de potencia inmerso en aceite. Dichas fallas (arcos,

cortocircuitos, etc.) producen cambios en la composición química del aceite

formándose burbujas de gas. El relé Bucholz detecta la presencia de estos

gases y actúa cuando sus niveles alcanzan un valor crítico.

j. Relé de Presión Súbita: En caso de la ocurrencia de un cortocircuito dentro de

la cuba, el aceite sufrirá una dilatación brusca de su volumen. Esta dilatación,

está muy por encima de la que puede manejar el tanque de compensación. Es

por ello que se utiliza una válvula de diafragma para aliviarla. El diafragma es

sostenido por resortes graduados los cuales ceden en caso de un aumento

súbito de la presión abriendo la válvula, descomprimiendo la cuba.

k. Cambiador de Tomas: El cambiador de tomas es un dispositivo que se

encarga de cambiar la relación de transformación con fines de regular el

voltaje de salida del transformador. Se clasifican en cambiadores de toma sin

carga (CDTSC) y cambiadores de toma con carga (CDTCC).

De todos estos elementos mencionados es sobre el cambiador de tomas que se

centrará la atención más adelante, específicamente el cambiador de tomas con carga.

2.2.3 Cambiadores de Tomas

En los sistemas de potencia los transformadores se utilizan asociados a líneas

conductoras. Estas líneas poseen impedancia propia que trae como consecuencia que

en algunos casos la tensión del primario varíe con la carga a lo largo de un dominio

demasiado amplio. Ahora bien los equipos eléctricos están diseñados para trabajar

dentro de una banda de valores de voltaje muy ajustada en donde se obtiene la

máxima eficiencia. Esta banda recibe el nombre de tensión nominal y debe

19

mantenerse lo más constante posible. Para la situación en particular anteriormente

mencionada conviene disponer de un sistema práctico para solventar este problema.

Es por esto que los transformadores reales suelen construirse con tomas en él, o los

devanados las cuales permiten pequeños cambios en la relación de vueltas en el

transformador con fines de regulación. Estos cambios permiten mantener la tensión

del secundario en su rango nominal ante fluctuaciones de carga y/o factor de

potencia. A continuación se explica más detalladamente este hecho con un ejemplo,

pero antes vale la pena aclarar algo de la jerga utilizada en estos casos de cambios de

toma:

“Subir tap” significa cambiar las tomas para corregir una condición de bajo voltaje.

“Bajar tap” significa cambiar las tomas para corregir una condición de alto voltaje.

Ejemplo ilustrativo:

Sea la figura 2.4 que muestra la bobina de un trasformador con tomas y, para este

ejemplo, sea este el devanado primario. En este gráfico pueden verse la bobina de

referencia (A) y la bobina de pasos (B).

Figura 2.4: Diagrama de una bobina típica de

un transformador con cambio de tomas.

20

La bobina de referencia es la base sobre la cual se hace la regulación de voltaje, bien

sea un tanto por ciento por arriba o por abajo.

Al estar el suiche S1 en la posición 1-3, la bobina A y la bobina B se conectan de

manera aditiva por lo que al aumentar los pasos 5, 6, 7; se aumenta la relación de

transformación, permitiéndose un voltaje mayor en el primario.

Al estar el suiche S1 en la posición 1-8, la bobina A y la bobina B se conectan de

manera sustractiva. Por lo tanto al aumentar los pasos a 4, 5, 6; se disminuye la

relación de transformación permitiéndose un voltaje menor en el primario.

Bajo estas premisas se puede decir que cuando un cambiador de tomas está en el

primario de un transformador, si el voltaje de la red aumenta, “Bajar Tap” significa

aumentar la relación de transformación para mantener el voltaje en el secundario

dentro del rango de operación; mientras que si el voltaje de la red disminuye, “Subir

Tap” significa disminuir la relación de transformación.

Ahora bien, la maniobra de cambio de tomas se realiza con el equipo llamado

“Cambiador de tomas” el cuales pueden ser del tipo sin carga o bajo carga:

a) El cambiador de tomas sin carga requiere desenergizar el transformador (con

la consiguiente suspensión del servicio en muchos casos) antes de ejecutar

maniobras en éste.

b) El cambiador de tomas bajo carga puede ejecutar maniobras sin necesidad de

desenergizar el transformador. Esto solventa el hecho de que ciertos procesos

industriales no pueden darse el lujo de la suspensión de servicio.

Para esta investigación interesa la definición del cambiador de tomas con carga el

cual es un dispositivo de suicheo mecánico encargado de cambiar la relación de

transformación con el fin de regular el voltaje de salida sin la necesidad de

21

interrumpir el servicio. Es el accesorio más caro, el que más falla y el que más

puestas fuera de servicio causa al transformador de potencia asociado.

Las principales fallas del CDTCC se clasifican en mecánicas, eléctricas y térmicas. El

tipo predominante es la falla mecánica: falla en los contactos, falla en las resistencias

intermedias, falla en el aislamiento, etc. Estas fallas mecánicas se traducen a fallas

eléctricas posteriormente.

Normalmente el cambio de tomas se realiza mediante la acción de un motor paso a

paso que responde a órdenes de mando (subir o bajar). Estas órdenes suelen darse de

forma local (operando directamente el equipo) o de forma remota (desde la sala de

control asociada a la subestación)

2.2.4 Regulador de Tensión Electrónico Tipo MK-20

En los casos donde existen subestaciones automatizadas (no asistidas), las decisiones

de maniobra del cambiador de tomas las debe tomar el regulador de voltaje

automático (AVR). Un regulador de voltaje automático es un circuito de control que

censa continuamente el voltaje de la red y lo compara con un valor de referencia.

Dependiendo de la diferencia obtenida entre valor real y valor medido (ancho de

banda de acuerdo a un valor de referencia fijado), el equipo mandará la señal de

maniobra que corresponda según el caso. Dicho de otro modo el AVR actúa como un

centinela cuya misión es vigilar y mantener las variaciones de tensión dentro del

rango de tolerancia permitido tanto en condiciones normales como en condiciones de

emergencia.

El regulador de tensión electrónico tipo MK-20, dispositivo sobre el cual se centra

esta investigación, tiene esta misión. Este instrumento se encarga de tomar decisiones

para el control de los cambiadores de tomas baja carga. El manual del Regulador de

Tensión Automático MK-20 textualmente expresa: “El regulador de tensión

electrónico tipo MK-20 está destinado al control de los cambiadores de toma bajo

22

carga instalados en transformadores de potencia cuyos accionamientos a motor sigan

el principio de funcionamiento paso a paso”. En la figura 2.5 se muestra el diagrama

de bloques del regulador de tensión y a continuación se describen cada una de sus

partes correspondientes.

a) Transformador de Alimentación

Como su nombre lo indica toma energía de la red con el fin de alimentar el

equipo MK-20. La tensión de entrada proviene del transformador de potencial

que la convierte a un nivel de voltaje bajo utilizable por el regulador.

b) Fuente de Alimentación

Recibe la tensión alterna del Transformador de Alimentación y la convierte en

tensión estabilizada de corriente continua que alimenta el equipo.

c) Generación de Valor Nominal

Recibe tensión de la Fuente de Alimentación y genera una señal de corriente

continua que representa al valor nominal predefinido por el usuario.

d) Transformador de Medida

Transformador que toma energía de la red y la transforma en una tensión

menor para uso del equipo. Esta tensión se utiliza para generar la señal de

valor real.

e) Ajuste de Valor Nominal

Control que sirve para ajustar o predefinir el valor del voltaje nominal al cual

se desea trabajar. El valor nominal es regulable de 95 a 130 voltios.

f) Transformador de intensidad para compensador de caída de línea

Transformador que toma energía de la red proveniente del transformador de

corriente y es transformada en una corriente menor que es utilizada por el

LDC.

g) LDC (Line Drop Compensator)

LDC significa compensador de caída de línea y se encarga de generar una

señal que representa las caídas de tensión que ocurren en una línea por causa

de su impedancia natural.

24

El concepto de caída de tensión en la surge del hecho de que en todo circuito

eléctrico los conductores poseen resistencia y reactancia propias que dependen

de la longitud del conductor.

Figura 2.6: Representación de los parámetros

de una línea de transmisión corta.

Observando la figura 2.6 y aplicando la ley de Kirchoff del voltaje, se obtiene

la expresión para V1: )jXLRL(IVV 01 +−= donde RL y XL producen

caídas de tensión resistivas e inductivas directamente proporcionales a la

carga, es decir, a mayor carga mayor caída de tensión; a menor carga, menor

caída de tensión. El diagrama fasorial de la fórmula se observa a continuación

en la figura 2.7.

Ahora bien, en caso de que el regulador de tensión MK-20 se encuentre

conectado de la forma indicada en la figura 2.8, la Etapa LDC reproduciría

dichas caídas resistivas e inductivas con el fin de mantener constante la

tensión en el otro extremo de la línea (V2 para efectos de la figura 2.8) sin

importar la carga conectada a ésta.

25

Figura 2.7: Diagrama fasorial de los parámetros

de una línea de transmisión corta.

Figura 2.8: Diagrama unificar de conexión del MK 20

En el MK-20 el ajuste LDC se puede configurar para corrientes de 0,2 A; 1 A;

3 A; 5 A.

h) Rectificador de Medida

La tensión resultante denominada valor real es transformada en el rectificador

de medida en una tensión continua y proporcional a la tensión objeto de

medición.

26

i) Sensibilidad

La tensión de referencia producida por el generador de valor nominal se

compara con la tensión de salida del rectificador de medida. La sensibilidad

recibe este valor y lo compara con el valor predefinido por el usuario, el cual

puede variar entre 0,6 y 6% del valor de la tensión nominal. Si el valor difiere

por exceso o por defecto, la sensibilidad envía una señal al amplificador

regulador.

j) Amplificador Regulador

La señal proveniente de la sensibilidad es amplificada por este amplificador

en un factor proporcional al valor predefinido en la sensibilidad y produce

señales de + 0,8 V o de – 0,8 V (dependiendo de la variación de regulación).

k) Umbrales Subir y Bajar

Recibe una señal proveniente del amplificador regulador y entrega tensión a la

puerta AND de la maniobra subir o bajar, según el caso. Al mismo tiempo se

alimenta la lámpara indicadora y la etapa de retardo.

l) Integrador inverso y retardo

Este elemento proporciona una corriente de control para la etapa de retardo la

cual es proporcional a la variación de regulación. Esta corriente carga el

condensador de la etapa de retardo de manera tal que se establece una tensión

que corresponde a la integral de tiempo de la tensión de salida del amplificador

regulador. Cuando la tensión alcanza su valor límite, se produce la señal de

salida de la etapa de retardo. La etapa de retardo alimenta, entonces, la segunda

entrada de la puerta AND de subir o bajar (según el caso).

La etapa retardo tiene como misión evitar conmutaciones innecesarias ya que

en un sistema de potencias industrial como lo es C.V.G. ALCASA existen

maquinarias y equipos de diversa naturaleza los cuales demandan picos de

corriente para su puesta en marcha. Si bien estos picos deprimen el voltaje de la

barra que se quiere regular, sólo lo hacen por un breve instante de tiempo.

Muchas veces esto no supone ningún problema de regulación, por lo tanto no

27

se justifica una operación de cambio de tap. El ajuste de tiempo para el retardo

en el MK-20 se ubica en el rango de 10 a 180 segundos.

m) Bloqueo a tensión reducida

La etapa de bloqueo tiene como misión impedir que ocurra el proceso de

regulación cuando la tensión de entrada se encuentre por debajo del porcentaje

de bloqueo predefinido por el usuario. Esta operación se logra gracias a una

señal dada a las compuertas AND de subida y de bajada que están siempre

presentes mientras el equipo opera dentro de su rango nominal. Tan pronto

ocurre el bloqueo, la señal de las compuertas desaparece impidiendo cualquier

operación.

n) Etapa de impulso

Es la etapa de potencia del equipo regulador ya que al activarse atrae al relé de

salida por un tiempo aproximado de un segundo. De esta manera se envía la

orden “subir” o “bajar” al cambiador de tomas con carga.

Una vez expuesto el funcionamiento de los elementos internos principales del

cambiador de toma se describen a continuación los controles de panel frontal del

regulador los cuales sirven para ajustar el equipo. Todos estos controles se observan

cómodamente en la figura 2.9.

1- Bornes de medida: Bornes que permiten conectar instrumentos de medición

con fines de ajuste o diagnóstico del regulador electrónico.

2- Control de modalidades de operación: Permite cambiar el modo de operación

del equipo: Desconectado, Manual y Automático.

3- Valor de referencia:

Consta de dos perillas:

a. Perilla ajuste basto de la tensión nominal: Sirve para ajustar el valor

de referencia desde 95 hasta 125 V en pasos de 5 en 5 V.

28

Figura 2.9: Panel frontal del MK 20 con sus respectivos

elementos de control

b. Perilla ajuste fino de la tensión nominal: Sirve para ajustar el valor de

referencia de 0 a 5 V de manera continua. Se usa en conjunto con la

perilla de ajuste basto.

4- Ajuste del tiempo de retardo: Sirve para establecer el tiempo de retardo del

regulador electrónico. Como se dijo anteriormente, este tiempo es

continuamente configurable desde 10 hasta 180 segundos.

29

5- Control para conexión/desconexión del integrador inverso: El integrador

inverso sirve para acortar el tiempo de retardo en caso de fuertes variaciones

de voltaje. El acortamiento se rige por las curvas de tiempo inverso mostradas

en la página 7 del manual del MK-20.

6- Ajuste de sensibilidad: Control que define la magnitud de la variación de

tensión (en tanto por ciento) que es necesario para producir una orden de

maniobra. Se regula continuamente desde ± 0,6 % hasta ± 6 % .

7- Ajuste para bloqueo a tensión reducida: Control que impide que se produzca

el proceso de regulación cuando la tensión de entrada sea inferior al calor de

bloqueo ajustado. Es configurable para 70 %, 80 % y 90 %.

8- Ajuste para el LDC: Este control permite ajustar las tensiones parciales que

representan la caída de tensión que ocurre en la línea. Posee 2 perillas que se

pueden ajustar continuamente entre 0 y 25 voltios ambas.

a. UX: Perilla que simula las caídas de tensión inductivas de la línea.

b. UR: Perilla que simula las caídas de tensión resistivas de la línea.

Las dos perillas poseen conmutadores de polaridad asociados a éstas para

poder intercalar estos voltajes independientemente del sentido (+ ó -) de las

tensiones parciales.

9- Fusible: Elemento de protección del equipo.

10- Diodos indicadores de operación: El equipo posee dos diodos luminiscentes

uno que indican que el cambiador debe subir tap, el otro indica que el

cambiador debe bajar tap. Es importante mencionar que el hecho de que una

de estas indicaciones esté encendida no implica que está ocurriendo una

maniobra, solo indica la presencia de la señal de avanzada. La ocurrencia de

operación depende de la modalidad de operación y del tiempo de retardo

predefinidos en el equipo.

30

CAPITULO III

MARCO METODOLOGICO

A continuación se expone la metodología empleada en la investigación. Se

contemplan aquí los pasos seguidos para la recopilación de los datos, se describen los

procedimientos utilizados para obtener resultados que permitieron llegar a una

conclusión válida para lograr el cumplimiento de los objetivos planteados en esta

investigación.

3.1 Tipo de Investigación

La actual investigación es del tipo proyectiva ya que busca proponer soluciones al

problema sin que esto signifique la realización de dicha propuesta. Por otro lado,

también puede considerarse una investigación de campo puesto que todo el proceso

de diagnóstico de la situación actual se lleva a cabo en el sitio de trabajo. La posible

ejecución de la propuesta o propuestas derivadas de la investigación dependerán de

diversos factores, en su mayoría inherentes a la empresa como lo son: factibilidad

económica, factibilidad técnica, disponibilidad del personal adecuado para llevar a

cabo la tarea, entre otros.

Esta investigación se encargó de hacer un estudio del funcionamiento del regulador

de tensión electrónico tipo MK-20 como parte integral del circuito cambiador de

tomas con carga ubicado en la Subestación LAMPO en C.V.G. ALCASA.

31

3.2 Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos

Para lograr los objetivos propuestos en la investigación se ejecutaron las acciones

siguientes:

a) Revisión del manual del regulador MK-20: Se hizo con la finalidad de

conocer al equipo en cuestión desde el punto de vista técnico y operacional

con miras a darle un correcto ajuste a cada una de sus variables de control.

b) Revisión de los planos del circuito cambiador de tomas con carga: Se

revisaron los planos siguientes:

a. Plano N° 787-613-39-ES-700: Proyecto LAMPO. Sistema de

distribución. Diagrama unificar general.

b. Plano N° 688-613-41-E-719: S/E Laminación 115/13,8 kV.

Transformador T1. Esquemas funcionales. Hojas 43, 44, 45, 46. (Ver

Anexo B)

c. Plano N° 688-613-41-E-720: S/E Laminación 115/13,8 kV.

Transformador T2. Esquemas funcionales. Hojas 43, 44, 45, 46. (Ver

Anexo C)

d. Plano N° 688-613-41-E 724/1 S/E Laminación 115/13,8 kV. Celdas

13,8 kV. Esquemas funcionales. Hojas 96, 106, 118, 120.

e. 501TM711 Mando a motor.

La revisión de los planos permitió conocer cómo fue concebida la lógica de

control del circuito cambiador de tomas.

c) Levantamiento de cableado: Una vez revisados los planos de control de los

circuitos relacionados con el regulador MK-20 se procedió a comparar estas

conexiones con las existentes en sitio. Es decir, dentro de la sala de control de

la S/E LAMPO se verificó la existencia de cada uno de los cables conectados

al circuito de control del conmutador bajo carga que tienen que ver con el

MK-20. Se le hizo un seguimiento anotando el nombre de regleta o elemento,

número de punto de conexión, identificación del cable en ambos extremos de

32

éste y por último se probó su continuidad. La recopilación de estos datos se

realizó con la Tabla para Levantamiento de Cableado.

Tipo de

elemento

ID de

elementoPto N°

ID del

Cable

Tipo de

elemento

ID de

elementoPto N°

ID del

Cable

1

2

3

4

Origen DestinoNº Ref

Tabla 3.1: Tabla para el levantamiento de cableado

Los campos de la Tabla 3.1 se exponen a continuación:

Nº Ref: Número utilizado para hacer una referencia rápida al elemento. Esto

será de utilidad al momento de presentar los resultados.

Tipo de elemento: Informa si se trata de una regleta, si se trata de un relé, un

suiche, etc.

ID de elemento: Informa el número de referencia que sirve para identificar el

elemento en sitio.

Pto Nº: Informa en qué punto del elemento está conectado el cable.

ID del cable: Informa el número de referencia que sirve para identificar al

cable en sitio.

d) Pruebas de funcionamiento al regulador MK-20: Con la finalidad de

comprobar el correcto funcionamiento del equipo se diseñaron y realizaron

pruebas de funcionamiento de diversa índole que se exponen en el tópico 2.1

de este capítulo.

e) En función de los resultados obtenidos de los pasos anteriores, se han

diagnosticado los problemas y se ha propuesto su solución.

Durante la ejecución de esta metodología de trabajo siempre se contó con la

colaboración de los operadores de turno, de los ingenieros que laboran en el

33

departamento y demás personal técnico del área de trabajo. Todas estas personas

resolvieron dudas en lo referente al manejo y operación de la subestación,

interpretación de planos, manejo de equipos, etc. La recopilación de esta información

se hizo a través de simples conversaciones conocidas en metodología de la

investigación como entrevistas no estructuradas (Sabino)

3.2.1 Pruebas de Funcionamiento

Con el objeto de verificar el correcto funcionamiento de los reguladores de tensión

automáticos tipo MK-20 que se encuentran ubicados en la sala de control de la

subestación LAMPO, se han diseñado pruebas de funcionamiento para cada una de

las variables de control de los equipos. Estas variables de control fueron descritas en

el capítulo II, página 29.

Materiales utilizados:

A continuación se enumeran los materiales que se utilizaron para la realización de las

pruebas hechas a los reguladores:

� Regulador de tensión electrónico tipo MK-20:

Identificados en sitio como RG-T1 y RG-T2

� Estabilizador de voltaje:

Marca: AVTEK Electrónica

Modelo: ARP-167

Entrada: 80-145 VAC

Salida: 120 VAC ±5 %

Potencia de salida: 6 kVA

Frecuencia de operación: 50/60 Hz

34

� Fuente de voltaje variable:

Marca: MultiAmp

Modelo: SR-76A-E

Serial: 73481-001/1

Entrada: 120 VAC


Unidades: 1 y 2

� Reles

Marca: Telemecanique

Modelo: CA2 DN31 31E

Entrada: 110 VAC


� Multímetro digital

Marca: Fluke

Modelo: 23III

Antes de efectuar cualquier prueba hay que asegurarse de que el regulador de tensión

cumpla con los siguientes requisitos de seguridad:

1- El control de modalidades de operación debe estar en la posición

“Desconectado”.

2- El regulador de tensión MK-20 se debe desconectar físicamente del circuito

de control al cual está asociado (hay que tener cuidado al desconectar los

puntos 1, 2, 19 y 20 de las regletas ya que es muy probable que tengan

tensión)

3- Ajustar los siguientes parámetros con los valores que se muestran a

continuación:

35

a. Para estas pruebas se toma como voltaje de referencia la magnitud

113 V ya que ésta es el valor medio de la escala de ajuste y permite ver

con mayor claridad los efectos de la pruebas. Habiendo escogido este

valor, se ajusta el valor de referencia operando sobre los controles

correspondientes (perillas de ajuste basto y fino) en el MK-20.

b. La sensibilidad (∆V%) se coloca a 3 % (valor medio de la escala)

c. El compensador de caída de línea se configura a cero, puesto que no es

utilizado por C.V.G. ALCASA.

d. Configurar el ajuste para bloqueo a tensión reducida al valor 80 %

e. Configurar el ajuste del tiempo de retardo a 10 segundos con el

integrador inversor en la posición “Lin”.

4- Conectar el estabilizador de voltaje a un tomacorriente disponible y conectar

la fuente de voltaje variable al estabilizador.

5- Conectar la salida variable de la fuente de voltaje a los bornes 1 y 2 del

regulador MK 20. En esos mismos puntos se conecta el voltímetro.

6- Conectar en el punto 19 la fase de la fuente de voltaje de corriente alterna de

120 VAC

7- Conectar los relés de indicación (R1 y R2) identificándolos según corresponda

(bajar/subir) entre los puntos 15 (bajar) y 18 (subir) y el neutro de la fuente de

corriente alterna.

En la figura 3.1 se puede observar cómo queda el montaje para pruebas del MK-20.

3.2.1.1 Prueba 1: Valor de Referencia

Esta prueba tiene como misión comprobar a grosso modo el funcionamiento del MK-

20, es decir, comprobar si en efecto el instrumento toma acciones para variaciones de

tensión.

36

Figura 3.1: Diagrama de conexión para pruebas de

funcionamiento del regulador de tensión

a) Control de ajuste fino de la tensión nominal:

• En el MK 20 mover el control de modalidades de operación a la posición

automático.

• Mover la perilla ajuste fino de la tensión nominal disminuyendo el voltaje de

referencia a lo largo de toda la escala hasta 0 V. Se debe observar que la luz

bajar se encienda.

• Regresar la perilla al valor nominal 113 V. Se debe observar que la luz bajar

se apague.

• Mover la perilla subiendo el voltaje de referencia a lo largo de toda la escala

hasta 5 V. Se debe observar que la luz subir se encienda.

• Regresar la perilla al valor nominal 113 V. Se debe observar que la luz subir

se apague.

b) Control de ajuste basto de la tensión nominal:

• Mover la perilla ajuste basto de la tensión nominal disminuyendo el voltaje de

referencia a lo largo de toda la escala hasta 95 V. Se debe observar que la luz

bajar se encienda.

37

• Regresar la perilla al valor nominal 113 V. Se debe observar que la luz bajar

se apague.

• Mover la perilla subiendo el voltaje de referencia a lo largo de toda la escala

hasta 125 V. Se debe observar que la luz subir se encienda.

• Regresar la perilla al valor nominal 113 V. Se debe observar que la luz subir

se apague.

3.2.1.2 Prueba 2: Ajuste del Tiempo de Retardo

• Seleccionar 3 valores de tiempo de retardo comprendidos entre 10 y 180 seg.

• Ajustar la tensión de la fuente variable AC disminuyendo su magnitud hasta

que encienda la luz bajar. En ese momento se cuenta con un cronómetro los

segundos transcurridos hasta que el relé de indicación bajar (conectada al

punto 15) se energice.

• Repetir estos pasos hasta completar tres veces por cada valor de tiempo de

retardo escogido. Anotar los datos obtenidos.

• Calcular el tiempo de actuación promedio ( T ).

• Calcular el error en tanto por ciento utilizando la fórmula:

%100ajustado retardo de iempoT

promedioactuación de Tiempoajustado retardo de TiempoError ×

−=

• Repetir la misma estrategia para el mismo valor de tiempo de retardo con un

valor AC que haga maniobrar al MK 20 para una orden subir.

• Repetir los pasos anteriores para cada uno de los valores escogidos.

• Llenar el modelo de Tabla 3.2 que se muestra a continuación.

38

Ajuste de

tiempo de

retardo

ManiobraTiempo

medidoT Error (%)

Bajar

Subir

Tabla 3.2: Medidas del ajuste de tiempo de retardo

3.2.1.3 Prueba 3: Ajuste de Sensibilidad

• Seleccionar 3 valores de sensibilidad comprendidos entre 0,6 y 6 %

• Simule 3 maniobras subir y tres maniobras bajar para cada valor de ajuste de

sensibilidad escogido:

o Suba o baje lentamente, según el caso, la magnitud del voltaje en la

fuente variable hasta que la luz subir o bajar se encienda.

o Al momento de encenderse la luz subir o bajar anote el valor del

voltaje en la tabla y vuelva el voltaje al valor de referencia.

o Repita la maniobra 2 veces más para completar un total de 3 tanto para

subir como para bajar.

• Calcule el voltaje promedio (V ) y con este valor calcule el valor ∆V% Real

• Calcule el error con la fórmula:

%100adsensibilid de Ajuste

Real %Vadsensibilid de AjusteError ×

∆−=

• Llene el modelo de la Tabla 3.3

39

Ajuste de

sensibilidadManiobra

Voltaje

medidoV

∆V%

RealError

Bajar

Subir

Tabla 3.3: Medidas de ajuste de sensibilidad

3.2.1.4 Prueba 4: Ajuste para Bloqueo a Tensión Reducida

Para realizar esta prueba se requiere la conexión de un circuito adicional entre los

terminales 22 y 23 del MK-20:

Figura 3.2: Diagrama de conexión para prueba de

bloqueo del regulador de tensión

• Varíe el ajuste para bloqueo a tensión reducida al valor 70%.

• Simule tres maniobras bajar para este valor de ajuste de bloqueo:

o Baje lentamente, la magnitud del voltaje en la fuente variable hasta

que el equipo se bloquee (La lámpara indicadora se apagará cuando el

equipo se bloquee)

40

o Al momento de bloquearse anote el valor del voltaje en la tabla y

vuelva el voltaje al valor de referencia.

o Repita la maniobra 2 veces más para completar un total de 3.

• Calcule el voltaje promedio ( V ) y con este valor calcule el valor % Bloqueo

que representa el valor práctico del porcentaje de bloqueo.

• Calcule el error con la fórmula:

%100adsensibilid de Ajuste

Bloqueo %adsensibilid de AjusteError ×

−=

• Repita la prueba para los ajustes de 80 y 90 %

• Llene el modelo de Tabla 3.4

Ajuste de

bloqueo

Voltaje de

bloqueo

medido

V%

Bloqueo Error

Tabla 3.4: Medidas de ajuste de bloqueo

3.2.2 Ajustes del regulador de tensión para su puesta en marcha

Resumiendo la información contenida en el manual del MK 20, se exponen a

continuación los ajustes necesarios para la puesta en funcionamiento del regulador de

tensión MK-20:

a) Colocar el selector de modalidades de trabajo en la posición manual.

c) Medir el voltaje real proveniente del TP en los bornes frontales 1 y 2

d) Determinar el voltaje de operación deseado y ajustar manualmente el cambiador

de tomas con carga hasta que el voltímetro mida dicho valor deseado.

e) Ajustar el voltaje de operación escogido en el equipo con la ayuda de las perillas

de ajuste basto y fino.

41

f) Equilibrar el regulador: para hacer esto se ejecuta el proceso siguiente:

- Colocar la sensibilidad en 0,6 % (Sensibilidad máxima).

- Verificar si hay alguna señal de subir o bajar en uno de los diodos indicadores.

- De existir señal en uno de los diodos, el regulador se equilibra moviendo la

perilla de ajuste fino lentamente hacia la dirección adecuada (Si el diodo subir

está encendido, se debe subir la referencia con la perilla de ajuste fino. Si el

diodo bajar es el que está encendido, se debe bajar la referencia con la perilla

de ajuste fino.). Tan pronto se apague el diodo en cuestión, el equipo está

equilibrado.

g) Ajuste la sensibilidad de acuerdo a la tensión de paso utilizando la expresión:

Un

Ust100)00,1...75,0()E( ⋅⋅=±

E = Sensibilidad

Ust = Tensión de paso del cambiador de tomas con carga (reflejado al lado de

baja)

Un = Tensión nominal del transformador de potencial (lado de baja)

h) Ajustar el tiempo de retardo al valor deseado. Según las condiciones de trabajo

existentes, el tiempo de retardo no puede ser determinado sino después de un

tiempo de observación prolongado. Se recomienda comenzar con 100 segundos

(recomendación del manual del equipo) y luego reajustar este tiempo en base los

cambios de toma diarias.

i) El control para conexión/desconexión del integrador inverso se coloca en la

posición lin.

j) Ajustar el bloqueo de tensión reducida al valor deseado. El manual del MK-20

recomienda empezar con 80% posteriormente se modifica de acuerdo a lo

requerido en el área de trabajo.

k) Ajustar el LDC (perillas UX y UR) a cero (La topología de la red hace que sea

innecesario compensar la caída de las líneas puesto que el transformador de

potencial se encuentra conectado directamente a las barra regulada.

42

CAPITULO IV

RESULTADOS

Como ya se ha dicho a lo largo de esta investigación; la subestación LAMPO,

ubicada en C.V.G. ALCASA, provee de energía eléctrica principalmente al área de

laminación de dicha empresa. Esta energía debe ser suministrada de forma continua,

confiable y lo más estable posible. Es por ello que se busca regular los perfiles de

voltaje y esta misión se logra gracias a la puesta en marcha del regulador del MK-20.

En el Capítulo III se describió la metodología a seguir en el presente trabajo la cual

comprendió los puntos siguientes

4.1 Revisión del manual del regulador MK-20.

4.2 Revisión de los planos del circuito cambiador de tomas con carga.

4.3 Levantamiento de cableado.

4.4 Pruebas de funcionamiento al regulador MK-20.

A continuación se exponen los resultados obtenidos de la ejecución de cada uno de

estos procedimientos.

4.1 Revisión del manual del regulador MK-20

De la revisión del manual del equipo se obtuvo el conocimiento de su correcto

funcionamiento como un todo asimismo de las partes configurables que conforman al

regulador. Este conocimiento ayudó a diseñar las pruebas de funcionamiento

expuestas en el capítulo III.

43

4.2 Revisión de los planos del circuito cambiador de tomas con carga

De la revisión de los planos mencionados en el Capítulo 3, página 33, del circuito

cambiador de tomas con carga se pudo conocer el lugar que ocupa el MK-20 dentro

del lazo de control al que está asociado. Se observó el circuito del cambiador de

tomas como un todo y se obtuvo el conocimiento necesario para poder observar con

sentido crítico el circuito existente en los planos y compararlo con el diseño original

de éste a fin de ofrecer soluciones razonables en caso de detectarse alguna anomalía.

4.3 Levantamiento de cableado

En función de la revisión de los planos N° 688-613-41-E-719 (Anexo B); 688-613-

41-E-720 (Anexo C) “y” 688-613-41-E 724/1 se hizo el levantamiento de cableado

para cada uno de los reguladores MK-20 asociados a los transformadores T1 y T2 de

la Subestación LAMPO.

El levantamiento de cableado se hizo por etapas, es decir, se sudividió a la bornera

del MK-20 de la manera expresada en la Figura 12. Luego partiendo de cada uno de

esos bornes se verificó la existencia y nomenclatura de cada uno de los cables hasta

llegar al cambiador de tomas asociado al transformador (T1 ó T2 según el caso).

Figura 4.1: Bornera del regulador de MK-20 subdividida en etapas

para facilitar el levantamiento de cableado

44

Otro levantamiento que también se realizó fue el del circuito asociado al control

manual del cambiador de tomas con carga, este circuito se puede observar en los

planos Nº 688-613-41-E-719 “y” 688-613-41-E-720 página 45, columna 1

respectivamente.

4.3.1 Levantamiento de cableado asociado al Regulador de Tensión Automático

tipo MK-20 del transformador T1.

A continuación se muestran y explican las tablas de datos recolectados cuya

presentación se hizo enseñando primeramente la tabla en una página y a continuación,

en la página siguiente se describieron las observaciones hechas a ésta. Esto se hizo

con el fin de lograr una mejor visualización de la data recolectada.

46

Analizando la Tabla 4.1 del levantamiento se observa lo siguiente:

- El sistema de identificación de cables no se corresponde con la ruta de cableado

real, es por ello que resulta difícil, en algunos casos, determinar el origen y ruta

de los cables tan solo por la etiqueta de identificación. A manera de ejemplo en el

ítem 3 de la Tabla 4.1 el ID de origen del conductor de la regleta B50-X1, punto

19 es X01-19-B50-X1-T2-19, sin embargo al llegar a la regleta X01.BM, punto

19 llega como 20-P2-X01-19. Este problema existe en todo el cableado de la S/E

LAMPO, por lo tanto no se volverá a mencionar para las próximas tablas

- El cableado asociado a la Etapa TP de este regulador está bien hecho, llegando

una tensión de 113 V línea-línea a los puntos 1 y 2 del MK-20 proveniente de los

transformadores de potencial conectados a las fases S y T de la S/E.

48


- En la enumeración de sus puntos a la derecha del 10, la enumeración debería

continuar con el 11, 12, 13… sin embargo la enumeración en sitio es como sigue:

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.

- En el ítem 4 de la Tabla 4.2, el cable con ID en el origen de M5T-11-B50-X2-68

llega al punto 1 que está a la derecha del punto 10 de la regleta M5-T con ID en

destino de B50-X1-68-M5T-11. Este punto corresponde al número 11 tal y como

está expresado en los planos.

- En el ítem 5 de la Tabla 4.2, hay una conexión errónea del cable con ID en el

origen de K1BT122 que conecta el punto 1 (que corresponde al punto 11) con el

contactor K1B-T1. Ese cable debería estar conectado en el punto 10 de la regleta

M5T.

- De acuerdo con el plano 688-613-41-E-719, página 45, columnas 3 y 4 (Anexo B)

hay una conexión desde los puntos 9 y 11 de la regleta M5T hasta los puntos 8 y

10 de esa misma regleta. En sitio no existe tal conexión. Esta conexión es

primordial ya que allí de conecta el circuito de regulación automático con el

circuito de control del cambiador de tomas con carga.

50


- En el ítem 2, el cable con ID en origen de M5T-12-B50-X1-69 llega con ID de

destino B50-X1-69-M5T-12 al punto 2 de la regleta M5T. Éste es el punto 2

ubicado a la derecha del 10, es decir, corresponde al punto 12 según lo expresado

en planos.

- En el ítem 4 hay un cable sin ID que interconecta los puntos 1 y 6 del selector

S43-T1.

- En el ítem 10, el cable con ID en destino de K1BT122 que llega al punto 1

(correspondiente al 11) de la regleta M5T, está conectado de manera errónea. Esta

es la conexión errónea mencionada en el ítem 5 de la Tabla 4.2. Este cable debe ir

conectado al punto 10 de la regleta M5T, de acuerdo con los planos.

52

El levantamiento de cableado que se expresa en la Tabla 4.4 no presenta ninguna

observación y se corresponde correctamente con lo expresado en los planos.

Para una mejor comprensión de los datos recolectados en las tablas 4.1, 4.2, 4.3 y 4.4,

se ubicaron en la página 45 del plano 688-613-41-E-719 los nombres de los cables.

Cabe destacar que los cables puede poseen dos ID, uno para un extremo, otro para el

otro extremo; el origen y el destino respectivamente.

53

Figura 4.2: Levantamiento de cableado, plano 688-613-41-E-719

Pág. 45, Col. 1

54


Pág. 45, Col. 2

55

Observación 1: Esta es la conexión errónea de la que se habla en el ítem 5 de la

Tabla 4.2, ya que el cable con ID M5T10/K1BT122 interconecta al punto 22 del

contactor K1B-T1 con el punto 1 (que corresponde al punto 11) de la regleta M5T.

Este cable debería estar conectado al punto 10 de dicha regleta.


Pág. 45, Col. 4

56

Observación 2: Estos cables deberán colocarse con el fin de que las órdenes de

cambio de tomas emitidas por el MK-20 puedan llegar a los cambiadores de toma con

carga.

Observación 3: A este punto llega un cable con ID K1BT122, éste cable se debe

desconectar de este lugar y reconectarlo al punto 10 de la regleta M5T. (Es el caso del

ítem 5 de la Tabla 4.2 anteriormente discutido)

4.3.2 Levantamiento de cableado asociado al Regulador de Tensión Automático

tipo MK-20 del transformador T2.

De manera análoga a como se realizó el levantamiento de cableado asociado al T1, a

continuación se muestran y explican las tablas de datos recolectados.

58

El levantamiento de cableado que se expresa en la Tabla 4.5 no presenta ninguna

observación importante. El levantamiento de esta etapa se corresponde

correctamente con lo expresado en los planos, además cabe destacar que el

sistema de identificación de los cables utilizado en el MK 20 asociado al T2 es

mucho más organizado que aquel utilizado en el T1. Por otra parte las regletas

están correctamente enumeradas.

60

La única observación que se hace a los datos recolectados en la Tabla 4.6 es que de

acuerdo con el plano 688-613-41-E-720, página 45, columnas 3 y 4 (Anexo C) hay

una conexión desde los puntos 9 y 11 de la regleta M4T hasta los puntos 8 y 10 de esa

misma regleta la cual, de manera análoga a lo observado en los datos de la Tabla 4.2,

esta conexión conectaría el circuito de regulación automático con el circuito de

control del cambiador de tomas con carga.

62

La única observación apreciable en la Tabla 4.7 es que en el ítem 4 hay un cable

sin ID que interconecta los puntos 1 y 6 del selector S43-T1.

64

La Tabla 4.8 no presenta ninguna observación importante, se corresponde con lo

expresado en los planos.

De manera similar a como se hizo para el Circuito Cambiador de Tomas del T1, se

ubican en el plano 688-613-41-E-720 página 45 (Anexo C) los nombres de los cables

asociados al Circuito Cambiador de Tomas asociado al T2.

65


Pág. 45, Col. 1

66


Pág. 45, Col. 2

67


Pág. 45, Col. 4

68

Observación 4: De manera análoga a la observación 2 hecha para la Figura 4.7, estos

cables deberán colocarse con el fin de que las órdenes de cambio de tomas emitidas

por el MK-20 puedan llegar a los cambiadores de toma con carga.

4.4 Pruebas de funcionamiento al regulador MK-20.

Se realizaron los montajes de la Figura 3.1 (Pág. 36) y de la Figura 3.2 (Pág. 39) para

los Reguladores MK-20 asociados a los Transformadores T1 y T2 respectivamente y

se obtuvieron los siguientes resultados:

4.4.1 Resultados de las pruebas aplicadas al Regulador de Tensión Automático

MK-20 asociado al T1

Ajuste de tiempo de retardo

ManiobraTiempo medido

T Error (%)

20,8720,8220,8020,6020,6120,5379,2378,7878,8078,8878,5978,60136,64135,89135,82136,96136,27135,60

140

Bajar 136,12 2,77

Subir 136,28 2,66

4,15

2,90

80

Bajar 78,94 1,33

Subir 78,69 1,64

20

Bajar

Subir

20,83

20,58

Tabla 4.9: Resultados de la aplicación de la Prueba 2 (Ajuste del tiempo de retardo)

al Regulador MK 20 del T1

69

De los resultados obtenidos en la Tabla 4.9 se observa que para el regulador MK- 20

asociado al T1, los tiempos de retardo reales tienen un error por debajo del ±5% del

valor de ajuste que marca el equipo. El valor más alto obtenido fue de +4,15%. El

promedio de los errores es del ±2,575%. En líneas generales este error es aceptable.

Ajuste de sensibilidad

ManiobraVoltaje medido

V ∆V% Real Error %

113,30113,70113,60110,20110,00110,20115,00114,90115,20107,80108,00107,90116,90116,80116,80105,70105,50105,70

5%

Bajar 32,15

Subir 30,38

116,83

105,63 6,52

3,39

3%

Bajar 40,02

Subir 50,44

115,03

107,90

1,80

4,51

52,80

153,69

1%

Bajar

Subir

113,53

110,13

0,47

2,54

Tabla 4.10: Resultados de la aplicación de la Prueba 3 (Ajuste de sensibilidad)

al Regulador MK-20 del T1

Como se expresó anteriormente, esta prueba nos da información respecto a qué tanto

por ciento por exceso o por defecto (∆V%), del voltaje de referencia programado en

el equipo, son suficientes para que el regulador ordene una señal de maniobra.

Se observa pues que las pruebas arrojan un error muy grande para cada una de los

valores de ajuste escogidos siendo el mayor error el de la maniobra subir para el

ajuste de 1% con un valor del 153,69 %.

70

El error promedio de la Tabla 4.10 es del ±59,91% lo cual es un error inaceptable que

nos informa de la imprecisión del equipo en la etapa de ajuste de sensibilidad.

Ajuste de bloqueo

Voltaje de bloqueo medido

V%

Bloqueo Real

Error %

78,2077,9078,0088,3088,3088,20100,00100,20100,20

90 1,54100,13 88,61357

80 2,3688,27 78,112

1,3570 78,03 69,06

Tabla 4.11: Resultados de la aplicación de la Prueba 4 (Ajuste para bloqueo a tensión reducida)


Observando los errores obtenidos para la Tabla 4.11 tenemos valores menores al 3%,

siendo el promedio de errores de ±1,53%. Este valor de error en la etapa de bloqueo

es aceptable.

71

4.4.2 Resultados de las pruebas aplicadas al Regulador de Tensión Automático

MK-20 asociado al T2

Ajuste de tiempo de retardo

ManiobraTiempo medido

T Error (%)

23,7323,6223,6023,5123,4323,32122,26120,50114,97100,67100,37103,51136,49163,81146,47140,55139,72136,24

140

Bajar 148,92 6,37

Subir 138,84 0,83

18,25

17,10

100

Bajar 119,24 19,24

Subir 101,52 1,52

20

Bajar

Subir

23,65

23,42

Tabla 4.12: Resultados de la aplicación de la Prueba 2 (Ajuste del tiempo de retardo)

al Regulador MK 20 del T2

De los resultados obtenidos en la Tabla 4.12 se observa que para el regulador MK- 20

asociado al T2, los tiempos de retardo reales presentan un error bastante elevado. El

comportamiento del error según la tabla es que a menor valor de ajuste de tiempo de

retardo, mayor es el error. Por otra parte el error presenta un valor mayor para la

orden de maniobra “Subir” del MK-20.

El valor más alto obtenido fue de +19,24% para el ajuste 100 segundos. El promedio

de los errores es de ±10,55%. En líneas generales este error no es aceptable y se

recomienda revisar este control del equipo.

72

Ajuste de sensibilidad

ManiobraVoltaje medido

V ∆V% Real Error %

113,00113,20113,20110,10110,10110,20115,50114,90115,00108,30108,20108,30117,30117,10117,40106,00105,70105,4

88,20

153,69

1

Bajar

Subir

113,13

110,13

0,12

2,54

3

Bajar 37,07

Subir 39,63

115,13

108,27

1,89

4,19

5

Bajar 24,48

Subir 29,20

117,27

105,70 6,46

3,78

Tabla 4.13: Resultados de la aplicación de la Prueba 3 (Ajuste de sensibilidad)


La Tabla 4.13 muestra que las pruebas realizadas presentan un error bastante elevado

en todos los valores de ajuste escogidos para ésta. El mayor error obtenido fue el de la

maniobra subir para el ajuste de 1% con un valor del 153,69 %.

El error promedio de la Tabla 4.13 es del ±62,045%. Este error es inaceptable y

también muestra la imprecisión del equipo en la etapa de ajuste de sensibilidad.

73

Ajuste de bloqueo

Voltaje de bloqueo medido

V%

Bloqueo Real

Error

78,5077,5077,3090,0089,9090,50100,00100,4099,90

1,6970 77,77 68,82

80 0,2990,13 79,76

90 1,57100,10 88,58

Tabla 4.14: Resultados de la aplicación de la Prueba 4 (Ajuste para bloqueo a tensión reducida)


La Tabla 4.14 arroja errores cuyos valores son inferiores al 2%, siendo el promedio

de errores de ±1,18%. Este valor de error en la etapa de bloqueo es aceptable.

4.5 Resumen General de las Pruebas realizadas a los reguladores

El equipo MK-20 asociado al T1 presenta errores aceptables para sus ajustes de

retardo y bloqueo, sin embargo para el ajuste de sensibilidad el error escapa fuera de

un rango aceptable lo cual compromete el buen funcionamiento de este equipo.

El equipo MK-20 asociado al T2 presenta errores inaceptables en sus ajustes de

tiempo de retardo y de sensibilidad lo cual también compromete al buen

funcionamiento de este equipo.

Ahora bien, en toda investigación ocurren errores a la hora de hacer pruebas

experimentales, los errores obtenidos en este caso pueden deberse a las siguientes

causas:

- Desajuste general de los equipos ya que han estado inactivos durante más de 10

años.

- Ausencia de una escala más precisa para hacer los ajustes ya que la que existe en

los instrumentos consiste en diales continuos con una marca de indicación que

apunta a una cubierta plástica con los datos impresos en ella.

74

- Debido a la causa anterior, los valores que se escogieron no pudieron ser

correctamente configurados en el equipo, por lo tanto se obtuvieron resultados

erróneos.

- Escogencia de un rango de valores muy pequeño para realizar las pruebas por

parte del investigador.

- Errores sistemáticos en el diseño y aplicación de las técnicas de recolección de

datos.

- Ausencia de una instrumentación más adecuada para realizar las pruebas.

En el capítulo destinado a las conclusiones y recomendaciones se hicieron

sugerencias de cómo solventar las carencias de este equipo.

4.6 Propuesta de Funcionamiento

Para poner en funcionamiento los reguladores de tensión MK-20 asociados a los

transformadores T1 y T2 de la subestación LAMPO se debe, primeramente, calcular

y ajustar las variables de control de éste. La determinación de ciertas variables escapa

del alcance de esta investigación ya que ameritan un análisis más a fondo del

comportamiento de la subestación como tal. Para solventar este problema se

utilizarán los datos por defecto que el fabricante especifica en el manual.

• Ajuste del valor del voltaje de referencia: Esta variable se obtiene de los datos

de la S/E LAMPO:

a. En el secundario de los transformadores T1 y T2, la magnitud de

voltaje de 13.800 V.

b. Ahora bien, 13800 es referido al lado de baja de los transformadores

de potencial ubicados en la S/E LAMPO. Estos transformadores de

medición tienen una relación de transformación de 3

kV 8,13a

3

V 110.

Entonces, la magnitud del voltaje que se requiere para ajustar los MK-

75

20 es de 110 V, ya que ellos están alimentados de la tensión línea a

línea de los TP asociados a las fases S y T de la S/E LAMPO.

• Ajuste de la sensibilidad: Como fue expresado en el capítulo 3, el ajuste de

esta variable se hace de acuerdo a la tensión de paso utilizando la expresión:

Un

Ust100)00,1...75,0()E( ⋅⋅=±

Donde E = Sensibilidad

Ust = Tensión de paso del cambiador de tomas (reflejado al lado de baja)

Un = Tensión nominal del transformador de potencial (lado de baja)

Los valores son:

670,013800

110

115000

13800700 Ust =××= V

Un = 110 V

61,0110

670,010000,1)E( ±=××=± V

La sensibilidad se ajusta en 0,6. Vale la pena destacar que este es el valor

mínimo de la sensibilidad que garantiza un cambio de tomas tan pronto el

voltaje varía dentro del rango de una toma. También es cierto que es el valor

más pequeño de la escala de la perilla de ajuste de la sensibilidad. El autor

recomienda una observación minuciosa del comportamiento del MK-20 al

funcionar en este nivel pudiendo cambiar el valor de este parámetro de

acuerdo a las necesidades de la empresa.

• Ajuste de la temporización: Como se dijo anteriormente en el capítulo 3, el

tiempo de retardo no puede ser determinado sino después de un tiempo de

observación prolongado. Se recomienda comenzar con 100 segundos

(recomendación del manual del equipo) y luego reajustar este tiempo en base

los cambios de toma diarias.

• Ajuste del compensador de caída de tensión en la línea: Ambas perillas se

ajustan a cero, puesto que la configuración de la S/E no amerita el uso de esta

función.

76

• Ajuste de bloqueo: El manual del MK-20 recomienda empezar con 80%

posteriormente se modifica de acuerdo a lo requerido en el área de trabajo.

• Ajuste del integrador inverso: Se coloca en la posición lin.

Una vez calculadas las variables de control de los reguladores, continuamos la

propuesta para poner en funcionamiento del MK 20 señalando las correcciones de los

errores existentes en el cableado de los equipos:

• Colocar el cable cuyo ID es K1BT122, y que está ubicado en la regleta M5T

del panel de control, en el punto 10 de dicha regleta.

• Conectar con cables el punto 9 con el punto 8 de la regleta M5T.

• Conectar con cables el punto 1 ubicado a la derecha del punto 10

(correspondiente al punto 11) con el punto 10 en la regleta M5T.

• Conectar con cables el punto 9 con el punto 8 de la regleta M4T.

• Conectar con cables el punto 11 con el punto 10 en la regleta M4T.

Una vez corregidos los errores en el cableado y determinadas las variables de control

de los equipos se recomienda hacerle mantenimiento a los reguladores con el fin de

calibrarlos y ponerlos en su punto de operación correcto. Una vez hecho esto se

procedería a ponerlos en funcionamiento siguiendo las instrucciones dadas en el

capítulo 3 las cuales se exponen nuevamente a continuación:

a) Colocar el selector de modalidades de trabajo en la posición manual.

b) Medir el voltaje real proveniente del TP en los bornes frontales 1 y 2

c) Ajustar manualmente el cambiador de tomas con carga hasta que el voltímetro

mida 110 V.

d) Ajustar el voltaje de operación en el equipo a 110 V con la ayuda de las perillas

de ajuste basto y fino.

e) Equilibrar el regulador: para hacer esto se ejecuta el proceso siguiente:

- Colocar la sensibilidad en 0,6 % (Sensibilidad máxima).

77

- Verificar si hay alguna señal de subir o bajar en uno de los diodos indicadores.

- De existir señal en uno de los diodos, el regulador se equilibra moviendo la

perilla de ajuste fino lentamente hacia la dirección adecuada (Si el diodo subir

está encendido, se debe subir la referencia con la perilla de ajuste fino. Si el

diodo bajar es el que está encendido, se debe bajar la referencia con la perilla

de ajuste fino.). Tan pronto se apague el diodo en cuestión, el equipo está

equilibrado.

f) Ajuste la sensibilidad a 0,6.

g) Ajustar el tiempo de retardo a 100 segundos.

h) El control para conexión/desconexión del integrador inverso se coloca en la

posición lin.

i) Ajustar el bloqueo de tensión reducida a 80%.

j) Ajustar el LDC (perillas UX y UR) a cero.

k) Colocar el selector de modalidades de trabajo en la posición automático.

Este proceso se realiza tanto para el MK-20 asociado al T1 como para el regulador

asociado al T2. Una vez puestos en marcha los MK-20 se debe llevar un control

acerca de la actuación de estos durante los próximos 20 días para evaluar su

comportamiento.

78

CONCLUSIONES

Del análisis y discusión de los capítulos anteriores se pueden obtener las siguientes

conclusiones:

� El regulador de tensión electrónico tipo MK-20 es un elemento de control que

toma decisiones al comparar un valor real con una referencia interna luego, en

función de los resultados arrojados por la comparación, el equipo envía una

señal la cual accionará a su vez otros dispositivos de control que ayudarán a

realizar la maniobra de cambio de tap.

� Gracias al levantamiento de cableado y a las pruebas realizadas a los

reguladores MK-20 se determinaron las siguientes razones por las cuales los

equipos no están operativos:

a. El cableado asociado a los reguladores posee conexiones erróneas.

b. Algunas conexiones asociadas al circuito de los reguladores que están

expresadas en los planos no existen en sitio, por lo tanto no permiten

la operación correcta de los equipos.

c. Los MK-20 presentan márgenes de error muy grandes para algunos de

sus ajustes lo que sugiere que podrían estar descalibrados.

� El autor considera que la propuesta de puesta en marcha de los reguladores es

una opción viable que C.V.G. ALCASA podía realizar sin mayores

contratiempos.

79

RECOMENDACIONES

De los resultados dados y las conclusiones obtenidas en el presente estudio se

recomiendan las siguientes acciones:

� Corregir la nomenclatura de identificación de los cables en la Subestación

LAMPO adoptando para ello una y solo una norma estandarizada.

� Corregir la numeración de los puntos de conexión de la regleta M5T ubicada

en el armario del panel de control de la S/E LAMPO.

� Hacer mantenimiento a los reguladores con la finalidad de calibrarlos y

ponerlos a punto.

� Hacer un seguimiento durante los 30 días siguientes a la puesta en marcha de

los reguladores a fin de evaluar el número de cambio de tomas por día y

corregir cualquier ajuste que esté erróneamente configurado.

� Hacer un estudio de flujo de carga de la subestación LAMPO para así

determinar el comportamiento de las cargas con el fin de obtener los ajustes

más óptimos de los equipos.

� En la subestación LAMPO, el circuito asociado a los MK-20 posee unos

indicadores de número de tap en que se encuentran los transformadores T1 y

T2, estos indicadores no están operativos. Se recomienda evaluar su estado y,

de ser posible, ponerlos a funcionar.

� Durante la estadía en C.V.G. ALCASA por parte del autor, éste pudo observar

el uso de otras tecnologías más modernas para controlar el cambio de taps de

los transformadores asociados a las subestaciones. Es por ello que se

recomienda la evaluación de la posibilidad de adoptar una nuevo tipo de

tecnología para realizar esta tarea en la S/E LAMPO.

80

LISTA DE REFERENCIAS

• Automatic Voltage Regulation Technologies. (s.f). Power Designers [Revista

en línea]. Disponible: http://www.powerdesigners.com/InfoWeb/design_center/

articles/AVR/avr.shtm [Consulta: 2004, Junio 14 ].

• Chapman, S. (2000). Máquinas Eléctricas. Mc Graw Hill.

• Cooper – Helfrick. (1990). Instrumentación Electrónica Moderna y Técnicas de

Medición. Prentice Hall.

• C.V.G. ALCASA (s.f.). La Mejor Razón para el Mejor Aluminio [Folleto].

Ciudad Guayana.

• C.V.G. ALCASA. (s.f.). [Página Web en línea]. Disponible: http://www.alcasa.

com.ve [Consulta: 2004, Agosto 12].

• Grainger – Stevenson. (1996). Análisis de sistemas de potencia. Mc Graw Hill.

• Obando, M. (2003). Instrucciones de Funcionamiento del Regulador de Tensión

Electrónico MK 20. Trabajo no publicado. C.V.G. ALCASA, Ciudad Guayana.

• Regulador de Tensión Electrónico MK 20. (s.f.). [Instrucciones de funciona-

miento]. Maschinenfabrik Reinhausen. Alemania.

• Sabino, C (2000). Metodología de la investigación (Sexta Edición). Lagos.

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